系统工程原理ppt课件.ppt

1、系统工程原理系统工程原理1234系统工程原理系统工程原理5钱学森对系统的描述性定义：钱学森对系统的描述性定义：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分（元素）结合成的具有特定功能的有机整体，记为（元素）结合成的具有特定功能的有机整体，记为 其中其中 为系为系统统 中所有中所有元素构成的集合，元素构成的集合， 为系统为系统 中所有关系的集合。中所有关系的集合。ESR6系统定义的三个基本特征系统定义的三个基本特征: : (1) (1) 系统是由若干元素组成的；系统是由若干元素组成的； (2) (2) 这些元素相互作用、相互依赖；这些元素相互作用、相互依赖；

2、(3) (3) 由于元素间的相互作用，使系统作为由于元素间的相互作用，使系统作为 一个整体具有特定的功能。一个整体具有特定的功能。7系统的五个基本特性系统的五个基本特性: : 整体性整体性层次性层次性 相关性相关性 目的性目的性 适应性适应性8关于系统的整体性关于系统的整体性9关于系统的层次性关于系统的层次性iSSSiSSSiSiSiSiSiSSS10关于系统的层次性关于系统的层次性11树状结构示意图树状结构示意图关于系统的层次性关于系统的层次性12网状结构示意图网状结构示意图关于系统的层次性关于系统的层次性13扁平化的网状结构示意图扁平化的网状结构示意图关于系统的层次性关于系统的层次性14网

3、络系统及层次性网络系统及层次性15 系统的分类系统的分类16系统的分类：系统的分类：17系统的分类：系统的分类：18系统的分类：系统的分类：19系统的分类：系统的分类：20系统的分类：系统的分类：21系统的分类：系统的分类：22系统的分类：系统的分类： 小系统：大体上说，由几个、十几个元素或子系统组成的系统； 大系统：由上百个、上千个元素或子系统组成的系统； 巨系统：元素或子系统数量极大，成万上亿，上百亿，万亿。 23系统的分类：系统的分类： 巨系统巨系统 24系统的分类：系统的分类： 简单巨系统简单巨系统 复杂巨系统复杂巨系统25系统的分类：系统的分类： 开放的复杂巨系统开放的复杂巨系统26

4、系统的分类：系统的分类： 27钱学森对系统工程的定义：钱学森对系统工程的定义： 系统工程是组织管理系统的系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法。简言之和使用的科学方法。简言之“系系统工程是一门组织管理的技术统工程是一门组织管理的技术”。28 美国军用标准美国军用标准MIL - STD - 499A 定义：定义：“系统系统工程是将科学和工程技术的成就应用于：工程是将科学和工程技术的成就应用于： 通过运用定义、综合、分析、设计、试验和评价通过运用定义、综合、分析、设计、试验和评价的反复迭代过程，将作战需求转变为一组系统性能的反复迭代过程，将

5、作战需求转变为一组系统性能参数和系统技术状态的描述；参数和系统技术状态的描述； 综合有关的技术参数，确保所有物理、功能和程综合有关的技术参数，确保所有物理、功能和程序接口的兼容性，以便优化整个系统的定义和设计；序接口的兼容性，以便优化整个系统的定义和设计； 将可靠性、维修性、安全性、生存性、人素工程将可靠性、维修性、安全性、生存性、人素工程和其它有关因素综合到整个工程工作之中，以满足和其它有关因素综合到整个工程工作之中，以满足费用、进度、保障性和技术性能指标。费用、进度、保障性和技术性能指标。” 29需求需求约束条件约束条件武器装备武器装备系统系统系统工程过程系统工程过程综合综合权衡权衡效效能

6、能进进度度费费用用保保障障及时地部署、使用和保障一个有及时地部署、使用和保障一个有效的系统，并在可承受的费用条效的系统，并在可承受的费用条件下满足用户的需求。件下满足用户的需求。30 系统工程既是一个技术过程，又是一个管系统工程既是一个技术过程，又是一个管理过程。为了成功地完成系统的研制，在整个理过程。为了成功地完成系统的研制，在整个系统寿命周期内，技术和管理两方面都很重要。系统寿命周期内，技术和管理两方面都很重要。因此，美国防务系统管理学院把系统工程定义因此，美国防务系统管理学院把系统工程定义为为 “ 是为了达到所有系统要素的优化平衡，是为了达到所有系统要素的优化平衡，控制整个系统研制工作的

