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1、系统工程与决策分析全册配套系统工程与决策分析全册配套 最完整精品课件最完整精品课件 系统工程与决策分析 引言引言: What What 系统工程系统工程(Systems Engineering) SE(Systems Engineering) SE是以大是以大 规模复杂系统（特别是管理系统）为研究对象，规模复杂系统（特别是管理系统）为研究对象， 在系统理论、管理科学及其运筹学等学科基础上在系统理论、管理科学及其运筹学等学科基础上 形成的一门交叉学科。通过学习，主要使学生掌形成的一门交叉学科。通过学习，主要使学生掌 握分析与解决各种管理系统问题的思想、程序和握分析与解决各种管理系统问题的思想、程

2、序和 方法。方法。 系统思想及系统理论的产生与发展系统思想及系统理论的产生与发展 整体思想和联系思想是科学系统思想 的核心与实质。 一般系统论、控制论、信息论、耗散 结构理论、协同学及自组织理论等是系统 理论的重要内容和SE的理论基础。 系统工程的发展概况系统工程的发展概况 阶段阶段年代（份）年代（份）重大工程实践或重大工程实践或 事件事件 重要理论与方法贡献重要理论与方法贡献 I 1930 美国发展与研究美国发展与研究 广播电视广播电视 正式提出系统方法（正式提出系统方法（Systems approach）的概念）的概念 1940 美国实施彩电开美国实施彩电开 发计划发计划 采用系统方法，并

3、取得巨大成采用系统方法，并取得巨大成 功功 美国美国Bell电话公司电话公司 开发微波通讯系开发微波通讯系 统统 正式使用系统工程（正式使用系统工程（Systems Engineering）一词）一词 II 第二次世界第二次世界 大战期间大战期间 英、美等国的反英、美等国的反 空袭等军事行动空袭等军事行动 产生军事运筹学（产生军事运筹学（Military Operations Research）,也即也即 军事系统工程军事系统工程 本世纪本世纪40年年 代代 美国研制原子弹美国研制原子弹 的的“曼哈顿计划曼哈顿计划” 运用运用SE，并推动了其发展，并推动了其发展 1945 美国空军建立兰美国空

4、军建立兰 德（德（RAND）公司）公司 曾经提出系统分析（曾经提出系统分析（Systems analysis）概念，强调了其重）概念，强调了其重 要性要性 III 40年代后期到年代后期到50 年代初期年代初期 运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立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，为与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了奠定了 重要的学科基础重要的学科基础 IV 1957H.Good和和 R.E.Machol发表第发表第 一部名为一部名为系统工程系统工程 的著作的著作 系统工程学科形成的标志系统工程学科形成的标志 1958美国研制北极星导弹美国研制北极星导弹 潜艇

5、潜艇 提出提出PERT（网络优化技（网络优化技 术），这是最早的系统工术），这是最早的系统工 程技术之一。程技术之一。 1965R.E.Machol编著编著 系统工程手册系统工程手册 表明系统工程的实用化和表明系统工程的实用化和 规范化规范化 美国自动控制学家美国自动控制学家 L.A.Zedeh提出提出“模模 糊集合糊集合”概念概念 为现代为现代SE奠定了重要的数奠定了重要的数 学基础学基础 1961- 1972 美国实施美国实施“阿波罗阿波罗” 登月计划登月计划 使用了多种使用了多种SE方法，其成方法，其成 功极大地提高了功极大地提高了SE的地位的地位 IV 1957H.Good和和 R.E

6、.Machol发表发表 第一部名为第一部名为系统工程系统工程的著的著 作作 系统工程学科形成的标志系统工程学科形成的标志 1958美国研制北极星导弹潜艇美国研制北极星导弹潜艇提出提出PERT（网络优化技术），这（网络优化技术），这 是最早的系统工程技术之一。是最早的系统工程技术之一。 1965R.E.Machol编著编著系统工程系统工程 手册手册 表明系统工程的实用化和规范化表明系统工程的实用化和规范化 美国自动控制学家美国自动控制学家L.A.Zedeh 提出提出“模糊集合模糊集合”概念概念 为现代为现代SE奠定了重要的数学基础奠定了重要的数学基础 1961- 1972 美国实施美国实施“阿波

7、罗阿波罗”登月计划登月计划使用了多种使用了多种SE方法，其成功极大方法，其成功极大 地提高了地提高了SE的地位的地位 V 1972国际应用系统分析研究国际应用系统分析研究 所（所（IIASA）在维也纳）在维也纳 成立成立 SE的应用开始从工程领域的应用开始从工程领域 进入到社会经济领域，并进入到社会经济领域，并 发展到了一个重要的新阶发展到了一个重要的新阶 段。段。 70年代年代SE的广泛应用在国际上达到高潮的广泛应用在国际上达到高潮 VI80年代年代SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高 峰峰 系统工程在我国的发展及应用系统工程在我国的发展及

