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第一章系统工程概述第一节系统工程的产生、发展及应用一、系统思想的产生与发展1.朴素的系统思想及其初步实践古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特曾提出“宇宙大系统”的概念，并最早使用“系统”一词；辩证法奠基人之一的郝拉克里特认为“世界是包括一切的整体”；后人把亚里士多德的名言归结为整体大于部分的总和，这是系统论的基本原则之一。中国古代，春秋末期的思想家老子阐明了自然界的统一性；西周时代，出现了构成世界的“五行说”（金木水火土）；东汉时期张衡提出了“浑天说”。秦汉之际成书的中国古代医学典籍《内经》包含了丰富的系统思想。被称为朴素系统思想的结晶。2.科学系统思想的形成古代朴素的系统思想用自发的系统概念考察自然现象，其理论是想象的，有时是凭灵感产生出来的。早期的系统思想具有“只见深林”和比较抽象的特点。15世纪下半叶以后，力学、天文学、物理学、化学和生物学相继从哲学的统一体中分离出来，形成了自然科学。从此古代朴素的唯物主义哲学思想就逐步让位于形而上学的思想。这时的系统思想具有“只见树木”和具体化的特点。19世纪自然科学在能量转化、细胞学说、进化论这三大发现，使人类对自然过程相互联系的认识有了质的飞跃，为辩证唯物主义的科学系统观奠定了物质基础。这个阶段系统思想具有“先见深林，后见树木”的特点。二、系统理论的形成与发展（识记）系统论或狭义的一般系统论，是研究系统模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。其代表人物是奥地利理论生物学家贝塔朗菲。控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论，“信息”与“控制”等是其核心概念。它是由数学家维纳在20世纪40年代创立的。信息论是研究信息的提取、变换、存储与流通等特点和规律的理论。20世纪下半叶，系统理论对管理科学与工程实践产生了深刻影响。系统工程学的创立，则是发展了系统理论的应用研究，他为组织管理系统的规划、研究、设计、制造、实验和使用提供了一种有效的科学方法。三、系统工程的发展概况四、系统工程在中国的发展及应用20世纪50年代到60年代，中国的一些研究机构和学者为系统工程的研究与应用做了理论上的探讨、应用上的尝试和技术方法的准备。主要标志是钱学森的《工程控制论》、华罗庚的《统筹法》和许国志的《运筹学》。中国大规模研究与应用系统工程是在20世纪70年代末。1978年钱学森、许国志、王涛在《文汇报》上发表了题为“组织管理的技术-系统工程”文章。20世纪90年代，系统工程在国内外的发展及应用出现了许多新的特点：①研究与应用的范围或对象系统的规模会越来越大，并将继续朝着“巨系统”发展；②各类专门系统工程日益形成自己的特点；③系统工程在企业改革与发展中初步得到了有效应用；④系统工程与计算机系统的紧密结合将变得异常紧密；⑤系统工程方法论有新的发展；⑥关注并着力于系统工程工作成果的真正和有效实施。第二节系统工程的研究对象一、系统的概念及特点1.系统的定义（识记）：系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素组成，具有特定功能、结构和环境的整体。该定义有四个要点：①系统及其要素。构成这个整体的各个要素可以是单个事物，也可以是一群事物组成的分系统、子系统等；②系统和环境。系统连同其环境超系统一起组成系统总体；③系统的结构。机构即组成系统的诸要素之间相互联系的方式；④系统的功能。系统的功能实现受到其环境和结构的影响。2.系统的一般属性（理解）：①整体性。是系统最基本、最核心的特性，是系统最集中的体现；②关联性。构成系统的要素是相互联系、相互作用的，且所有要素均隶属于系统整体，并具有互动关系；③环境适应性。3.大规模复杂系统的特点：①系统的功能和属性多样，由此带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系；②系统通常由多维且不同质的要素构成；③一般为人—机系统，而人及组织或群体表现出固有的复杂性；④由要素相互作用关系所形成的系统机构日益复杂和动态化。