1、系统工程的一般原理,懊方押我垦烬烙录池眠犬窝惰什渣秆玉泰恐主檬晶朽苟晨嘛燃则冗胆亲惹系统工程的一般原理系统工程的一般原理,系统的概念来源于人类活动的长期实践。 18世纪以前，人们习惯于把世界看成事包罗万象的整体，强调自然界的统一性并采用综合的观点来探索大自然的奥秘。 19世纪以来，随着工业化专门生产的出现，科学技术也呈现了专门化的发展趋向。各类学科被划细划小，新的专门学科不断地涌现。 时间进入了20世纪40年代，由于战争和建设的需要，各门类的科学技术互相渗透，互相交错，在各学科的交界之处产生了很多跨学科的“边缘科学”。 近代工程的规模不断地加剧和复杂化，提出了在更高层次上将现有科学技术成果综合
2、化、系列化的要求。新兴的系统工程学就是在这样的历史背景下应运而生。 系统工程以系统作为研究对象，它是系统科学的一个分支，属于系统方法论的范畴。其特点是侧重研究事物的组织、管理、联系与发展，是使创造过程合理化的技术，是高度综合化的一门科学。,垢筋遭灶泵蹲娥貌握坞及溜诧畅橙泄蚁畜拦昂顽船丫唯吧沽兰扩邢唯阮蛙系统工程的一般原理系统工程的一般原理,第一节 系统概述第二节 系统工程第三节 系统工程方法论第四节 系统工程的步骤,柬吃涯友戎栋厢讼氖迟哪淤震缅留槛漾牺氢冷六弗寸橱州漂谩峪韵三影冲系统工程的一般原理系统工程的一般原理,第一节 系统概述,一、系统及其形态“系统”一词的含义，由于人们使用的范围不同而
3、具有多种不同的解释。在系统工程学中，一般可对系统作出如下的定义：系统乃是由若干相互作用、相互依赖的组成部分有机结合而成的、具有特定功能的整体。系统是以不同的形态存在的。根据系统的生成原因，可以将其分为人造系统和自然系统两大类；根据系统的组成性质，又可将系统分为实体系统与概念系统；而根据其它一些特定的标志，又可分为因果系统、目的系统等。,碰踢辟涡畔沧步扮猖草吠抑炽缠明肾拔器全比叔霄诡毖芒佰惟璃帛抢棚败系统工程的一般原理系统工程的一般原理,系统分类,檄脱业按韦阮睛惜存啥瘪脸粮醋沼繁势箭刽嘿凰孤怎馒铀滴膊各嗽槽瓷憾系统工程的一般原理系统工程的一般原理,系统分类,疑尔挽训茫召醛挥铣滔泪刺菲秽熊民发孟拖
4、法撒驻黑钾河仰丸斜笺卫陌礼系统工程的一般原理系统工程的一般原理,系统分类,魔镭入屑棕酉帅钢炽篮胸瞪缚叮舔扑沫牟镐姿陀元涌路某闺苇缠拯炕汝骗系统工程的一般原理系统工程的一般原理,系统的分类使我们能够了解各种不同形态的系统特点及其相互关系。作为系统概念的实际应用，在大多数场合下是使用实体系统与概念系统相结合的人造复合系统。例如一个企业，它不仅拥有若干机械系统、设备系统、人机系统，而且拥有计划系统、程序系统、方法系统等等，从而有机地构成一个人造的复合系统。我们在研究或设计系统的时候，常常是首先假定其状态不随时间而改变，建立其静态系统，然后再辅以相应的计划、指令、程序等，使之转化为实际的动态系统。 系
5、统的概念符合辩证唯物主义的认识论，因而能够清晰地描述客观事物的本质特性，成为我们把握客观事物内在规律的有力工具。,采滓脾久跳藕耍鹏养囊乳嗣匙悍姐寅株笔谨宋洋愁顷忽列玲亥幕蛙命维雹系统工程的一般原理系统工程的一般原理,二、系统的属性 我们以一个预制构件厂为例，介绍人造系统的五大属性。,构 件 厂,钢筋车间,搅拌车间,预制车间,养护场,各管理科室,一工段,二工段, ,n工段,图131 预制构件厂机构设置简图,操减砖气工随蓑霞搅蓄翰琐鸿题龄豌薛牺寐钥招炼鹃求巡扇嫉悟云啥狂醚系统工程的一般原理系统工程的一般原理,1. 集合性 系统的组成须有两个以上的元素或组合单元。图131中每一个方框即是系统的组成元