8、应用 上世纪50至60年代，我国的一些研究机 构和著名学者为SE的研究与应用作了理论 上的探讨、应用上的尝试和技术方法上的 准备。其主要标志和集中代表是钱学森的 工程控制论、华罗庚的统筹法和 许国志的运筹学。 我国大规模地研究与应用SE是从70年 代末、80年代初开始的。 1978年9月27日，钱学森、许国志、王 寿云在文汇报发表题为“组织管理 的技术系统工程”的长篇文章； 从1978年起，西安交大、天津大学、 清华大学、华中理工大学、大连理工大 学等国内著名大学开始招收了第一批SE 专业硕士研究生； 1980年11月，中国系统工程学会在北 京成立； 1980年10月至1981年1月，中国科协

9、、 中央电视台会同中国系统工程学会、中 国自动化学会联合举办“系统工程电视 普及讲座（45讲）”，取得了良好的社 会效果。 70年代末以来，应用SE理论和方法来研究 与解决我国的重大现实问题，在许多领域和方 面取得了较好的效果，如：人口问题的定量研 究及应用（始于1978年）、2000年中国的研究 (1983至1985年）、全国和地区能源规划（始 于1980年）、全国人才和教育规划（始于1983 年）、农业系统工程（始于1980年）、区域发 展战略（始于1982年）、投入产出表的应用 （始于60年代和1976年）、军事系统工程（始 于1978年）、水资源的开发利用（始于1978年） 等。 90

10、年代以来，系统工程在与企业发展结合、 与现代信息技术结合、与实施可持续发展战略 结合、与思维科学结合等方面已具有初步结果 和强劲势头。 第一章第一章 系统工程概述系统工程概述 系统工程的应用举例 系统概述 系统工程 一一、系统工程的应用举例系统工程的应用举例 三峡水利工程 是我国建国以来最大的工程项目，它的 论证、组织、实施与管理可以说就是一 个庞大的系统工程问题，这项工程涉及 到了国家及地方的众多部门，如水利、 电力、能源、文物、生态、移民等等， 涉及到几个省的上百个县市，同时实施 过程要由众多单位共同努力，时间横跨 将近20年，如此的工程必然需要一种统 观全局的系统方法来对待，系统工程可

11、以说是最为有效的一种组织方法。 中国历史上著名的系统工程 都江堰水利工程 都江堰水利工程简介 都江堰水利工程是全世界至今为止，年代最久、 唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 这项工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝 瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等附属工 程构成，科学地解决了江水自动分流（鱼嘴分水 堤四六分水）、自动排沙（鱼嘴分水堤二八分 沙）、控制进水流量（宝瓶口与飞沙堰）等问题， 消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的 “天府之国”。1998年灌溉面积达到到66.87万 公顷，灌溉面积已达40余县。 都江堰水利全图 工程构成 都江堰渠首枢纽主要由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶 口三大主

12、体工程构成。三者有机配合，相 互制约，协调运行，引水灌田，分洪减灾， 具有“分四六，平潦旱”的功效。 鱼嘴分水堤 “鱼嘴”是都江堰的分水工程，因其 形如鱼嘴而得名，位于岷江江心，把岷江 分成内外二江。西边叫外江，俗称“金马 河”，是岷江正流，主要用于排洪；东边 沿山脚的叫内江，是人工引水渠道，主要 用于灌溉。 鱼嘴分水堤 鱼嘴分水堤坐落在岷江中游的顶端。它将奔腾而 来的岷江一分为二，外江为原始河床，内江用于 引流灌溉，它巧妙之处体现于两点。其一是它利 用内江河床低而枯水季节六成引水，外江河床宽， 则洪水季节六成泄洪。所谓“分四六，平潦旱” 正是这个道理。其二是鱼嘴处于岷江中游第一弯 的末端，它

13、巧妙的利用了弯道流体力学的自然法 则，即表层水流入凹岸，低层水流入凸岸。于是 沙石含量较少的表层水自然涌入内江，而底层水 则顺着江弯的凸岸挤向外江，绝大部分沙石也就 在外江河道上滚动、留沉。所谓“四六分洪，二 八排沙”说的便是这个道理。当鱼嘴将江水导入 内江以后，奔腾的江水便准备着流向成都平原。 飞沙堰 “泄洪道”具有泄洪徘砂的显著功能，故又叫它 “飞沙堰”。 飞沙堰是都江堰三大件之一，看上 去十分平凡，其实它的功用非常之大，可以说是 确保成都平原不受水灾的关键要害。 飞沙堰的作 用主要是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时， 多余的水便从飞沙堰自行溢出；如遇特大洪水的 非常情况，它还会自行溃堤，