7、管理功能，把作战需控制整个系统研制工作的管理功能，把作战需求转变为一组系统参数的描述，并综合这些参求转变为一组系统参数的描述，并综合这些参数以优化整个系统效能的过程。数以优化整个系统效能的过程。” 军方强调管理过程军方强调管理过程31整体性整体性(系统性系统性)关联性关联性(协调性协调性)综合性综合性(交叉性交叉性)满意性满意性(最优化最优化)32管子管子农事管理农事管理李冰父子李冰父子工程管理工程管理孙子孙子军事管理军事管理3334孔孔 子子 “不见树木，只见森林” 35 十五世纪下半叶，近代科学开始兴起，力学、天文学、物理学、化学、生物学等逐渐从哲学中分离出来。近代自然科学发展了研究自然界

8、的独特的分析方法，包括实验、解剖和观察，把自然界的细节从总的自然联系中抽出来，分门别类地加以研究。这种考察自然界的方法移植到哲学中，就成为形而上学的思维方式。形而上学的出现是有历史根据的，是时代的需要，对科学、技术、文化的蓬勃发展起了不可磨灭的重要作用。但是，形而上学撇开总体的联系来考察事物和过程，蕴含着极大的局限性。 “只见树木，不见森林”36 十九世纪上半叶，自然科学取得了一系列伟大成就。特别是能量转化、细胞和进化论的发现，使人类对自然过程的相互联系的认识有了很大提高。十九世纪的自然科学“本质上是整理材料的科学，关于过程、关于这些事物的发生和发展以及关于把这些自然过程结合为一个伟大整体的联

9、系的科学” 。马克思、恩格斯的辩证唯物主义认为，物质世界是无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程所形成的统一整体。 “既见树木，又见森林”37 19401940年，英国研制出了一种对付德国飞机空袭年，英国研制出了一种对付德国飞机空袭的新型警戒雷达。为此，成立了一个研究小组，并的新型警戒雷达。为此，成立了一个研究小组，并通过理论计算和战场实际统计分析，找到了雷达和通过理论计算和战场实际统计分析，找到了雷达和高射武器合理运用和配合的方法，使击毁敌机的效高射武器合理运用和配合的方法，使击毁敌机的效率大大提高。率大大提高。38 19421942年美国海军反潜部队成立了一个由莫尔斯领年美

10、国海军反潜部队成立了一个由莫尔斯领导的研究小组，为了发现德国潜艇，研究了搜索论。导的研究小组，为了发现德国潜艇，研究了搜索论。发现敌潜艇后，又研究了爆炸深度与杀伤范围的定量发现敌潜艇后，又研究了爆炸深度与杀伤范围的定量关系，提出了反潜深水炸弹的合理爆炸深度为关系，提出了反潜深水炸弹的合理爆炸深度为3030英尺，英尺，结果使德国潜艇被击沉的数量增加了结果使德国潜艇被击沉的数量增加了3 3倍。倍。3919581958年，美国海军特种计划局在研制年，美国海军特种计划局在研制“北北极星潜艇计划极星潜艇计划”的实践中，提出并采用了的实践中，提出并采用了“计计划评审技术划评审技术”(PERT)(PERT)

11、。A3-4-5开始开始节点节点T2节点节点T1节点节点T7节点节点T10节点节点T5节点节点T9节点节点T4结束结束节点节点T8节点节点T6节点节点T11B2-3-4C3-4-5H2-3-4E1-2-4L30-36-45D1-2-3F2-3-5G1-2-3J7-8-12K1-2-3O2-3-5P1-2-4N1-2-4I2-4-8M1-3-5T2-3-4S10-12-16Q6-8-12R3-4-6“计划评审技术计划评审技术”( PERT )( PERT )40阿波罗登月中的阿波罗登月中的创建性工作创建性工作: : 方案的开发和选择方案的开发和选择 详尽而明确的研制规划制定详尽而明确的研制规划制定

12、 总体性能指标的控制总体性能指标的控制 解决系统内部接口问题解决系统内部接口问题 系统分析与管理的新方法系统分析与管理的新方法41登月方案登月方案几十个几十个筛选比较筛选比较 直接登月直接登月 地球轨道交会地球轨道交会 月球轨道交会月球轨道交会月球轨道交会方案月球轨道交会方案论证论证计算计算42系统总目标系统总目标 功能分析功能分析 工作分解结构工作分解结构月球月球轨道轨道交会交会方案方案具具体体化化技术目标技术目标技术活动技术活动43 20次飞行试验次飞行试验四大系统四大系统运载火箭系统运载火箭系统载人飞船系统载人飞船系统跟踪和数据系统跟踪和数据系统发射和飞行指挥系统发射和飞行指挥系统六项辅