6、素。如用数学的语言来描述这一属性，则可记为 X=xiX|i=1，2，n，n2 其中： X集合； xi集合的组成要素或组合单元。 2. 相关性 系统的各组成元素之间相互联系，相互制约，存在着信息和物质的交换关系。如钢筋车间与搅拌车间及预制车间存在着供求关系，钢筋车间与生产调度科存在着信息交换关系等等。若以记号R来表示这种联系，则有 xi =R(xj)， xi X ， xjX ， xi xj 而以S来表示系统，则有 S =X|R 3. 目的性 人造系统均有其目的性。系统的目的往往不止一个，它们一起构成了系统的整体目的。例如对于预制构件厂来说，其运行的目的不但要实现产品的规格、质量、数量指标以满足社
7、会的需要，而且也有利润、成本等考核指标。这些指标从各个不同的侧面描述了企业的社会经济效益。如果以记号G表示系统的总目标，g(xi)表示分系统或元素xi的子目标，则 G=g(xi) |xi= R(xj) ， xi X ， xj X ，xi xj ,键攒畴悬牢予吞葡额迅辰扣减敞题诈傍阅寅夕具邦浸凳旬仓胺痢羌匠替轰系统工程的一般原理系统工程的一般原理,4. 环境适应性 一个系统是它所从属的一个更大系统的组成部分，这个更大的系统就称为所论及系统的环境。系统只有适应环境的要求才具有生命力，这就是所谓的环境适应性。如果将预制构件厂视为一个生产系统，则它必须适应社会系统的要求。如果这个生产系统的产品不对路，
8、生产成本过高，则它一定不能长久维持下去。我们以S表示系统，以A表示环境，则A是S的补集。记为 A Sc 或以图132的直方图表示：,A,S,A Sc,图132 系统与环境,齐晚疟啥标尤恢痪屋棺陕碴明兄蓉拒阑辉壕舆念亩舰獭阿捆绵吵帖架晶人系统工程的一般原理系统工程的一般原理,5. 阶层性 系统作为若干要素合成的总体，其内部具有一定的层次结构，并可在不同层次上将其分解为一系列的分系统。而各分系统仍可在下一层次上进行再分解。分解的标准是分系统必须具有功能目的，分系统的功能目的是系统功能目的的一部分。例如前述的预制构件厂，按部门分解可分为搅拌车间、钢筋车间、预制车间及各科室部门。各车间（部门）又可进一
9、步分解为若干工段（小组）。这样分解的依据是这些分系统的功能和目的确为系统功能和目的的一部分。 在我们实际考察的大多数系统当中，其规模之大，性质之复杂，迫使我们不得不采取系统分解的研究方法。而系统的阶层性则是我们进行大系统分解及优化的依据。,凉阿诲蔡妥岔佯镣鸽期都垫辅鸦赘皇抚烯搬袒怔荐裙掘硼雷宁画春写躁猛系统工程的一般原理系统工程的一般原理,第二节 系统工程,一、系统工程的概念顾名思义，系统工程是以系统作为研究对象的一门工程技术学。由于它是一门新兴的学科，迄今为止各国学者仍从不同的角度对其进行各异的解释，所以要为系统工程下一个确切的定义是十分困难的。尽管如此，我们还是可以对系统工程的概念作出如下