二、系统的类型（识记）1.自然系统与人造系统自然系统主要是指由自然物所自然形成的系统，像海洋、矿藏系统等；人造系统是根据特定的目标，通过人的主观努力建立的系统，如生产系统、管理系统等。2.实体系统与概念系统实体系统是指以矿物、生物、机械和人群等实体物为基本要素组的系统；凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素构成的系统成为概念系统。实体系统是概念系统的物质基础，而概念系统往往是物质系统的中枢神经，指导实体系统运行或为之服务。系统工程通常研究的是这两类系统的复合系统。3.动态系统和静态系统动态系统是指系统的状态随时间而变化；静态系统是表征系统运行规律的模型中不含有时间因素，即模型中的量不随时间而变化。系统工程研究的是在一定时期、一定范围内和一定条件下具有某种程度稳定性的动态系统。4.封闭系统和开放系统封闭系统是该系统与环境之间没有物质、能量和信息的交换，因而呈一种封闭状态的系统；开放系统是指系统与环境之间具有物质、能量与信息的交换的系统。系统工程研究有特定输入、输出的相对孤立系统。第三节系统工程的概念与特点一、系统工程的概念（识记）用定量与定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一地看成是一类工程实践，统称为系统工程。钱学森指出“系统工程时组织管理系统的规划、研究、设计、制造、实验和使用的科学方法，是一种对所有系统具有普遍意义的科学方法”“系统工程是一门组织管理的技术”。系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术。三、系统工程方法的特点（识记）系统工程既具有广泛而厚实的理论和方法基础，又具有很明显的实用性特征。在运用系统工程方法来分析与解决现实复杂系统问题时，需要确立系统的观点（系统工程工作的前提）、总体最优及平衡协调的观点（系统工程的目的）、综合运用方法与技术的观点（系统工程解决问题的手段）、问题导向和反馈控制的观点（系统工程有效保障）。系统工程的特征有：①系统工程一般采用先决定整体框架，后进入内部详细设计的程序；②系统工程试图通过将构成事物的要素加以适当配置来提高整体功能，其核心思想是“综合即创造”；③系统工程属于“软科学”。第四节系统工程的应用领域(1)社会系统工程。研究整个社会，是一个开放的复杂的巨系统。具有多层次、多区域、多阶段的特点。(2)经济系统工程。研究宏观经济问题。(3)区域规划系统工程。(4)环境生态系统工程。(5)能源系统工程。(6)水利资源系统工程。(7)交通运输系统工程。(8)农业系统工程。(9)企业系统工程(10)工程项目管理系统工程(11)科技管理系统工程。(12)教育系统工程(13)人口系统工程(14)军事系统工程第二章系统工程方法论第一节系统工程的基本工作过程一、霍尔三维结构（理解）霍尔三维结构式由美国霍尔等人在大量工程实践的基础上，于1969年提出的。霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容。1.时间维：表示系统工程的工作阶段或进程。系统工程从规划到更新的整个过程或寿命周期可分为七个阶段。(1)规划阶段。根据总体方针和发展战略制定规划。(2)设计阶段。根据规划提出具体计划方案。(3)分析或研制阶段。实现系统的研制方案，分析、制定出较为详细而具体的生产计划。(4)运筹或生产阶段。运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件”，并提出详细而具体的实施和“安装”计划。(5)系统实施或“安装阶段”。把系统安装好，制定出具体的运行计划。(6)运行阶段。系统投入运行，为预期用途服务。(7)更新阶段。改进或取消旧系统，建立新系统。2.逻辑维，是指系统工程每阶段工作所遵从的逻辑顺序和工作步骤，一般分为七个步骤：(1)摆明问题。同提出问题的单位对话，明确所需要解决的问题及其确切要求，全面收集和了解有关问题历史、现状和发展趋势的资料。(2)系统设计。即确定目标并据此设计评价指标体系。确定任务所要达到的目标或各目标分量，拟定评价标准。在此基础上，用系统评价等方式建立评价指标体系，设计评价算法。(3)系统综合。