《系统工程与决策分析》全册配套课件.ppt

1、系统工程与决策分析系统工程与决策分析全册全册配套课件配套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、程序和方法。方法。系统思想及系统理论

2、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I1930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

3、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）

4、概念，强调了其重）概念，强调了其重要性要性III40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IV1957H.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.Macho

5、l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IV1957H.Good和和 R.E.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PE

6、RT（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V1972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

7、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7

8、0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、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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，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

14、。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

15、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。 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

16、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。

17、此词与universitas有关。在中世纪，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

18、素。这五种物质相互孳生、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，即由相互作用和相互

19、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、河流、矿物、植物及动物等）所自然

20、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间，如自然界的矿物、生物，生产部门的机械设备、原始材料等

21、。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

22、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

23、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

24、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 197

25、8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

26、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

27、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

28、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

29、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

30、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 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

31、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

32、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

33、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

34、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

35、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

36、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。第二章 系统工程理论 第一节：系统科学的学科体系 第二节：系统工程的理论基础 第三节：系统工程理论的新发展 第四节：运筹学第一节 系统科学的学科体系 我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的现代科学技术的体系结构，认为从应用实践到基础理论，现代科学技术可以分为四个层次：首先是工程技术这一层次，然后是直接为工程技术提供理论基础的技术科学这一层次，再就是基础科学这一层次，最后通过进一步综合、提炼达到最高概括的马克思主义哲学。如图2-1所示。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

37、图2-1现代科学技术体系 在此基础上他又进一步提出了一个系统科学的体系结构。认为系统科学是由系统工程这类工程技术，系统工程的理论方法（像运筹学、大系统理论等）这一类技术科学（统称为系统学），以及它们的理论基础和哲学层面的科学所组成的一类新兴科学。如图2-2所示。马克思主义哲学系统学运筹学巨系统理论控制论信息论各门系统工程自动化技 术 通信技术（系统观）系统科学哲 学基础科学技术科学工程技术图2-2 系统科学的体系 系统学主要研究系统的普遍属性和运动规律，研究系统演化、转化、协同和控制的一般规律，研究系统间复杂关系的形成法则、结构和功能的关系、有序、无序状态的形成规律以及系统仿真的基本原理等，随

38、着科学的发展，它的内容也不断在丰富。由于其尚属于起步阶段，还不够成熟，因而学者们对系统科学的学科体系的认识仍有较大差异。 系统工程是从实践中产生的，它用系统的思想与定量和定性相结合的系统方法处理大型复杂系统的问题，它是一门交叉学科。 系统工程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、经济和社会活动有效地组织起来，应用定量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、物力和信息的潜力，

39、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。 系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其它工程学的某些性质不尽相同。上述各门工程学都有其特定的工程物质对象，而系统工程则不然，任何一种物质系统都能成为它的研究对象，而且还不只限于物质系统，它可以包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。由于系统工程处理的对象主要是信息，所以系统工程是一门“软科学”。 系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一座沟通桥梁。现代数学方法和计算机技术，通过系统工程，为社会科学研究增加了极为有用的定量方法、模型方法、模拟实验方法和优化方法。系统工程为从

40、事自然科学的工程技术人员和从事社会科学的研究人员的相互合作开辟了广阔的道路。 1) 控制论2) 信息论3) 一般系统论4) 大系统论第二节 系统工程的理论基础一、控制论 1、控制论的产生与发展 1947年由美国人维纳（Norbert Wiener）创立的控制论（Cybernetics）是一门研究系统的控制的学科。维纳于1948年出版了控制论一书，他对控制论的定义是：“关于动物和机器中控制和通信的科学。” 控制论的发展已大致经历了三个时期。从20世纪40年代末到50年代是第一个时期，即经典控制理论时期。在这一时期，主要的研究对象是单因素控制系统，重点是反馈控制，借以实现的工具是各种各样的自动调节

41、器、伺服机构及其有关的电子设备，着重解决单机自动化和局部自动化问题。 控制论发展的第二个时期为60年代，即现代控制理论时期。这一时期，控制论的主要研究对象就成了多因素控制系统，研究重点是“最优控制”，研究借助的工具是电子计算机。 进入70年代以后，是大系统控制理论时期。在这一时期，主要研究对象是因素众多的大系统，重点是大系统多级递阶控制，借助的工具是电子计算机联机和智能机器，应用领域主要为社会系统、经济系统、生态系统、管理系统、环境系统等。 2 、控制系统 控制系统由施控器、受控器和控制作用的传递者三者组成，形成一个整体的控制功能和行为，但这又是相对于某种环境而言。因而可以把施控器、受控器和控

42、制作用的传递者三个部分所组成的、相对于某种环境而具有控制功能与行为的系统，称为控制系统。恒温控制系统一般自动控制系统的结构图控制论和工程控制论控制论和工程控制论 工程控制论可以被理解为是控制论运用于工程技术方面而形成的自动控制理论。 控制论与工程控制论在学科体系中属于两个不同的层次，后者又称为自动控制理论，或简称为控制理论，还有人称为系统理论(System theory)。我们必须将控制论(Cybernetics)与控制理论(control theory)这两个概念区别开来。控制论和工程控制论控制论和工程控制论 从1944年开始，一批麻省理工学院教授Norbert Wiener为首的科学家，包