13、助计划六项辅助计划水星计划水星计划双子星座计划双子星座计划飞马座计划飞马座计划徘徊者计划徘徊者计划勘察者勘察者计划计划月球轨道月球轨道环行器环行器水星号水星号44 计划协调技术（计划协调技术（PERT） 图解协调技术（图解协调技术（GERT） 风险评审技术（风险评审技术（VERT） 技术预测关联树法（技术预测关联树法（PATTERN） 工程管理工程管理 系统工程和分析系统工程和分析 系统工程管理指南系统工程管理指南等等45目标：目标：在在10年内将人送上月球，并使其安全地返回地球年内将人送上月球，并使其安全地返回地球经费：经费：250亿美元亿美元 1969年年6月，阿波罗飞船登上月球，标志着系

14、统工月，阿波罗飞船登上月球，标志着系统工程及其在装备研制中应用的日趋成熟程及其在装备研制中应用的日趋成熟 。46 我国比较系统地、我国比较系统地、有组织地研究和运用系有组织地研究和运用系统工程始于统工程始于19601960年代，年代， 在在两弹一星两弹一星和和载人飞船载人飞船有成功的探索。有成功的探索。47载人飞船工程（载人飞船工程（7个系统）：个系统）： 航天员系统、飞船应用系统、载人飞船系统航天员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、着陆场系统。如着陆场系统。如载人飞船系统载人飞船系统（13个分系统）：个分系统）：

15、 结构与机构分系统、制导导航与控制分系统、结构与机构分系统、制导导航与控制分系统、热控分系统、环境控制与生命保障分系统、推进热控分系统、环境控制与生命保障分系统、推进分系统、测控与通信分系统、数据管理分系统、分系统、测控与通信分系统、数据管理分系统、电源分系统、回收着陆分系统、仪表与照明分系电源分系统、回收着陆分系统、仪表与照明分系统、应急救生分系统、乘员分系统、有效载荷分统、应急救生分系统、乘员分系统、有效载荷分系统。系统。 48495051 52现代系统科学及其学派 53现代系统科学及其学派现代系统科学及其学派 5420世纪世纪40年代以后出现的部分系统学科分支年代以后出现的部分系统学科分

16、支1944194519481948194919541957195719611962196219651969197019701972197219751977199019941998对策论对策论一般系统论一般系统论信息论信息论控制论控制论开放系统理论开放系统理论工程控制论工程控制论系统工程系统工程动态规划论动态规划论一般系统的数学理论一般系统的数学理论自组织系统原理自组织系统原理自复制自动机自复制自动机模糊集与系统模糊集与系统耗散结构理论耗散结构理论超循环理论超循环理论生命系统理论生命系统理论突变理论突变理论建模与仿真理论建模与仿真理论遗传算法（遗传算法（GAGA）协同学协同学综合集成工程方法综合

17、集成工程方法复杂适应系统理论（复杂适应系统理论（CASCAS）非标度网络非标度网络冯冯. .诺依曼诺依曼冯冯. .贝塔朗菲贝塔朗菲C.E.C.E.香农香农N.N.维纳维纳冯冯. .贝塔朗菲贝塔朗菲钱学森钱学森H.H.H.H.哥德哥德R.R.别尔曼别尔曼M.D.M.D.曼萨诺维克曼萨诺维克W.R.W.R.阿什布阿什布R.R.罗森罗森扎德扎德L.L.普里高津普里高津艾根艾根J.G.J.G.米勒米勒汤姆汤姆P.P.齐格勒齐格勒J. H.J. H.荷兰德荷兰德H.H.哈肯哈肯钱学森钱学森J. H.J. H.荷兰德荷兰德巴拉巴斯巴拉巴斯出现时间（年）出现时间（年）分支学科名称分支学科名称创创 始始 人人 55基础科学马马克克思思主主义义哲哲学学自然科学自然科学数数学学社会科学社会科学思维科学思维科学系统科学系统科学人体科学人体科学技技术术科科学学: :运运筹筹学学、信信息息论论、控控制制论论工工程程技技术术: :各门各门系统系统工程工程直接改造直接改造客观世界客观世界工程技术的工程技术的理论基础。理论基础。技术科学的概括，技术科学的概括，即为认识客观世界即为认识客观世界的基本理论。的基本理论。56系统科学体系的三维结构 57585960616263