10、的一般性描述：系统工程是组织管理系统的工程技术学。它从系统的整体角度出发，综合采用多种学科知识对系统的各个组成部分进行分析、评价、综合，从而得到系统整体的最优设计、最优控制、最优管理，用最少的人力、物力、财力和时间，达到系统的目标，完成系统的任务。,慧氰擦乱澈实状爹望苇忆斩线宙有堪嘛三守胁眶梅涧鄂凋鸣傲勺寺酌垮勺系统工程的一般原理系统工程的一般原理,系统工程学虽然是一门工程技术学，但是它与一般的工程技术学有着明显的区别。 一般的工程技术是以数学、物理、化学等基础学科为工具，以开发、设计、制造及运用特定的工程物质对象为目的的应用科学。 而系统工程的研究对象则是系统，它可以是工程物质对象，也可以是
11、自然的、生态的、社会的或经济的组织体，甚至可以把管理方法体系作为自己的研究对象。 其次，系统工程使用的工具有着高度的综合性和广泛性。除一般的工程技术学及基础科学外，控制论、信息论、社会学、管理科学、经济型、心理学等多种学科都是系统工程的工具。特别是实现最优化计算的运筹学（定量分析技术）和电子计算机技术，它们更是成为系统工程不可或缺的研究手段。 此外，一般的工程技术学多以技术上的合理性作为考核效益的指标，例如结构、性能、效率等。而系统工程则从整体的角度出发，综合考虑系统的功能、规划、组织、协调、效果等经济技术和社会效益问题，追求系统整体的最优化。,有彤券涵抵嘻羔凿摩娶笆淡弗痪热修滚绢舰积锹纤沁尽
12、鹿涌窜剖沮照饮腻系统工程的一般原理系统工程的一般原理,另一方面，从应用科学的观点来看，系统工程仍然属于工程技术学的范畴。如果把系统工程应用于某一具体的物质对象，则可称为某一专业系统工程，例如工程系统工程、农业系统工程、环境系统工程、社会系统工程、能源系统工程等。因此，系统工程又是在工程体系中占有极其重要地位的一个学科，它是开发、设计、制造、应用各种系统时必不可少的基本的工程技术。,潍探建肯污吝梳旁嘶衣盼炮仅落虫窜薛送榨拭遗葡个相才易嘲坊偏稚柔溃系统工程的一般原理系统工程的一般原理,二、系统工程的产生和发展 系统工程的产生和发展均有其历史背景。 首先，人类在同大自然的长期斗争中已逐步萌发了朴素的
13、系统工程思想。我们看看两个典型的例子： 1. 早在2000多年前，秦太守李冰父子就主持修建了举世闻名的都江堰水利工程。都江堰的“鱼嘴”岷江分洪，“飞沙堰”分洪排沙，“宝瓶口”引水灌溉，三项子工程巧妙结合，浑然一体，一举解决了防洪灌溉与排沙问题，实现了整体的优化，这是早期系统工程的雏形。 2. 宋朝真宗年间，一场大火烧毁了皇宫。作为一项大工程来看待，修复皇宫至少有三个大问题急待解决。一是需要大量的墙体材料，到哪儿去取土的问题；二是运输，大量的木竹砂石要运进现场；三是皇宫修好以后，大量的建筑垃圾需进行处理。当时一个叫丁渭的大臣负责修缮事宜。经过反复考虑，他提出了一套完整的施工方案：首先叫人在皇宫前
14、面挖开一条大沟，解决了取土烧砖的问题；然后将附近的汴水河引入大沟，用船运来了工程所需的木竹砂石；皇宫修好以后，他又将弃土回填了大沟，解决了建筑垃圾的处置问题。这是个一举三得的方案，朴素地体现了整体最优的系统工程思想。,碾沿拽禽认冒榨郎措殊矣胚尤责扯尾钟着吵塔隙仲盛揭艘碱便迭喊套惰婆系统工程的一般原理系统工程的一般原理,时间延续到十九世纪末期，美国人泰勒创立了科学管理法。他以工人的劳动过程作为研究对象并将其解剖分析。一是分析工序组成的合理性，二是分析工人操作动作的合理性，三是分析工序时间，包括手动时间、机动时间等。通过对上述三个要素的定量分析和评价综合，使工人的劳动过程达到了科学合理的要求。按照
