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系统工程聂彤alexnie007@126.com系统和系统工程系统工程用系统的原理解决工程问题的各种方法的总称。根据研究对象的不同，系统工程可以分为：农业系统工程，军事系统工程、能源系统工程、交通系统工程等等。系统工程是一门综合性的科学，涉及的理论基础主要有：①运筹学：线性规划、非线性规划、动态规划、排队论、决策论、图论、库存论等。②概率论与数理统计学；③控制论；④信息论；⑤大系统理论；⑥计量经济学参考文献：[1]孙东川,林福永.系统工程引论.清华大学出版社.2004.10[2]汪应洛.系统工程理论、方法与应用(第二版).高等教育出版社.2003.4[3]汪应洛.系统工程(第三版).机械工业出版社.2004.4[4]迈克尔.杰克逊.系统思考.高飞,李萌译.中国人民大学出版社.2005.3[6]乔治.哈泽里格.系统工程.代振宇,王松译.清华大学出版社.2003.3[7]陈衍泰等.综合评价方法分类及研究进展.管理科学学报.2004,Vol.7,No.2:69-79[8]丁一中,JenniferS.Shang.管理科学.清华大学出版社2003.3系统的概念系统工程的概念第一章绪论系统观念的发展系统的定义系统的基本特征系统的分类系统工程的概念系统工程的特征SE产生的基础系统的结构与功能系统工程的发展概况系统工程在中国的发展及应用系统工程的研究对象SE的内容与特点一、系统观念的发展系统思想的一个例子：烧水（7）烧饭（12）炒菜（7）淘米（3）洗菜（6）切菜（5）原时间：7+12+7+3+6+5=40分钟经过系统思考的时间：7+12+7=26分钟思考：你曾经在哪些方面作过系统的思考？第一节系统的概念案例北宋年间，汴都（今河南开封）的宫室在遭到火灾以后，大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木材等建筑材料都需从郊外由旱道运到建筑现场，另外，完工后的建筑废弃物又要从旱道运出城外。这在当时是需要花费大量的人力、物力和材力的，丁渭根据工程实际，设计出了一套方案，在工地前面的大街上挖取泥土使用，几天以后，大街被挖成了巨沟，并通过护城河与汴河相通，河水流入沟中，船只可直接由汴河驶入工地，于是便可从四面八方运来建筑材料，再也不需经过郊区码头起卸，然后用陆运搬到工地的繁重手续了，在工程将要结束时，再把废弃的瓦砾、灰土等投入巨河，平土以后，重新成为大街。这一设计方案由于系统解决了取土、运输、清除废料和修复街道等多项任务，因此节省了大量的人力、物力和财力，并使工程提前完工。案例在中国战国时期，曾经有过一次流传后世的赛马比赛-田忌赛马。岷江，是长江所有支流中流量最大的一条江。大流量从数百公里崇山峻岭之中奔腾而下，简直就是一头巨兽，从海拔数千米的山地，在今都江堰地区进入海拔只有几百米的成都平原，后果不堪设想，——却被都江堰轻轻收拾，切割成两条江，其中一条通过宝瓶口乖乖的进入成都。灌县玉垒山都江堰修建前灌县一带岷江灌溉工程－都江堰（李冰父子所建）功能－１防止岷江水患２灌溉農田設計－利用西北向東南傾斜地勢開挖河渠都江堰水利樞紐灌溉區都江堰水系图谱都江堰水利工程在四川省岷江中游，它是由渠首和渠道两大部分组成，渠首工程包括都江鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口三部分，都江鱼嘴是建在岷江中流的分水建筑工程，它把岷江一分为二，东边的叫内江，供灌溉渠用水；两边的的叫外江，是岷江正流，内江水通过宝瓶中流入密如蛛网的渠道系统。都江堰水利工程是一个以灌溉为主兼有防洪、运输功效的综合水利工程。它的建成既解除了岷江泛滥之灾，又便利了航运，并灌溉农田300万亩，使成都平原成为“水旱从人，不知饥馑”、旱涝保收的“天府之国”。它可谓是中国水利史上的颗明珠。李冰也由此得到了人民的尊敬，有诗称赞李冰的功绩胜过大禹：“始知李太守，伯禹亦不如”。