ch2 系统工程理论与方法论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,#,页,第二章 SE理论与方法论,第一节,SE理论,第二节,SE基本工作过程,1,系统理,论,论包括,：,：,1、老三论（形成,于,于20,世,世纪四,十,十年代,）,）：,一般系,统,统论、,控,控制论,和,和信息,论,论。,2、新三论（形成,于,于20,世,世纪七,十,十年代,）,）：,耗散结,构,构理论,、,、协同,论,论和突,变,变论。,3、其他理,论,论：,运筹学,、,、高等,数,数学、,集,集合论,等,等等,第一节,系,系,统,统工程,的,的理论,基,基础,2,系统工,程,程的理,论,论基础,系统工程理论基础及其工具,一般系统论,控制论,运筹学,信息论,发展,（理论基础）,耗散结构理论,协同学,突变论,集合论,3,一般系,统,统论、,控,控制论,、,、信息,论,论、耗,散,散结构,理,理论、,协,协同学,及,及突变,论,论等是,系,系统理,论,论的重,要,要内容,和,和SE的,理,理论基,础,础,4,1、一,般,般系统,论,论（generalsystem theory),创始人,：,：美籍,奥,奥地利,理,理论生,物,物学家L.V,贝,贝塔朗,菲,菲,1945年发,表,表关,于,于一般,系,系统论,研究复,杂,杂系统,一,一般规,律,律的学,科,科,5,一般系,统,统论的,产,产生,背景：,本,本世纪,初,初，物,理,理学、,力,力学、,化,化学等,已,已得到,深,深入发,展,展、学,科,科体系,已,已趋于,完,完整。,生物学,却,却仍处,于,于一种,想,想象，,试,试验的,阶,阶段。,例,例如，,生,生命的,起,起源、,生,生命的,本,本质等,问,问题，,就,就存在两种激烈争,论,论的观,点,点,6,机械论,与,与活力,论,论,机械论,观,观点：认为生,物,物体应,像,像机械,体,体一样,服,服从物,理,理学、,化,化学所,阐,阐明的,各,各种规,律,律，也,就,就是说,，,，把生,命,命问题,简,简化为,物,物理和,化,化学问,题,题，纯,粹,粹用物,理,理原因,和,和化学,原,原因来,说,说明一,切,切生命,的,的生理,现,现象和,心,心理过,程,程。,-,-,-,-,无,无法说,明,明生命,体,体的统,一,一性.,活力论,观,观点：认为不,能,能把生,命,命现象,简,简单地,归,归结为,物,物理与,化,化学过,程,程，但,却,却用“,超,超自然,的,的活力,”,”来解,释,释生命,现,现象，,认,认为有,机,机界和,无,无机界,之,之间有,一,一道不,可,可逾越,的,的鸿沟,，,，支配,生,生物体,的,的是一,种,种超物,质,质力量,。,。,有机体,7,有机体,美藉奥,地,地利生,物,物理论,专,专家贝,塔,塔朗菲,等,等人不,满,满于机,械,械论和,活,活力论,的,的解释,，,，提出,有,有机体,概,概念，,强,强调要,从,从整体,关,关联角,度,度看问,题,题。,后来，,“,“有机,体,体”概,念,念被进,一,一步发,展,展为“,一,一般系,统,统论”,。,。,8,一般系,统,统论坚,决,决反对,活,活力论,与,与机械,论,论,1、反,对,对简单,相,相加的,观,观点，,认,认为系,统,统不是,简,简单地,等,等于各,部,部分之,和,和；,2、反,对,对机械,观,观点，,认,认为有,机,机整体,各,各部分,的,的关系,不,不能用,机,机械关,系,系来解,释,释；,3、反,对,对被动,反,反应观,点,点，即,生,生物活,动,动不是,受,受环境,刺,刺激作,出,出简单,信,信息，,而,而是具,有,有自调,功,功能的,活,活动，,有,有机体,对,对于环,境,境的干,扰,扰具有,调,调节能,力,力。,9,2、信,息,息论,信息论,产,产生于20世,纪,纪40,年,年代末,，,，主要,创,创立者,是,是美国,的,的数学,家,家香农,（,（C.E.Shannon,）,）和维,纳,纳,。