第一章系统工程

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1、系统的概念系统工程的概念系统科学体系系统工程方法论第一章第一章 绪论绪论系统观念的发展系统的定义系统的基本特征系统的分类系统工程的概念系统工程的特征SE产生的基础霍尔SE方法论切克兰特SE方法论系统的结构与功能管理系统的概念一、系统观念的发展一、系统观念的发展n系统思维方式的一个例子：烧水（7）烧饭（12）炒菜（7）淘米（3）洗菜（6）切菜（5）原时间：7+12+7+3+6+5=40分钟经过系统思考的时间：7+12+7=26分钟 3+6+5+7=21分钟思考：你曾经在哪些方面作过系统的思考？思考：你曾经在哪些方面作过系统的思考？第一节第一节 系统的概念系统的概念遇到问题时，如何思考和解决问题？

2、教育体系人才培养目标下，课程体系如何设立？管理过程？论文选题？下棋自我培养n但系统思想的产生决非偶然一时的时髦，而是有着深远的历史思想渊历史思想渊源和现代科学技术基础源和现代科学技术基础。n正如恩格思所说：人们远在知道什么是系统思想和系统工程之前，就已辩证地系统思维了，知道什么是辩证法之前，就已辩证地思考了。n系统思想经历了从经验经验到哲学哲学又到科学科学；从思辩思辩到定性定性又到定量定量的发展过程。系统概念的产生过程：认识处于总体思维阶段强调自然界整体性统一性细节的认识靠臆造和猜测古代朴素的古代朴素的系统观系统观古古 代代近近 代代现现 代代从总体到局部细节的研究实验、解剖和观察的方法孤立的

3、研究与科学发展相抵触形而上学的形而上学的思维方式思维方式更深入的了解局部细节，建立了事物整体与构成整体的各部门间的桥梁辩证唯物主辩证唯物主义（科学的义（科学的系统观）系统观）n爻：爻：组成卦的基本单位。组成卦的基本单位。“”为阳为阳爻爻,“-”,“-”为阴为阴爻爻。每三。每三爻爻合成一卦合成一卦,可得八卦可得八卦;两卦两卦(六六爻爻)相重则得六十四卦相重则得六十四卦,称为别卦。称为别卦。n易经易经系统思想的体现：世界是由基本要素（系统思想的体现：世界是由基本要素（爻爻）组成的整体（组成的整体（6464卦），世界万物具有不同层次卦），世界万物具有不同层次（“是故易有太极，是生两仪两仪生四象，四象

4、是故易有太极，是生两仪两仪生四象，四象生八卦。生八卦。”），万物互相联系，互相演变，体现了），万物互相联系，互相演变，体现了万物之间复杂的层次、结构和因果关系。万物之间复杂的层次、结构和因果关系。n 黄帝内经n注重整体观念，既强调人体本身是一整体，又强调人注重整体观念，既强调人体本身是一整体，又强调人与自然环境密切相关，运用阴阳五行学说解释生理、与自然环境密切相关，运用阴阳五行学说解释生理、病理现象，指导诊断与治疗；把阴阳的对立统一看成病理现象，指导诊断与治疗；把阴阳的对立统一看成是宇宙间万事万物产生、发展、变化的普遍规律。人是宇宙间万事万物产生、发展、变化的普遍规律。人体在正常情况下体在正常

5、情况下阴阳平衡阴阳平衡，一旦这种平衡被破坏，就，一旦这种平衡被破坏，就会生病，强调精神与社会因素对人体及疾病的影响及会生病，强调精神与社会因素对人体及疾病的影响及疾病的预防，反对迷信鬼神。全面总结了秦汉以前的疾病的预防，反对迷信鬼神。全面总结了秦汉以前的医学成就，标志着中国医学发展到理论总结阶段。医学成就，标志着中国医学发展到理论总结阶段。n中医认为：人体的所有元素归根到底分为阴阳二大类，中医认为：人体的所有元素归根到底分为阴阳二大类，具体地说，血为阴气为阳，寒症为阴热症为阳，脏为阴具体地说，血为阴气为阳，寒症为阴热症为阳，脏为阴腑为阳，内里为阴体表为阳，等等。中医所说的人体健腑为阳，内里为阴

