ch2系统工程理论

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,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,*,第二章 系统工程理论,宗宪亮,天津科大工业工程,内容,系统工程的,科,科学体系,“旧三论”+运筹学,“新三论”,系统工程理,论,论的新发展,系统工程的,科,科学体系,我国著名科,学,学家钱学森,提,提出了一个,清,清晰的现代,科,科学技术的,体,体系结构，,认,认为从应用,实,实践到基础,理,理论，现代,科,科学技术可,以,以分为四个,层,层次：首先,是,是工程技术,这,这一层次，,然,然后是直接,为,为工程技术,提,提供理论基,础,础的技术科,学,学这一层次,，,，再就是基,础,础科学这一,层,层次，最后,通,通过进一步,综,综合、提炼,达,达到最高概,括,括的马克思,主,主义哲学。,如,如图2-1,所,所示。,图2-1现,代,代科学技术,体,体系,马克思主义哲学,自然科学,数 学,社会科学,工,程,技,术,技,术,科,学,系统工程的,科,科学体系,在此基础上,他,他又进一步,提,提出了一个,系,系统科学的,体,体系结构。,认,认为系统科,学,学是由系统,工,工程这类工,程,程技术，系,统,统工程的理,论,论方法（像,运,运筹学、大,系,系统理论等,）,）这一类技,术,术科学（统,称,称为系统学,）,），以及它,们,们的理论基,础,础和哲学层,面,面的科学所,组,组成的一类,新,新兴科学。,如,如图2-2,所,所示。,马克思主义,哲,哲学,社会科学,数学科学,数 学,突变论,自然科学,基础科学,物理学,生 物 学,其它技术科,学,学,系,统,学,运筹学,巨系统,理论,控制论,信息论,各门系统工,程,程,（系统观）,系统科学,人体科学,思维科学,哲 学,基础科学,技术科学,工程技术,图2-2,系,系统科学的,体,体系,系统学主要研究系,统,统的普遍属,性,性和运动规,律,律，研究系,统,统演化、转,化,化、协同和,控,控制的一般,规,规律，研究,系,系统间复杂,关,关系的形成,法,法则、结构,和,和功能的关,系,系、有序、,无,无序状态的,形,形成规律以,及,及系统仿真,的,的基本原理,等,等，随着科,学,学的发展，,它,它的内容也,不,不断在丰富,。,。由于其尚,属,属于起步阶,段,段，还不够,成,成熟，因而,学,学者们对系,统,统科学的学,科,科体系的认,识,识仍有较大,差,差异。系统工程是从实践中,产,产生的，它,用,用系统的思,想,想与定量和,定,定性相结合,的,的系统方法,处,处理大型复,杂,杂系统的问,题,题，是一门,交,交叉学科。系统工程是系统科学,的,的应用部分,，,，是系统科,学,学中与社会,经,经济决策和,工,工程管理关,系,系最密切的,一,一部分。,“工程”,系统工程,工程的观念,是,是在人们处,理,理自然、改,造,造自然的社,会,会生产过程,中,中所形成的,工,工程方法论,，,，传统的工,程,程观念是指,生,生产技术的,实,实践而言，,而,而且以硬件,为,为目标与对,象,象，如机械,工,工程、电气,工,工程、铁路,工,工程、水利,工,工程等。系,统,统工程将这,一,一观念和方,法,法应用于社,会,会系统中，,其,其所处理的,对,对象不仅包,含,含传统工程,观,观念中的自,然,然对象（即,硬,硬件），而,是,是在传统的,工,工程观念的,基,基础上增添,了,了新的内容,，,，也即以软,件,件为目标与,对,对象。实际,上,上，系统工,程,程所讨论的,工,工程是泛指,一,一切有人参,与,与的、以改,变,变系统某一,特,特征为目标,的,的，从命题,到,到出成果的,工,工作过程。,系,系统工程使,得,得人们能够,以,以工程的观,念,念和系统理,论,论研究和解,决,决各种复杂,系,系统问题。