系统与系统工程-PPT课件.ppt

1、1Systems Engineering 2 34 是我国建国以来最大的工程项目，它的论证、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、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，时间横跨将实施过程要由众多单位共同努力，时间横跨将近近2020年。年。5粮食价格的调整粮食价格的调整燃料能源价格燃料能

2、源价格银行利率银行利率外汇牌价外汇牌价对于我们今天生活中所关心的各种社会经济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。证，这些都与系统工程有关。例如：例如：6企业的长远规划企业的长远规划新产品开发新产品开发区域规划区域规划大项目管理大项目管理将来在我们的实际工作中，我们会遇到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，许许多多的系统工程问题，比如：比如：78公元前古希腊对公元前古希腊对“宇宙大系统宇宙大系统”

3、的认识；的认识；我国西周时期的我国西周时期的“阴阳二气阴阳二气”及金、木、及金、木、水、火、土水、火、土“五行五行”；东汉时期形成的东汉时期形成的“二十四节气二十四节气”；周秦到西汉时期的周秦到西汉时期的“皇帝内经皇帝内经”。系统概念的形成系统概念的形成只见森林9系统概念的形成系统概念的形成u1515世纪下半叶以后：世纪下半叶以后：u1919世纪：世纪：u辨证唯物主义：辨证唯物主义：“只见树木只见树木”具体化具体化“先见森林，后见树木先见森林，后见树木”世界是由无数相互关联、世界是由无数相互关联、相互依赖、相互制约和相互依赖、相互制约和相互作用的过程所形成相互作用的过程所形成的统一整体。的统一

4、整体。科学系统思科学系统思想的实质想的实质10系统的概念系统的概念一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项一台机器、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。对规模的界限。系统是由两个以上系统是由两个以上有机联系有机联系、相互作用相互作用的的要素所组成，具有特定功能、结构和环境要素所组成，具有特定功能、结构和环境的的整体整体。111）集合性。）集合性。系统是由两个以上的可以相互区别的要素所组

5、成。系统是由两个以上的可以相互区别的要素所组成。 2）相关性。）相关性。组成系统的各要素之间具有相互联系、相互作用组成系统的各要素之间具有相互联系、相互作用 、相互依赖的特定关系。某、相互依赖的特定关系。某要素若发生变化则会影响其他要素若发生变化则会影响其他 要素的状态变化。要素的状态变化。 3）层次性。）层次性。一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以 分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构 成具有特定的空间层次结构。例如一个公司就是由子公司或二成具有特定的空间层次结构。例如一个公司

6、就是由子公司或二 级厂级厂(矿矿)、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各 层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的 目标而相互协调运行。目标而相互协调运行。 4 4）整体性。）整体性。系统不是各个要素的简单拼凑，而是根据特定的统一系统不是各个要素的简单拼凑，而是根据特定的统一 性要求协调存在于系统整体之中。是具有整体的特定功能和特性性要求协调存在于系统整体之中。是具有整体的特定功能和特性 。整体性强调要素间的协调与综合，这样才能获得具有良好功能。整体性强调要素间的协调与综合

7、，这样才能获得具有良好功能 的系统。的系统。 125. 功能性。功能性。功能性是系统的基本特性之一：它表明系统具有的作用功能性是系统的基本特性之一：它表明系统具有的作用和效能，系统的功能以系统的结构为基础。系统的特定结构决定系和效能，系统的功能以系统的结构为基础。系统的特定结构决定系统的特定功能，系统不同，其功能也不同、这正是区别一个系统和统的特定功能，系统不同，其功能也不同、这正是区别一个系统和另一个系统的主要标志。人造系统是根据系统目的来设定功能，而另一个系统的主要标志。人造系统是根据系统目的来设定功能，而自然系统虽无目的但却有功能。自然系统虽无目的但却有功能。 6环境适应性。环境适应性。

8、任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它必然与环境不断地进行物质、能量、信息的交换。外界环境的变化必然与环境不断地进行物质、能量、信息的交换。外界环境的变化对系统内部要素产生干扰，使要素和要素关系发生变化，从而可能对系统内部要素产生干扰，使要素和要素关系发生变化，从而可能引起系统功能的波动。所以系统必须适应外部环境的变化，这样的引起系统功能的波动。所以系统必须适应外部环境的变化，这样的系统才更有生命力。系统才更有生命力。 系统的特性系统的特性133.3.系统的分类系统的分类1415(2)美国著名学者美国著名学者H切斯纳指出：切斯纳指出：“系统工程认为