14、让大量江水回归岷 江正流。另一作用是“飞沙”，岷江从万 山丛中 急驰而来，挟着大量泥沙，石块，如果让它们顺 内江而下，就会淤塞宝瓶口和灌区。 古时飞沙堰， 是用竹笼卵石堆砌的临时工程；如今已改用混凝 土浇铸，以保一劳永逸的功效。 宝瓶口 宝瓶口起节制闸作用，能自动控制内江进 水量，是前山(今名灌口山、玉垒山)伸向岷 江的长脊上凿开的一个口子，是人工凿成 控制内江进水的咽喉，因它形似瓶口而功 能奇持，故名宝瓶口。留在宝瓶口右边的 山丘，因与其山体相离，故名离堆。离堆 在开凿宝瓶口以前，是湔山虎头岩的一部 分。由于宝瓶口自然景观瑰丽，有“离堆 锁峡”之称，属历史上著名的“灌阳十景” 之一。 系统工

15、程的应用举例系统工程的应用举例 对于我们今天生活中所关心的各种社会经济问题， 如经济改革、价格问题、体制改革及各种政策的出 台都是要经过充分的系统的论证，这些都与系统工 程有关。例如： 粮食价格的调整：影响肉、菜、生活用品等等，从 而影响整个社会的物价。 燃料能源价格：影响原材料、产品及整个物价 银行利率：影响消费与积累，反应了国家的经济政 策 外汇牌价：主要用于调节进出口政策，同时反应了 一个国家的经济实力 系统工程的应用举例系统工程的应用举例 将来在我们的实际工作中，我们会遇到许 许多多的系统工程问题，比如： 企业的长远规划：综合考虑企业发展、实 力、原材料、能源、技术、市场、国家政 策等

16、。 新产品开发：考虑市场、企业开发技术与 实力、销售网络、经济条件等 区域规划：考虑区域特征、交通、历史、 地理等 大项目管理：经过立项、论证、实施、 管理系统问题举例 国家 政策 市场 研究 技术 经济 预测 竞争 状况 企业 能力 资金 来源 资源 条件 社会需求生产可能 生产组织与控制 物、财、人、信息 生产 控制 库存 控制 质量 控制 成本 控制 资金 回收 产品 销售 服务 调查 经 营 目 标 产 品 开 发 经 营 计 划 生产技术准备 技术 文件 劳动 力 劳动 手段 劳动 对象 环境分析经营决策与计划投入转换产出 工业企业生产经营活动过程示意图 二、系统概述二、系统概述 系

17、统工程顾名思义就是研究系统的工程技 术，它是在系统和系统理论逐渐发展的基 础上所形成的系统方法论。 系统的概念？ 1、系统的概念、系统的概念 系统概念是系统工程的基础 “系统思想是进行分析和综合的辨证思维 工具，它在辨证唯物主义那里取得了哲学 的表达形式，在运筹学和其他系统科学那 里取得了定量的表述形式，在系统工程那 里获得了丰富的实践内容” 系统概念的形成系统概念的形成 公元前古希腊对宇宙大系统的认识 -宇宙这个词在英语中叫cosmos，源自希腊 语，古希腊人认为宇宙的创生乃是从浑沌中产生 出秩序来，在英语中更经常用来表示“宇宙”的 词是universe。此词与universitas有关。在

18、中世纪， 人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群 人称为universitas。在最广泛的意义上， universitas 又指一切现成的东西所构成的统一整 体，那就是universe，即宇宙。universe和 cosmos常常表示相同的意义，所不同的是，前者 强调的是物质现象的总和，而后者则强调整体宇 宙的结构或构造。 我国西周时期的“阴阳二气”及金、木、水、火、 土“五行” - 阴阳五行学说，是中国古代朴素的唯物论和自 发的辩证法思想，它认为世界是物质的，物质世 界是在阴阳二气作用的推动下孳生、发展和变化； 并认为木、火、土、金、水五种最基本的物质是 构成世界不可缺少的元素。这五种物

19、质相互孳生、 相互制约，处于不断的运动变化之中。这种学说 对后来古代唯物主义哲学有着深远的影响，如古 代的天文学、气象学、化学、算学、音乐和医学， 都是在阴阳五行学说的协助下发展起来的。 系统概念的形成系统概念的形成 2. 系统定义系统定义 一般系统论的奠基者贝塔郞费：相互作用 的诸要素的综合体 日本JIS工业标准：许多组成要素保持有机 的秩序，向同一目的行动的东西 美国学者阿柯夫：系统是由两个或两个以 上的相互联系的任何种类的要素所构成的 集合 系统的定义系统的定义 系统是由相互联系、相互作用的许多要素结合而成 的具有特定功能的统一体 钱学森院士：“我们把极其复杂的研制对象称为 系统，即由相