6、体表为阳，等等。中医所说的人体健康就是阴阳二元相对平衡。康就是阴阳二元相对平衡。n马克思和恩格斯的辩证唯物主义认为：物质世界是由无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程形成的统一整体。辩证唯物主义体现的物质世界普遍联系及其统一性的思想就是系系统思想统思想。19世纪末20世纪初：生物史上产生贝塔朗菲的系统思想；社会科学领域产生了马克思主义；科学长足发展，特别是能量转化、细胞学说和进化论的发展，冲击着机械论的世界观。但由于19世纪科学发展水平的限制，系统思想并未形成独立的理论，直到20世纪中期才得以完成。n通讯网络及二战中运筹学的研究发展及运用，为系统思想观念的发展和传播作出了很大的

7、贡献。n20世纪40年代一般系统论的形成，为科学系统观念的建立奠定了理论和实践基础。n20世纪70年代后，耗散结构理论、协同学、超循环理论等的问世，发展了现代科学的系统观念，不仅坚持了系统的整体性、层次性、动态性，而且深入地研究了系统的开放性、有序性、协同性、复杂性，并且充分利用了数学模型和计算机等现代化科学手段。n一般系统论创始人贝塔朗菲说：“系统可以定义为相互联系的元素的集合。”（A system can be defined as a set of elements standing in inter relation）n工程控制论创始人贝尔的定义：“系统是具有动态学联系的元素之内聚统一

8、体。”（A system is any cohesive collection of items that are dynamically related）二、系统定义二、系统定义元素组成系统的所有基本单元。二、系统定义二、系统定义n系统具有特定功能的相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个有机整体。n定义说明：1 系统是由若干独立要素组成的；2 要素间相互作用、相互依赖；3 要素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定功能。要素与元素的区别三、系统的基本特征三、系统的基本特征1 相关性相关性n 相关性包括：系统内部各要素间；要素与系统整体间；系统与环境间的有机联系。n如：简单的制造系统包括人

9、、机器、工具、图形、工艺卡等，只有当操作人员运用工具、按图纸和工艺卡的要求把夹在机床上的原材料加工成所需的零件，系统才成立。n说明说明“三个和尚没水吃三个和尚没水吃”和和“三个臭皮匠赛过三个臭皮匠赛过诸葛亮诸葛亮”，为什么同样是三个普通人悬殊这么，为什么同样是三个普通人悬殊这么大？大？2目的性n目的性是系统存在的条件。开发系统工程项目的首要工作是确定系统的目的性。n如企业目标是：为顾客提供满意的产品或如企业目标是：为顾客提供满意的产品或服务，提高经济效益。服务，提高经济效益。3 适应性适应性n任何一个系统都存在与一定的物质环境中，它必然要和外界环境发生交换，并适应外界环境的各种变化。系统对环境

10、的适应性主要靠反馈实现的。n如自然界生物的淘汰与进化，企业的关、如自然界生物的淘汰与进化，企业的关、并、停等，最明显的证明了这一点。并、停等，最明显的证明了这一点。4 层次性层次性n层次性是系统结构的一种形式。系统的高层次往往是主导力量，低层次是基础结构，但它不仅仅是被动的，它保持着自己的独立性。如江苏大学的层次结构。5 整体性整体性n所谓系统是指它作为一整体面貌存在与特定环境中所表现出的整体功能，是系统内各要素通过有效地组合和协调发挥的总体功能，即：系统总体功能大于系统各要素功能之和。（解释与提问）n层次一般能够静态地反映事物存在的结构特征，有时也能反映事物的演化过程。系统哲学家拉兹洛曾经描

11、述的进化过程中形成的层次。F系统的整体性是系统概念的精髓，就是说，作为一个系统首先必须明确作为一个整体所体现的功能，即整体的目的性；其任何一个组成要素都不能离开整体去研究；要素间的相互联系和作用不能脱离整体的协调去考虑；要素的机能都要服从整体的目的和功能。四、系统的分类1 按自然属性分：自然系统和人造系统n由自然过程产生的系统谓之自然系统，它的组成部分是自然物。如海洋系统、生态系统等。n有人参与制造或改造的系统谓之人造系统。一般是按人们特定的希望有目的、有计划地组织建造而成的系统。如生产系统、交通系统等。n很多系统是自然系统和人造系统的复合系统。2按物质属性分：实体系统和概念系统n以矿物、生物