9、虽然每个系统都系统工程认为虽然每个系统都由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每一个系统都要求有相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每一个系统都要求有一个或若干个目标。系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求一个或若干个目标。系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求得最优解得最优解(或满意解或满意解)的方法，并使各组成部分能够最大限度地互相的方法，并使各组成部分能够最大限度地互相适应适应”。 1.1.系统工程的定义系统工程的定义(1)中国科学家钱学森指出：中国科学家钱学森指

10、出：“系统工程是组织管理系统的规划、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研究、设计、制造、试验和使用的科学方法”，“系统工程是一门系统工程是一门组织管理的技术组织管理的技术”。 至今还没至今还没有统一定有统一定义义16(3)日本学者三浦武雄指出：日本学者三浦武雄指出：“系统工程与其它工程学不同之处在系统工程与其它工程学不同之处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边缘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边缘科学。因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工程学科学。因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工程学的领域

11、，还涉及到社会、经济和政治等领域，为了圆满解决这些交的领域，还涉及到社会、经济和政治等领域，为了圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要某些纵向的专门技术以外，还要有一种技叉领域的问题，除了需要某些纵向的专门技术以外，还要有一种技术从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程，也就是研术从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程，也就是研究系统所需的思想、技术和理论等体系化的总称。究系统所需的思想、技术和理论等体系化的总称。” 系统工程的定义系统工程的定义(4)中国大百科全书中国大百科全书自动控制与系统工程卷自动控制与系统工程卷指出：指出：“系统工程系统工程是从整体出发合理开发、设计、实施和

12、运用系统的工程技术。它是是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术。它是系统科学直接改造世界的工程技术。系统科学直接改造世界的工程技术。” 17(5)日本工业标准日本工业标准(JIS)规定：规定：“系统工程是为了更好地达到系统目系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术分析与设计的技术”。 系统工程的定义系统工程的定义 系统工程是一门研究大规模复杂系统的系统工程是一门研究大规模复杂系统的交交叉学科叉学科，它是根据整体协调的需要，综合运用，它是根据整体协调的需要，综合

13、运用各种现代科学思想、理论、技术、方法、工具，各种现代科学思想、理论、技术、方法、工具，对系统进行研究分析、设计制造和服务，使系对系统进行研究分析、设计制造和服务，使系统整体尽量达到最佳协调和最满意的优化。统整体尽量达到最佳协调和最满意的优化。钱学森提出的现代科学技术体系钱学森提出的现代科学技术体系四个层次一座桥梁四个层次一座桥梁19系统工程研究对象系统工程研究对象不限于物质系统，还包括自然系统、不限于物质系统，还包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。事指挥系统等等。系统工程在系统工程在自然科学自然科学与与社会科学社会科学之间架设了一之间架设

14、了一座沟通的桥梁。座沟通的桥梁。202.2.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，系统工程从系统工程的定义可以看出，系统工程是一门跨学科的是一门跨学科的边缘性交叉学科边缘性交叉学科，它包括，它包括自然、社会及工程设计分析等方面的知识，自然、社会及工程设计分析等方面的知识，它是由一般它是由一般系统论系统论、经济控制论经济控制论、运筹学运筹学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。等学科相互渗透、交叉发展而形成的。213.3.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 传统工程传统工程系统工程系统工程研究研究对象对象特定的工程物质不局限于特定工程物质，也不局限于物

15、质系统研究研究方法方法专业知识各种现代科学知识和专业知识着眼点着眼点局部最优整体最优224.4.系统工程与运筹学区别系统工程与运筹学区别侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。通常涉及现有系统运营情况，侧重于资通常涉及现有系统运营情况，侧重于资源的最优配置。源的最优配置。23系统工程作为一门交叉学科，日益向多种学系统工程作为一门交叉学科，日益向多种学科渗透和交叉发展。科渗透和交叉发展。系统工程作为一门软科学，日益受到人们系统工程作为一门软科学，日益受到人们的重视。的重视。24复杂适应系统理论（复杂适应系统理论（CASCAS理论）理论）系统工程朝着系统工程朝着

16、“巨系统巨系统”的方向发展的方向发展综合集成研讨厅体系构想综合集成研讨厅体系构想2526四、系统工程方法论四、系统工程方法论 它是系统工程思考问题和处理问题的一它是系统工程思考问题和处理问题的一般方法，把分析对象作为整体系统来考般方法，把分析对象作为整体系统来考虑，进行分析、设计、制造和使用时的虑，进行分析、设计、制造和使用时的基本思想方法和工作方法。基本思想方法和工作方法。系统工程方法论就是解决系统工程实践中系统工程方法论就是解决系统工程实践中的问题所应遵循的步骤、程序和方法。的问题所应遵循的步骤、程序和方法。272.2.系统工程与传统方法的区别系统工程与传统方法的区别从前面对系统工程的介绍

