系统工程导论课件

系统工程导论系统工程导论 2024/7/11系统工程导论 2023/8/111参考文献n梁军等，梁军等，系统工程导论系统工程导论，化学工业出版社，化学工业出版社，2005n梁迪，梁迪，系统工程系统工程，机械工业出版社，机械工业出版社，2005n岳超源，岳超源，决策理论与方法决策理论与方法，科学出版社，科学出版社，2003n黄燕等，黄燕等，SAS统计分析及应用统计分析及应用，机械工业出版社，机械工业出版社，2006n汪应络，系统工程理论方法与应用，高教社，1997n高志亮，系统工程方法论，西北工业大学出版社，2004n孙东川，系统工程引论，清华大学出版社，20042024/7/12参考文献梁军等，系统工程导论，化学工业出版社，20052需要学习和使用的软件nSPSS、SAS、STATISTICA等统计分析软件等统计分析软件nMATLAB等计算软件等计算软件nVC等程序设计软件等程序设计软件2024/7/13需要学习和使用的软件SPSS、SAS、STATISTICA等系统工程导论课件系统工程导论课件第一阶段：源远流长第一阶段：源远流长大禹治水大禹治水都江堰工程都江堰工程丁渭工程丁渭工程田忌赛马田忌赛马几个生动的实例几个生动的实例2024/7/16第一阶段：源远流长大禹治水都江堰工程丁渭工程田忌赛马几个生动大禹治水大禹治水 4000多年前，舜帝派大禹治水。大禹多年前，舜帝派大禹治水。大禹经过调查研究，认为其父采取经过调查研究，认为其父采取“湮湮”的方的方法是错误的，决定采用法是错误的，决定采用“导导”的方法。的方法。他率领群众挖了他率领群众挖了9条大川，放田水入条大川，放田水入川，放川水入海。川，放川水入海。同时，他把全国分成同时，他把全国分成12州州5大区，分大区，分派派5个首领掌管。个首领掌管。治水过程中还注意调运物资，救济灾治水过程中还注意调运物资，救济灾荒，调动百姓积极性。荒，调动百姓积极性。13年后，治水成功！年后，治水成功！启示启示系统思想系统思想“治水治水”与与“治人治人”并重。并重。2024/7/17大禹治水 4000多年前，舜帝派大禹治水。大禹经过 战国时期，齐国的田忌和齐威王赛马，田战国时期，齐国的田忌和齐威王赛马，田忌参赛的上中下马分别劣于齐王的上中下马，孙忌参赛的上中下马分别劣于齐王的上中下马，孙膑教田忌分别以下、上、中马对齐王的上、中、膑教田忌分别以下、上、中马对齐王的上、中、下马，从而赢得比赛的总体胜利下马，从而赢得比赛的总体胜利 田忌赛马田忌赛马 系统的要素不变（比赛双方及六匹马）策略系统的要素不变（比赛双方及六匹马）策略不同，总体效果不同。不同，总体效果不同。该思想至今仍然在用，如：博弈理论；体育该思想至今仍然在用，如：博弈理论；体育比赛中的团体赛等。比赛中的团体赛等。启示启示http:/ 战国时期，齐国的田忌和齐威王赛马，田忌参赛的 战国时期（公元前战国时期（公元前250年前后），年前后），秦国的秦国的李冰父子主持修建的四川都江堰水利工程，将李冰父子主持修建的四川都江堰水利工程，将分洪、引水和排沙等多种需求结合在一起进行分洪、引水和排沙等多种需求结合在一起进行考虑，使各部分组成一个整体，实现了防洪、考虑，使各部分组成一个整体，实现了防洪、灌溉、行舟、漂木等多种功能。灌溉、行舟、漂木等多种功能。都江堰水利工程都江堰水利工程启示启示 系统的思想，整理考虑，综合寻优系统的思想，整理考虑，综合寻优 2024/7/19 战国时期（公元前250年前后），秦国的李冰父子都江堰水利工程都江堰水利工程岷岷江江外外江江外外江江飞飞鱼嘴鱼嘴宝宝瓶瓶口口沙沙堰堰内内江江三大工程三大工程l鱼嘴岷江分水工程鱼嘴岷江分水工程l飞沙堰分洪排沙工程飞沙堰分洪排沙工程l宝瓶口引水工程宝瓶口引水工程2024/7/110都江堰水利工程岷外江外江飞鱼嘴宝瓶口沙堰内江三大工程鱼嘴岷江都江堰水利工程都江堰水利工程三大工程三大工程l鱼嘴岷江分水工程鱼嘴岷江分水工程l飞沙堰分洪排沙工程飞沙堰分洪排沙工程l宝瓶口引水工程宝瓶口引水工程2024/7/111都江堰水利工程三大工程鱼嘴岷江分水工程2023/8/1111丁渭工程丁渭工程启示启示 北宋真宗时期（北宋真宗时期（998-1022年），皇城失火，宫殿被年），皇城失火，宫殿被毁。皇帝任命丁渭负责修复皇宫。丁渭的方案是：毁。皇帝任命丁渭负责修复皇宫。丁渭的方案是：1、皇宫旧址前原有大街处挖一沟渠，挖沟的土烧、皇宫旧址前原有大街处挖一沟渠，挖沟的土烧砖，解决部分建筑材料问题。砖，解决部分建筑材料问题。