系统工程课件:第一章 系统工程概述.ppt
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- 系统工程课件:第一章 系统工程概述 系统工程 课件 第一章 概述
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1、东华大学信息学院东华大学信息学院董爱华董爱华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的产生与发展系统
2、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电话公司电话公司开发微波通讯
3、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)概念,强调了其重
4、)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.Machol编著编著系统工
5、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PERT(网络优化技
6、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)在维也纳成立成立SE的应用开
7、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70年代末、80年
8、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年)、2000年
9、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项目,它的论证、
10、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)、自动排沙(鱼嘴分水堤
11、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。它将奔腾而来的岷江
12、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之一,看上去十分
13、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。留在宝瓶口右边
14、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工程的应用举例
15、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工业企业生产经营
16、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。此词与unive
17、rsitas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素。这五种物质相
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