系统工程1-2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,*,*,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,2024/11/13,1,系统工程,(C,类,),-,系统工程概述,上海交通大学,宋元斌,课程主要内容,导入案例：丁谓造宫,系统工程的定义,系统工程的研究对象,系统工程的开展历史,工程案例：普拉德霍湾油田原油运输,2,2024/11/13,3,2024/11/13,我国古代系统工程案例,北宋真宗祥符年间，皇城开封失火，连片宫阙被大火吞噬。,宋真宗下令宰相丁渭立即修缮宫室，希望工期越短越好。,丁渭造宫,4,2024/11/13,丁渭造宫,工程施工有三个问题：,砖：,京城内无土烧砖，且外面的砖也难以运进城内；,大宗建材：,除了砖，其他的大宗建材也难以运进城内；,建筑垃圾：清墟时大量建筑垃圾在城内无处堆放。,另外，当时的运输手段也非常落后,丁谓怎么办？,5,2024/11/13,丁谓造宫,史书记载 “一举而三役济，并且“省费以亿万计,汴水,宫殿,砖窑,殿前街道,土,砖瓦,木石,挖渠、引水、进船,木石,废墟,6,2024/11/13,包含至少两个,组成局部-要素,具有一定的,功能,，且,功能是系统中任何一个,要素所都不具备的,要素之间存在着,相互联系作用-结构,系统,2.,系统的概念,系统,-,由两个以上相互联系、相互作用的要素所组成的具有特定结构、功能和环境的整体。,环境,7,2024/11/13,为了更好地达到系统,目标,，而对系统的,构成要素,、,组织结构,、,信息流动和控制机制等,进行,分析与设计,的技术。,按照,多个目标,进行,权衡,，综合考虑寻求,最优解,（或满意解）的,方法,。,美国学者切斯纳,1967,年日本工业标准（,JIS,）规定,1,系统工程的定义,8,2024/11/13,系统工程是组织管理系统的,规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法,，是一种,对所有系统都具有普遍意义,的科学方法,。总之，,系统工程是一门,组织管理的技术,。,系统是一门,跨学科,的科学。,为了圆满解决多个交叉领域问题,，除了需要某些纵向的专门技术之外，还要有一种技术,从横向把它们组织起来,，这种横向技术就是,系统工程,。,三浦雄武,钱学森,系统工程的定义,系统工程是一门,交叉学科,建立在运筹学、系统理论和现代管理学等学科的根底上-思想来源；,提供跨学科的程序性技术；,提供跨学科的方法性技术。,9,2024/11/13,10,2024/11/13,系统工程的定义,系统工程是用来开发、运行、更新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和或总称。,11,2024/11/13,系统工程的研究对象,系统工程研究对象,大规模复杂系统,怎么理解“大规模、复杂？,多个目标,要素众多,关联众多,结构复杂、功能复杂、环境复杂,12,2024/11/13,系统工程的开展概况,阶段,时间,重大事件,重要贡献,I,1930,美国发展与研究广播电视,正式提出系统方法（,Systems approach,）的概念。,1940,美国实施彩电开发计划,采用系统方法，并取得巨大成功。,美国,Bell,电话公司开发微波通讯系统,正式使用系统工程（,Systems Engineering,）一词。,II,第二次世界大战期间,英、美等国的反空袭等军事行动,产生军事运筹学（,Military Operations Research,）,也即军事系统工程。,本世纪,40,年代,美国研制原子弹的,“,曼哈顿计划,”,运用系统工程，并推动了其发展。,1945,美国空军建立兰德（,RAND,）公司,提出系统分析（,Systems Analysis,）概念，强调其在系统工程中核心地位。,13,2024/11/13,III,40,年代后期到,50,年代初期,运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现，为,SE,奠定了重要的学科基础,IV,1957,H.Good,和,R.E.Machol,发表第一部,系统工程,的专著,系统工程学科形成的标志,1958,美国研制北极星导弹潜艇,提出,PERT,（网络优化技术），早期典型的系统工程技术之一。,1965,R.E.Machol,编著,系统工程手册,表明系统工程的实用化和规范化,1961-1972,美国实施,“,阿波罗,”,登月计划,使用了多种,SE,方法，其成功极大地提高了,SE,的地位,V,1972,国际应用系统分析研究所（,IIASA,）在维也纳成立,SE,的应用开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一个重要的新阶段。,70,年代,SE,的广泛应用在国际上达到高潮,VI,80,年代,SE,在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高潮,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,问题：,美国阿拉斯加产油，但北面的普拉德霍湾油田位于北极圈内最低气温达零下50摄氏度，海湾常年冰封，陆地常年冰冻。,如何将油田开采的原油向美国外乡运输？