第一講系統(tǒng)工程

講課：張敏系統(tǒng)工程SystemsEngineering,SE電話q：904502317郵箱：904502317@課程簡(jiǎn)介1234WhatWhenWho/WhereHow課程簡(jiǎn)介——What

SE是以大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)為研究對(duì)象，在系統(tǒng)理論、管理科學(xué)及其運(yùn)籌學(xué)、專業(yè)工程技術(shù)等學(xué)科基礎(chǔ)上形成的一門交叉學(xué)科。通過學(xué)習(xí)，主要使學(xué)生掌握分析與解決一般系統(tǒng)問題的思想、程序和方法。課程簡(jiǎn)介——When第1章系統(tǒng)工程概述第2章系統(tǒng)工程理論與方法論第3章系統(tǒng)模型與模型化第4章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法第5章系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法第6章決策分析方法第7、8章系統(tǒng)工程應(yīng)用實(shí)例課程簡(jiǎn)介——Who/WhereWho/Where?

Who——

學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。

Where——

將課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)結(jié)合起來！課程簡(jiǎn)介——HowHow?

建議注重系統(tǒng)思考 堅(jiān)持問題導(dǎo)向 采用系統(tǒng)化方法教學(xué)要求上課及考核第一章：系統(tǒng)工程概述三.系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)一.系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用二.系統(tǒng)工程的研究對(duì)象第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展（1）樸素的系統(tǒng)思想及其初步實(shí)踐階段——世界古希臘的唯物主義哲學(xué)家德謨克利特曾提出“宇宙大系統(tǒng)”的概念，并最早使用“系統(tǒng)”一詞。辨證法奠基人之一的赫拉克利特認(rèn)為“世界是包括一切的整體”。亞里士多德的名言——“整體大于部分的總和”，是系統(tǒng)論的基本原則之一。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展（2）樸素的系統(tǒng)思想及其初步實(shí)踐階段——中國(guó)西周時(shí)代，出現(xiàn)了世界構(gòu)成的“五行說”(金、木、水、火、土)。春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的軍事家孫武，在他的《孫子兵法》中，闡明了打仗要把道(義)、天(時(shí))、地(利)、將(才)、法(治)等五個(gè)要素結(jié)合起來考慮。秦漢之際成書的醫(yī)學(xué)典籍《內(nèi)經(jīng)》，把自然界和人體看成由金、木、水、火、土五種要素相生相克、相互制約而形成的有秩序、有組織的整體。（老子-道家學(xué)說）第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用（2）樸素的系統(tǒng)思想及其初步實(shí)踐階段——中國(guó)四川——都江堰水利工程都江堰于公元前256年由蜀郡太守李冰父子組織建造，至今仍發(fā)揮著重要作用。該工程由魚嘴(岷江分流)、飛沙堰(分洪排砂)和寶瓶口(引水)等三大設(shè)施組成，整個(gè)工程具有總體目標(biāo)最優(yōu)化、選址最優(yōu)和自動(dòng)分級(jí)排沙、利用地形并自動(dòng)調(diào)節(jié)水量、就地取材及經(jīng)濟(jì)方便等特點(diǎn)。我們熟知的運(yùn)用系統(tǒng)思想解決問題的例子第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用（3）科學(xué)系統(tǒng)思想的形成15世紀(jì)下半葉以后力學(xué)、天文學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等相繼從哲學(xué)的統(tǒng)一體中分離出來，形成了自然科學(xué)。從此，古代樸素的唯物主義哲學(xué)思想就逐步讓位于形而上學(xué)的思想。這時(shí)的系統(tǒng)思想具有“只見樹木”和具體化的特點(diǎn)。19世紀(jì)自然科學(xué)取得了巨大成就，尤其是能量轉(zhuǎn)化、細(xì)胞學(xué)說、進(jìn)化論這三大發(fā)現(xiàn)，使人類對(duì)自然過程相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的飛躍，為辯證唯物主義的科學(xué)系統(tǒng)觀奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)階段的系統(tǒng)思想具有“先見森林、后見樹木”的特點(diǎn)。1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用