2、开封附近的汴水引入沟内，形成航道，从外地、开封附近的汴水引入沟内，形成航道，从外地运输沙石木料。运输沙石木料。3、皇宫修好后，把沟水排掉，用建筑垃圾、废弃、皇宫修好后，把沟水排掉，用建筑垃圾、废弃杂物填入沟中，恢复原来大街。杂物填入沟中，恢复原来大街。皇宫修复全过程看成一个系统，并划分为若干并行皇宫修复全过程看成一个系统，并划分为若干并行和交叉作业的子系统。蕴含了和交叉作业的子系统。蕴含了“系统工程系统工程”思想。思想。2024/7/112丁渭工程启示 北宋真宗时期（998-1022年）第二阶段：突然崛起第二阶段：突然崛起 大体上形成于上世纪大体上形成于上世纪50、60年代年代经典成功案例（美国）经典成功案例（美国）阿波罗登月计划阿波罗登月计划北极星导弹核潜艇计划北极星导弹核潜艇计划计算机计算机客观需求客观需求关键原因关键原因2024/7/113第二阶段：突然崛起 大体上形成于上世纪50、60年代经典成功 阿波罗登月计划工程涉及三百多万个部件、两阿波罗登月计划工程涉及三百多万个部件、两万多个企业、万多个企业、120个大学和研究机构，耗资个大学和研究机构，耗资244亿美亿美元，持续元，持续11年。整个工程在计划进度、质量检验、年。整个工程在计划进度、质量检验、可靠性评价和管理过程等方面都采用了系统工程方可靠性评价和管理过程等方面都采用了系统工程方法，创造了法，创造了“计划评审技术计划评审技术(PERT)”和和“图解评审技图解评审技术术(GERT)”，实现了时间进度、质量技术与经费管，实现了时间进度、质量技术与经费管理三者的统一，如期完成总体目标。理三者的统一，如期完成总体目标。阿波罗登月计划阿波罗登月计划2024/7/114 阿波罗登月计划工程涉及三百多万个部件、两万多阿波罗登月计划阿波罗登月计划2024/7/115阿波罗登月计划2023/8/1115问题明确、规模巨大、递阶结构问题明确、规模巨大、递阶结构第三阶段：迅速扩张第三阶段：迅速扩张 经典案例的特点经典案例的特点大系统大系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统非常适合处理这类问题非常适合处理这类问题2024/7/116问题明确、规模巨大、递阶结构第三阶段：迅速扩张 经典案例的特发展一般性的处理大系统问题的方法发展一般性的处理大系统问题的方法基本方法：基本方法：分解协调分解协调大系统大系统子系统子系统子系统子系统子系统状态变量子系统状态变量大系统协调变量大系统协调变量 各子系统求解过程受协调变量影响，各子系统求解过程受协调变量影响，大系统调节协调变量实现自己目标。大系统调节协调变量实现自己目标。缺点：缺点：针对特殊结构有效，很难成为一般性方法！针对特殊结构有效，很难成为一般性方法！2024/7/117发展一般性的处理大系统问题的方法基本方法：分解协调大系统子系系统中包括有主观意志的人系统中包括有主观意志的人用大系统方法处理社会经济问题时遇到用大系统方法处理社会经济问题时遇到新问题：新问题：基本手段：基本手段：在一些合理的假设下建立社会经济系在一些合理的假设下建立社会经济系统，包括人的行为方式在内的数学模型，统，包括人的行为方式在内的数学模型，一旦建立了这种模型，就可以直接应用处一旦建立了这种模型，就可以直接应用处理工程系统的方法，甚至发展决策支持系理工程系统的方法，甚至发展决策支持系统代替人做决策。统代替人做决策。局限性：局限性：假设合理与模型实用存在严重矛盾！假设合理与模型实用存在严重矛盾！2024/7/118系统中包括有主观意志的人用大系统方法处理社会经济问题时遇到新80年代年代掀起高潮掀起高潮广泛用于制定社会经济发展规划广泛用于制定社会经济发展规划上世纪上世纪50、60年代开始年代开始国防科研机构和大规模项目广泛应用国防科研机构和大规模项目广泛应用中国的发展中国的发展 运筹学理论方法和应用研究运筹学理论方法和应用研究本质上是用集中控制方法处理社会经济问题！本质上是用集中控制方法处理社会经济问题！2024/7/11980年代掀起高潮广泛用于制定社会经济发展规划上世纪50、60 载人航天是一项庞大的系统工程，包括：载人飞载人航天是一项庞大的系统工程，包括：载人飞船、运载火箭、航天员、测控通信网、发射场、着陆船、运载火箭、航天员、测控通信网、发射场、着陆场以及有效载荷等场以及有效载荷等7个分系统。个分系统。其中火箭又包含：箭体结构、动力装置、控制、其中火箭又包含：箭体结构、动力装置、控制、推进剂利用、故障检测处理、逃逸救生、遥测、外测推进剂利用、故障检测处理、逃逸救生、遥测、外测安全、地面设备和附加系统共安全、地面设备和附加系统共10个分系统。