岷江岷江都江堰示意图内江外江宝瓶口离堆飞沙堰分水堤都江堰由分水堤、宝瓶口和飞沙堰三部分组成。外江是正流，可排洪通航；内江供灌溉，江水通过宝瓶口流入成都平原。当内江水流过大时，江水漫过飞沙堰，流入外江。都江堰能灌溉农田300万亩。堰：挡水堤坝“我以为，中国历史上最激动人心的工程不是长城，而是都江堰。”水利工程－水利工程－都江堰灌溉成都平原將岷江分為內外的－都江魚嘴活動調節水堤近代系统工程实例阿波罗登月计划参加人员约42万，120所大学实验室，耗资240亿美元，1969年实现登月。在这个高科技系统下面，有众多的分系统，如：飞船系统、通讯系统和测试系统等等。这些分系统下面又包含无数小系统。实现总体最优。三峡工程1993年开始施工准备，历经10年，涉及防洪、发电、航运、移民安置、生态环境、国防安全、区域经济发展等各个方面。案例航天系统工程（神5，神六）两弹一星但系统思想的产生决非偶然一时的时髦，而是有着深远的历史思想渊源和现代科学技术基础。正如恩格思所说：人们远在知道什么是系统思想和系统工程之前，就已辩证地系统思维了，知道什么是辩证法之前，就已辩证地思考了。系统思想经历了从经验到哲学又到科学；从思辩到定性又到定量的发展过程。系统概念的产生过程：认识处于总体思维阶段强调自然界整体性统一性细节的认识靠臆造和猜测古代朴素的系统观古代近代现代从总体到局部细节的研究实验、解剖和观察的方法孤立的研究与科学发展相抵触形而上学的思维方式更深入的了解局部细节，建立了事物整体与构成整体的各部门间的桥梁科学的系统观系统定义系统—由相互联系，相互作用的许多要素结合而成的具有特定功能的统一体。三个基本点：1系统是由若干元素组成的；2元素间相互作用、相互依赖；3元素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定功能。钱学森：“系统是指依一定秩序相互联系着的一组事物。”——（中国“系统论”和“控制论”的奠基人之一）这里的每一组“事物”或每一个“组成部分”称为系统的“要素”。系统是由许多“要素”组成的。系统具有不同于组成它的若干要素的新的属性，即“系统性”。系统内部，还可以按其组成部分划分为若干“子系统”。这说明，子系统和系统的关系是相对的，可以相互转化。三、系统的基本特征1.集合性表明系统是由多个可相互区别的要素组成。2相关性相关性包括：系统内部各要素间；要素与系统整体间；系统与环境间的有机联系。如不存在相关性，众多的要素如同一盘散沙，只是一个集合，而不是一个系统。3阶层性一个大的系统，包含很多层次，上下层之间是包含与被包含的关系，或领导和被领导的关系。如：行政系统，军队，企业。在组织管理工作中，系统的层次与管理的跨度是一对矛盾。4整体性系统是作为一整体存在与特定环境中，与特定环境发生相互作用的。系统整体的涌现性：系统各个部分组成一个整体后，系统整体功能大于其组成要素功能的总和。系统层次间的涌现性：当低层次上的几个部分组成上一层次时，一些新的功能也会涌现出来。这就是我们常说的：“三个臭皮匠，赛过一个诸葛亮”。5涌现性是否多个要素凑在一起，其功能都一定大于部分功能之和呢？答案是否定的！最典型的就是人们所说的“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”。这是因为，这三个和尚没有形成一个“系统”，这些“和尚要素”相互不协调、不统一，才使得集体运水的效果急减。这就说明，要使得整体的功能大于部分功能之和，组成该整体的各要素必须协调统一。也就是说，系统的功能，也与要素间的关系，即系统的结构有关。6目的性目的性是系统存在的条件。开发系统工程项目的首要工作是确定系统的目的性。任何一个系统都有它的目的，否则，也就失去了这个系统存在的价值和意义。例如，生物系统的目的性就是增殖个体、繁衍物种、保存生命；同样，人造系统也有它的目的性，如企业的经营目的，就是以最少的资源消耗去取得最大的经济效益。运输系统的目的，就是为国民经济的发展提供运输服务。运输系统中各运输子系统的目的，就是为运输大系统的总目的服务。