1、系 统 工 程教 学 课 件制作人：梁正伟湖北工业大学 土木工程与建筑学院本章主要内容：系统的概念系统工程与系统科学系统工程方法论系统工程的应用本章核心概念：系统 system 系统思想 system thought 系统工程 system engineering系统科学 system science 方法论 methodology 整体性 wholeness 层次性 level第一章 系统与系统工程第一章 系统与系统工程第一节 系统的概念一、系统工程的发展与应用：阶 段 年代（份） 重大工程 实 践或事件 重要理 论 与方法 贡 献I萌芽 1930 美国 发 展与研究广播 电视正式提出系 统
2、 方法（ Systems approach）的概念1940 美国 实 施彩 电 开 发计 划 采用系 统 方法，并取得巨大成功美国 Bell电话 公司开 发 微波通 讯 系 统正式使用系 统 工程（ Systems Engineering） 一 词II初 创 二 战 期 间 英、美等国的反空 袭 等 军事行 动 产 生 军 事运筹学（ Military Operations Research） ,也即 军 事系 统 工程本世 纪 40年代 美国研制原子 弹 的 “曼哈顿计 划 ” 运用 SE， 并推 动 了其 发 展1945 美国空 军 建立 兰 德（RAND） 公司 曾 经 提出系 统 分析
3、（ Systems analysis） 概念， 强 调 了其重要性40年代末至 50年代初期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 SE奠定了重要的学科基 础第一节 系统的概念第一章 系统与系统工程III发 展 1957H.Good和 R.E.Machol发 表第一部名为 系 统 工程 的著作 系 统 工程学科形成的 标 志1958 美国研制北极星 导弹 潜艇 提出 PERT（ 网 络优 化技 术 ）， 这 是最早的系 统 工程技 术 之一。V成熟1965 R.E.Machol编 著 系 统 工程手册 表明系 统 工程的 实 用化和 规 范
4、化美国自 动 控制学家 L.A.Zedeh提出 “模糊集合 ”概念 为现 代 SE奠定了重要的数学基 础1961-1972 美国 实 施 “阿波 罗 ”登月 计 划 使用了多种 SE方法，其成功极大地提高了 SE的地位1972 国 际应 用系 统 分析研究所（ IIASA）在 维 也 纳 成立 SE的 应 用开始从工程 领 域 进 入到社会 经济领 域，并 发 展到了一个重要的新 阶 段。70年代 SE的广泛 应 用在国 际 上达到高潮80年代 SE在国 际 上 稳 定 发 展、在中国的研究与 应 用达到高潮VI前景第一节 系统的概念第一章 系统与系统工程二、系统工程在我国的发展与应用：上世纪
5、上世纪 50至至 60年代，我国的一些研究机构和著名学者为年代，我国的一些研究机构和著名学者为 SE的研究与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。其主要标志和集中代表是钱学森的和集中代表是钱学森的 工程控制论工程控制论 、华罗庚的、华罗庚的 统筹法统筹法 和许国志的和许国志的 运筹学运筹学 。我国大规模地研究与应用我国大规模地研究与应用 SE是从是从 70年代末、年代末、 80年代初开始的。年代初开始的。1978年年 9月月 27日，钱学森、许国志、王寿云在日，钱学森、许国志、王寿云在 文汇报文汇报 发表题
6、为发表题为 “组组织管理的技术织管理的技术 系统工程系统工程 ” 的长篇文章；的长篇文章；从从 1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华中理工大学、大连年起，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；专业硕士研究生；第一节 系统的概念第一章 系统与系统工程1980年年 11月，中国系统工程学会在北京成立；月，中国系统工程学会在北京成立；1980年年 10月至月至 1981年年 1月，中国科协、中央电视台会同中国系统工程月，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
7、学会、中国自动化学会联合举办 “ 系统工程电视普及讲座（系统工程电视普及讲座（ 45讲）讲） ” ，取，取得了良好的社会效果。得了良好的社会效果。70年代末以来，应用年代末以来，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，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（始于 1978年）、年）、 2000年中国的研究年中国的研究 (1983至至 1985年）、全国和地区能源年）、全国和地区能源规划（始于规划（始于 1980年）、全国人才和教育规划（始于年）、全国
8、人才和教育规划（始于 1983年）、农业系统工年）、农业系统工程（始于程（始于 1980年）、区域发展战略（始于年）、区域发展战略（始于 1982年）、投入产出表的应用（年）、投入产出表的应用（始于始于 60年代和年代和 1976年）、军事系统工程（始于年）、军事系统工程（始于 1978年）、水资源的开发利年）、水资源的开发利用（始于用（始于 1978年）等。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实施可持续发展战略结合、与思维科学结合等方面已
