1、系统工程,授课教师：唐海萍北京师范大学资源学院联系电话：58802108（o） 电子邮件：,首先看看石墨和金刚石,再来看看齐王赛马的故事,最后说说系统工程,系统的功能,F（C，S，E） F 功能 C 组成要素 S 结构 E 环境.,系统的要素,系统的结构,环境因素,系 统 概 述,系统工程课程简介,系统工程是一门新兴学科 系统工程是一门实用性很强的工程技术系统工程是一门以系统为研究对象，以运筹学、信 息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高 度综合地运用电子计算机等各种现代技术，担负 总体协调使命的管理与设计学科。,本课程讲授重点是：力图将这门组织管理的技术与运筹决策的艺术结合起来介绍给学生
2、。,系统工程方法论,计算机技术,参考教材,谭跃进、陈英武、易进先编著.1999.系统工程原理.湖南长沙:国防科技大学出版社. 顾培亮编著.1998. 系统分析与协调.天津:天津大学出版社. 林定夷编著.1998.系统工程概论.广州:中山大学出版社. 汪应洛主编.1999.系统工程.北京:机械工业出版社. Modeling the Environment-An introduction to system dynamics models of environmental systemsAndrew Ford ed. Island Press,1999.,第一章 导 论,第一节 系统工程的定位 第
3、二节 系统工程的发展概况 第三节 学习系统工程的意义 第四节 系统工程方法论,一、系统工程与与其他相近学科的关系,二、系统概述,三、系统工程定义,第一节 系统工程的定位,四、系统工程在资源学科中的地位,系统分析,运筹学,系统工程,系统科学,？,？,？,系统工程的定位,系统工程与与其他相近学科的关系,奥地利理论生物学家贝塔朗菲将系统论分为：一般系统论 - 关于“系统”的科学，对各种不同的具体科学（物理学、生物学、经济学等）的系统进行科学的理论研究，要求用精确的数学语言描述各种系统系统技术 涉及系统工程的内容，着重研究系统思想 与系统方法在 现代科学技术和社会的各种系统中的 实际应用系统哲学 包括
4、系统本体论、系统认识论、以及人与世界关系的价值观、人本主义等等,系统工程的定位,系统科学 系统工程系统科学 : 一门从总体上研究复杂系统共同运动规 律的科学系统工程 : 一门系统科学、工程技术学、经济学和管理学等相结合的 组织管理技术，是一种改造客观世界的工程技术，同时也一种运筹与决策的艺术。,系统分析 系统工程,系统工程系统分析系统工程包括在系统方法之中，与系统分析并列系统工程包括系统分析、系统设计和决策分析本课程体系：系统工程系统分析系统决策,系统工程的定位,运筹学和系统工程可以看作是属于一个领域中的两个姐妹学科，都是系统思想方法定量化的实际应用研究。 运筹学的目的：增加现有系统效率的分析
5、工作，通常涉及现已存在系统的运营情况，如工厂、市场等系统；以专业技术为导向，分析程序由下而上（战术）,系统工程：对若干可供选择的执行特定任务的系统方案进行选择比较；以问题状况为导向，分析程序由上而下（战略）系统工程：设计新系统的科学方法。（钱学森）,运筹学 系统工程,系统工程的定位,部件及属性、 环境及界 限、输入与输出,系统概述,西方传统系统思想,中国传统系统思想,系统的定义,系统的构成要素,系统的分类,基本特性,3 近代对世界、整体和部分的看法有了更深一步认识，但是逐 渐把世界看成是机械的、可以分解为若干独立的部分；还原论占了统治地位。到后来，这些学者也形成了有机体的概念，同时认为宇宙系统
6、是自组织演化的。 4 马克思、恩格斯的系统思想是辨证唯物的。在恩格斯看来，整个世界是一个有机联系起来的复杂的系统，物质世界是有层次的；马克思认为整体不等于部分的简单相加，各个部分之间协同配合好时可以产生新的东西，新的力量。也就是说，整体可以发挥局部所不具有的功能，比如碳的含量不同可以组成铁、钢 ，等,整体和部分关系,系 统 概 述,一 西方传统系统思想演化1公元前五、六百年，古希腊的哲学家和科学 家们就探索了系统的基本思想，认识到世界是一个系统，由一些基本要素组成 ；并认识到 整体和部分的辨证关 系。 2著名古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle）在公元前三百多年就提出整体是由部分组成，但
7、是整体效益却大于各个部分的效益总和。,二 中国传统系统思想中国古代朴素的系统思想早在公元前一千多年前甚至 更早就已经形成了。最早是八卦与周易公元前五百多年前，以老子为创始人的道家对系统提出了精辟的看法黄帝内经“天人相应”孙子兵法，李冰父子建造都江堰均含系统的思想,（参见顾基发, 唐锡晋. 2000. 从古代系统思想到现代东方系统方法论. 系统工程理论与实践, (1): 8992.）,系 统 概 述,小资料：都江堰水的顺势疗法 参见：中国国家地理，2003年第9期（四川专辑）,公元前272年，李冰担任蜀郡郡守，一是让岷江水经过成都，使航道畅通，同时在发洪水时控制水，不使其泛滥平原：在岷江河道上建