,系统工程的,理,理论基础,“旧三论”,一般系统论,贝塔朗菲,L.Von.Bertalanffy,控制论,维纳,Norbert Wiener,信息论,香农,Claude Elwood Shannon(01),一般系统论,贝塔朗菲认,为,为，在各种,不,不同的系统,中,中，会存在,某,某种相似性,或,或同构性。,一,一般系统论,的,的任务是要,找,找到不同系,统,统，不同学,科,科之间的共,同,同语言和术,语,语。一般系,统,统论可以理,解,解为关于任,意,意系统研究,的,的一种一般,的,的理论与方,法,法论。,产生过程：,早在,1924,年至,1927,年贝塔朗菲,就,就多次发表,文,文章，主张,把,把有机体当,作,作系统来考,察,察，认为生,物,物学的主要,任,任务就是发,现,现生物系统,中,中不同层次,的,的组织原则,。,。,1932,年和,1934,年，他先后,发,发表了理,论,论生物学,和,和现代发,展,展理论两,部,部著作，阐,明,明了系统的,整,整体性原则,，,，主张用数,学,学和模型方,法,法研究生物,现,现象，提出,了,了机体系统,论,论的思想。,1937,年，贝塔朗,菲,菲在美国芝,加,加哥大学哲,学,学讨论会上,，,，首次提出,了,了一般系统,概,概念。,1945,年，他在,德,德国哲学周,刊,刊上发表,了,了关于一,般,般系统论,。,。但遗憾的,是,是，这篇重,要,要论文几乎,不,不被人所知,。,。,1948,年在美国再,次,次讲授“一,般,般系统论”,时,时，才得到,学,学术界的重,视,视。,1968,年贝塔朗菲,发,发表的专著,一般系统,理,理论基础、,发,发展和应用,，确立了该,学,学科的学术,地,地位。,主要思想观,点,点：,整体性,要素和系统不可分割,系统的总体功能不等于系统各组成部分功能之和,系统整体具有不同于各组成部分的新功能,开放性,系统与环境,的,的相互作用,，,，进行物质,、,、能量和信,息,息的交换，,才,才是一切有,机,机体处于其,活,活动状态并,保,保持其活的,生,生命运动,从数学上证,明,明了开放系,统,统的稳态,动态相关性,系统处于不,断,断发展变化,之,之中，是时,间,间的函数,动态性取决,于,于系统的相,关,关性,层次等级性,有序性,结构有序性,发展有序性,贝塔朗菲对,系,系统论的贡,献,献：,划分了开放,系,系统和封闭,系,系统，明确,提,提出了开放,系,系统必须不,断,断与外界进,行,行物质与能,量,量的交换，,并,并同时调整,其,其内部结构,以,以达到动态,平,平衡。,创立了一般,系,系统论，并,指,指出一般系,统,统论是研究,“,“整体”的,科,科学。,指出:“系,统,统思想即使,不,不能用数学,表,表述，也仍,然,然保持其价,值,值。”,对系统方法,论,论及系统方,法,法的启示,以系统的观,点,点看整个世,界,界，不能片,面,面、孤立地,看,看问题,以思辨原则,代,代替实验原,则,则，不能机,械,械地看问题,，,，尤其是在,处,处理复杂、,有,有机程度高,的,的系统时,以整体论代,替,替还原论,启示我们以,目,目的论代替,因,因果轮,控,制,制,论,论,1947,年,年,由,由,美,美,国,国,人,人,维,维,纳,纳,（,（NorbertWiener,）,）,创,创,立,立,的,的控,制,制,论,论（Cybernetics,）,）,是,是,一,一,门,门,研,研,究,究,系,系,统,统,的,的,控,控,制,制,的,的,学,学,科,科,。,。,维,维,纳,纳,于,于1948,年,年,出,出,版,版,了,了,控,控,制,制,论,论,一,一,书,书,，,，,他,他,对,对,控,控,制,制,论,论,的,的,定,定,义,义,是,是,：,：,“,“,关,关,于,于,动,动,物,物,和,和,机,机,器,器,中,中,控,控,制,制,和,和,通,通,信,信,的,的,科,科,学,学,。,。