系统与系统工程课件.ppt

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1、系统与系统工程系统与系统工程第1页，此课件共28页哦1.谭跃进谭跃进谭跃进谭跃进.系统工程原理系统工程原理系统工程原理系统工程原理.国防科学技术大学出版社国防科学技术大学出版社国防科学技术大学出版社国防科学技术大学出版社2.2.周德群周德群周德群周德群.系统工程概论系统工程概论.科学出版社科学出版社科学出版社科学出版社.3.3.孙东川孙东川.系统工程引论系统工程引论.清华大学出版社清华大学出版社.4.许国志许国志许国志许国志.系统科学系统科学系统科学系统科学.上海科技教育出版社上海科技教育出版社.5.5.许国志许国志.系统科学与工程研究系统科学与工程研究系统科学与工程研究系统科学与工程研究.上

2、海科技教育出版社上海科技教育出版社.“系统工程系统工程”课程课程参考参考第2页，此课件共28页哦第一章第一章 系统与系统工程系统与系统工程 第二章第二章 系统分析与评价系统分析与评价第三章第三章 线性规划线性规划第四章第四章 整数规划整数规划第五章第五章 目标规划目标规划第八章第八章 图论图论第十一章第十一章 决策分析决策分析 学习内容学习内容第3页，此课件共28页哦第第1章章系统与系统工程系统与系统工程1 1 系统概述系统概述一、一、系统的概念与特性系统的概念与特性 （1）概念）概念 所谓系统，是指由所谓系统，是指由相互相互作用、相互依赖而又能相互区别的若作用、相互依赖而又能相互区别的若干干

3、组成部分组成部分（单元）组合而成的，具有（单元）组合而成的，具有特定功能特定功能的的有机整体有机整体。第4页，此课件共28页哦1 1 系统概述系统概述（2）系统的特征）系统的特征 v整体性整体性v相关性相关性v目的性目的性v有序性有序性v动态性动态性v环境适应性环境适应性第5页，此课件共28页哦1 1 系统概述系统概述（3 3）分类）分类 v自然系统与人造系统自然系统与人造系统自然系统与人造系统自然系统与人造系统 v实体系统与概念系统实体系统与概念系统 v开发系统与封闭系统开发系统与封闭系统开发系统与封闭系统开发系统与封闭系统v动态系统与静态系统动态系统与静态系统v可控系统与不可控系统可控系统

4、与不可控系统v按对象划分的各种系统按对象划分的各种系统 第6页，此课件共28页哦钱学森关于系统的一种完备分类钱学森关于系统的一种完备分类第7页，此课件共28页哦 注意注意“系统系统”的五要点：的五要点：由两个或两个以上两个以上的元素组成元素组成。各元素之间相互联系相互联系、相互依赖相互依赖、相互制约相互制约、相互作用相互作用。各各元元素素协协同同运运作作，使使“系系统统”作作为为整整体体具具有有各各组组成成元元素素单单独独存存在在时时所没有的所没有的某种特定功能某种特定功能。系统是运动和发展变化的，是系统是运动和发展变化的，是动态动态的发展过程。的发展过程。“系统系统”的运动具有明确的的运动具

5、有明确的特定目标特定目标。第8页，此课件共28页哦（4 4）系统的功能）系统的功能第9页，此课件共28页哦 层次性层次性 如：如：“教育系统教育系统”的层次结构的层次结构第10页，此课件共28页哦1)1)框图描述法框图描述法（5）系统的一般描述）系统的一般描述第11页，此课件共28页哦2)集合描述法：集合描述法：式中：式中：式中：式中：表示系统。表示系统。表示元素的集合；表示元素的集合；表示元素的集合；表示元素的集合；表示元素之间各种关系的集合。表示元素之间各种关系的集合。表示元素之间各种关系的集合。表示元素之间各种关系的集合。表示元素之间的组织结构。表示元素之间的组织结构。注意：注意：作为一

6、个系统，包含元素的集合、元素之间关作为一个系统，包含元素的集合、元素之间关系的集合和元素的组织结构，三者缺一不可系的集合和元素的组织结构，三者缺一不可.第12页，此课件共28页哦系统性问题系统性问题v生产力迅速发展生产力迅速发展，社会生产的物质、能量、信息按指数，社会生产的物质、能量、信息按指数曲线增长曲线增长v宇宙中宇宙中各种事物之间的联系各种事物之间的联系空前增强空前增强v系统的系统的更新周期更新周期趋向缩短趋向缩短v系统内部元素数量增多、规模扩大与管理水平之间的系统内部元素数量增多、规模扩大与管理水平之间的矛盾日益矛盾日益尖锐尖锐，形成了管理差距。，形成了管理差距。（1 1）系统科学）系