20、互作用和相互信赖的若干组成部 分结合而成的具有特定功能的有机整体，而且这个 系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成 部分” 一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项目、 一种组织、一套制度都可以看成一个系统 系统的存在具有普遍性 系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝对规 模的界限 3、系统的各种形态、系统的各种形态 自然界所面临的系统是各种各样的，它们以 各种各样的形态存在于这个五彩缤纷的世界。因 此，我们就可以按照系统在自然界存在的形态及 性质，将系统分为各种各样的类型。 自然系统与人工系统自然系统与人工系统 自然系统是由自然发生而产生与形成的系统，这类 系统的组成部分是自然物（山、海

21、、河流、矿物、 植物及动物等）所自然形成的系统。像海洋系统、 矿藏系统、生态系统、太阳系、宇宙系等，都属于 自然系统。 人工系统是人们将有关元素，按其属性和相互关系 组合而成的系统，亦即用人工方法建立起来的系统。 例如，人类对自然物质通过加工，用人工方法制造 出来的工具和机械装置等构成的各种工程系统；人 类通过人为地规定的组织、制度、步骤、手续等建 立起来的各种管理系统和社会系统；人类通过对自 然现象和社会现象的科学认识，用人工方法研究出 来的科学体系和技术体系等都属于人工系统。 实体系统与概念系统实体系统与概念系统 所谓实体系统，是指以物理状态的存在物作为组 成要素的系统，这些实体占有一定空

22、间，如自然 界的矿物、生物，生产部门的机械设备、原始材 料等。由于自然物都为实实在在的存在物，因此， 实体系统亦称为硬件系统。 与实体系统相对应的是概念系统，它是由概念、 原理、假说、方法、计划、制度、程序等非物质 实体构成的系统，如管理系统、科学技术体系、 教育系统、文化系统等。由于概念系统，对应着 的多是人们对自然界的认识和假设，因此概念系 统亦称为软件系统。 动态系统和静态系统动态系统和静态系统 动态系统就是系统的状态变量是随时间不断变化 的，即系统的状态变量是时间的函数。例如，学 校就是一个动态系统，它不仅有建筑物，还有教 师和学生。企业也是动态系统的一个典型例子。 静态系统则是表征系

23、统运行规律的数学模型中不 含有时间因素，即模型中的变量不随时间而变化， 它是动态系统的一种极限状态，即处于稳定的系 统。例如大桥、公路、房屋等。 孤立系统、封闭系统与开放系统孤立系统、封闭系统与开放系统 所谓孤立系统指的是系统与外界环境既不可能进 行物质交换，也不可能进行信息、能量交换。换 句话说，系统内部的物质和信息能量不能传至外 部，外界环境的物质和信息能量也不能传至系统 内部。 封闭系统是指系统与外界环境之间可以进行信息、 能量交换，但不能进行物质交换。 开放系统是指系统与外界环境有信息、物质和能 量交互作用的系统。 普通系统、大系统、巨系统、简普通系统、大系统、巨系统、简 单系统与复杂

24、系统单系统与复杂系统 钱学森院士提出的系统分类方法 -系统的规模进行分类，系统有大小之分，可分为 普通系统、大系统及巨系统；从系统的复杂程度 来分，系统又可分为简单系统与复杂系统 -系统分类三维坐标系: 开放性，复杂性和规模性 面向对象区分的各种系统形态面向对象区分的各种系统形态 物质系统、人类系统及方法步骤系统 作业系统和管理系统 物理系统、生物系统和人类社会和宇宙系统 4. 系统的结构与功能系统的结构与功能 系统的结构 S（System）：系统; E（Element）：要素的集合; R（Relationship）：建立在集合E上的各种关系的集 合 系统不是要素的简单组合，要素之间只有存在一

25、定 的相互关系（结构）才能构成要素 RES, 系统的功能系统的功能 系统的功能：系统诸要素在一定结构下形成的 效应 系统功能即接受外界的输入，在系统内部进行处 理和加工，向外界输出 系统功能或总体效果最优，并非各组成要素孤立 最优，而是合理组织与配置各种资源，使系统总 体功能效果最优 三、系统工程三、系统工程 要作出科学的决策就必须依赖于系统可靠的科学 决策方法，系统工程便是处理决策问题的基础理 论指导，它将所处理的问题作为一个完整的系统 进行处理，强调决策系统整体目标的综合最优化; 系统工程借助于自然科学与工程技术的方法，来 处理各种社会系统，将人类在长期开发自然系统 和改造社会系统的实践中