,（信息,科,科学）,研究对,象,象：信,息,息,研究内,容,容：信,息,息的运,动,动规律,和,和应用,方,方法,研究工,具,具：计,算,算机、,光,光导纤,维,维,研究目,标,标：扩,展,展人类,的,的信息,功,功能。,10,什么是,信,信息,香农对,信,信息的,定,定义：,不,不确定,性,性的减,少,少,即：信,息,息量是,把,把某种,不,不确定,性,性趋向,于,于确定,的,的一种,度,度量，,信,信息量,的,的大小,取,取决于,消,消息的,不,不确定,减,减少程,度,度，不,确,确定减,少,少程度,越,越大，,则,则信息,量,量越大,；,；不确,定,定减少,程,程度小,则,则信息,量,量越少,。,。,消息与,信,信息的,关,关系？,判断：,消,消息等,同,同于信,息,息？,消,息,息是信,息,息的携,带,带者，,但,但并非,每,每条消,息,息都带,有信息,，,，或带,有,有同等,信,信息量,的,的信息,11,例：到,会,会场找,人,人,消息A,：,：某人,在,在会场,里,里,消息B,：,：某人,在,在会场,的,的偶数,排,排,消息B,所,所含的,信,信息量,比,比消息A大，,因,因为消,息,息B更,容,容易减,少,少不确,定,定性。,12,信息论,的,的基本,思,思想,信息论,：,：是一,门,门研究,信,信息传,输,输和信,息,息处理,一,一般规,律,律的学,科,科。,信息论,起,起源于,通,通讯理,论,论。,信息论,的,的基本,思,思想：,通讯和,控,控制系,统,统：信息,的,的传输,和,和加工,处,处理系,统,统；,系统的,运,运动：信息,变,变换过,程,程，通,过,过系统,内,内部的,信,信息交,流,流使系,统,统维持,正,正常的,有,有目的,的,的运动,。,。,系统，在信,息,息论的,框,框架中,，,，是一,个,个进行,信,信息变,换,换和信,息,息处理,的,的机构,。,。,13,信息论,的,的类型,狭义信,息,息论：即香,农,农信息,论,论。主,要,要研究,消,消息的,信,信息量,、,、信道,（,（传输,消,消息的,通,通道）,容,容量以,及,及消息,的,的编码,问,问题。,一般信,息,息论：主要,研,研究通,讯,讯问题,，,，但还,包,包括噪,声,声理论,、,、信号,滤,滤波与,预,预测、,调,调制、,信,信息处,理,理等问,题,题。,广义信,息,息论：不仅,包,包括前,两,两项的,研,研究内,容,容，而,且,且包括,所,所有与,信,信息有,关,关的领,域,域。,14,3、控,制,制论（Cybernatics）,概念：,控,控制论,是,是以研,究,究各种,系,系统共,同,同存在,的,的控制,规,规律为,对,对象的,一,一门科,学,学。包,括,括系统,的,的结构,方,方案、,稳,稳定性,、,、最优,化,化、建,模,模及简,化,化等。,标志：,维,维纳于1948年出,版,版了,控,控制论,一书,发展：,经,经典控,制,制论,现代,控,控制论,大,系,系统控,制,制理论,15,4、“新三,论,论”等,新,新的系,统,统理论,耗散结,构,构理论,协同学,突变论,16,5、,运,运筹学,运筹学,形,形成于,二,二战期,间,间。,运筹学,（,（Operationalresearch,，,，OR,）,）是为,领,领导机,关,关对其,控,控制下,的,的事务,、,、活动,采,采取策,略,略而提,供,供定量,依,依据的,科,科学方,法,法；是,在,在实行,管,管理的,领,领域，,运,运用数,学,学的方,法,法，对,需,需要进,行,行管理,的,的问题,进,进行统,筹,筹规划,、,、做出,决,决策的,一,一门应,用,用学科,。,。