7、统科学2 2 系统科学与系统工程系统科学与系统工程 第13页，此课件共28页哦40年代到年代到60年代的形成和发展年代的形成和发展（1）一般系统论（一般系统论（一般系统论（一般系统论（generalsystemtheorygeneralsystemtheory）科学家明确地直接把系统作为研究对象，一般公认以贝塔朗菲科学家明确地直接把系统作为研究对象，一般公认以贝塔朗菲（von Bertalanffyvon Bertalanffy）在）在19371937年提出年提出“一般系统论一般系统论”概念为标志。概念为标志。贝塔朗菲提出贝塔朗菲提出一般系统论一般系统论的任务的任务“是确立适用于系统的一般原则

8、是确立适用于系统的一般原则”，并对系统的共性作了一定的概括，如系统的整体性、关联性、动，并对系统的共性作了一定的概括，如系统的整体性、关联性、动态性、有序性、目的性等。态性、有序性、目的性等。运筹学（运筹学（运筹学（运筹学（operationalresearchoperationalresearch）运筹学的贡献，是把处理事物的共性概括成了一种数学模式：运筹学的贡献，是把处理事物的共性概括成了一种数学模式：联联立约束条件方程立约束条件方程和目标函数方程并求解。和目标函数方程并求解。运筹学的达到成熟的高峰期的标志是运筹学的达到成熟的高峰期的标志是19691969年出版的瓦格纳（年出版的瓦格纳（H

9、.H.M.WagnerM.Wagner）的）的运筹学原理和对管理决策的应用运筹学原理和对管理决策的应用。第14页，此课件共28页哦40年代到年代到60年代的形成和发展年代的形成和发展（2）控制论（控制论（控制论（控制论（cyberneticscybernetics）创始人是美国的维纳（创始人是美国的维纳（N.WienerN.Wiener），他把控制论定义为：关于在动物和机器中），他把控制论定义为：关于在动物和机器中控制和通信控制和通信的科学的科学.控制论的诞生和发展有特别重大的意义，因为控制论提炼出了包括生物控制论的诞生和发展有特别重大的意义，因为控制论提炼出了包括生物系统和人工系统极为广泛的

10、一大类系统的共性和规律，这些实质上也是系统和人工系统极为广泛的一大类系统的共性和规律，这些实质上也是系统科学研究的主要对象。系统科学研究的主要对象。信息学（信息学（信息学（信息学（informatics,informationscienceinformatics,informationscience）信息学是关于系统的信息传递和处理的科学理论，不仅是香农（信息学是关于系统的信息传递和处理的科学理论，不仅是香农（C.E.C.E.ShannonShannon）的信息论（）的信息论（information theoryinformation theory），还包括电子计算机理论。），还包括电子计算机

11、理论。香农的信息论撇开了所谓信息的语义，从信息的语法方面建立了传递信香农的信息论撇开了所谓信息的语义，从信息的语法方面建立了传递信息的息的通信系统模型通信系统模型。冯冯 诺依曼（诺依曼（von Neumannvon Neumann）计算机则实现了一种处理信息的）计算机则实现了一种处理信息的“物理符物理符号系统号系统”，这是人类智能物化的伟大起点。，这是人类智能物化的伟大起点。第15页，此课件共28页哦40年代到年代到60年代的形成和发展年代的形成和发展（3）系统工程、系统分析、管理科学系统工程、系统分析、管理科学系统工程、系统分析、管理科学系统工程、系统分析、管理科学系统工程系统工程（syst

12、em engineeringsystem engineering）：）：4040年代由美国贝尔电话公司首先命名，年代由美国贝尔电话公司首先命名，主要从整体和相互联系的角度去考虑问题，并制定一套处理复杂系主要从整体和相互联系的角度去考虑问题，并制定一套处理复杂系统和组织工作的科学方法及程序。统和组织工作的科学方法及程序。系统分析系统分析（system analysissystem analysis）：二战后由美国兰德公司提出，着重于在）：二战后由美国兰德公司提出，着重于在解决大型社会经济系统问题时，对若干可供选择的执行特定任务的解决大型社会经济系统问题时，对若干可供选择的执行特定任务的系统系统