需要解决的问题,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,目的与目标：,目的：将油田开采的原油输送到美国外乡,目标行动方向：,1技术上可行,2投资费用省,3运行平安,4对恶劣环境的适应性好,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,模型：,设计模型,管道系统受力分析模型,本钱估算模型,风险分析模型,运行仿真模型,。,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,-,方案评价,方案1：油轮运输,为了保证技术上可行，需要破冰船引航，费用高,采用油轮运输，平安问题,一旦出现沉船溢油事故，应急救援费用也很高,海上运输受恶劣天气风暴影响,起点和终点都需要建大型油库，,由于海上运输的不确定性，油库储量需要保持10日产量，,油库体积巨大，投资额也巨大,方案2：管道运输加热保持原油流动性,为了保证技术上可行，需要沿途加热原油，,加热站建设费用高特别在北极冻土地带,加热站管理复杂，消耗燃料，运行费用高,加热后，输油管里的热量影响周围环境,将向周围土层传导，冻土受热后，对管道的支撑作用改变，引起管道过度变形以致断裂,为了防止断裂，有一半的管道需要用底部托架支撑，费用比普通地下埋管高出3倍,案例:普拉德霍湾油田原油运输 -方案评价,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,-,方案评价,方案3：管道运输浓缩海水保持原油流动性,优化方案2，抓住问题的关键：不是怎么加热和怎么优化管道结构系统，这是创新的开端,类比创新：汽车油箱怎么防冻的？防冻液,将海水浓缩到含盐量10-20%，掺入原油中，降低其低温下粘性，防止加热及由于加热造成的管道铺设费用增加,“综合即创造,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,-,方案评价,方案4：管道运输天然气转化成液体后与原油混合，保持原油流动性,继续优化方案2，抓住问题的关键：在降低原油粘性的同时，还能做什么？,石油的知识：埋藏在地下的石油原来是油气合一的，这时油气混合物的熔点很低，在低温下也能保持较好的流动性,将开采出的天然气转换为甲醇，代替方案3中的浓缩海水,不需要另外铺设支架型天然气管道了，比方案3节省一半费用,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,方案：,方案1：油轮运输,方案2：管道运输加热保持原油流动性,方案3：管道运输浓缩海水保持原油流动性,方案4：管道运输天然气转化成液体后与原油混合，保持原油流动性,试想如果在找到方案2后，就只是专注于优化管道运输工程的规划与设计问题管道的管径、加温设施设计、燃料库选址、铺设路线等情况会怎样？,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,决策者,收益主体和行为主体：获得开发权的石油公司组成了阿拉斯加财团，负责设计、兴建和管理输油管。,创新能够成功源于决策者的管理理念。,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,要兴建这条全长1,286公里 799英里的管道面对种种挑战。除了要面对恶劣的环境外，管道还要越过三座山脉、无数大小河流，以及永冻层。,只是测量和地质样本测试就花了五年之久，施工期间还要不时找来考古学家研究未受挖掘的地点。,近半管道要架空兴建，而非埋于地下，以防止冻土融化和因而产生的移动。,管道在地面是“之字走向的。由于管道在地面比在地下更容易移动，这种的设计为管道横向和纵向移动保存了空间可以由地震，或者热涨冷缩引发移动。,在设计管道时已经把地震的因素考虑在内，使之抵御了数次地震，其中一次发生在2002年的地震强度更高达里氏地震规模 7.9级。,案例,:,普拉德霍湾油田原油运输,面对人为破坏或者森林火灾时就变得无能为力。,自1995年泄漏次数大幅减少，而1997至2000年间总泄漏量仅为 6.89 桶 1.1 立方米。,以钢铁制成的管道可以抵挡枪击，但在2001年10月4日，一位名为 Daniel Carson Lewis的醉酒枪手在利文古附近把一处焊接部位射穿了一个洞，导致 约6,000 桶 25 万加仑或950 立方米原油泄漏，事后需要把两公顷 约1英亩冻原土挖出并去除。,25,2024/11/13,都江堰,鱼嘴岷江分流、,飞沙堰分洪排沙、,宝瓶口引水,26,2024/11/13,作业,1.,通过分析丁谓造宫的案例，你认为应用系统工程思想解决问题的最大困难是什么？,2.,完成悬索桥摇晃的案例分析。,2.案例分析资料,大峡谷中的悬索桥上有车驶过,峡谷中的强风经常造成桥晃动,桥上司机紧张,事故率高发,过桥车辆少,影响路桥公司的收益,怎么解决问题？,27,2024/11/13,到底要解决什么问题？,1桥梁加固,2驾驶行为心理,3企业管理,4交通平安,。,28,2024/11/13,2.,案例分析问题,目标是什么？到底要解决什么问题？,系统问题的边界如何确定？,画出系统的结构图必须注明要素、要素间联系、功能、环境；,提出一个改进方案，并画出改进后的系统结构图；,比照改进前后的系统结构图，说明结构、功能、系统与环境的关系发生了哪些改变。,小组作业,29,2024/11/13,案例研究：,题目见本PPT右边的插入文件。提示：更多资料上网查找,