个分系统。载人航天载人航天11年（截止年（截止2003年）耗资年）耗资180亿元，亿元，“神五神五”一次发射耗资一次发射耗资10亿元。亿元。载人航天是中国航天史上的第载人航天是中国航天史上的第2个里程碑。个里程碑。中国的成功范例中国的成功范例载人航天工程载人航天工程2024/7/120 载人航天是一项庞大的系统工程，包括：载人飞船、第四阶段：返璞归真第四阶段：返璞归真根本原因根本原因上世纪上世纪90年代以来年代以来系统工程的名称提的越来越少系统工程的名称提的越来越少系统工程的方法用的越来越多系统工程的方法用的越来越多信息处理能力和计算能力迅速发展信息处理能力和计算能力迅速发展导致定量处理问题的能力不断增强导致定量处理问题的能力不断增强交通、地理、制造、金融、服务、交通、地理、制造、金融、服务、2024/7/121第四阶段：返璞归真根本原因上世纪90年代以来系统工程的名称提1.2 基本概念1.2.1 系统思想的演变系统思想的演变古希腊哲学家赫拉克利特：世界是包括一切的整体。古希腊哲学家赫拉克利特：世界是包括一切的整体。论自然界论自然界古希腊哲学家德谟克里特提出宇宙大系统的理念，认为古希腊哲学家德谟克里特提出宇宙大系统的理念，认为原子组成万物，形成不同系统层次的世界。这是原子组成万物，形成不同系统层次的世界。这是“系统系统”一次的最早出处。一次的最早出处。宇宙大系统宇宙大系统2024/7/1221.2 基本概念1.2.1 系统思想的演变古希腊哲学家赫拉克中国春秋时期老子：中国春秋时期老子：“道生一、一生二、二生三、三生道生一、一生二、二生三、三生万物万物”中国西周时期：用阴阳二气的矛盾来解释自然现象，产中国西周时期：用阴阳二气的矛盾来解释自然现象，产生了生了“五行观念五行观念”，认为金、木、水、火、土是构成世，认为金、木、水、火、土是构成世界大系统的五种基本物质要素。界大系统的五种基本物质要素。金生水金生水 水生木水生木 木生火木生火 火生土火生土 土生金土生金 金克木金克木 水克火水克火 木克土木克土 火克金火克金 土克水土克水2024/7/123中国春秋时期老子：“道生一、一生二、二生三、三生万物”中国西系统运动图系统运动图2024/7/124系统运动图2023/8/112420世纪世纪4070年代出现的部分系统工程学科分支年代出现的部分系统工程学科分支创始人始人分支学科名称分支学科名称时间创始人始人分支学科名称分支学科名称时间冯.诺依曼依曼对策策论1944 W.R.阿会布阿会布自自组织系系统原理原理1962冯.贝塔朗菲塔朗菲一般系一般系统论1945 R.罗森森自复制自自复制自动机机1965C.E.香香农信息信息论1948 L.扎德扎德模糊集与系模糊集与系统1969N.维纳控制控制论1949 I.普里高津普里高津耗散耗散结构理构理论1969冯.贝塔朗菲塔朗菲开放系开放系统理理论1954 汤姆姆突突变理理论1969钱学森学森工程控制工程控制论(*)1957 H.哈肯哈肯协同学同学1969A.H.哥德哥德系系统工程工程1957 艾根艾根超循超循环理理论1971R.别依曼依曼动态规划划论1961 J.G.米勒米勒生命系生命系统理理论1972M.D.曼曼萨诺维可可一般系一般系统的数学理的数学理论1962 P.齐格勒格勒建模与仿真理建模与仿真理论19722024/7/12520世纪4070年代出现的部分系统工程学科分支创始人分支学钱学森钱学森n1911年祖籍杭州，生于上海。应用力学、年祖籍杭州，生于上海。应用力学、工程控制论、系统工程科学家。工程控制论、系统工程科学家。n1934年毕业于上海交通大学，年毕业于上海交通大学，1939年年在加州理工学院获博士学位在加州理工学院获博士学位。并担任过。并担任过加州理工学院航空系副教授，麻省理工加州理工学院航空系副教授，麻省理工学院航空系副教授、空气动力学教授，学院航空系副教授、空气动力学教授，1949年至年至1955年任美国加州理工学院年任美国加州理工学院喷气推进中心主任、教授。喷气推进中心主任、教授。n中国控制学科最重要的奠基人，中国自中国控制学科最重要的奠基人，中国自动化学会首任理事长。动化学会首任理事长。2024/7/126钱学森1911年祖籍杭州，生于上海。应用力学、工程控制论、系钱学森钱学森n中国力学学会、中国自动化学会、中中国力学学会、中国自动化学会、中国宇航学会、中国系统工程学会名誉国宇航学会、中国系统工程学会名誉理事长，中国科学院学部主席团名誉理事长，中国科学院学部主席团名誉主席，中国科学技术协会名誉主席。