12、、机械、能量和人群等物质实体为构成要素的系统为实体系统。n由概念、原理、原则、方法、制度、程序等非物质实体为构成要素的系统为概念系统。n概念系统是由实体系统的需要而产生的，并为实体服务的系统。实体系统是概念系统的物质基础，概念系统为实体系统提供指导和服务。（管理系统）n提问：生产管理系统、物流管理系统是提问：生产管理系统、物流管理系统是何系统？何系统？3按运动属性分：动态系统和静态系统n动态系统是系统的状态变量随时间变化的系统，具有普遍性。n静态系统就是表征系统运行规律的数学模型中不含时间因素，它是动态系统的一种极限状态，即处于稳定的状态。有时为研究方便将其视为静态。4按系统与环境关系分：开放

13、系统和封闭系统n开放系统中按反馈属性分：n开环系统：没有反馈的系统n闭环系统：具有（负）反馈的系统系统环境输入输出开放系统示意图反馈5按复杂程度分：复杂系统和简单系统n简单系统与复杂系统之间无明显的界限之分。美国学者考夫曼等人通过近30年地研究发现，假如一个系统有200个元素，当它们之间的联系个数超过100时，即联系个数比元素个数大于等于0.5时，系统行为开始变得复杂起来。n一般认为：复杂系统具有结构复杂、规模庞大、变量众多、功能综合多样等特征。如国民经济体系、生物学、经济、社会学领域中的系统。n系统工程主要研究动态的、闭环的、系统工程主要研究动态的、闭环的、人造的人造的复杂系统。复杂系统。五

14、、系统的结构与功能1 系统的结构系统的结构n是指系统的构成要素之间的相对稳定的联系方式、组织秩序及其时空关系的内在表现形式。一般可抽象为：，RS=S：代表系统结构；：代表系统要素的集合；R：代表要素之间各种关系的集合一个系统必须同时包括和R，两者缺一不可，其研究的重点是系统结构的要素间的关系重点是系统结构的要素间的关系。2 系统的功能n系统工程的任务在于提高系统的功能，特别是系统的处理或转换的效率，即在一定的输入条件下，输出越多越好；或在一定的输出条件下，输入越少越好。处理或转换输入输出反馈系统功能示意图n功能：功能：是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现出来的性质、能力和功效，是系统的要

15、素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及其时空形式的外在表现。扰动3 系统结构与功能关系1 结构决定功能。结构作为内在依据，决定着系统行为，同时功能也受要素的制约。2 功能通过反馈反作用于结构，使系统更完善。3 结构与功能不是一一对应的。4 功能是在系统与外界环境的相互作用下表现出来的，功能受环境的影响。n系统功能：要素、结构、环境n要素性质的变化、结构类型、环境条件的变化都会影响系统的功能表现，甚至导致系统的质变。社会管理组织系统组织系统弗里蒙特E.卡斯特，詹姆斯E.罗森茨韦克：组织与管理系统方法与权变方法P133，中国社会科学出版社，1985n社会组织一般被视为一个开放的社会技术和人文系统。组

16、织从外部环境接受能源、信息和材料的投入，经过转换，产出自己的产品与服务，输出给外部系统。n目标和价值分系统：确定系统运行的理念和目标，决定着系统的行为和态度，联系着系统与外部社会文化的需求；n技术分系统：是系统要完成基本任务所需要的知识部分，它包括把投入转换为产出时所运用的各种技术。n社会心理分系统：它由组织内部相互作用的个体和群体组成，包括个人行为与动机、地位与作用的关系、群体动力学和影响系统等。n结构分系统：正式关系的组织结构（包括职位与工作说明、规划与工作程序等）；非真是关系网络。n管理分系统：它制定目标、拟定全面的战略和经营的计划，设计和变革组织结构并且建立控制程序。企业的各种结构系统

17、企业的各种结构系统机械机械 式组织结构式组织结构有机式组织结构有机式组织结构机械机械 式组织结构式组织结构有机式组织结构有机式组织结构六、六、管理系统的概念管理系统的概念n管理是社会系统中联系各层子系统的纽带。n管理系统管理系统是以所研究的管理对象（复杂系统）管理对象（复杂系统）为系统，它是整个社会系统的基本组成单元。n本质上，管理就是协调和指挥人、物和信息以达到预定目标的过程。n现代管理科学实际上就是系统管理。1、管理系统与系统管理、管理系统与系统管理 n系统管理系统管理可分为两个互为联系的方面，一是科学地表示系统理论的范畴、原则和方法；二是运用系统理论的科学概念作为解决管理系统，以及更大范