设计能完成预定任务的系统结构，拟定政策、活动、控制方案和整个系统的可行方案。(4)模型化。针对系统的具体结构和方案类型建立分析模型，并初步分析系统各方面的性能、特点、对预定任务能实现的程度以及在目标和评价指标体系下的优劣次序。(5)最优化。在评价目标体系的基础上生成并选择各项政策、活动、控制方案和整个系统方案，尽可能达到最优、次优或合理，至少能令人满意。(6)决策。在分析、优化和评价的基础上由决策者做出决策，选定行动方案。(7)实施计划。不断地修改、完善以上六个步骤，制定出具体的执行计划和下一个阶段的工作计划。3.知识维或专业维：该维的内容表征从事系统工程工作所需要的知识（如运筹学、控制论、管理科学等），也可以反映该系统工程的专门应用领域（如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等）。霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，并认为现实问题基本上都可以归纳为工程系统为，应用定量分析手段，求得最优解答。该方法具有研究方法上的整体性（三维）、技术应用上的综合性（知识维）、组织管理上的科学性（时间维与逻辑维）和系统工程工作的问题导向性（逻辑维）等特点。二、切克兰德方法论（理解）p.切克兰德认为，完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会问题或软科学问题，会碰到很多问题。他提出的软系统工程方法论的主要内容和工作过程是:1.认识问题收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成因素及其关系，以便明确系统问题的结构、现存过程以及相互之间的不适应之处，确定有关的行为主体和利益主体。2.根底定义其目的是弄清系统问题的关键要素，为系统的发展及其研究确立各种基本的看法，并尽可能选择出合适的基本观点。3.建立概念模型概念模型是来自根底定义、通过系统化语言对问题抽象描述的结果，其结构及要素必须符合根底定义的思想，并能实现其要求。4.比较及探寻将第一步所明确的现实问题（主要是归纳的结果）和第三步建立的概念模型（主要是演绎的结果）进行对比。5.选择针对对比结果，考虑有关人员的态度及其社会、行为等因素，选择现实可行的改善方案。6.设计与实施通过详尽和有针对性的设计，形成具有可操作性的方案，并使得有关人员乐于接受和原意为方案的实现竭尽全力。7.评估与反馈切克兰德方法论的核心是“比较”与“探寻”，他强调从“理想”模式与现实状况的比较中探寻改善现状的途径，使决策者满意。三、两种方法的比较：①霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究；②前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习；③前者更多地关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性和定量有机结合的基本方法。第二节系统分析原理一、系统分析的概念及其要素1.系统分析的定义及内容（识记）系统分析是运用建模和预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最满意或最优的系统方案提供决策依据的分析研究过程。在进行系统分析时，系统分析人员对问题有关的要素进行探索和展开，对系统的目的与功能、环境、费用与效果等进行充分的调查研究，并分析和处理有关的资料和数据，据此对若干备选的系统方案建立必要的模型，进行优化计算或仿真实验，把计算、分析、实验的结果同预定的任务或目标进行比较和分析，最后把少数较好的可行方案整理完整的综合资料，作为决策者选择最优或满意的系统方案的主要依据。2.系统分析的要素（识记）系统分析有六大要素：①问题，需要系统分析人员和决策者共同探讨与问题有关的要素及其关联状况，恰当地定义问题。问题也表示现实状况（现实系统）与希望状况（目标系统）的偏差，这为系统改进方案的探索提供了线索；②目的及目标，目的是对系统的总要求，目标是系统目的的具体化。目的具有整体性和唯一性，目标具有从属性和多样性；③方案，即达到目的及目标的途径；④模型，是由说明系统本质的主要因素及其相互关系构成的。模型是研究与