主席，中国科学技术协会名誉主席。曾任国防科学技术委员会副主任和中曾任国防科学技术委员会副主任和中国科学技术协会主席。在应用力学、国科学技术协会主席。在应用力学、工程控制论工程控制论、系统工程等多领域取得、系统工程等多领域取得出色研究成果，在中国航天事业的创出色研究成果，在中国航天事业的创建与发展等方面作出了卓越贡献。建与发展等方面作出了卓越贡献。1999年获年获“两弹一星功勋奖章两弹一星功勋奖章”。1957年选聘为中国科学院院士（学年选聘为中国科学院院士（学部委员）。部委员）。2024/7/127钱学森中国力学学会、中国自动化学会、中国宇航学会、中国系统工 中国航天之父中国航天之父 感动中国感动中国2008年度人物。年度人物。中国火箭、导弹和航天技术的重要奠基人。中国火箭、导弹和航天技术的重要奠基人。感动中国推选委员会阎肃：感动中国推选委员会阎肃：大千宇宙大千宇宙 浩瀚长空，全纳入赤子心胸。浩瀚长空，全纳入赤子心胸。惊世两弹惊世两弹 冲宵一星，尽凝铸中华豪情，霜鬓不坠青云志。冲宵一星，尽凝铸中华豪情，霜鬓不坠青云志。寿至期颐寿至期颐 回首望去，只付默默一笑中。回首望去，只付默默一笑中。钱学森先生引入钱学森先生引入“不太可靠的元件通过冗余技术可以不太可靠的元件通过冗余技术可以组成可靠的系统组成可靠的系统”的思想，开创了中国的航天领域研究，的思想，开创了中国的航天领域研究，是中国导弹航天技术跻身世界前沿。是中国导弹航天技术跻身世界前沿。钱学森钱学森2024/7/128 中国航天之父 感动中国2008年度人物1.2.2 系统的定义及其特性系统的定义及其特性定义：定义：系统是具特定功能的，相互间具有有机系统是具特定功能的，相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个整体。联系的许多要素所构成的一个整体。特性：特性：集合性：集合性：系统是具有某种属性的对象的全体系统是具有某种属性的对象的全体(集集合合)，是由两个或两个以上相互区别的要素组成。，是由两个或两个以上相互区别的要素组成。整体性：整体性：各要素缺一不可，且不是各要素的简各要素缺一不可，且不是各要素的简单集合，任何要素及其之间联系和作用不能脱单集合，任何要素及其之间联系和作用不能脱离整体的协调去考虑。离整体的协调去考虑。系统论一个基本原理：总体不等于部分和。系统论一个基本原理：总体不等于部分和。2024/7/1291.2.2 系统的定义及其特性定义：系统是具特定功能的，相互n整体性特性之一整体性特性之一有机性有机性 部分只在整体中才具有其部分的意义；部分只在整体中才具有其部分的意义；整体的特性只有在系统的运动中，整体与整体的特性只有在系统的运动中，整体与部分，部分与部分，环境与系统，以及不同层部分，部分与部分，环境与系统，以及不同层次之间按一定规律进行一定程度的物质、能量次之间按一定规律进行一定程度的物质、能量及信息交换，才体现出其性质和功能。及信息交换，才体现出其性质和功能。n整体性特征之二整体性特征之二组合效应组合效应 系统形成整体后，产生系统性能，这是一系统形成整体后，产生系统性能，这是一种质变，是形成整体以前没有的。同时又可能丧种质变，是形成整体以前没有的。同时又可能丧失了组成部分在孤立状态下的某特性。失了组成部分在孤立状态下的某特性。2024/7/130整体性特性之一有机性整体性特征之二组合效应2023/系统的特性系统的特性相关性：相关性：组成系统的要素是相互联系，相互作组成系统的要素是相互联系，相互作用的。用的。阶层性：阶层性：系统作为一个相互作用的整体来看，系统作为一个相互作用的整体来看，它可分解成一系列的子系统，子系统之间存在它可分解成一系列的子系统，子系统之间存在一定层次关系。一定层次关系。目的性：目的性：要达到既定目的，系统具有一定功能。要达到既定目的，系统具有一定功能。这是区别系统与系统的标志。这是区别系统与系统的标志。环境适应性：环境适应性：系统是处于一定的物质环境中，系统是处于一定的物质环境中，环境变化，引起系统内部各要素的变化，不能环境变化，引起系统内部各要素的变化，不能适应变化的系统是没有生命力的。适应变化的系统是没有生命力的。2024/7/131系统的特性相关性：组成系统的要素是相互联系，相互作用的。20 系统实现环境适应性有如下三种方式：系统实现环境适应性有如下三种方式：1 1、适应性自稳、适应性自稳 指系统具有这样一种能力或倾向：当环境变化指系统具有这样一种能力或倾向：当环境变化或施加干扰，使它偏离原有状态，系统具有某种或施加干扰，使它偏离原有状态，系统具有某种机制，使其恢复原有状态。