18、围的经济、技术问题，甚至社会政治问题的手段。n系统管理系统管理首先从系统观念上给管理人员提供了一种思想方法，提供了一种把管理系统内外环境、各种因素作为整体进行考虑的结构。其次系统管理认为管理系统是一个以人为主体的一体化系统，是由许多分系统组成的开放的社会技术系统。2、管理系统的特点、管理系统的特点 n管理系统是一个具有多重反馈结构的社会系统 n管理系统往往是一个非线性的系统 n管理系统中各变量之间存在较长时间滞后 n管理系统中原因和结果具有一定的分离性 n管理系统具有明显的组织结构特性 3、现代工业企业的系统特征、现代工业企业的系统特征 n工业企业是一个开放系统n工业企业系统是一个“人机系统”

19、n工业企业系统是一个可分系统 n工业企业是一个具有自适应能力的动态系统 4、企业的系统模型、企业的系统模型 处理或转换输入输出反馈扰动几个要素n环境与界限 n投入性质 n流量与流向 n转化过程 n产出的形式.工业企业生产经营活动过程示意图工业企业生产经营活动过程示意图 一、系统工程的概念一、系统工程的概念1 系统工程有系统与工程两方面n从系统看工程：用系统的观点和方法解决工程问题。工程泛指系统的组织建立，系统的经营管理，系统的更新改造。n从工程看系统：用工程的方法建造系统。n这里SE理解为：用系统思想作指导，以系统方法和工程方法为工具，去建造人们需要的新系统或改造原有的旧系统，使之更加合理、更

20、加完善、更加科学。第第2节节 系统工程概念系统工程概念第第2节节 系统工程概念系统工程概念2 系统工程的定义系统工程的定义n钱学森：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、实验和使用的科学方法”，“系统工程是一门组织管理技术”。nSE定义的基本点：（1）SE既是一种方法论，又是一门工程技术，主要是组织管理技术；（2）SE是一门边缘学科；（3）SE组织协调系统内各要素的活动，实现系统整体目标最优化。二、系统工程的基本特征二、系统工程的基本特征n整体性：研究对象是一个整体，研究过程也是一个整体。（例说明）n最优性：目标即总体效果最优和方法途径最优。“一个系统，两个最优”是SE的精髓。n综

21、合性：组成综合；研究综合；学科综合；考核效益综合。n科学性：数学方法和计算机的应用。系统工程的软科学性系统工程的软科学性 n系统工程的软科学性是从系统工程的应用成果方面分析的，由于系统工程处理问题的目的主要是对问题的分析，以便获得解决问题的最优方案，供决策者决策使用。n系统工程的软科学性也可由其定义看出，它是一种方法论的科学，寻求的是系统目标综合最优的实施方案，然而这一方案需要有决策者的支持，否则将失去意义，这也是系统工程与传统方法的最根本区别。软科学性所表现出的特点n所要处理的对象没有限制，但以人和社会问题人和社会问题为主，且将对象作为系统对待的意识较强；n所要处理的问题多数是带有政策性带有

22、政策性的，同时多半带有探讨探讨未来的性质，所以十分关心未来的不定因素；n 所要处理的问题包括了大量事实上不明确大量事实上不明确的东西；因此在分析中，不仅要重视客观上可定量化的问题，同时还要了解直观性和含糊不清之处；n 从发现问题到最后实施解决方案的这一期间，多数情况下要充分利用模型。但是，所关心的不是“是否精确”，而是该模型是否与目标相符，是否有用；n 软科学所处理的问题跨学科的性质很强。为了能解决问题，应积极利用现有社会科学与自然科学的成果，而且要求有关专家在广泛的领域内进行合作。三、系统工程的发展概况三、系统工程的发展概况(1)(1)阶段阶段年代（份）年代（份）重大工程实践或重大工程实践或

23、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

24、Research）,也即军也即军事系统工程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，强调了其重要概念，强调了其重要性性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

25、.E.Machol发表第一发表第一部名为系统工程部名为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（网络优化技术网络优化技术），这是最早的系统工程），这是最早的系统工程技术之一。技术之一。1965R.E.Machol编著系编著系统工程手册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

26、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的地位的地位系统工程的发展概况系统工程的发展概况(2)(2)IV1957H.Good和和 R.E.Machol发表第发表第一部名为系统工程的著一部名为系统工程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），网络优化技术），这是最早的系统工程技术之一。这是最早的系统工程技术之一。1965R.E.Machol编著系统工程编著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.

