《系统工程导论》PPT课件

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,*,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,*,系统工程,授课教师：唐海萍,北京师范大学资源学院,联系电话：58802108（,o,）,电子邮件：,首先看看石墨和金刚石,再来看看齐王赛马的故事,最后说说,系统工程,系统的功能,F（C，S，E）,F 功能,C 组成要素 S 结构 E 环境.,系统的要素,系统的结构,环境因素,系 统 概 述,系统工程课程简介,系统工程是一门新兴学科,系统工程是一门实用性很强的工程技术,系统工程是一门以系统为研究对象，以运筹学、信,息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高,度综合地运用电子计算机等各种现代技术，担负,总体协调使命的管理与设计学科。,本课程讲授重点是：,力图将这门组织管理的,技术,与运筹决策的,艺术,结合起来介绍给学生。,系统工程方法论,计算机技术,模型库,信息库,专家,经验,统计数据,和资料,大型复杂人工系统和复合系统,研究对象,研究内容,组织协调系统内部各要素的活动，,使各要素为实现整体发挥适当作用,研究目的,实现系统整体目标最优化,参考教材,谭跃进、陈英武、易进先编著.1999.系统工程原理.湖南长沙:国防科技大学出版社.,顾培亮编著.1998.系统分析与协调.天津:天津大学出版社.,林定夷编著.1998.系统工程概论.广州:中山大学出版社.,汪应洛主编.1999.系统工程.北京:机械工业出版社.,Modeling the Environment-An introduction to system dynamics models of environmental systemsAndrew Ford ed.Island Press,1999.,第一章 导 论,第一节,系统工程的定位,第二节,系统工程的发展概况,第三节,学习系统工程的意义,第四节,系统工程方法论,一、系统工程与与其他相近学科的关系,二、系统概述,三、系统工程定义,第一节 系统工程的定位,四、系统工程在资源学科中的地位,系统分析,运筹学,系统工程,系统科学,系统工程的定位,系统工程与与其他相近学科的关系,奥地利理论生物学家贝塔朗菲将系统论分为：,一般系统论,-,关于“系统”的科学，对各种不同的具体科,学（物理学,、生物学、经济学等）的系统进行科学,的理论研究，要求用精确的数学语言描述各种系统,系统技术,涉及,系统工程,的内容，着重研究系统思想,与系统方法在 现代科学技术和社会的各种系统中的,实际应用,系统哲学,包括系统本体论、系统认识论、以及人与,世界关系的价值观、人本主义等等,系统工程的定位,系统科学,系统工程,系统科学,:,一门从总体上研究复杂系统共同运动规,律的科学,系统工程:一门系统科学、工程技术学、经济学和,管理学等相结合的 组织管理技术，是,一种改造客观世界的工程技术，同时也,一种运筹与决策的艺术。,系统分析 系统工程,系统工程系统分析,系统工程包括在系统方法之中，与系统分析并列,系统工程包括系统分析、系统设计和决策分析,本课程体系：系统工程系统分析系统决策,系统工程的定位,运筹学和系统工程可以看作是属于一个领域中的两个姐妹学科，都是系,统思想方法定量化的实际应用研究。,运筹学的目的：增加现有系统效率的分析工作，通常涉及现已存在系统的运营情况，如工厂、市场等系统；以专业技术为导向，分析程序,由下而上,（战术）,系统工程：对若干可供选择的执行特定任务的系统方案进行选择比较；以问题状况为导向，分析程序,由上而下,（战略）,系统工程：设计新系统的科学方法。