机制，使其恢复原有状态。2 2、适应性组织、适应性组织 为适应环境变化，系统通过内部或外部指令形为适应环境变化，系统通过内部或外部指令形成特定的结构和功能。成特定的结构和功能。3 3、自组织性、自组织性 对系统的结构、要素进行自动调整，改变。对系统的结构、要素进行自动调整，改变。自组织性自组织性:是指系统结构的有机性和反馈功能，是指系统结构的有机性和反馈功能，不通过系统不通过系统内部或外部指令完成内部或外部指令完成，而是系统各要素按彼此的，而是系统各要素按彼此的相关性，协相关性，协同性同性或某种默契而形成特定的结构和功能。或某种默契而形成特定的结构和功能。2024/7/132 系统实现环境适应性有如下三种方式：1、适应性自稳自组织性n自然系统和人工系统自然系统和人工系统n实体系统和概念系统实体系统和概念系统n动态系统与静态系统动态系统与静态系统n控制系统与行为系统控制系统与行为系统1.2.3 系统的分类系统的分类概念系统是由概念、原理、概念系统是由概念、原理、概念系统是由概念、原理、概念系统是由概念、原理、原则、方法、制度、程序原则、方法、制度、程序原则、方法、制度、程序原则、方法、制度、程序等非物质实体构成等非物质实体构成等非物质实体构成等非物质实体构成模型中的变量是否随时间模型中的变量是否随时间模型中的变量是否随时间模型中的变量是否随时间变化变化变化变化2024/7/133自然系统和人工系统1.2.3 系统的分类概念系统是由概念、原1.2.4 系统的结构与功能系统的结构与功能n系统的组成要素：系统的组成要素：Cn系统的结构：系统的结构：Sn系统的环境：系统的环境：En系统的功能：系统的功能：F(体现了系统与外部环境之间物体现了系统与外部环境之间物质、能量、信息交换能力质、能量、信息交换能力)要素、结构、功能三者关系：要素、结构、功能三者关系：1 1、要素不同，功能不同；、要素不同，功能不同；2 2、要素相同，结构不同，功能不同；、要素相同，结构不同，功能不同；3 3、要素，结构不同，也可能功能相同。、要素，结构不同，也可能功能相同。4 4、同一结构，也可多种功能。、同一结构，也可多种功能。达到同一目标达到同一目标可有多种方案可有多种方案F f(E,C,S)2024/7/1341.2.4 系统的结构与功能系统的组成要素：C 要素、结构、1.2.5 系统工程系统工程 什么是系统工程？什么是系统工程？系统工程就是用工程方法处理系统问题。系统工程就是用工程方法处理系统问题。是把事情尽量做好（优化）的方法（事理）是把事情尽量做好（优化）的方法（事理）事情表面上可以完全不同（跨学科）事情表面上可以完全不同（跨学科）都是互相联系的量组成的整体（模型）都是互相联系的量组成的整体（模型）尽量获得量化的结果（数学，计算机）尽量获得量化的结果（数学，计算机）主要特点：主要特点：定量，寻优定量，寻优 基本手段：基本手段：建模，优化建模，优化2024/7/1351.2.5 系统工程 什么是系统工程？2023/8/1135系统工程解决问题的基本依据系统工程解决问题的基本依据 物理规律物理规律（科学知识）（科学知识）数学方法（严格的逻辑）数学方法（严格的逻辑）随着应用范围的不断扩大，随着应用范围的不断扩大，工程性质的常工程性质的常识或经验，与严格的数学方法成为识或经验，与严格的数学方法成为系统工程解系统工程解决问题的主要依据。决问题的主要依据。常识或经验（工程性质）常识或经验（工程性质）2024/7/136系统工程解决问题的基本依据 物理规律（科学知识）1.2.5 系统工程系统工程 发展历程：发展历程：1 1、系统工程是建立在运筹学基础上，并与运、系统工程是建立在运筹学基础上，并与运筹学一起发展起来的。筹学一起发展起来的。2 2、19561956年，中国科学院在力学所成立年，中国科学院在力学所成立“运筹运筹学教研室学教研室”（钱学森所长）（钱学森所长）3 3、19781978年，钱学森组织管理的技术年，钱学森组织管理的技术系统系统工程一文发表，产生巨大影响。工程一文发表，产生巨大影响。4 4、19801980年，成立中国系统工程学会年，成立中国系统工程学会中科院中科院系统工程研究所系统工程研究所,高校开设相关课程高校开设相关课程,成立成立相关专业。相关专业。2024/7/1371.2.5 系统工程 发展历程：2023/8/11371.2.5 系统工程系统工程 对系统工程的理解：对系统工程的理解：1 1、系统工程是跨越多个学科领域的横断性学、系统工程是跨越多个学科领域的横断性学科，它不但涉及各种技术方面的科，它不但涉及各种技术方面的“硬硬”因因素，还涉及社会，心理等素，还涉及社会，心理等“软软”因素。