系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即：“只見森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段—“只見樹木”階段—“先見森林，后見樹木”（科學(xué)的系統(tǒng)思想）階段。古代中國(guó)和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻(xiàn)（3）科學(xué)系統(tǒng)思想的形成1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)40年代老三論20世紀(jì)70年代新三論一般系統(tǒng)概論控制論信息論耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同理論突變論第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)40年代老三論一般系統(tǒng)概論奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲于1947年提出，其主要觀點(diǎn)是:(1)系統(tǒng)觀點(diǎn)一切有機(jī)體都是一個(gè)整體(系統(tǒng))，這個(gè)整體是由部分結(jié)合而成的，其特性和功能不只是各部分特性和功能的簡(jiǎn)單相加。(2)動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)一切有機(jī)體本身都處于積極的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并與環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)、能量的交換，以使有機(jī)體能夠有組織地處于活動(dòng)狀態(tài)，并保持其有活力的生命運(yùn)動(dòng)。(3)等級(jí)觀點(diǎn)各種有機(jī)體都按嚴(yán)格的等級(jí)組織起來，并通過各層次逐級(jí)的組合.形成越來越高級(jí)、趁來越龐大的系統(tǒng)。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)40年代的老三論控制論美國(guó)數(shù)學(xué)家維納于1948年創(chuàng)立，其主要內(nèi)容為:(1)最優(yōu)控制理論(2)自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自組織系統(tǒng)理論自適應(yīng)系統(tǒng)是能夠按照外界條件的變化，自動(dòng)調(diào)整其自身結(jié)構(gòu)或行為參數(shù)，以保持系統(tǒng)原有的功能的系統(tǒng)。自學(xué)習(xí)系統(tǒng)是能夠按照自己運(yùn)行過程中的經(jīng)驗(yàn)來改進(jìn)控制系統(tǒng)的能力的系統(tǒng)，是自適應(yīng)系統(tǒng)的延伸和發(fā)展。自組織系統(tǒng)是能夠根據(jù)環(huán)境的變化和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來改變自身結(jié)構(gòu)和行為參數(shù)的系統(tǒng)。(3)模糊理論(4)大系統(tǒng)理論第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)40年代老三論信息論信息論于20世紀(jì)40年代末由美國(guó)的數(shù)學(xué)家申農(nóng)和維納創(chuàng)立

信息論是研究信息傳輸和信息處理系統(tǒng)的一般規(guī)律的學(xué)科、其基本思想是完全撇開系統(tǒng)物質(zhì)與能量的具體運(yùn)動(dòng)形態(tài)，而把系統(tǒng)的有目的的運(yùn)動(dòng)抽象為一個(gè)信息變換的過程，來探求信息的一般特征、傳進(jìn)規(guī)律和原理。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)70年代新三論耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)理論是20世紀(jì)70年代由比利時(shí)物理學(xué)家普利高津提出耗散結(jié)構(gòu)是與平衡結(jié)構(gòu)相對(duì)的一種遠(yuǎn)離平衡態(tài)的、穩(wěn)定的、有序的結(jié)構(gòu)。其主要觀點(diǎn)是：(1)開放系統(tǒng)是產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的必要前提。(2)非平衡態(tài)是系統(tǒng)有序之源。(3)系統(tǒng)的漲落導(dǎo)致系統(tǒng)走向有序。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)70年代新三論協(xié)同理論協(xié)同學(xué)理論是20世紀(jì)70年代由聯(lián)邦德國(guó)的物理學(xué)家哈肯提出。與耗散結(jié)構(gòu)理論一樣，協(xié)同論也是研究遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)的。其主要觀點(diǎn)是：(1)協(xié)同導(dǎo)致有序(2)自組織理論第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)70年代新三論突變論突變理論是法國(guó)數(shù)學(xué)家托姆于1972年提出來突變論以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，通過對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)、漸變與突變的特征及其相互關(guān)系，揭示系統(tǒng)狀態(tài)演變的內(nèi)部因素與外界條件第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用3、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況階段年代（份）重大工程實(shí)踐或事件重要理論與方法貢獻(xiàn)I1930美國(guó)發(fā)展與研究廣播電視正式提出系統(tǒng)方法（Systemsapproach）的概念1940美國(guó)實(shí)施彩電開發(fā)計(jì)劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國(guó)Bell電話公司開發(fā)微波通訊系統(tǒng)正式使用系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）一詞II第二次世界大戰(zhàn)期間英、美等國(guó)的反空襲等軍事行動(dòng)產(chǎn)生軍事運(yùn)籌學(xué)（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀(jì)40年代美國(guó)研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”運(yùn)用SE，并推動(dòng)了其發(fā)展1945美國(guó)空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強(qiáng)調(diào)了其重要性第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用III40年代后期到50年代初期運(yùn)籌學(xué)的廣泛運(yùn)用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應(yīng)用、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學(xué)科基礎(chǔ)IV1957H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作系統(tǒng)工程學(xué)科形成的標(biāo)志1958美國(guó)研制北極星導(dǎo)彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國(guó)自動(dòng)控制學(xué)家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國(guó)實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用IV1957H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作系統(tǒng)工程學(xué)科形成的標(biāo)志1958美國(guó)研制北極星導(dǎo)彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國(guó)自動(dòng)控制學(xué)家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國(guó)實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位V1972國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應(yīng)用開始從工程領(lǐng)域進(jìn)入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，并發(fā)展到了一個(gè)重要的新階段。70年代SE的廣泛應(yīng)用在國(guó)際上達(dá)到高潮VI80年代SE在國(guó)際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國(guó)的研究與應(yīng)用達(dá)到高潮第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用4、系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用上世紀(jì)50至60年代，我國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)和著名學(xué)者為SE的研究與應(yīng)用作了理論上的探討、應(yīng)用上的償試和技術(shù)方法上的準(zhǔn)備。其主要標(biāo)志和集中代表是錢學(xué)森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國(guó)志的《運(yùn)籌學(xué)》。我國(guó)大規(guī)模地研究與應(yīng)用SE是從70年代末、80年代初開始的。