13、方案进行比较，进行费用效果分析。方案进行比较，进行费用效果分析。管理科学管理科学（management sciencemanagement science）：针对大企业的经营管理技术的发展，由以泰）：针对大企业的经营管理技术的发展，由以泰勒（勒（F.W.TaylorF.W.Taylor）为代表的科学管理发展而来。）为代表的科学管理发展而来。第16页，此课件共28页哦70年代到年代到80年代的发展年代的发展这一时期的发展主要是系统这一时期的发展主要是系统这一时期的发展主要是系统这一时期的发展主要是系统自组织理论自组织理论自组织理论自组织理论的建立的建立的建立的建立比利时物理化学家普利高津（比利时

14、物理化学家普利高津（比利时物理化学家普利高津（比利时物理化学家普利高津（I.PrigogineI.Prigogine）于）于）于）于19621962年年年年提出的提出的提出的提出的耗散结构理论耗散结构理论耗散结构理论耗散结构理论（dissipativestructuretheorydissipativestructuretheory）德国物理学家哈肯（德国物理学家哈肯（德国物理学家哈肯（德国物理学家哈肯（H.HakenH.Haken）于）于）于）于19691969年提出了年提出了年提出了年提出了协同协同协同协同学学学学（synergeticssynergetics）耗散结构理论和协同论从宏观、

15、微观以及两者联系上耗散结构理论和协同论从宏观、微观以及两者联系上耗散结构理论和协同论从宏观、微观以及两者联系上耗散结构理论和协同论从宏观、微观以及两者联系上回答了系统自己走向有序结构的基本问题，两者都被回答了系统自己走向有序结构的基本问题，两者都被回答了系统自己走向有序结构的基本问题，两者都被回答了系统自己走向有序结构的基本问题，两者都被称为自组织理论。称为自组织理论。称为自组织理论。称为自组织理论。艾根（艾根（艾根（艾根（M.EigenM.Eigen）吸收了进化论思想和自组织理论，）吸收了进化论思想和自组织理论，）吸收了进化论思想和自组织理论，）吸收了进化论思想和自组织理论，于于于于1979

16、1979年发表了年发表了年发表了年发表了“超循环理论超循环理论超循环理论超循环理论”（hypercycletheoryhypercycletheory）托姆（托姆（托姆（托姆（T.ThomT.Thom）于）于）于）于19721972年发表了年发表了年发表了年发表了结构稳定性与形态结构稳定性与形态结构稳定性与形态结构稳定性与形态发生学发生学发生学发生学第17页，此课件共28页哦80年代以来的发展年代以来的发展这一时期，这一时期，这一时期，这一时期，非线性科学非线性科学非线性科学非线性科学（nonlinearsciencenonlinearscience）和）和）和）和复杂性复杂性复杂性复杂性研究

17、研究研究研究（complexitystudycomplexitystudy）的兴起对系统科学的发展起）的兴起对系统科学的发展起）的兴起对系统科学的发展起）的兴起对系统科学的发展起了很大的积极推动作用。了很大的积极推动作用。了很大的积极推动作用。了很大的积极推动作用。非线性科学的成果极大地丰富和深化了系统科学和系非线性科学的成果极大地丰富和深化了系统科学和系非线性科学的成果极大地丰富和深化了系统科学和系非线性科学的成果极大地丰富和深化了系统科学和系统工程定量化的发展；也使耗散结构理论和协同学在统工程定量化的发展；也使耗散结构理论和协同学在统工程定量化的发展；也使耗散结构理论和协同学在统工程定量化

18、的发展；也使耗散结构理论和协同学在理论上提高到一个新的高度；并推动了理论上提高到一个新的高度；并推动了理论上提高到一个新的高度；并推动了理论上提高到一个新的高度；并推动了8080年代后期复年代后期复年代后期复年代后期复杂性研究的兴起。杂性研究的兴起。杂性研究的兴起。杂性研究的兴起。复杂性研究和系统科学复杂性研究和系统科学复杂性研究和系统科学复杂性研究和系统科学，虽然在研究的范围、侧重面，虽然在研究的范围、侧重面，虽然在研究的范围、侧重面，虽然在研究的范围、侧重面以及总体框架上有所不同，但无论就具体内容或大的以及总体框架上有所不同，但无论就具体内容或大的以及总体框架上有所不同，但无论就具体内容或