,”,”,（,（1964,年,年,在,在,瑞,瑞,典,典,斯,斯,德,德,哥,哥,尔,尔,摩,摩,因,因,心,心,脏,脏,病,病,发,发,作,作,去,去,世,世,）,）,控,制,制,论,论,的,的,基,基,本,本,含,含,义,义,是,是,：,：,现,现,代,代,的,的,自,自,动,动,机,机,器,器,和,和,人,人,都,都,是,是,由,由,感,感,觉,觉,装,装,置,置(,器,器,官,官),、,、,动,动,作,作,装,装,置,置(,器,器,官,官),、,、,传,传,递,递,信,信,息,息,的,的,系,系,统,统(,神,神,经,经,系,系,统,统),所,所,组,组,成,成,的,的,一,一,种,种,系,系,统,统,。,。,自,自,动,动,机,机,器,器,和,和,人,人,都,都,是,是,在,在,接,接,收,收,、,、,处,处,理,理,、,、,传,传,递,递,和,和,存,存,贮,贮,信,信,息,息,，,，,并,并,利,利,用,用,信,信,息,息,去,去,完,完,成,成,动,动,作,作,，,，,实,实,现,现,与,与,外,外,界,界,的,的,联,联,系,系,。,。,在,在,系,系,统,统,工,工,作,作,中,中,，,，,反,反,馈,馈,控,控,制,制,给,给,定,定,控,控,制,制,信,信,号,号,使,使,动,动,作,作,装,装,置,置(,器,器,官,官),动,动,作,作,。,。,动,动,作,作,结,结,果,果,由,由,感,感,觉,觉,装,装,置,置(,器,器,官,官),检,检,测,测,出,出,来,来,，,，,并,并,反,反,馈,馈,回,回,去,去,与,与,给,给,定,定,信,信,号,号,相,相,比,比,较,较,。,。,如,如,果,果,比,比,较,较,有,有,偏,偏,差,差,，,，,偏,偏,差,差,信,信,号,号,会,会,继,继,续,续,控,控,制,制,动,动,作,作,装,装,置,置(,器,器,官,官),动,动,作,作,，,，,直,直,到,到,偏,偏,差,差,信,信,号,号,消,消,失,失,为,为,止,止,。,。,控,制,制,论,论,的,的,发,发,展,展,经,典,典,控,控,制,制,理,理,论,论,：,：,单,单,因,因,素,素,，,，,重,重,点,点,是,是,反,反,馈,馈,控,控,制,制,现,代,代,控,控,制,制,理,理,论,论,：,：,多,多,因,因,素,素,，,，,重,重,点,点,是,是,最,最,优,优,控,控,制,制,大,系,系,统,统,控,控,制,制,理,理,论,论,：,：,大,大,系,系,统,统,，,，,重,重,点,点,是,是,多,多,级,级,递,递,阶,阶,控,控,制,制,控,制,制,论,论,的,的,基,基,本,本,概,概,念,念,控,制,制,论,论,对,对,系,系,统,统,工,工,程,程,方,方,法,法,论,论,的,的,启,启,示,示,黑,箱,箱-,灰,灰,箱,箱-,白,白,箱,箱,法,法,黑箱,灰箱,白箱,黑,箱,箱,方,方,法,法,是,是,指,指,在,在,不,不,打,打,开,开,黑,黑,箱,箱,的,的,前,前,提,提,下,下,，,，,利,利,用,用,外,外,部,部,观,观,测,测,、,、,试,试,验,验,，,，,通,通,过,过,输,输,入,入,、,、,输,输,出,出,信,信,息,息,，,，,来,来,研,研,究,究,对,对,象,象,的,的,功,功,能,能,和,和,特,特,性,性,，,，,探,探,索,索,其,其,内,内,部,部,结,结,构,构,和,和,机,机,理,理,的,的,科,科,学,学,方,方,法,法,。,。,确认黑箱,观察黑箱,阐明黑箱,验证黑箱,一无所知,略知一二,一清二楚,功能模拟法,形式化、数量,化,化、最优化方,法,法,信息论,In his words,I just wondered how things were put together.,Claude Elwood Shannon,(April 30,1916-February 24,2001)has been called the father of information theory.,对信息量的认,识,识理解,分析问题的认