27、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”登月计登月计划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所（国际应用系统分析研究所（IIASA）在维也纳成立在维也纳成立SE的应用开始从工程领域进入的应用开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一到社会经济领域，并发展到了一个重要的新阶段。个重要的新阶段。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

28、国的研究与应用达到高潮在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高潮系统工程的发展概况系统工程的发展概况(3)(3)四、系统工程在我国的发展及应用(1)上世纪上世纪5050至至6060年代，我国的一些研究机构和年代，我国的一些研究机构和著名学者为著名学者为SESE的研究与应用作了理论上的探讨、的研究与应用作了理论上的探讨、应用上的偿试和技术方法上的准备。其主要标志应用上的偿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。的统筹法和许国志的运筹学。我国大规模地研究与应用我国大规模地研究与应用SESE是从是从707

29、0年代末、年代末、8080年代初开始的。年代初开始的。系统工程在我国的发展及应用(2)系统工程在我国的发展及应用(3)70 70年代末以来，应用年代末以来，应用SESE理论和方法来研究与解决我国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：的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好的效果，如：1.人口问题的定量研究及应用（始于人口问题的定量研究及应用（始于19781978年）年）2.2000 2000年中国的研究年中国的研究(1983(1983至至19851985年）年）3.全国和地区能源规划（始于全国和地区能源规划（始于19801980年）年）4.全国人才

30、和教育规划（始于全国人才和教育规划（始于19831983年）年）5.农业系统工程（始于农业系统工程（始于19801980年）年）6.6.交通运输系统工程（始于交通运输系统工程（始于19801980年）年）7.区域发展战略（始于区域发展战略（始于19821982年）年）8.投入产出表的应用（始于投入产出表的应用（始于6060年代和年代和19761976年）年）9.军事系统工程（始于军事系统工程（始于19781978年）年）10.水资源的开发利用（始于水资源的开发利用（始于19781978年）等。年）等。系统工程在我国的发展及应用(4)90 90年代以来，系统工程在与以下七个方面的结合上已年代以来

31、，系统工程在与以下七个方面的结合上已具有初步结果和强劲势头：具有初步结果和强劲势头：企业发展企业发展 转型时期我国改革发展的重大现实问题转型时期我国改革发展的重大现实问题 （综合配套改革、和谐社会建设、自主创新、资源能源问题、新农（综合配套改革、和谐社会建设、自主创新、资源能源问题、新农 村建设、城镇化、社会保障、应急管理等）村建设、城镇化、社会保障、应急管理等）管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题 落实科学发展观落实科学发展观 社会信息化变革社会信息化变革 重大投资和大型项目管理重大投资和大型项目管理 思维科学和生命科学思维科学和生命科学n“以系统

32、为中心”的思维方式在方法论上的表现就是“系统工程方法论”即系统工程思考问题和处理问题的思想方法、理论基础、基本程序和方法步骤等。一、霍尔（Hall）系统工程方法论n1962年贝尔公司工程师Hall总结公司开展SE经验，写成系统工程方法论一书。所谓方法论，就是把设想变为实体的具体过程与步骤。第第3节节 系统工程方法论系统工程方法论n霍尔三维结构霍尔三维结构 A.D.Hall 系统工程活动系统工程活动 矩阵：矩阵：T-L知识维（知识维（K）运筹学运筹学 控制论控制论 社会科学社会科学 工程技术工程技术 逻辑维（逻辑维（L）规划阶段规划阶段设计阶段设计阶段分析阶段分析阶段运筹阶段运筹阶段实施阶段实施

33、阶段运行阶段运行阶段更新阶段更新阶段时间维时间维(T)摆摆 明明 问问 题题 系系 统统 设设 计计方方 案案 综综 合合模模 型型 化化实实 施施 计计 划划 决决 策策最最 优优 化化SE基本工作过程基本工作过程1Hall系统工程方法论系统工程方法论nHall的SE方法论：是“三维结构方法体系”即把系统工程活动从时间上分成前后衔接的“几个阶段”；从逻辑上把每个阶段分成几个环环紧扣的几个步骤；同时也要考虑完成上面所说的这些阶段和步骤所需要的各种专业和技术素养。主要靠广泛吸引各类专业人员参加到SE活动来实现，或者把他们的知识和建议储存到计算机中随时备用。n时间维（任何系统的生命周期都可分为七个