19、大的以及总体框架上有所不同，但无论就具体内容或大的方向来说，相当程度上是一致的，会形成相辅相成的方向来说，相当程度上是一致的，会形成相辅相成的方向来说，相当程度上是一致的，会形成相辅相成的方向来说，相当程度上是一致的，会形成相辅相成的 新局面。新局面。新局面。新局面。第18页，此课件共28页哦系统科学在中国的发展系统科学在中国的发展运筹学运筹学运筹学运筹学在我国的发展始于在我国的发展始于在我国的发展始于在我国的发展始于19551955年。年。年。年。19781978年年年年钱学森钱学森钱学森钱学森、许国志、王寿云发表了、许国志、王寿云发表了、许国志、王寿云发表了、许国志、王寿云发表了“组织管理

20、的组织管理的组织管理的组织管理的技术技术技术技术系统工程，提出了利用系统思想把运筹学和系统工程，提出了利用系统思想把运筹学和系统工程，提出了利用系统思想把运筹学和系统工程，提出了利用系统思想把运筹学和管理科学统一起来的见解，这是我国推广应用系统工管理科学统一起来的见解，这是我国推广应用系统工管理科学统一起来的见解，这是我国推广应用系统工管理科学统一起来的见解，这是我国推广应用系统工程出现了新局面的标志。程出现了新局面的标志。程出现了新局面的标志。程出现了新局面的标志。8080年代中期在钱学森的指导和参与下，我国对社会经年代中期在钱学森的指导和参与下，我国对社会经年代中期在钱学森的指导和参与下，

21、我国对社会经年代中期在钱学森的指导和参与下，我国对社会经济系统等复杂系统进行了研究，提炼与总结出开放的济系统等复杂系统进行了研究，提炼与总结出开放的济系统等复杂系统进行了研究，提炼与总结出开放的济系统等复杂系统进行了研究，提炼与总结出开放的复杂巨系统概念，并于复杂巨系统概念，并于复杂巨系统概念，并于复杂巨系统概念，并于19901990年初发表了年初发表了年初发表了年初发表了“一个科学新一个科学新一个科学新一个科学新领域领域领域领域开放的复杂巨系统及其方法论开放的复杂巨系统及其方法论开放的复杂巨系统及其方法论开放的复杂巨系统及其方法论”。这是我国。这是我国。这是我国。这是我国开展系统科学与系统工

22、程研究与应用的里程碑，在国开展系统科学与系统工程研究与应用的里程碑，在国开展系统科学与系统工程研究与应用的里程碑，在国开展系统科学与系统工程研究与应用的里程碑，在国际上也是具有前瞻性的结果。际上也是具有前瞻性的结果。际上也是具有前瞻性的结果。际上也是具有前瞻性的结果。第19页，此课件共28页哦系统科学的体系结构和重要地位系统科学的体系结构和重要地位系统科学作为横断性的学科，比一般的交叉学科涵盖系统科学作为横断性的学科，比一般的交叉学科涵盖系统科学作为横断性的学科，比一般的交叉学科涵盖系统科学作为横断性的学科，比一般的交叉学科涵盖的范围更宽。的范围更宽。的范围更宽。的范围更宽。系统科学把事物看作

23、系统，从系统结构和功能，从系系统科学把事物看作系统，从系统结构和功能，从系系统科学把事物看作系统，从系统结构和功能，从系系统科学把事物看作系统，从系统结构和功能，从系统的演化，研究各学科（从统的演化，研究各学科（从统的演化，研究各学科（从统的演化，研究各学科（从物理系统，化学系统，生物理系统，化学系统，生物理系统，化学系统，生物理系统，化学系统，生物系统，到经济系统和社会系统物系统，到经济系统和社会系统物系统，到经济系统和社会系统物系统，到经济系统和社会系统）的共性规律，是各）的共性规律，是各）的共性规律，是各）的共性规律，是各门学科的方法论和基础。门学科的方法论和基础。门学科的方法论和基础。