第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用

1978年9月27日，錢學(xué)森、許國(guó)志、王壽云在《文匯報(bào)》發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”的長(zhǎng)篇文章；從1978年起，西安交大、天津大學(xué)、清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、大連理工大學(xué)等國(guó)內(nèi)著名大學(xué)開始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生；

1980年11月，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)在北京成立；

1980年10月至1981年1月，中國(guó)科協(xié)、中央電視臺(tái)會(huì)同中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦“系統(tǒng)工程電視普及講座（45講）”，取得了良好的社會(huì)效果。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用

70年代末以來，應(yīng)用SE理論和方法來研究與解決我國(guó)的重大現(xiàn)實(shí)問題，在許多領(lǐng)域和方面取得了較好的效果，如：人口問題的定量研究及應(yīng)用（始于1978年）

2000年中國(guó)的研究(1983至1985年）全國(guó)和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）全國(guó)人才和教育規(guī)劃（始于1983年）農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程（始于1980年）區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略（始于1982年）投入產(chǎn)出表的應(yīng)用（始于60年代和1976年）軍事系統(tǒng)工程（始于1978年）水資源的開發(fā)利用（始于1978年）等。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用

90年代以來，系統(tǒng)工程在與以下七個(gè)方面的結(jié)合上已具有初步結(jié)果和強(qiáng)勁勢(shì)頭：企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型時(shí)期我國(guó)改革發(fā)展的重大現(xiàn)實(shí)問題（綜合配套改革、和諧社會(huì)建設(shè)、自主創(chuàng)新、資源能源問題、新農(nóng)村建設(shè)、城鎮(zhèn)化、社會(huì)保障、應(yīng)急管理等）管理科學(xué)、經(jīng)濟(jì)科學(xué)、工程科學(xué)各種前沿問題落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀社會(huì)信息化變革重大投資和大型項(xiàng)目管理思維科學(xué)和生命科學(xué)第一章：系統(tǒng)工程概述－系統(tǒng)工程的研究對(duì)象１、SE的研究對(duì)象是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)該類系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、屬性及目標(biāo)多樣、一般為人-機(jī)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)性突出等。第一章：系統(tǒng)工程概述－系統(tǒng)工程的研究對(duì)象２、系統(tǒng)的概念（a）什么是系統(tǒng)系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的諸多要素組成的具有一定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)是由兩個(gè)以上的要素組成的整體。系統(tǒng)的諸要素之間、要素與整體之間、以及整體與環(huán)境之間存在有機(jī)聯(lián)系。系統(tǒng)要素之間的聯(lián)系與作用必產(chǎn)生一定的功能。對(duì)系統(tǒng)的理解：第