17、可以看出，系统工程的目从前面对系统工程的介绍可以看出，系统工程的目标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标的考虑需要从系统运行的全过程即的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面时间方面以及在以及在每个阶段中处理问题的特殊思维过程即每个阶段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面逻辑方面，并综合运

18、用各种专业知识即并综合运用各种专业知识即知识方面知识方面来综合考虑来综合考虑。28霍尔的霍尔的“三三维结构维结构”模模式式 29 时间时间维维a)规划阶段规划阶段：主要是按照设计要求提出系统目标，主要是按照设计要求提出系统目标，制定规划和政策。制定规划和政策。b)拟定阶段：拟定阶段：完成的任务是提出具体的方案，进行完成的任务是提出具体的方案，进行系统的初步设计。系统的初步设计。c)分析阶段：分析阶段： 对所设计的方案进行分析、比较。对所设计的方案进行分析、比较。d)运筹阶段运筹阶段：方案的综合选优，确定最优实施方案方案的综合选优，确定最优实施方案。e) 实施阶段：实施阶段：系统的设计、安装及调

19、试等。系统的设计、安装及调试等。f) 运行阶段运行阶段：按照系统预定的用途工作。按照系统预定的用途工作。g)更新阶段：更新阶段：按系统要求实施，取消旧系统，代之按系统要求实施，取消旧系统，代之以新系统，对系统改进。以新系统，对系统改进。30 逻辑逻辑维维a) 明确问题：明确问题：了解问题所处的环境，收集有关的了解问题所处的环境，收集有关的数据和资料，主要目的是弄清问题。数据和资料，主要目的是弄清问题。b)系统指标设计：系统指标设计：确定所要解决问题的目标和确定所要解决问题的目标和相应的评价准则。相应的评价准则。c)系统方案综合：系统方案综合：为实现预期目标，拟定所需采为实现预期目标，拟定所需采

20、取的策略和应选择的方案。取的策略和应选择的方案。d)系统分析：系统分析：深入了解所提出的政策措施和解决深入了解所提出的政策措施和解决方法，分析这些措施方法在实施中的预期效果。方法，分析这些措施方法在实施中的预期效果。31 逻辑逻辑维维e) 系统方案的优化与选择：系统方案的优化与选择：用数学规划等定量的用数学规划等定量的优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选优化方法去判别各种方案的优劣，以进行方案选择。择。f) 决策：决策：以指标体系为评价准则，在考虑决策者以指标体系为评价准则，在考虑决策者的偏好等基础上，选择最优方案。的偏好等基础上，选择最优方案。g) 实施计划：实施计划：按决策结果制定实

21、施方案和计划。按决策结果制定实施方案和计划。32 知识知识维维 知识维是指各工作步骤所需的各门知识维是指各工作步骤所需的各门专业知识，由于系统工程是个综合专业知识，由于系统工程是个综合性的交叉学科，在上述各阶段中，性的交叉学科，在上述各阶段中，执行任何一步都会涉及多种专业技执行任何一步都会涉及多种专业技术，如社会科学、工程技术、法律、术，如社会科学、工程技术、法律、商业、医药、艺术等等商业、医药、艺术等等。 334 4、系统分析简介、系统分析简介l狭义的解释狭义的解释认为系统分析是系统工程的认为系统分析是系统工程的一项优化技术，是系统工程在非结构化一项优化技术，是系统工程在非结构化问题决策中的

22、具体应用。问题决策中的具体应用。l系统工程方法论的基础是系统分析技术，系统工程方法论的基础是系统分析技术，系统分析是完成系统工程问题的中心环节系统分析是完成系统工程问题的中心环节; ;l广义的解释广义的解释认为系统分析就是系统工程，认为系统分析就是系统工程，系统分析是系统工程的同义词系统分析是系统工程的同义词; ;345.5.系统分析的概念及要素系统分析的概念及要素系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、系统分析是运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提