34、阶段）1.规划（调研）阶段2.设计（方案）阶段3.研制（系统分析）阶段4.生产（实施）阶段5.（安装阶段）6.运行阶段7.更新阶段n案例：贝尔公司TD-2无线电接力系统研制 1规划阶段是1940年时系统调研开始的，内容包括了解技术可能性和市场需要情况；2进入初步设计拟定方案阶段；3对系统进一步分析，用简单模型初步探讨系统应具有的一些功能和指标，但还有很多因素不清楚；41945年建立TD-2实验系统，1946年开始试制阶段，试制前先建立评价系统的指标，并讨论其可行性，对成本进行估计，并在试制中收集新数据，为改进系统之用，同时进行生产；51949年进行实施阶段，向制造商提供详细生产图纸，用户的实际

35、操作和维护说明书等；61950年TD-2系统正式运行；7在运行数年后，使用专门设备检查系统运行情况，寻找系统薄弱环节，提出改进意见。整个工作从19401958年花费1500万。n这种研制过程有何特长利弊？其他你熟悉的系统生命周期的七个阶段？n逻辑维摆明问题指标设计方案综合建 模最优化实 施决策n需要分析研究目标结构、约束条件、被选方案、方案后果及人们对后果的反应等，其重要性已为愈来愈多的系统工程的技术人员所接受。该阶段的工作内容为：n问题剖析报告：包括（1）问题性质：广泛地与决策者及利益相关人员对话，描述存在的问题，确定问题性质，了解问题提出者及决策者的价值观念及相关的问题、环境等。（2）问题

36、条件：弄清楚解决问题所需资源，描述各种可有资源情况及相应的限制条件。n阶段结果报告：包括问题的由来、背景，重要性；可能采取行动的组织及个人；利益相关的组织和人员；目标、评价指标、约束条件、备选方案等的初步描述与建议。根据此报告，决策者可看出解决问题的大体方向和领域，以便作出决策。1 摆明问题摆明问题逻辑维时间维专业维1 2 3 4 5 6 71234567Hall管理矩阵a11a45Hall 三维结构体系图三维结构体系图n知识维：仅有上述二维结构，效果肯定不理想，还必须有专业维的要求，即T型人才，就是除了广博的知识外，还需熟悉所从事的专业。nSE的每一个阶段都有自己的管理内容和目标，每一步都有

37、自己管理的手段和方法，彼此相互联系，形成一个有机整体。把SE方法用于大型工程项目，尤其是探索性强、技术复杂、投资大、周期长的大科研项目，可以减少决策上的失误和计划实施过程过程中的困难。n问：问：Hall方法论有何特点？方法论有何特点？活动活动 逻辑逻辑 步骤步骤工作过程工作过程问题现问题现状说明状说明关联要素关联要素分析分析方向目标方向目标及指标设及指标设计计对象系统对象系统的再认识的再认识变革途径变革途径 探索探索比较、分比较、分析、权衡、析、权衡、评价评价组织行为组织行为 分析分析实施实施 与改进与改进1.1.企业诊断与企业诊断与环境分析环境分析 2.2.企业发展战企业发展战略与规划略与规

38、划3.3.产品研究与产品研究与开发管理开发管理 4.4.企业经营决企业经营决策与计划策与计划 5.5.生产要素的生产要素的准备及投入管准备及投入管理理6.6.生产过程的生产过程的组织与控制组织与控制 7.7.销售服务与销售服务与资金回收管理资金回收管理8.8.企业管理系企业管理系统更新和企业统更新和企业经营环境改善经营环境改善 应用应用企业管理系统工程活动矩阵企业管理系统工程活动矩阵（框架（框架H；内容内容C）nSE把研究的系统分良结构与不良结构系统n良结构系统：偏工程，机理明显的物理型系统，可用较明显的数学模型表示，能计算出系统的行为和最佳结果。n不良结构系统：偏社会，机理尚不清的生物型系统