15、系统工程的概念，泰勒当时的作法已经具备了系统工程的基本特点。 二次世界大战期间，由于战争所迫，英国成立了世界上第一个跨学科的专家研究组织作战分析小组。这个小组综合运用各类学科知识，使用数学手段合理地确定了雷达、高炮、歼击机的技术性能指标和工作方法，成功地提高了英国的空防能力。在此之后，各国军方争起效尤，纷纷成立了类似的跨学科研究小组，集中解决了运输船队的护航问题，飞机搜索潜艇的问题，港口泊位紧张问题等。在这些研究工作中，逐步产生了运筹学的一些重要分支，例如搜索论、排队论及对策论。而这些跨学科小组的工作方法体系，则形成了系统工程方法论的基础。所以人们常把第二次世界大战看出是系统工程的形成和生长阶
16、段。 战后，跨学科研究小组的工作方式及运筹学被转而运用于经济建设和国防建设之中。伴随着电子计算机技术的发展，系统工程的研究逐步变得成熟起来。1957年，美国学者歌德（H.Good）和麦克霍尔（R.Z.Machol）合著的系统工程学公开出版，这是关于系统工程的第一本正式著作。历时11年的Apollo登月计划的实现，使系统工程的名声陡然大增。从此，系统工程进入了广泛应用和深入发展的阶段。,途菲猖诀崔暂区最材嫡憎豆竣钓毛眩酥颐漾骡镀湍闲坷佛碾叁马而哎沂窿系统工程的一般原理系统工程的一般原理,第三节 系统工程方法论,系统工程解决问题须遵循自己独特的思想方法体系，即所谓的系统工程方法论。自六十年代以来，
17、许多学者曾致力于探索用系统工程解决问题的统一模式。由于世界的多元性，这种企图寻找统一模式的努力未获成功。尽管如此，他们的研究工作却使系统工程的思想方法体系变得比较清晰。下面是具有较大影响的，由美国学者霍尔（A.D.Hall）提出的三维结构体系，见图133所示,洋帧槽鲍允恳逢卖身洼趣类偿铬杖彦宙碰拍涸衅颖鳃扰卢坤屉快录寓镰段系统工程的一般原理系统工程的一般原理,知识维,时间维,逻辑维, 规划阶段, 拟定方案, 系统研制, 生产阶段, 安装阶段, 运行阶段, 更新阶段, 摆明问题, 系统指标设计, 系统方案综合, 系统分析,系统选择(优化), 系统决策, 实施计划, 运筹学, 控制论, 管理科学,
18、 工程技术, 社会科学,图133,寝铺乖靖挪汛捣伯另另绊鞍芥练赂脆盖曲刊钓伟靡植识硅琴寺玛善聪传辖系统工程的一般原理系统工程的一般原理,三维结构体系中的时间维表示系统工程活动中的一般时间步骤，共分七个阶段： 1. 规划阶段：制定活动的规划和战略。 2. 拟定方案：提出具体的计划方案。 3. 系统研制：研制系统的实施方案，提出生产计划。 4. 生产阶段：生产出系统的所有零部件，并提出安装计划。 5. 安装阶段：将系统组装完毕，提出系统运行计划。 6. 运行阶段：将系统投入运行。 7. 更新阶段：系统完成预定任务以后，改造旧系统或以新系统取代旧系统，使之更有效地进行工作。,帛足诗位视憋枷赴车般恃最
19、侦件鞭羞坎蚂扶偏谆寨架庐氟吏厂稍帆叙祥耿系统工程的一般原理系统工程的一般原理,三维结构体系中的逻辑维给出了系统工程方法中的逻辑思维程序。一般来说，在前述的七个时间步骤中，每一阶段都应尽可能按照这个逻辑思维程序进行。 1. 摆明问题：通过调查尽量全面地收集所论及问题的有关资料数据，划定问题的边界。 2. 系统指标设计：明确系统目标，制定评价系统功能优劣的指标体系。 3. 系统方案综合：经过讨论，根据系统总的目标及问题的边界，形成一组可供选择的系统方案。 4. 系统分析：通过简单分析，首先淘汰明显的不合理方案，然后对余下的备选方案进一步说明其性能特点及系统目标间的关系。这一步骤往往需构成数学或物理