26、所形成的整体最优化系 统观念应用于其求解问题的全过程之中，从而保 证了所解决问题的全面周到与科学合理。 1、“系统工程系统工程”的含义的含义 1978年我国著名学者钱学森指出：“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 遍意义的方法”。 1977年日本学者三浦武雄指出：“系统工程与其 他工程学不同之点在于它是跨越许多学科的科学， 而且是填补这些学科边界空白的一种边缘学科。 因为系统工程的目的是研制一个系统，而系统不 仅涉及到工程学的领域，还涉及社会、经济和政 治等领域，所以为了适当地解决这些领域的问题， 除了需要某些纵向技术以外，还要有

27、一种技术从 横的方向把它们组织起来，这种横向技术就是系 统工程”。 1975年美国科学技术辞典的论述为：“系统工程 是研究复杂系统设计的科学，该系统由许多密切 联系的元素所组成。设计该复杂系统时，应有明 确的预定功能及目标，并协调各个元素之间及元 素和整体之间的有机联系，以使系统能从总体上 达到最优目标，在设计系统时，要同时考虑到参 与系统活动的人的因素及其作用。” 2、系统工程定义、系统工程定义 系统工程就是从系统的观点出发，跨学科的考虑 问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问 题，以实现系统目标的综合最优化。 工程观念工程观念 工程的观念是在人们处理自然、改造自然的社会生 产过程中所形

28、成的工程方法论，传统的工程观念是 指生产技术的实践而言，而且以硬件为目标与对象， 如机械工程、电气工程、铁路工程、水利工程等。 系统工程将这一观念和方法应用于社会系统中，其 所处理的对象不仅包含传统工程观念中的自然对象 （即硬件），而是在传统的工程观念的基础上增添 了新的内容，也即以软件为目标与对象。实际上， 系统工程所讨论的工程是泛指一切有人参与的、以 改变系统某一特征为目标的，从命题到出成果的工 作过程。系统工程使得人们能够以工程的观念和方 法研究和解决各种社会系统问题。 系统观念系统观念 系统的观念就是整体最优的观念，它是在人类认 识社会、认识自然的过程中形成的整体观念，或 者称之为全局

29、观念。 “丁渭工程” （北宋 开封皇宫失火重建） 修建用的砖瓦 水的来源 建筑石材、木材的运输 废墟的排除与清理 3、系统工程的理论基础、系统工程的理论基础 从系统工程的定义可以看出，系统工程是一门跨 学科的边缘性交叉学科，它包括自然、社会及工 程设计分析等方面的知识，它是由一般系统论、 大系统理论、经济控制论、运筹学等学科相互渗 透、交叉发展而形成的。 系统科学与系统工程系统科学与系统工程 系统科学是用统一的系统方法研究任何控制论系 统的行为和控制的学科领域，它主要研究有组织 的大系统或一般系统的运动和量变规律 系统科学分为：系统方法论、系统理论和系统工 程 系统工程是系统科学的应用部分，是

30、系统科学中 与社会经济决策和工程管理关系最密切的一部分 系统工程的理论基础系统工程的理论基础 一般系统论 大系统理论 经济控制论 运筹学 哲学和社会科学 计算机科学 各门专业科学和工程技术 4、系统工程学科性质、系统工程学科性质 在科学技术体系结构中，系统工程属于工程技术，是 一门新兴的交叉学科 系统工程是以研究大规模复杂系统为对象的一门交叉 学科，它是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、 方法、策略和手段等根据 总体协调的需要，有机地 联系起来，把人们的生产、科研或经济活动有效地组 织起来，应用定量分析和定性分析相结合的方法和计 算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信 息交换和反馈

31、控制等功能进行分析、设计、制造和服 务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的， 以便最充分地发挥人力、物力的潜力，通过各种组织 管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合，以实 现系统的综合最优化 系统工程与一般工程比较的特点系统工程与一般工程比较的特点 研究的对象广泛，包括人类社会、生态环境、自然 现象和组织管理等； 系统工程是一门跨学科的边缘学科； 在处理复杂的大系统时，常采用定性分析和定量计 算相结合的方法。 系统工程的应用范围系统工程的应用范围 应用范围 自然 对象 的系 统 宇宙 气象、灾害 国土、资源 农林渔业 人体 对象 的系 统 生理、病理 脑、神经、心理 医疗 产 业 系