因素。2 2、系统工程是以处理一个系统为对象的一类、系统工程是以处理一个系统为对象的一类工程技术的总称。工程技术的总称。3 3、将系统工程原理用于各个领域内，就形成、将系统工程原理用于各个领域内，就形成了各个领域的系统工程。了各个领域的系统工程。2024/7/1381.2.5 系统工程 对系统工程的理解：2023/8/1131.2.5 系统工程系统工程 对系统工程的理解：对系统工程的理解：4 4、系统工程不同于传统的工程技术，系统工、系统工程不同于传统的工程技术，系统工程是工程战略，工程技术，组织管理和工程是工程战略，工程技术，组织管理和工程哲学的统一。程哲学的统一。5 5、系统工程是一种思想方法，而不是一种可系统工程是一种思想方法，而不是一种可以不偏不倚地照此办理就能得到预期结果以不偏不倚地照此办理就能得到预期结果的技术。的技术。6 6、系统工程的方法体系是运用系统的思想方系统工程的方法体系是运用系统的思想方法和各种数学方法、控制理论，以及电子法和各种数学方法、控制理论，以及电子计算机等技术工具来实现系统的模型化和计算机等技术工具来实现系统的模型化和最优化，进行系统分析和系统设计。最优化，进行系统分析和系统设计。2024/7/1391.2.5 系统工程 对系统工程的理解：2023/8/1131.2.5 系统工程系统工程系统工程的理论基础系统工程的理论基础 系统科学：一般系统论，大系统理论系统科学：一般系统论，大系统理论 控制论：控制论：经济控制论，分散控制经济控制论，分散控制 运筹学：运筹学：线性规划，动态规划，线性规划，动态规划，排队论，对策论排队论，对策论 管理科学管理科学2024/7/1401.2.5 系统工程系统工程的理论基础2023/8/11401.2.5 系统工程系统工程 目的性原则：目的性原则：系统工程是人类社会的实践活动，必有系统工程是人类社会的实践活动，必有其目的。其目的。整体性原则：整体性原则：处理问题着眼于系统整体。处理问题着眼于系统整体。综合性原则：综合性原则：解决同一问题的不同方案，取长补短，解决同一问题的不同方案，取长补短，加以综合。加以综合。动态性原则：动态性原则：在运动和变化中掌握事物在运动和变化中掌握事物 协调与优化原则协调与优化原则 适应性原则：适应性原则：系统在环境中生存系统在环境中生存系统工程的原则系统工程的原则2024/7/1411.2.5 系统工程 目的性原则：系统工程是人类社会的逻辑维逻辑维时间维时间维知识维知识维初步设计安装阶段研制阶段规划制定生产阶段运行阶段更新阶段实施计划决策优化系统分析系统综合评价系统设计问题确定商业、法律、建筑、心理学、等社会科学控制论运筹学工程技术系统工程方法论系统工程方法论霍尔的系统工程霍尔的系统工程三维结构三维结构(1968)(1968)（粗结构）（粗结构）（细结构）（细结构）（专业维）（专业维）2024/7/142逻辑维时间维知识维初步设计安装阶段研制阶段规划制定生产阶段运系统工程的步骤系统工程的步骤1 1、明确问题、明确问题2 2、设置目标，建立评价准则、设置目标，建立评价准则3 3、生成方案、生成方案4 4、把方案建模、把方案建模5 5、对方案进行评价、对方案进行评价6 6、选择一个方案、选择一个方案7 7、规划实施、规划实施2024/7/143系统工程的步骤1、明确问题2023/8/11431 1、明确问题、确立目标、明确问题、确立目标 明确问题是首要任务明确问题是首要任务 确立目标：总目标下有分目标，有多目标。确立目标：总目标下有分目标，有多目标。（1）确立目标时，考虑建立）确立目标时，考虑建立指标体系指标体系。（2）确立目标时，要考虑系统的）确立目标时，要考虑系统的约束约束。（3）符合约束条件的目标或方案，叫做）符合约束条件的目标或方案，叫做 可行目标或可行方案。可行目标或可行方案。可行性问题是系统分析中的关键问题。可行性问题是系统分析中的关键问题。2024/7/1441、明确问题、确立目标2023/8/11442 2、方案的生成与未来环境预测、方案的生成与未来环境预测（1）对方案的要求包括：方案具有）对方案的要求包括：方案具有稳健性，可稳健性，可靠性，完整性，灵活性靠性，完整性，灵活性。不允许一个方案是另。不允许一个方案是另一个方案的一部分。一个方案的一部分。