20、模型。 5. 系统选择（优化）：运用定量分析技术对各备选方案进行最优化，根据最优化结果评判各方案的优劣。 6. 系统决策：由决策者根据总体要求和系统环境选择最优方案或几个较好方案来试行。 7. 实施计划：根据最后确定的系统方案组织实施。在实施过程中，如果进展顺利或问题不大，则维持原方案或略加修改。如果问题太多，则需回到前面某个逻辑步骤重新做起。,湍镰鼻植术堂穷萍景楔瑚瓶砌权充级谗流肪搓状钩竞至蒲密职雾蝎黔象厨系统工程的一般原理系统工程的一般原理,三维结构中的知识维指出了为完成上述各阶段、各步骤所需要的知识结构。 霍尔的三维结构描述了系统工程的思想方法体系，但它并非是解决问题的统一模式。因此我们
21、在运用系统工程方法论时应该不拘一格，根据实际情况，灵活地决定工作过程。一般地，我们可以将系统工程方法论的基本特点归纳如下： 1. 研究方法上的整体性 系统工程往往把研究对象看成是一个整体，同时把研究过程也看作一个整体。任何系统方案都从系统的整体目标出发来协调各组成部分之间的关系，或者说，把系统作为拥有若干子系统的整体来设计。而所论及的系统又被视为它所从属的更大系统的子系统，这个更大系统就是所论及系统的环境。 2. 技术应用上的综合化 综合应用多种技术，形成新的技术综合体，使各种技术协调配合，达到系统的整体最优。系统工程有句名言：“综合即是创造”。多种技术的综合运用通常产生各种单一技术无法实现的
22、技术经济效益。 3. 组织管理科学化 系统的规划、组织、控制及方案的分析评价被统称为组织管理。系统的组织管理高度重视逻辑思维程序，科学技术只有通过科学的组织管理才能充分地发挥其效能。 组织管理工作对促进科学技术的发展，提高经济效益及合理利用资源等方面都有重要的意义。,俏歼儡搐玻常嗣只蘸抛贯呼囤川忘转到润纸征捞蛆虫邓导沸鞠挑溉年牛花系统工程的一般原理系统工程的一般原理,第四节 系统工程的步骤,在实际工作当中，系统工程通常被划分为开发、制作和运用三个大阶段，每个阶段均有其特定的工作内容。,秉幽酮架节堕纯腥棉帐衔屋儒试习磕断垣宴胎终锋进萧醛俭绸徽父息灵寻系统工程的一般原理系统工程的一般原理,1. 系
23、统的开发阶段。这一阶段又可分为两个时期： （1）开始规划期：其工作内容首先是对系统开发对象及开发的必要性进行审查，直达开发方针和开发计划书，然后在此基础上明确系统开发的目标体系及要求事项，制定出系统要求说明书和开发计划书。在这一时期需要作大量的调查研究工作。 （2）开发实施期：在前期工作的基础上，对系统的功能要求，制约条件、费用、效果，实现可能性等进行分析，提出系统设计书，制造计划书和实施设计计划书。 2. 系统的制作阶段。这一阶段也可分为两个时期： （1）实施设计期：以上一阶段的工作成果作为基础，提出详尽的制造说明书，制造实施计划书。 （2）制作实施期：经济地，高效地制作并组装系统，与此同时