32、 统 技术发展 工业设备 网络系统 服务系统 交通控制 经营管理 社会 系统 国际系统 国家行政 地区社会 文化、教育 系统工程的应用分支系统工程的应用分支 社会系统工程 组织管理社会建设的技术，它的研究对象是整个 社会，是一个巨系统。社会系统具有多层次、多 区域、多阶段的特点。近年来，正在探讨一种从 定性到定量，综合运用多种学科处理复杂巨系统 的方法论。 宏观经济系统工程宏观经济系统工程 运用系统工程的方法研究宏观经济系统的问题， 如国家的经济发展战略、综合发展规划、经济指 标体系、投入产出分析、积累与消费比例分析、 产业结构分析、消费结构分析、价格系统分析、 投资决策分析、资源合理配置、经

33、济政策分析、 综合国力分析、世界经济模型等。 区域规划系统工程区域规划系统工程 运用系统工程的原理和方法研究区域发展战略、 区域综合发展规划、区域投入产出分析、区域城 镇布局和工农业合理布局、区域资源合理配置、 区域投资规划、城市规划、城市水资源规划、城 市公共交通规划与管理等。 环境生态系统工程环境生态系统工程 研究大气生态系统、大地生态系统、流域生态系 统、森林与生物生态系统、城市生态系统等系统 分析、规划、建设、防治等方面的问题，以及环 境检测系统、环境计量预测模型等问题。 能源系统工程能源系统工程 研究能源合理结构、能源图、能源需求预测、能 源供应预测、能源开发规模预测、能源生产优化

34、模型、能源合理利用模型、电力系统规划、节能 规划、能源数据库等问题。 水资源系统工程水资源系统工程 研究河流综合利用规划、流域发展战略和规划、 农田灌溉系统规划与设计、城市供水系统优化模 型、水能利用规划、水运规划、防洪规划、水污 染控制等问题。 交通运输系统工程交通运输系统工程 研究铁路、公路、航运、航空综合运输规划及其 发展战略，铁路运输规划及其调度系统，公路运 输规划及其调度系统，航运规划及其调度系统， 空运规划及其调度系统，综合运输规划、优化模 型及其效益分析。 农业系统工程农业系统工程 研究农业发展战略，大农业及立体农业的战略规 划，农业结构分析，农业综合规划，农业区域规 划，农业政

35、策分析，农业投资规划，农产品需求 预测，农业产品发展速度预测，农业投入产出 分析，农作物合理布局，农作物栽培技术规划化， 农业系统多层次开发模型等。 工业及企业系统工程工业及企业系统工程 研究工业动态模型，市场预测，新产品开发，组 织均衡生产，生产管理系统，计划管理系统，库 存存贮模型，全面质量管理，成本核算系统，成 本效益分析，财务分析，人机工程，组织理 论，激励机制等。 工程项目管理系统工程工程项目管理系统工程 研究工程项目的总体设计，可行性研究，国民经 济评价，工程进度管理，工程质量管理，风险投 资分析，可靠性分析，工程成本效益分析等。 科技管理系统工程科技管理系统工程 研究科学技术发展

36、战略，科学技术预测，优先发 展领域分析，科学技术长远发展战略，科学技术 评价，科技人才规划，科技管理系统等。 智力开发系统工程智力开发系统工程 研究人才需求预测，人才拥有量模型，人才规划 模型，教育规划模型，智力投资规划模型，人才 结构分析，教育政策分析等。 人口系统工程人口系统工程 研究人口总目标，人口指数，人口指标致体系， 人口系统数学模型，人口系统动态特性分析，人 口参数辨识，人口系统仿真，人口普查系统设计， 人口政策分析，人口区域规划，人口系统稳定性， 人口模型生命表等。 军事系统工程军事系统工程 研究国防战略，作战模拟，情报，通讯与指挥系 统，参谋系统，武器装备发展规划，后勤保障系

37、统，国防经济学，军事运筹学等。 小结小结: 系统工程系统工程 一种科学的系统决策方法论一种科学的系统决策方法论 系统工程方法对于解决组织管理的问题应该说是极为 有效的，因为任何管理都可视为一个系统的管理; 系统工程就是一门方法论的科学，它给人们提供了一 套处理问题和解决问题的系统方法论，它使得决策者 在处理所面临的问题时，充分强调整体系统的综合最 优化，而不是追求单一目标的最优化; 系统工程给管理决策者提供了一种处理问题的思路， 就是以系统的观念及工程的观念处理所面临的社会问 题; 系统工程作为一种科学的系统决策方法论，它是进行 各种管理决策的基本指导思想。 线性规划及数学模型 线性规划是运筹