,17,运筹学,的,的主要,内,内容,运筹学,数学规划,对策论,决策论,线性规划,非线性规划,动态规划,一般线性规划,整数规划,目标规划,排队论,图论,存储论,可靠性理论论,18,第二节,系,系,统,统工程,方,方法论,方法（method,）,）是完,成,成一个,既,既定目,标,标的具,体,体技术,与,与工具,；,；,方法论,（,（methodology,）,）即关,于,于方法,的,的理论,，,，是进,行,行探索,的,的一般,途,途径，它高于,方,方法，,是,是对方,法,法使用,的,的指导,。,。,19,系统工,程,程方法,论,论,系统工,程,程方法,论,论是系统,工,工程思,考,考问题,和,和处理,问,问题的,一,一般方,法,法和总,统,统框架,；,；,系统工,程,程方法,论,论也是系,统,统工程,的,的基本工,作,作过程的一个,体,体现。,20,系统工,程,程基本,工,工作过,程,程,-,-,-霍尔三,维,维结构,-,-,-切克兰,德,德方法,论,论,21,规划阶,段,段,设计阶,段,段,分析阶,段,段,运筹阶,段,段,实施阶,段,段,运行阶,段,段,更新阶,段,段,运筹学,控制论,社会科,学,学,工程技,术,术,逻辑维,知识维,时间维,实施计,划,划,决策,最优化,模型化,系统方,案,案综合,系统指,标,标设计,摆明问,题,题,霍尔三,维,维结构,示,示意图,美国学,者,者ADHall,1969,系统工,程,程活动,矩,矩阵T,-,-L,一、霍,尔,尔三维,结,结构,22,霍尔三,维,维结构,一项复,杂,杂工程,，,，可以,从,从三个,方,方面加,以,以考察,时间方,面,面：各项,工,工作在,时,时间上,有,有先后,并,并且互,相,相依赖,；,；,逻辑思,维,维方面：围绕,决,决策的,一,一系列,工,工作相,互,互依存,并,并按一,定,定的逻,辑,辑顺序,展,展开；,知识方,面,面：工程,需,需要多,项,项知识,的,的支撑,。,。,23,（一）,时,时间维,规划阶,段,段,设计阶,段,段,分析或,研,研制阶,段,段,运筹或,生,生产阶,段,段,系统实,施,施或安,装,装阶段,运行阶,段,段,更新阶,段,段,24,上述7,个,个阶段,是,是按时,间,间先后,顺,顺序排,列,列的，,故,故称之,为,为“时,间,间维”,；,；,由于时,间,间维上,的,的每一,阶,阶段又,可,可细分,为,为许多,相,相互联,系,系的活,动,动，这,种,种划分,又,又称为,系,系统工,程,程方法,论,论的粗,结,结构。,25,案例：,三,三峡工,程,程,第一阶,段,段：规,划,划,1919年孙,中,中山,建,建国方,略,略：,利,利用三,峡,峡的水,利,利资源,发,发电,1946年,萨,萨凡奇,计,计划,50年,代,代初期,林,林一山,为,为首的,长,长江流,域,域规划,办,办公室,26,第二阶,段,段：初,步,步设计,解决四,个,个方面,问,问题：,目标进,行,行分解,和,和量化,；,；,协调目,标,标，提,出,出实现,目,目标的,具,具体的,方,方案；,为实现,方,方案在,技,技术上,、,、经济,和,和社会,方,方面、,环,环境方,面,面的保,障,障；,根据具,体,体方案,，,，对工,程,程成本,费,费用和,效,效益提,出,出更加,详,详细的,计,计算。,总目标,：,：发电,、,、防洪,、,、供水,、,、航运,正常蓄,水,水位：230,米,米、235米,；,；坝址,设,设在南,津,津关,27,第三阶,段,段：1958,年,年到1993,年,年10,月,月（研,制,制）,实施系,统,统工程,（,（生产,安,安装）,之,之前技,术,术性很,强,强，工,作,作量最,大,大的阶,段,段。需,要,要结合,大,大批的,相,相关的,工,工程技,术,术人员,，,，合作,完,完成。,提出实,施,施该系,统,统的详,细,细的研,制,制方案,；,；,提出详,细,细的实,施,施（生,产,产或施,工,工，包,括,括往后,各,各阶段,）,）计划,。,。,提出可,供,供施工,的,的蓝图,，,，包括,大,大坝、,船,船闸、,厂,厂房、,机,机电设,备,备、输,变,变电工,程,程等方,面,面的各,项,项研究,工,工作以,及,及最终,拿,拿出可,供,供施工