（2）未来环境预测：对方案在未来环境下产生）未来环境预测：对方案在未来环境下产生的后果进行分析比较的后果进行分析比较 预测方法预测方法：定性预测定性预测 定量预测定量预测2024/7/1452、方案的生成与未来环境预测2023/8/1145定量预测定量预测：给出数量指标，建立在统计资料基础：给出数量指标，建立在统计资料基础 上，有历史数据，且假设平稳发展。上，有历史数据，且假设平稳发展。（1）因果关系分析法：）因果关系分析法：一元线性回归法，多元一元线性回归法，多元线性回归，非线性回归法线性回归，非线性回归法（2）时间序列分析法：）时间序列分析法：预测对象的自身变化过预测对象的自身变化过程及发展趋势（短期预测）程及发展趋势（短期预测）定性预测：定性预测：复杂情况及变化很难定量描述。复杂情况及变化很难定量描述。（1 1）专家预测法：）专家预测法：）专家预测法：）专家预测法：利用专家经验利用专家经验利用专家经验利用专家经验（2 2）德尔菲法：）德尔菲法：）德尔菲法：）德尔菲法：带反馈的函询调查法，一轮轮带反馈的函询调查法，一轮轮带反馈的函询调查法，一轮轮带反馈的函询调查法，一轮轮征求意见，集中，不记名寄出。征求意见，集中，不记名寄出。征求意见，集中，不记名寄出。征求意见，集中，不记名寄出。2024/7/146定量预测：给出数量指标，建立在统计资料基础2023/8/113、建模、分析与优化、建模、分析与优化A、模型的分类模型的分类（一）按模型的本质（一）按模型的本质 具体模型：也称物理模型。如：船、飞机等具体模型：也称物理模型。如：船、飞机等 抽象模型：也称数学模型。用数学公式、图形、抽象模型：也称数学模型。用数学公式、图形、计算机程序来抽象描述系统某一方面属。计算机程序来抽象描述系统某一方面属。数学模型按系统输入输出情况又分成：数学模型按系统输入输出情况又分成：数学模型按系统输入输出情况又分成：数学模型按系统输入输出情况又分成：(1)(1)(1)(1)确定型模型确定型模型确定型模型确定型模型：系统输入和输出是确定的时间函数，模型：系统输入和输出是确定的时间函数，模型：系统输入和输出是确定的时间函数，模型：系统输入和输出是确定的时间函数，模型可用确定性的数学工具来描述。可用确定性的数学工具来描述。可用确定性的数学工具来描述。可用确定性的数学工具来描述。(2)(2)(2)(2)概率型模型概率型模型概率型模型概率型模型：系统输入和输出具有随机性，用概率工具：系统输入和输出具有随机性，用概率工具：系统输入和输出具有随机性，用概率工具：系统输入和输出具有随机性，用概率工具描述。描述。描述。描述。(3)(3)(3)(3)模糊型模型模糊型模型模糊型模型模糊型模型：输入输出之间关系无法明确的数学关系描：输入输出之间关系无法明确的数学关系描：输入输出之间关系无法明确的数学关系描：输入输出之间关系无法明确的数学关系描述。（用模糊数学工具描述）述。（用模糊数学工具描述）述。（用模糊数学工具描述）述。（用模糊数学工具描述）2024/7/1473、建模、分析与优化A、模型的分类2023/8/11473、建模、分析与优化、建模、分析与优化（二）按模型描述的内容（二）按模型描述的内容（二）按模型描述的内容（二）按模型描述的内容 结构模型：系统中要素之间联系，是一种结结构模型：系统中要素之间联系，是一种结结构模型：系统中要素之间联系，是一种结结构模型：系统中要素之间联系，是一种结构关系。（功能上，未必实体上）构关系。（功能上，未必实体上）构关系。（功能上，未必实体上）构关系。（功能上，未必实体上）数量模型：反映变量间的数量关系。数量模型：反映变量间的数量关系。数量模型：反映变量间的数量关系。数量模型：反映变量间的数量关系。数量模型按变量随时间的取值可分为：数量模型按变量随时间的取值可分为：数量模型按变量随时间的取值可分为：数量模型按变量随时间的取值可分为：（1 1 1 1）连续模型）连续模型）连续模型）连续模型：变量是时间的连续函数。：变量是时间的连续函数。：变量是时间的连续函数。：变量是时间的连续函数。（2 2 2 2）离散模型）离散模型）离散模型）离散模型：变量是时间的离散函数。：变量是时间的离散函数。：变量是时间的离散函数。：变量是时间的离散函数。（三）按系统所处状态（三）按系统所处状态（三）按系统所处状态（三）按系统所处状态 静态模型：系统相对时间来说是静止状态静态模型：系统相对时间来说是静止状态静态模型：系统相对时间来说是静止状态静态模型：系统相对时间来说是静止状态 动态模型：描述系统的运动动态。动态模型：描述系统的运动动态。动态模型：描述系统的运动动态。动态模型：描述系统的运动动态。