24、门学科的方法论和基础。当今科学技术发展的特征和趋势之一，是不仅继续向当今科学技术发展的特征和趋势之一，是不仅继续向当今科学技术发展的特征和趋势之一，是不仅继续向当今科学技术发展的特征和趋势之一，是不仅继续向微观深入，而且直接走向宏观系统，走向复杂和综合。微观深入，而且直接走向宏观系统，走向复杂和综合。微观深入，而且直接走向宏观系统，走向复杂和综合。微观深入，而且直接走向宏观系统，走向复杂和综合。钱学森提出的系统科学体系结构。（钱学森提出的系统科学体系结构。（钱学森提出的系统科学体系结构。（钱学森提出的系统科学体系结构。（图示图示图示图示）第20页，此课件共28页哦系统科学体系结构（图示）系统科

25、学体系结构（图示）第21页，此课件共28页哦 系统工程学是一门综合性科学技术，系统工程学是一门综合性科学技术，研究的对象是大型复杂研究的对象是大型复杂系统的设计和运行系统的设计和运行，有目的地对新工程对象进行研究与设计，对已，有目的地对新工程对象进行研究与设计，对已有工程对象进行运行、管理与改进，以达到总体最佳的效果为目标。有工程对象进行运行、管理与改进，以达到总体最佳的效果为目标。它既是一门它既是一门跨专业领域跨专业领域的总体工程学，也是一种的总体工程学，也是一种思维方法论思维方法论与工作方法论，它的若干原则也能用于行政管理系统和一切系统，与工作方法论，它的若干原则也能用于行政管理系统和一切

26、系统，关键在于这些系统能否抽象为一定的模型并求得最优的解答。关键在于这些系统能否抽象为一定的模型并求得最优的解答。（2 2）系统工程）系统工程第22页，此课件共28页哦系系统统工工程程作作为为一一门门独独立立的的学学科科，是是基基于于本本世世纪纪50年年代代军事、经济以及尖端技术发展中开发系统的经验上建立起来的。军事、经济以及尖端技术发展中开发系统的经验上建立起来的。阿阿波波罗罗（Apollo）登登月月计计划划的的成成功功，显显示示了了系系统统工工程程的的无无比比威威力力，现现代代计计算算机机与与信信息息科科学学的的发发展展，为为系系统统工工程程的推广提供了得力的工具。的推广提供了得力的工具。

27、近近年年来来，系系统统工工程程的的研研究究范范围围已已由由传传统统的的工工程程领领域域扩扩大大到到工工农农业业、交交通通运运输输、能能源源等等部部门门的的规规划划、设设计计、技技术术政政策策，以以及及城城市市建建设设、水水利利资资源源利利用用、生生态态环环境境保保护护、国国民民经经济济发展规划发展规划等社会经济领域。等社会经济领域。第23页，此课件共28页哦 中国中国历历史上系史上系统统工程的杰作工程的杰作第24页，此课件共28页哦定义定义定义定义 系统论创始人系统论创始人系统论创始人系统论创始人钱学森钱学森19781978年提出年提出年提出年提出：系统工程系统工程是是是是组织管理系统组织管理

28、系统的规划、研究、的规划、研究、的规划、研究、的规划、研究、制造、试验和使用的科学方法，是对所有制造、试验和使用的科学方法，是对所有系统系统都都都都具有普遍意义的具有普遍意义的具有普遍意义的具有普遍意义的科学方法科学方法。简意简意：系统工程是一门系统工程是一门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。第25页，此课件共28页哦系统工程方法论的基本特点系统工程方法论的基本特点(1)(1)研究研究方法方法上的上的整体性整体性 (2)(2)应用应用技术技术上的上的综合性综合性 (3)(3)处理处理问题上的问题上的科学性科学性 按时间顺序分为三个阶段按时间顺序分为三个阶段(1)(1)系

29、统规划阶段系统规划阶段 (2)(2)系统设计阶段系统设计阶段 (拟定方案拟定方案)(3)(3)系统制造和运行阶段系统制造和运行阶段 （研制和运行阶段）（研制和运行阶段）第26页，此课件共28页哦问题的提出问题的提出系统计划系统计划概略设计概略设计目标的确定目标的确定具体条件的确定具体条件的确定系统分析系统分析方案确定方案确定详细设计详细设计试试 制制制制 造造运运 行行系系统统规规划划系系统统设设计计系系统统制制造造与与运运行行构构思思 计计划划分分析析 设设计计改改进进 运运行行图图1 1 系统建立流程图系统建立流程图 第27页，此课件共28页哦分分 析析综综 合合评评 价价系统的要求系统的要求系统的设计系统的设计 图图2系统工程基本处理方法框图系统工程基本处理方法框图 第28页，此课件共28页哦