7环境适应性任何一个系统都存在于一定的物质环境中，环境的变化对系统的变化有很大的影响，同时，系统的作用也会引起环境的变化。两者相互影响作用的结果，就有可能使系统改变或失去原有的功能。一个好的系统，必须不断地与外部环境产生物质的、能量的和信息的交换，才能适应外部环境的变化，这就是环境适应性。下面，我们来看一个实例：例1—1：城市交通综合系统城市交通综合系统是一个庞大的动态系统，它本身的状态是随时间变化而变化的。其结构如图1—1所示：图1—1城市交通综合系统结构图城市交通综合系统交通环境条件道路交通条件路段交通系统路口交通系统交通设施系统行人交通系统公共交通系统交通管理系统公共场所分布居民住宅分布公交站点分布停车场分布企事业单位分布第三产业网点分布从结构图可以看出，城市交通系统具有以下四个特性：⑴整体性城市交通系统是由人、车、道路、设施、管理、环境等许多子系统组成的综合性整体，各子系统从属于这个整体，而整个城市交通系统又是更庞大的城市系统中的子系统。⑵相关性城市交通系统内部各子系统、各子系统要素之间是有机联系、相互依存又相互作用的。⑶目的性城市交通系统具有特定的目的。这就是：为人们从事各种活动提供必要的物质条件和空间活动条件，并达到安全、快速、高效、舒适的目的。⑷环境适应性城市交通系统处于社会环境之中，受周围环境的影响和制约，并与周围环境相协调。四、系统的分类1按自然属性分：自然系统和人造系统由自然过程产生的系统谓之自然系统，它的组成部分是自然物。如海洋系统、生态系统等。有人参与制造或改造的系统谓之人造系统。一般是按人们特定的希望有目的、有计划地组织建造而成的系统。如生产系统、交通系统等。很多系统是自然系统和人造系统的复合系统。2按物质属性分：实体系统和概念系统以矿物、生物、机械、能量和人群等物质实体为构成要素的系统为实体系统。由概念、原理、原则、方法、制度、程序等非物质实体为构成要素的系统为概念系统。概念系统是由实体系统的需要而产生的，并为实体服务的系统。实体系统是概念系统的物质基础，概念系统为实体系统提供指导和服务。提问：生产管理系统、交通管理系统是何系统？3按运动属性分：动态系统和静态系统动态系统是系统的状态变量随时间变化的系统，具有普遍性。静态系统就是表征系统运行规律的数学模型中不含时间因素，它是动态系统的一种极限状态，即处于稳定的状态。有时为研究方便将其视为静态。4按系统与环境关系分：开放系统和封闭系统开放系统中按反馈属性分：开环系统：没有反馈的系统闭环系统：具有反馈的系统，一般指负反馈。图1-5开环系统的一般表示图1-6闭环系统的一般表示钱学森院士的分类图1-8新的系统分类5按复杂程度分：大系统和小系统大系统和小系统之间无明显的界限之分。一般认为：大系统具有结构复杂、规模庞大、变量众多、功能综合多样等特征。如国民经济体系、生物学、经济、社会学领域中的系统。系统工程主要研究动态的、闭环的、人造的大系统。五、系统的结构与功能1系统的结构系统的结构是系统的构成要素在时空连续区上的排列组合方式和相互作用方式。一般可抽象为：E，RS=S：代表系统结构；E：代表系统要素的集合；R：代表要素之间各种关系的集合一个系统必须同时包括Ω和R，两者缺一不可。2系统的功能系统工程的任务在于提高系统的功能，特别是系统的处理或转换的效率，即在一定的输入条件下，输出越多越好；或在一定的输出条件下，输入越少越好。图1-10系统的功能3系统结构与功能关系系统功能：{要素、结构、环境}结构决定功能。结构作为内在依据，决定着系统行为，同时功能也受要素的制约。要素性质的变化、结构类型、环境条件的变化都会影响系统的功能表现，甚至导致系统的质变。一、系统工程的概念1系统工程有系统与工程两方面从系统看工程：用系统的观点和方法解决工程问题。工程泛指系统的组织建立，系统的经营管理，系统的更新改造。从工程看系统：用工程的方法建造系统。这里SE理解为：用系统思想作指导，以系统方法和工程方法为工具，去建造人们需要的新系统或改造原有的旧系统，使之更加合理、更加完善、更加科学。第2节系统工程概念2系统工程的定义钱学森：“