38、学的一个重要分支。线性规划在理论 上比较成熟，在实用中的应用日益广泛与深入。特别是 在电子计算机能处理成千上万个约束条件和决策变量的 线性规划问题之后，线性规划的适用领域更为广泛了。 从解决技术问题的最优化设计到工业、农业、商业、交 通运输业、军事、经济计划和管理决策等领域都可以发 挥作用。它已是现代科学管理的重要手段之一。 1.1 问题的提出 从一个简化的生产计划安排问题开始 例 1 某工厂在计划期内要安排生产、两种 产品，已知生产单位产品所需的设备台时 及A、B两种原材料的消耗，如表所示。 资源 产 品 拥有量 设 备 1 2 8台时 原材料 A 40 16 kg 原材料 B 04 12

39、kg 续例1 该工厂 每生产一件产品可获利2元， 每生产一件产品可获利3元， 问应如何安排计划使该工厂获利最 多? 如何用数学关系式描述这问题， 必须考虑 称它们为决策变量。 产品的数量，分别表示计划生产设III, 21 xx 12416482 2121 21 x;x;xx ,x ,x 这是约束条件。即 有量的限制的数量多少，受资源拥生产 0 21 x,x,即生产的产品不能是负值 这是目标。最大如何安排生产，使利润, 数学模型 0 124 164 82 32 21 2 1 21 21 x,x x x xx : xxzmax 约束条件 目标函数 例2. 简化的环境保护问题 靠近某河流有两个化工厂

40、 （见图1），流经第一化工厂的 河流流量为每天500万立方米， 在两个工厂之间有一条流量为每 天200万立方米的支流。 图1 续例2 第一 化工厂每天排放含有某种有害物质的工 业污水2万立方米，第二化工厂每天排放这种 工业污水1.4万立方米。从第一化工厂排出的 工业污水流到第二化工厂以前，有20%可自然 净化。根据环保要求，河流中工业污水的含 量应不大于0.2%。这两个工厂都需各自处理 一部分工业污水。第一化工厂处理工业污水 的成本是1000元/万立方米，第二化工厂处理 工业污水的成本是800元/万立方米。现在要 问在满足环保要求的条件下，每厂各应处理 多少工业污水，使这两个工厂总的处理工业

41、污水费用最小。 建模型之前的分析和计算 设设： 第一化工厂每天处理工业污水量为x1万立方米， 第二化工厂每天处理工业污水量为x2万立方米 1000 2 700 41280 2 1000 2 500 2 2 21 1 )x.()x(. )x( 工厂后的水质要求：经第 工厂前的水质要求：经第 数学模型 0, 4 . 1 2 6 . 18 . 0 1 8001000min 21 2 1 21 1 21 xx x x xx x xxz 约束条件 目标函数 共同的特征 (1)每一个线性规划问题都用一组决策变量 表示某一方案，这组决策变量的 值就代表一个具体方案。一般这些变量取值是 非负且连续的； (2)

42、要有各种资源和使用有关资源的技术数据 ，创造新价值的数据； n x,x,x 21 )n,j;m,i (c;a jij 11 共同的特征（继续） (3) 存在可以量化的约束条件，这些约束条 件可以用一组线性等式或线性不等式来表 示; (4) 要有一个达到目标的要求，它可用决策 变量的线性函数(称为目标函数)来表示。 按问题的不同，要求目标函数实现最大化 或最小化。 线性规划的一般模型形式 1 122 11 112211 21 122222 1 122 12 max(min) ( , ) ( , ) ( , ) ,0 nn nn nn mmmnm n zc xc xc x a xa xa xb a

43、 xa xa xb a xaxa xb x xx 目标函数目标函数 约束条件约束条件 存储论 存储论的基本概念 确定性存储模型 随机性存储模型 存储论的基本概念 一 存储问题的提出 人们在生产和日常生活活动中往往将所需的物资、 用品和食物暂时地储存起来，以备将来使用或消 费。这种储存物品的现象是为了解决供应（生产） 与需求（消费）之间的不协调的一种措施，这种 不协调性一般表现为供应量与需求量和供应时期 与需求时期的不一致性上，出现供不应求或供过 于求。人们在供应与需求这两环节之间加入储存 这一环节，就能起到缓解供应与需求之间的不协 调，以此为研究对象，利用运筹学的方法去最合 理、最经济地解决，

44、就是储存问题。 例如 (1) 水电站在雨季到来之前，水库应蓄水多 少? (2) 工厂生产需用原料，如没有储存一定数 量的原料，会发生停工待料现象。 (3) 在商店里若存储商品数量不足，会发生 缺货现象，失去销售机会而减少利润；如 果存量过多，一时售不出去，会造成商品 积压，占用流动资金过多而且周转不开， 这样也会给商家造成经济损失。 专门研究这类有关存储问题的科学，构成 运筹学的一个分支，叫作存储论(inventory)， 也称库存论。 本章所介绍的存储问题，模型并不复杂， 原理也容易掌握，应用这些原理可以从一 个方面改善企业的经营管理，以达到节约 资金，获得更多利润的目的。 二 存储论的基本