39、，常用半定量半定性方法处理问题。软的主要标志是吸取了人们的判断和直觉，求得的结果是可行、满意，可重复，且因人而异。目前，已有解决这类系统的一些方法如特尔菲法，结构模型法等，切切克兰特的克兰特的“调查学习调查学习”法更具概括性。法更具概括性。二、切克兰特系统工程方法论二、切克兰特系统工程方法论SE基本工作过程基本工作过程2切克兰特方法论切克兰特方法论问题及其环境的问题及其环境的 识别与表达识别与表达建立概念模型建立概念模型(目标系统概念化目标系统概念化)根底定义根底定义比较比较寻求改善途径寻求改善途径选择选择设计设计实施实施评估评估.n不良结构系统现状的表述；n弄清、改善与现状有关的各种因素及其

40、相互关系；n建立概念模型（结构或语言描述）；n改善概念模型；n将模型与问题的表述作比较；n找出可行而满意的途径和方案；n采取行动改善实际问题。该方法的核心不是寻求最优化，而是调查比较，从中寻找改善现存系统的途径。“调查学习调查学习”的基本步的基本步骤骤两种方法论的比较两种方法论的比较相同点相同点：问题导向；注重程序及阶段；：问题导向；注重程序及阶段；不同点不同点：研究对象或应用领域、基本方法、：研究对象或应用领域、基本方法、核心内容或关键点、反馈机制、核心内容或关键点、反馈机制、三、系统工程方法论的新发展n20世纪90年代钱学森提出了从定性到定量的综合集成系统方法论。（复杂巨系统：定量与定性结

41、合；专家系统、数据信息与计算机技术结合；科学与经验结合；多学科结合；宏观与微观结合等）n中国系统工程专家顾基发等提出物理事理人理(WSR)系统方法论。n中国系统工程专家提出旋进原则方法论。（系统分析、系统策划、系统实施的旋进式三角循环关系）n系统科学是一门从总体上研究系统共同运动规律的科学。按照钱学森对系统科学体系的划分，系统科学主要讨论系统的概念、特征、分类及演化规律。n钱学森认为：现代科学技术体系形成了六大门类的科学体系，它们各自从不同角度去观察和认识客观世界。每一门类的科学体系都可分成四个层次：第第4节节 系统科学体系系统科学体系n一是改造客观世界的技术工程技术；n二是为工程技术提供服务

42、的一般性理论技术科学，是工程技术实践的理论总结；n三是发现和表述自然界与社会界基本现象和规律的理论基础科学，是工程技术和技术科学的基础理论；n四是通过一个桥梁到哲学，是对整个世界的根本观点的体系。系统科学四个层次相应的内容为：系统观：系统观：是新的自然界的哲学（贝塔朗菲）哲学基础科学技术科学工程技术系统学：系统学：一般系统论；协同学；耗散结构理论；自组织理论；超循环理论。运筹学；控制论；信息论；等系统工程系统工程（系统工程与传统科学结合形成系统工程的各个应用领域，如企业系统工程）系统理论简介n钱学森钱学森我认为把运筹学、控制论和信息我认为把运筹学、控制论和信息论同贝塔朗菲（一般系统论）、普利高

43、津论同贝塔朗菲（一般系统论）、普利高津（耗散结构理论）、哈肯（协同学）、艾根（耗散结构理论）、哈肯（协同学）、艾根（超循环理论）等人的工作融会贯通，加以（超循环理论）等人的工作融会贯通，加以整理，就可以写出系统学这本书了。整理，就可以写出系统学这本书了。系统理论简介n一般系统论。奥地利生物学家贝塔朗菲1947年提出。他从对生物整体及其环境的研究，扩展到更广泛的研究，其理论归结为：系统观点；动态观点；能动观点；等级观点。一般系统论对于系统思想的发展贡献较大，而在定量的具体成果方面虚多实少，不如控制论、OR等深入具体。对于以生命活动为特征的复杂系统，过去是以定性研究为标志，像生物学、生态学、行为科

44、学、组织管理科学社会学等，一般系统论得到广泛的应用。n耗散结构理论。20世纪70年代比利时物理学家普利戈金提出。获1977年诺贝尔奖。平衡结构加温阀值非平衡无序状态相变晶体液体气体前研究：非平衡无序状态外界条件阀值非平衡有序状态耗散结构输入输入输出输出后研究：耗散结构是一种活结构，不断地与外界发生物质和能量的交换，才能维持它的有序状态。对于这一类开放系统，普利高津给出了熵变化公式为：SdiSde 开放系统与熵流 环境系统SdSddSie 是系统与环境进行物质、能量交换引起的负熵流或称交换熵；是系统内部不可逆过程产生的熵增量。SdeSdi对于开放系统，0，负的交换熵能够使系统熵减少，因为：0 即