（钱学森）,运筹学 系统工程,系统工程的定位,部件及属性、环境及界 限、输入与输出,系统概述,西方传统系统思想,中国传统系统思想,系统的定义,系统的构成要素,系统的分类,基本特性,3,近代对世界、整体和部分的看法有了更深一步认识，但是逐 渐把,世界看成是机械的、可以分解为若干独立的部分；还原论占了统治,地位。到后来，这些学者也形成了有机体的概念，同时认为宇宙系,统是自组织演化的。,4,马克思、恩格斯的系统思想是辨证唯物的。在恩格斯看来，整个,世界是一个有机联系起来的复杂的系统，物质世界是有层次的；马,克思认为整体不等于部分的简单相加，各个部分之间协同配合好时,可以产生新的东西，新的力量。,也就是说，整体可以发挥局部所不具有的功能，比如碳的含量不同可以组成铁、钢，等,整体和部分关系,系 统 概 述,一,西方传统系统思想演化,1,公元前五、六百年，古希腊的哲学家和科学 家们就,探索了系统的基本思想，认识到世界是一个系统，由,一些基本要素组成；并认识到 整体和部分的辨证关,系。,2,著名古希腊哲学家亚里士多德（,Aristotle,）,在公元,前三百多年就提出整体是由部分组成，但是整体效益,却大于各个部分的效益总和。,二,中国传统系统思想,中国古代朴素的系统思想早在公元前一千多年前甚至,更早就已经形成了。,最早是八卦与周易,公元前五百多年前，以老子为创始人的道家对系统提出,了精辟的看法,黄帝内经“天人相应”,孙子兵法，李冰父子建造都江堰均含系统的思想,（参见顾基发,唐锡晋.2000.从古代系统思想到现代东方系统方法论.系统工程理论与实践,(1):8992.）,系 统 概 述,小资料：都江堰水的顺势疗法,参见：中国国家地理，2003年第9期（四川专辑）,公元前272年，李冰担任蜀郡郡守，一是让岷江水经过成都，使航道畅通，同时在发洪水时控制水，不使其泛滥平原：在岷江河道上建立一个既能引水又能防洪的水利工程。,中国古人为实现战争目的而在岷江上修建的都江堰，是世界上最早的无坝引水工程，从建成至今的2258年间生生不息，把成都平原从“水乡泽国”变成了“天府之国”。与平均寿命50年的现代大坝相比，都江堰足以证明“疏导治水”理念的成功,。,用竹片编成笼，笼内装满卵石，用渡船抛至江心，4年后，在岷江河道中间出现了一个类似大鱼嘴的江心坝，岷江水被一分为内外两江；,在2000多年前的战国时代，生产工具的局限使得人们只能使用棍棒和铁锤把大山凿开，李冰妙计为：用火烧岩石，直烧到岩石发红，再用冰凉的江水浇在滚烫的岩石上，岩石在热胀冷缩中裂成碎块，这时民工再用棍棒和锤子凿开石壁，工程进度会快的多。历经8年，玉垒山山体上劈开一条宽为20米、长80米的水路，后人将此进水口称为“宝瓶口”。,系 统 概 述,四川成都 都江堰全貌,系 统 概 述,现代水利学中的“弯道环流”原理。凹岸、凸岸、泥沙沉积,系 统 概 述,系统具有的独立的三个判别特征：界限、组成部件、用途,钱学森：系统是由相互,作用,和相互,依赖,的若干,组成 部分,结合,的具有,特定功能,的有机整体。,系 统 概 述,三,系统的定义,图,1.1,系统的基本概念图,系 统 概 述,系统的诸部件及其属性：结构部件、操作部件、流部件,S（C，S，F，E）,S 结构,C 组成要素 F 功能 E 环境.,【,1,】,【,2,】,【,3,】,系 统 概 述,四,系统的构成要素,系统的环境及其界限,系统的输入与输出,图1.2 系统结构图,系 统 概 述,f,Y,处理器,反 馈,输出,输入,原材料,生产车间,办公室,成品库,商品销,售系统,社会供,应系统,成品输出,原材料等输入,外界社会系统环境,图1.3 系统活动结构图,物质流,信息流,指令流,工厂生产系统,系 统 概 述,自然系统,人造系统,实体系统,概念系统,动态系统,静态系统,控制系统,行为系统,开放系统,封闭系统,系 统 概 述,五,系统的分类,六,系统的基本特性,适应性,动态性,相关性,目的性,层次性,整体性,系 统 概 述,【,1,】,对象,【,2,】,内容,【,3,】,目的,【,4,】,特点,整体性（系统性）,关联性（协调性）,综合性（交叉性）,满意性（最优化）,运用系统科学的一般规律和数学方法，通过各要素的合理组合以及适当的控制、协调技术，使系统的功能最优化。