23、供决策依据的分析研究过程。的系统方案提供决策依据的分析研究过程。35系统分析的基本概念系统分析的基本概念系统分析的目的系统分析的目的是在于分析系统内部与系是在于分析系统内部与系统环境之间、系统内部各要素之间的相互统环境之间、系统内部各要素之间的相互依赖、相互制约、相互促进的复杂关系，依赖、相互制约、相互促进的复杂关系，分析系统要素的层次结构关系及其对系统分析系统要素的层次结构关系及其对系统功能和目标的影响，通过建立系统的分析功能和目标的影响，通过建立系统的分析模型使系统各要素及其与环境之间的协调模型使系统各要素及其与环境之间的协调达到最佳状态，达到最佳状态，最终为系统决策提供依据。最终为系统决

24、策提供依据。36系统分析的要素系统分析的要素（1）问题）问题（2）目的及目标）目的及目标（3）方案）方案（4）模型）模型（5）评价）评价（6）决策者）决策者系统工程方法系统工程方法论论弄清问题弄清问题|目标选择目标选择 |拟定方案拟定方案 |建立模型建立模型 |系统评价系统评价 |系统决策系统决策 | 实施实施系系 统统 分分 析析386.6.系统分析的程序系统分析的程序39（1 1）初步分析）初步分析 初步分析：初步分析：What?Why?Where?When?Who?How?l问题的目标问题的目标 目标的层次性 目标的冲突40目标树 X X1 X2 X341目标冲突和利害冲突目标冲突和利害

25、冲突 在目标分析过程中，系统分析人员在目标分析过程中，系统分析人员经常会发现，许多关键情况往往是由于经常会发现，许多关键情况往往是由于存在着相互冲突的分目标造成的。这有存在着相互冲突的分目标造成的。这有两种情况：两种情况： 一种是纯属专业性质的，即目标冲突问题； 另一种是社会性质的，即利害冲突问题。42目标冲突目标冲突 例如在进行产品设计时，所可能强调的例如在进行产品设计时，所可能强调的两个目标：两个目标： 一是尽可能低的成本 二是尽可能高的质量。解决办法：解决办法：建立一个没有矛盾的目标集，把引起矛盾的分目标剔除掉。 采用所有分目标，寻求一个能达到冲突目标得以并存的方案。 43利害冲突利害冲

26、突 处理的方法处理的方法 ： 目标方之一放弃自己的利益； 保持其中一个目标，用其它方式补偿或部分补偿受损方的利益； 通过协商调整目标系统，使之达到目标相容。l例如企业在减员增效的过程中就至少有如例如企业在减员增效的过程中就至少有如下两个目标：下两个目标：一是提高企业的效益二是保证工作岗位不减员。447.7.系统分析的原则系统分析的原则 （1）坚持问题导向；（2）以整体为目标；（3）多方案模型分析和选优；（4）定量分析与定性分析相结合；（5）多次反复进行。458.8.系统分析举例系统分析举例烟囱锅炉除尘器煤目的：模拟烟囱排放的烟尘和目的：模拟烟囱排放的烟尘和SO2，据此提出，据此提出最佳治理方案

27、。最佳治理方案。 烟尘超标烟尘超标4.84倍，倍，SO2超标超标10.84倍倍 1 拟定方案：拟定方案： 修建高烟囱修建高烟囱120m （目前是（目前是45m），投），投 资估算资估算22万；万；不可行不可行(附近是机场）附近是机场）； 该厂采用的是多管旋风加文丘里除尘器该厂采用的是多管旋风加文丘里除尘器，效率为，效率为93.8%，若改用电除尘器，除尘效，若改用电除尘器，除尘效率将提高到率将提高到99%，投资，投资70万；而对万；而对SO2，可，可以采用预洗或炉中添加石灰等方法，以采用预洗或炉中添加石灰等方法，可行可行；1 拟定方案：拟定方案： 更换锅炉，投资更换锅炉，投资200万，能降低大约

28、万，能降低大约23的飞灰，而对的飞灰，而对SO2没有减少。此外，还可没有减少。此外，还可能引起燃烧效率降低。若以降低燃烧效率能引起燃烧效率降低。若以降低燃烧效率2计算，其年经济损失为计算，其年经济损失为11.76万元，万元，所以所以这是一个不理想的可行方案；这是一个不理想的可行方案； 改用外地优质煤（目前是用本地区的褐改用外地优质煤（目前是用本地区的褐煤）。改用优质煤后，煤尘与煤）。改用优质煤后，煤尘与SO2的排放量的排放量估算分别为估算分别为85.53kg/h和和129.7kg/h，均小于，均小于标准量。此外还可节约燃料费标准量。此外还可节约燃料费191.7万元万元/年年。这是四个方案中比较理想的治理污染的这是四个方案中比较理想的治理污染的方案。方案。