2024/7/1483、建模、分析与优化（二）按模型描述的内容2023/8/11B B、模型的基本要素及其关系、模型的基本要素及其关系、模型的基本要素及其关系、模型的基本要素及其关系基本要素基本要素基本要素基本要素：变量、参量、常量：变量、参量、常量：变量、参量、常量：变量、参量、常量变量变量变量变量：输入变量、输出变量、状态变量、控制：输入变量、输出变量、状态变量、控制：输入变量、输出变量、状态变量、控制：输入变量、输出变量、状态变量、控制变量（决策变量，可认为控制）变量（决策变量，可认为控制）变量（决策变量，可认为控制）变量（决策变量，可认为控制）关系关系关系关系：由物理性质、工艺机理、运动规律建立：由物理性质、工艺机理、运动规律建立：由物理性质、工艺机理、运动规律建立：由物理性质、工艺机理、运动规律建立 如：如：如：如：F=maF=maC C、建模中对模型的要求建模中对模型的要求建模中对模型的要求建模中对模型的要求 能反映原系统在某方面的基本属性（抓能反映原系统在某方面的基本属性（抓能反映原系统在某方面的基本属性（抓能反映原系统在某方面的基本属性（抓主要因素）主要因素）主要因素）主要因素）简洁、易于分析计算简洁、易于分析计算简洁、易于分析计算简洁、易于分析计算 与其他模型易于衔接，模型的详尽程度与其他模型易于衔接，模型的详尽程度与其他模型易于衔接，模型的详尽程度与其他模型易于衔接，模型的详尽程度与数据来源、数据精度能够匹配。与数据来源、数据精度能够匹配。与数据来源、数据精度能够匹配。与数据来源、数据精度能够匹配。2024/7/149B、模型的基本要素及其关系2023/8/11493、建模、分析与优化、建模、分析与优化D、建模过程建模过程（1 1 1 1）明确系统的目的与功能）明确系统的目的与功能）明确系统的目的与功能）明确系统的目的与功能（2 2 2 2）选择变量与参量）选择变量与参量）选择变量与参量）选择变量与参量（3 3 3 3）建立粗模型）建立粗模型）建立粗模型）建立粗模型（4 4 4 4）将系统划分成子系统）将系统划分成子系统）将系统划分成子系统）将系统划分成子系统（5 5 5 5）建立子系统模型）建立子系统模型）建立子系统模型）建立子系统模型（6 6 6 6）建立衔接与关联部分模型）建立衔接与关联部分模型）建立衔接与关联部分模型）建立衔接与关联部分模型（7 7 7 7）归纳并建立系统总体的细模型）归纳并建立系统总体的细模型）归纳并建立系统总体的细模型）归纳并建立系统总体的细模型2024/7/1503、建模、分析与优化D、建模过程2023/8/11503、建模、分析与优化、建模、分析与优化E、模型分析：手算、机算、仿真模型分析：手算、机算、仿真F F、优化：希望一个或几个指标达到最优值。优化：希望一个或几个指标达到最优值。按目标函数个数分为：按目标函数个数分为：按目标函数个数分为：按目标函数个数分为：（1 1 1 1）单目标优化）单目标优化）单目标优化）单目标优化 （2 2 2 2）多目标优化）多目标优化）多目标优化）多目标优化 按随机变量取值方式分为：按随机变量取值方式分为：按随机变量取值方式分为：按随机变量取值方式分为：（1 1 1 1）连续优化）连续优化）连续优化）连续优化 （2 2 2 2）离散优化（变量取值和方案个数为有限个）离散优化（变量取值和方案个数为有限个）离散优化（变量取值和方案个数为有限个）离散优化（变量取值和方案个数为有限个）2024/7/1513、建模、分析与优化E、模型分析：手算、机算、仿真2023/例例1：60年代，美苏军备竞赛年代，美苏军备竞赛 美国方面：核武器破坏力的模型：美国方面：核武器破坏力的模型：其中：其中：k：核武器的破坏力，核武器的破坏力，y：核武器当量（核弹级位数，由核核武器当量（核弹级位数，由核弹内部结构决定）弹内部结构决定）c：命中误差命中误差1.2.6 学习系统工程的意义学习系统工程的意义两个例子两个例子由此可见：由此可见：c减少减少7/8，k提高提高64倍倍 y增加增加8倍，倍，k提高提高4倍倍美国策略：美国策略：提高命中精度，而不是核弹的当量级。提高命中精度，而不是核弹的当量级。2024/7/152例1：60年代，美苏军备竞赛1.2.6 学习系统工程的意义例例2：将个人发展看成一项系统工程。：将个人发展看成一项系统工程。根据个人素质，特长，经历，性格，家庭状况根据个人素质，特长，经历，性格，家庭状况等等选择一条最适合自己的路。等等选择一条最适合自己的路。推研？推研？工作？工作？出国？出国？2024/7/153例2：将个人发展看成一项系统工程。2023/8/1153