45、概念 1.需求 对存储来说，由于需求，从存储中取出一定的数 量，使存储量减少，这就是存储的输出。有的需 求是间断式的，有的需求是连续均匀的。 图1和图2分别表示t时间内的输出量皆为 S-W，但两者的输出方式不同。图1表示输出是间 断的，图2表示输出是连续的。 有的需求是确定性的，如钢厂每月按合同卖给电 机厂矽钢片10吨。有的需求是随机性的，如书店 每日卖出去的书可能是1000本，也可能是800本。 但是经过大量的统计以后，可能会发现每日售书 数量的统计规律，称之为有一定的随机分布的需 求。 图 1，2 2 补充(订货或生产) 存储由于需求而不断减少，必须加以补充，否则最终 将无法满足需求。补充

46、就是存储的输入。补充的办法 可能是向其他工厂购买，从订货到货物进入“存储” 往往需要一段时间，我们把这段时间称为备货时间 （即工厂的生产时间和运输时间）。从另一个角度看， 为了在某一时刻能补充存储，必须提前订货，那么这 段时间也可称之为提前时间提前时间(leadtime)。 备货时间可能很长，也可能很短，可能是随机性的， 也可以是确定性的。 存储论要解决的问题是：多少时间补充一次，每次补 充的数量应该是多少。决定多少时间补充一次以及每 次补充数量的策略称为存储策略存储策略。 存储策略的优劣如何衡量呢?最直接的衡量标准，是计 算该策略所耗用的平均费用多少。为此有必要对费用 进行详细的分析。 3

47、费用 （主要包括以下费用） (1) 存储费C1，包括货物占用资金应付的利息 以及使用仓库、保管货物、货物损坏变质 等支出的费用。 (2) 订货费，包括两项费用，一项是订购费用 C3 （固定费用，或一次性费用）如手续费、 电信往来、派人员外出采购等费用。订购 费与订货次数有关，而与订货数量无关。 另一项是可变费用，它与订货数量及货物 本身的价格，运费等有关。如货物单价为K 元，订购费用为C3元，订货数量为Q，则订 货费用为：C3+KQ。 (3) 生产费，补充存储时，如果不需向外厂订 货，由本厂自行生产，这时仍需要支出两 项费用。一项是准备、结束费用，如更换 模、夹具需要工时，或添置某些专用设备

48、等属于这项费用；它是一次性的费用，或 称为固定费用，也用C3表示。另一项是与 生产产品的数量Q有关的费用如材料费、加 工费等（可变费用），总生产费用也是 C3+KQ。 (4) 缺货费C2，当存储供不应求时所引起的损 失。如失去销售机会的损失、停工待料的 损失以及不能履行合同而缴纳罚款等。 在不允许缺货的情况下，在费用上处理的 方式是缺货费为无穷大。 4 存储策略 如前所述，决定何时补充，补充多少数量的办法称 之为存储策略，常见的策略有三种类型。 (1) t0循环策略，每隔t0时间补充存储量Q。 (2) (s,S)策略，每当存储量xs时不补充。当xs时 补充存储。补充量Q=S-x(即将存储量补充

49、到S)。 (3) (t,s,S)混合策略，每经过t时间检查存储量x，当x s时不补充。当xs时，补充存储量使之达到S。 一个好的存储策略，既可以使总费用最小， 又可避免因缺货影响生产（或对顾客失去 信用） 存储模型的两大类型： 一类叫作确定性模型，即模型中的数据皆 为确定的数值； 另一类叫作随机性模型，即模型中含有随 机变量，而不是确定的数值。 由于具体条件有差别，制定存储策略时又 不能忽视这些差别，因而模型也有多种类 型。本章将按确定性存储模型及随机性存 储模型两大类，分别介绍一些常用的存储 模型，并从中得出相应的存储策略。 三 确定性存储模型 模型一：不允许缺货，备货时间很短 假设： (1

50、) 缺货费用无穷大； (2) 当存储降至零时，可以立即得到补充（即备货时 间或拖后时间很短，可以近似地看作零）； (3) 需求是连续的、均匀的，设需求速度R（单位时 间的需求量）为常数，则t时间的需求量为Rt； (4) 每次订货量不变，订购费不变（每次备货量不变， 装配费不变）； (5) 单位存储费不变。 分析模型一 其存储量的变化情况用右图 表示 假定每隔t时间补充一次存 储，那么订货量必须满足 t时间的需求Rt，记订货 量为Q，Q=Rt，订购费为 C3，货物单价为K，则订 货费为C3+KRt；t时间的 平均订货费为 t 时间内的平均存储量为 (此结果由上页图中利用几何知识易得出， 平均存储