,系统工程定义,系统工程定义,第二节 系统工程的发展概况,一、,系统工程的形成与发展,二、,系统工程在我国发展的概况,三、,系统工程的应用,系统工程的发展概况,系统工程的形成与发展,形成：,20世纪40年代。初期是在现代科学技术和军事需,要的推动下，作为一门以系统为研究对象，以运筹学、信,息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合,地 运用电子计算机等各种现代技术，担负总体协调使,命的管理与设计学科而产生的。,1938年英国正面临着德国飞机空袭（film:伦敦上空的鹰）防空作战系统（雷达站、高炮阵地、机场和飞机等）运行问题,曼哈顿计划,贝尔电报电话公司,成熟：,20世纪70年代，系统工程进入到解决各种复杂大系,统的最优控制阶段，特别是在国民经济的计划、协,调方面。,系统工程的发展概况,发展：,系,统工程真正形成为一门独立的学科，通常以1957,年美国学者H.Goode&R.Machol 合著的系统工程,（Systems Engineering）一书的出版作为标志。,到20世纪60年代，系统工程的发展开始推广应用于技术,内容 虽然较少，而更多考虑社会因素（如交通、城市规,划、水源系统、保健系统以至全球性的人口控制、生,态平衡等等）的大系统。,“两弹”的研制,美“,阿波罗登月计划,”的冲击,提前两年完成，且：实际进入地球转移轨道的时间与发射前预定的时间,分毫不差,；飞船与登月舱的对接比预定时间相差15秒；返回地球的轨道相差,1,弧秒；进入大气层的时间与控制者预定时间相差2秒；溅落到太平洋海域的精度只相差1弧秒。,靠系统的协调技术！,钱学森,系统工程的发展概况,系统工程在我国发展的概况,科技管理,农业系统工程,企业系统工程,工程项目管理,教育系统工程,人口系统工程,军事系统工程,系统工程的发展概况,社会系统工程,经济系统工程,能源系统工程,水资源系统工程,区域规划系统工程,环境生态系统工程,交通运输系统工程,系统工程的应用,实例：20世纪60年代初的美苏核军备竞赛,K:核武器的损伤值,c：命中误差，即偏离目标中心的距离,y：核武器的当量,苏：研制巨型核弹,（500万1000万吨级),美：模拟核武器破,坏力的数学模型,策略：,提高命中精度,策略：,提高核武器当量,第三节 学习系统工程的意义,c 减少7/8;,y 增加8倍；,各自会怎样？,系统工程原则上是一门“参谋课”，“顾问课”，工具课；需要结合专业知识。,正确,成功,学习系统工程的意义,国内外许多事例表明，运用科学的管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在15以上，而用于管理的费用一般只占总投资的36。,潜移默化中提高处理问题的能力,通过提高管理和决策水平来提高我们工作效率,充分运用各种资源，将他人优势转化嫁接,有利于制定正确的政策和策略（可大可小）,课外阅读资料：,体现全局观念和整体优化观念，蕴涵着朴素系统工程 思想的典范案例：,1.四川都江堰水利工程,2.明朝永乐年间的大铜钟浇铸工程,3.齐王赛马的故事,4.美国贝尔电话公司发展通讯网络案例,5.曼哈顿计划,6.“两弹”的研制；,7.美“阿波罗登月计划”,