9、具有初步结果和强劲势头。势头。第一节 系统的概念第一章 系统与系统工程三、系统的定义：系统是由相互联系、相互制约、相互作用的若干部分（元素）组成的具系统是由相互联系、相互制约、相互作用的若干部分（元素）组成的具有特定功能的有机整体。有特定功能的有机整体。系统的三个必备条件：系统的三个必备条件：1、有两个或两个以上的不同元素构成；、有两个或两个以上的不同元素构成； 2、元素之间存在联系，从而在系统内、元素之间存在联系，从而在系统内部和外部形成一定的结构和秩序；部和外部形成一定的结构和秩序； 3、系统是由元素在一定相关作用下整合起来的。、系统是由元素在一定相关作用下整合起来的。系统与元素：系统与元
10、素：系统是由不同元素的有机组成体，元素是构成系统的最基本单位，不同或相同系统是由不同元素的有机组成体，元素是构成系统的最基本单位，不同或相同的元素按照不同的关联、制约和作用方式组成不同的系统。的元素按照不同的关联、制约和作用方式组成不同的系统。1、系统通过整体作用支配和控制元素、系统通过整体作用支配和控制元素2、元素通过相互作用决定系统的特性和功能、元素通过相互作用决定系统的特性和功能3、系统和元素的概念是相对的、系统和元素的概念是相对的第一节 系统的概念第一章 系统与系统工程四、系统的特性：1、 整体性：整体性： 系统是一个有机整体而不是元素的简单之和。系统是一个有机整体而不是元素的简单之和
11、。2、集合性：、集合性： 说明系统元素之间的区别与联系，构成一个集合。说明系统元素之间的区别与联系，构成一个集合。3、相关性：、相关性： 系统的元素之间是相互联系、相互作用的，彼此之间毫无关系的元素系统的元素之间是相互联系、相互作用的，彼此之间毫无关系的元素是不能构成系统的。是不能构成系统的。4、层次性：、层次性： 系统可以分解为一系列的子系统并形成一定的层次结构。系统可以分解为一系列的子系统并形成一定的层次结构。5、目的性：、目的性： 系统都具有一定的目的性，要达到一定的目的，系统必须具有一定的系统都具有一定的目的性，要达到一定的目的，系统必须具有一定的功能。功能。6、环境适应性：、环境适应
12、性： 系统在一定环境中产生，又在一定环境中发展，系统与外界环境系统在一定环境中产生，又在一定环境中发展，系统与外界环境产生物质、能量和信息交换，不能适应环境变化的系统是没有生命力的。产生物质、能量和信息交换，不能适应环境变化的系统是没有生命力的。第一节 系统的概念第一章 系统与系统工程五、系统的分类：1、 自然系统和人造系统：自然系统和人造系统： 自然系统是由自然过程产生的系统，其组成部分是由自自然系统是由自然过程产生的系统，其组成部分是由自然物所自然形成的；人造系统的元素及其关系都是人造物的系统；我们所研究的系统然物所自然形成的；人造系统的元素及其关系都是人造物的系统；我们所研究的系统大多是
13、自然系统与人造系统的复合系统。大多是自然系统与人造系统的复合系统。2、实体系统与概念系统：、实体系统与概念系统： 实体系统是以客观存在的矿物、生物、设施、工具和人实体系统是以客观存在的矿物、生物、设施、工具和人等实体为构成元素所组成的系统；而概念系统是人类社会所特有，由人脑产生并组织等实体为构成元素所组成的系统；而概念系统是人类社会所特有，由人脑产生并组织实施，对实体系统进行有效的指导、管理和服务。实施，对实体系统进行有效的指导、管理和服务。3、动态系统和静态系统：、动态系统和静态系统： 根据系统状态是否随时间而变化，将系统分为动态的和根据系统状态是否随时间而变化，将系统分为动态的和静态的系统
14、；系统状态是指系统的那些可以观察和识别的状况、态势、特征等。在足静态的系统；系统状态是指系统的那些可以观察和识别的状况、态势、特征等。在足够的时间尺度上看，任何系统都处于或快或慢的变化中，都是动态系统。够的时间尺度上看，任何系统都处于或快或慢的变化中，都是动态系统。4、可控系统和不可控系统：、可控系统和不可控系统： 从系统与人的关系看，凡是具有一定的目的，能够改从系统与人的关系看，凡是具有一定的目的，能够改变其状态的系统就称为可控系统，否则称为不可控系统。变其状态的系统就称为可控系统，否则称为不可控系统。5、开放系统和封闭系统：、开放系统和封闭系统： 从系统与其环境的关系看，没有绝对的封闭系统
15、，只是从系统与其环境的关系看，没有绝对的封闭系统，只是把相对独立的系统看作封闭系统。把相对独立的系统看作封闭系统。6、简单系统、简单巨系统和复杂巨系统：、简单系统、简单巨系统和复杂巨系统： 根据系统元素数量及元素之间关系的结根据系统元素数量及元素之间关系的结构复杂程度，将系统分为简单系统、简单巨系统和复杂巨系统。构复杂程度，将系统分为简单系统、简单巨系统和复杂巨系统。第一章 系统与系统工程第二节 系统工程与系统科学一、系统工程的定义和特点：1、定义 系统工程是一门新兴的交叉学科，尚处于发展阶段，没有统一的定义，综合各方的看法给出如下解释：系统工程是以大规模复杂系统为研究对象的一门交叉学科 -它是系统的整体出发，按既定的目标合理规划、设计、试验、建造实施、管理和控制系统，使其达到最优的工程技术。系统工程根据总体协调的需要，综合应用自然科学和社会科学中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、元素、信息和反馈进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。系统工程是一门工程技术，对象以软件为主，侧重于制造无形的产品，即为一般工程生产提供计划、方案、决策、程序等。系统工程为自然科学研究提供了定性分析方法和辩证思维方法以及深入剖析人与环境相互关系的方法，也在自然科学和社会科学之间架设了一座沟通的桥梁。