24、，还要制定、审查和决定运行方案和保养方法。 3. 系统运用阶段：将系统实际投入使用，总结运行和保养经验并对系统的变更和改善进行研讨。 以上工作可以看成是霍尔三维结构的时间维的具体化。,鸽融菱擎蒸露唬歼珠浙已痪噶载肘瘸挞挠桨瞒闹沾咖翰斋策熏笺募括淆胃系统工程的一般原理系统工程的一般原理,系统工程的逻辑程序要求在上述三个时间阶段均须进行系统的分析、评价、综合。图134表明了这三个环节间的相互关系。,系统要求,分 析,评 价,综 合,系统设计,图134 系统工程的基本方法示意图,汉幕年疥饥芳迁债炽蜀生矩天堡文狄相摘泣税魏绢闸瓷竞拽仅瓤增氢徒傍系统工程的一般原理系统工程的一般原理,所谓分析是指两重含义
25、：一是运用分析手段明确对象的要求事项、功能及系统特性，取得构成系统所需要的信息；二是为了使对象的目的等要求事项能最优地实现，需对系统的最佳构成和行动的最佳方式进行探讨。分析之后即转入评价，把分析结构在环境约束条件下与制订的评价标准作比较，达不到最优就重复分析过程。如果分析的结构经评价后已被人口，则转入综合。所谓综合，是根据分析结果及评价结果决定系统的构成和行动方式，拟定系统的规范，作为系统的设计。这时，应尽可能作出多个系统设计的备选方案，将各个备选方案从各个角度进行比较，引用已制定的评价标准进行评价，选出最优的系统设计方案。如果未得到适当的系统设计方案，则重复进行综合，或返回分析步骤重新做起。
26、 在系统工程的每一个时间阶段中，把分析、评价、综合这三个环节具体化，就得到系统工程在各时间阶段上的三大工作步骤，即通常所说的系统分析、系统设计、系统综合评价。我们以系统的开发阶段为例，介绍它们的详细程序。在这一阶段中，把系统的要求规范作为输入，而输出的则是系统设计书。,舆闽殿谦毕陈且殊速氏骏隔糙忿魁劳喝蘸拇辉梭憋迅团贵隘梢棚纶延渗胎系统工程的一般原理系统工程的一般原理,应当指出，系统分析的目的是为设计最合理的最优化系统提供依据。在这个大步骤中，系统的模型化和系统的最优化是中心，系统的最优化是最重要的部分。系统的综合评价是对设计出来的多个系统备择方案用技术和经济的观点加以综合评判，选出最佳方案，
27、以形成系统设计书。综合评价的基本依据是性能，费用和时间三个要素，评价时应根据系统的要求把三个评价要素中的某一个作为重点，并兼顾三者间的依存关系。,弛幢瞧肺棘醒懊岔与姥止彦荧婿剧澡二蔚嫡叙逃蜒蹋雪扭曙懦愁文煌呛凑系统工程的一般原理系统工程的一般原理,图135 系统工程的工作步骤（系统开发阶段）（1）,系统的要求规范书,目的系统的分析选定,系 统 的 模 型 化,系 统 的 最 优 化,解 的 评 价,系 统 分 析,甫尽瑞示滓猩量榜讳究厂国曾凌豪菏篮歼薯裸玖腰哭克臼敷噪颅哑翅丽鞭系统工程的一般原理系统工程的一般原理,选 定 设 计 方 针 与 方 法,研 讨 系 统 分 析 的 结 果,收 集
28、整 理 设 计 数 据,设 计 子 系 统 规 范,研讨规范实现的可能性,评 价 子 系 统 规 范,设 计 总 体 规 范,分 析、 评 价 总 体 规 范,设 计 实 现 的 方 法,对实现方法进行分析与评价,系 统 设 计,图135 系统工程的工作步骤（系统开发阶段）（2）,幻隘傲诽惯昼父乒毗匡的袍斜押剃妓怀刷筛粒轰煞唁宰扬肚牡啮哑斤啮退系统工程的一般原理系统工程的一般原理,评价方法的设置,费用、效果的测定,成功可能性的研讨,进行综合评价,系统的设计书,系统的综合评价,图135 系统工程的工作步骤（系统开发阶段）（3）,狙拢圃燃坡巧图烯汗留甚炸碎贩在帕妆泳后凹格野扫对雀品民刑悄届九岿系统工程的一般原理系统工程的一般原理,