45、：-SdSddSieSdeSdiSdi上式表明，系统与环境进行物质、能量交换引起的负的交换熵，不仅全部抵消了上式表明，系统与环境进行物质、能量交换引起的负的交换熵，不仅全部抵消了系统内部不可逆过程产生的熵增量，而且使系统的总熵有所减少，保证系统走向系统内部不可逆过程产生的熵增量，而且使系统的总熵有所减少，保证系统走向低熵有序的结构。所以普利高津认为：非平衡是有序之源。低熵有序的结构。所以普利高津认为：非平衡是有序之源。耗散结构理论认为，一个系统要能够自组织起来，形成耗散结构，必须满足以下条件：n1开放系统 n2远离平衡态 n3非线性体系n4涨落 n协同学理论。联邦德国物理学家（主要研究激光理论

46、）哈肯提出。1979年后哈肯通过研究进一步认识到一个远离平衡的开放系统不仅可以从无序到有序，也可以从有序到有序，从无序到混乱。在分析研究系统性质时，将系统分成许多子系统，它们之间以很有规律的方式相互合作与竞争，而且恰是有目的的进行，即使无生命的世界也是如此，其结果是导致时间和空间的改变，当外界条件发生变化时系统的宏观结构或功能可能发生巨大变化即突变。协同学使用的基本概念主要有：竞争、协同以及序参量（1）竞争：就是系统间或系统各要素或子系统间相互争取、力图取得支配和主导地位的活动与过程 （2）协同：按照哈肯的观点，是指系统中许多子系统的联合作用。无论系统复杂性如何，只要系统的行为主体或子系统之间

47、存在联结、合作或协调行为，协同作用就存在。（3）序参量 支配原理是协同学理论的核心原理。协同学认为：考察复杂系统的演变可以发现绝大多数的因素是一些衰减得很快的变量称之为快变量；而另一些少数的变量，在系统的发展中变化较慢，并且主宰着整个系统的演变方向，决定着系统的客观（有序）状态称之为慢变量或序参量。当一个竞争系统中同时存在几个序参量就会发生合作、反馈、制约或斗争的种种协同作用当系统处于稳定状态时，就是包含着由几个序参量所决定的客观结构的“种子形态”，这些“种子”哪些能最终主导整个系统或最终成为系统结构的一部分，这些取决于序参量在系统中具体的竞争与合作的态势。协同作用广泛地表现在生物系统、自然系

48、统和社会系统中。如人体就是一个高度协同的有序结构：如果人体内部各子系统间的联系和协调出现紊乱，人便会生病，药物和各种治疗方法的作用就是调节各子系统的联系，使它们能协调地运行，使整体再回到高度民主协调的有序状态-健康状态。协同学理论可以解释目前前沿的企业内部的改组及虚拟企业。n自组织理论：按哈肯的理解：没有外部工头的命令，工人们依靠某种相互默契，协同工作，各尽职责生产产品。自组织的显著特点，表现在行动是在没有外部命令的情况下产生的。即对于自组织系统来说，运动是由内因所驱使，只有当子系统之间存在着作用与反作用，当且仅当相互作用达到了协调、同步时才会出现。n思考：一般系统论、耗散结构理论、协同思考：

49、一般系统论、耗散结构理论、协同学、控制论和信息论对系统工程的启示。学、控制论和信息论对系统工程的启示。习题n系统的概念和特征是什么，并举例说明。n选择一个你所熟悉的系统选择一个你所熟悉的系统为例，为例，说明：说明：(1)(1)系统的功系统的功能及其要素；能及其要素；(2)(2)系统的环境及输入、输出；系统的环境及输入、输出；(3)(3)系统系统的结构的结构(最好用框图表达最好用框图表达)；(4)(4)系统的功能与结构、系统的功能与结构、环境的关系。环境的关系。n什么是系统工程，系统工程的特点系统工程的特点是什么是什么。n系统工程与传统工程有什么区别。n为什么说系统工程是一门交叉学科。n结合一个具体例子，说明霍尔系统工程方法论的思路、程序和方法。n试述系统科学的内容体系。n结合系统工程应用领域及其特点，说明系统工程在你结合系统工程应用领域及其特点，说明系统工程在你所学专业领域的可能应用及其前景。所学专业领域的可能应用及其前景。