43、括神经生理学家A.Rosenbluth、心理学家J.Bigelow、计算机科学家J.von Neumann以及来自波士顿、纽约的一些学者、研究生就科学体系的统一方法论展开了热烈而有成效的讨论。他们把各个本来毫无联系的学科融会贯通起来，推陈出新，粹取和推广了一些带普遍意义的基本概念，例如信息、通信、系统、控制、反馈、平衡、稳定等等。Norbert Wiener在如此反复探讨的科学方法论命名为Cybernetics（Cybernetics由Norbert Wiener 从古希腊文转化而来，原意为掌舵术，包含了调节、操纵、管 理、指挥、监督等多方面的涵义），并在1948年巴黎召开的一次国际学术讨论会

44、上公开发表，同年以Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machine为题正式出版。控制论和工程控制论控制论和工程控制论 Cybernetics针对充满不定性和关联性的不完备的客观世界，用统一的、综合的科学观点和必要的数学语言，提出诸如信息、通信、系统、控制、反馈、平衡、稳定，因果、有序、有组织等一系列重要概念的内在联系和普遍意义，以整体观点研究物质世界和非物质世界，即机器或机构和生物或活体以及社会经济现象中发生的动态过程及其相互关系。概括的说它是研究包括人在内的生物系统和包括工程在内的非生物系统、以及二

45、者有关的社会经济系统内部通信、控制、组织、平衡、稳定、计算及其与周围环境相互反馈作用的科学方法论。它的思想方法是唯物的，分析方法是辩证的，认为信息过程是认识客体的前提，控制过程是改选客体的途径。信息和控制在Cybernetics中具有同等地位，两者是不可分割的，它们一起反映了客观世界的可知性和可改造性。控制论和工程控制论控制论和工程控制论 Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machine这本书翻译成汉语的题目为控制论：或在动物和机器中的通信和控制。按照汉语中“控制”（Control）概念，只不过是Cy

46、bernetics所包含的通信（信息）和控制两个孪生概念中的一个。控制理论（Control theory）是在运用Cybernetics原理时发展起来的一整套数学理论和设 计方法。虽然目前发展已扩大应用到生物、生态、社会、经济等领域，但前期主要立足于工程技术，即为自动控制系统设计服务。早在Norbert Wiener提出Cybernetics之前，控制理论已经有了很大的发展，并根据社会生产的需要，在时域频域上围绕稳定性问题提出了相应的数学模型和反馈的概念，同时也得出稳定性的条件和判据。Norbert Wiener在总结前人的基础之上对控制的概念进行了拓展提出了Cybernetics的概念，其创

47、立的本意在一定意义上更侧重信息的作用，更突出信息的本质，更强调信息在工程技术中、在生物界、以及后来在社会经济领域所具有的特殊功能。系统工程和控制论 系统工程研究的系统是人工系统，人工系统都是受人控制或者是人们试图控制的系统。从控制的角度掌握系统运行 一般规律，控制系统的运行，这是控制论的主旨所在。 掌握和自觉运用控制规律，有助于系统工程实现总体目标的优化。 对于社会经济系统而言，由于其复杂性，一般用于工程控制系统的控制规律（如PID等）其适用性是不尽如人意的。 社会经济系统是复杂的大系统、巨系统，它们另有自身的控制规律，这些规律有的已被掌握，有的尚在探索中。对这种复杂系统控制规律的探索、掌握和

48、应用，正是系统工程的任务之一。二、信息论 信息论于本世纪40年代末产生，其主要创立者是美国的数学家香农（C.E.Shannon）和维纳。 人们根据不同的研究内容，把信息论分成三种不同的类型。 狭义信息论：即香农信息论。主要研究消息的信息量、信道（传输消息的通道）容量以及消息的编码问题。 一般信息论：主要研究通讯问题，但还包括噪声理论、信号滤波与预测、调制、信息处理等问题。 广义信息论：不仅包括前两项的研究内容，而且包括所有与信息有关的领域。 信息论研究运用了类比方法和统计方法 信息论运用了科学抽象和类比方法，将消息、信号、情报等不同领域中的具体概念，进行类比，抽象出了信息概念和信息论模型。 针

49、对信息的随机性特点，运用统计数学（概率论与随机过程），解决了信息量问题，并扩展了信息概念，充实了语义信息、有效信息、主观信息、相对信息、模糊信息等方面的内容。信息论和系统工程 客观世界是由物质、能量和信息三大要素组成的住处 是客观存在的，系统的反馈主要是信息的反馈，研究系统不能不研究住处 。 要素与要素之间，局部与局部之间，局部与系统之间，系统与环境之间的相互联系和作用，都要通过交换、加工和利用信息来实现。 系统的演化，整体特性的产生，高层次的出现，都 需要从信息观点来理解。 信息是系统工程的基本概念，信息论是系统工程的理论基础之一。三、一般系统论一般系统论的产生 一般系统论是通过对各种不同的

50、系统进行科学理论研究而形成的关于适用一切种类系统的学说。其主要创始人是美国的理论生物学家L.V.贝塔朗菲。 一般系统论的基本观点 系统的整体性、系统的开放性、系统的动态相关性、系统的多级递阶性和系统的有序性 一般系统论采用微分方程组描述系统 一般系统论的创始人贝塔朗菲主张用机体论取代机械论，他将一般系统论的研究内容概括为关于系统的科学、数学系统论、系统技术、系统哲学等，他说：“我们提出一门称为一般系统论的新学科，这是逻辑和数学的领域，它的任务乃是确立适用于各种系统的一般原则”四 、大系统与大系统理论大系统 目前没有严格的定义，一般所说的大系统是指包括工程技术、社会经济、生物、生态等各领域的大型