8、立一个既能引水又能防洪的水利工程。,中国古人为实现战争目的而在岷江上修建的都江堰，是世界上最早的无坝引水工程，从建成至今的2258年间生生不息，把成都平原从“水乡泽国”变成了“天府之国”。与平均寿命50年的现代大坝相比，都江堰足以证明“疏导治水”理念的成功。,用竹片编成笼，笼内装满卵石，用渡船抛至江心，4年后，在岷江河道中间出现了一个类似大鱼嘴的江心坝，岷江水被一分为内外两江； 在2000多年前的战国时代，生产工具的局限使得人们只能使用棍棒和铁锤把大山凿开，李冰妙计为：用火烧岩石，直烧到岩石发红，再用冰凉的江水浇在滚烫的岩石上，岩石在热胀冷缩中裂成碎块，这时民工再用棍棒和锤子凿开石壁，工程进度
9、会快的多。历经8年，玉垒山山体上劈开一条宽为20米、长80米的水路，后人将此进水口称为“宝瓶口”。,系 统 概 述,四川成都 都江堰全貌,系 统 概 述,现代水利学中的“弯道环流”原理。凹岸、凸岸、泥沙沉积,系 统 概 述,系统具有的独立的三个判别特征：界限、组成部件、用途,钱学森：系统是由相互作用和相互依赖的若干 组成 部分结合的具有特定功能的有机整体。,系 统 概 述,三 系统的定义,图1.1 系统的基本概念图,系 统 概 述,系统的诸部件及其属性 ：结构部件、操作部件、流部件,S（C，S，F，E） S 结构 C 组成要素 F 功能 E 环境.,【1】,【2】,【3】,系 统 概 述,四
10、系统的构成要素,系统的环境及其界限,系统的输入与输出,图1.2 系统结构图,系 统 概 述,f,Y,处理器,反 馈,输出,输入,原材料,生产车间,办公室,成品库,成品输出,原材料等输入,外界社会系统环境,图1.3 系统活动结构图,物质流,信息流,指令流,工厂生产系统,系 统 概 述,自然系统 人造系统实体系统 概念系统动态系统 静态系统控制系统 行为系统开放系统 封闭系统,系 统 概 述,五 系统的分类,六 系统的基本特性,适应性 动态性 相关性 目的性 层次性 整体性,系 统 概 述,【1】 对象【2】 内容【3】 目的,【4】 特点,整体性（系统性）关联性（协调性）综合性（交叉性）满意性（
11、最优化）,系统工程定义,系统工程定义,第二节 系统工程的发展概况,一、系统工程的形成与发展,二、系统工程在我国发展的概况,三、系统工程的应用,系统工程的发展概况,系统工程的形成与发展,形成：20世纪40年代。初期是在现代科学技术和军事需 要的推动下，作为一门以系统为研究对象，以运筹学、信息论、控制论、管理科学等科学理论为基础，高度综合 地 运用电子计算机等各种现代技术，担负总体协调使 命的管理与设计学科而产生的。,1938年英国正面临着德国飞机空袭（film:伦敦上空的鹰）防空作战系统（雷达站、高炮阵地、机场和飞机等）运行问题,曼哈顿计划 贝尔电报电话公司,成熟：20世纪70年代，系统工程进入
12、到解决各种复杂大系统的最优控制阶段，特别是在国民经济的计划、协 调方面。,系统工程的发展概况,发展： 系统工程真正形成为一门独立的学科，通常以1957 年美国学者H.Goode & R.Machol 合著的系统工程（Systems Engineering）一书的出版作为标志。到20世纪60年代，系统工程的发展开始推广应用于技术内容 虽然较少，而更多考虑社会因素（如交通、城市规 划、水源系统、保健系统以至全球性的人口控制、生 态平衡等等）的大系统。,“两弹”的研制美“阿波罗登月计划”的冲击,提前两年完成，且：实际进入地球转移轨道的时间与发射前预定的时间分毫不差；飞船与登月舱的对接比预定时间相差1
13、5秒；返回地球的轨道相差1弧秒；进入大气层的时间与控制者预定时间相差2秒；溅落到太平洋海域的精度只相差1弧秒。靠系统的协调技术！,钱学森,系统工程的发展概况,系统工程在我国发展的概况,科技管理 农业系统工程 企业系统工程 工程项目管理 教育系统工程 人口系统工程 军事系统工程,系统工程的发展概况,社会系统工程 经济系统工程 能源系统工程 水资源系统工程 区域规划系统工程 环境生态系统工程 交通运输系统工程,系统工程的应用,实例：20世纪60年代初的美苏核军备竞赛,K: 核武器的损伤值c：命中误差，即偏离目标中心的距离y：核武器的当量,苏：研制巨型核弹 （500万1000万吨级),美：模拟核武器
14、破 坏力的数学模型,策略： 提高命中精度,策略： 提高核武器当量,第三节 学习系统工程的意义,c 减少7/8; y 增加8倍； 各自会怎样？,系统工程原则上是一门“参谋课”，“顾问课”，工具课；需要结合专业知识。,正确,成功,学习系统工程的意义,国内外许多事例表明，运用科学的管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资平均在15以上，而用于管理的费用一般只占总投资的36。,潜移默化中提高处理问题的能力,通过提高管理和决策水平来提高我们工作效率,充分运用各种资源，将他人优势转化嫁接,有利于制定正确的政策和策略（可大可小）,课外阅读资料：体现全局观念和整体优化观念，蕴涵着朴素系统工程 思想的典范案例：1 . 四川都江堰水利工程2. 明朝永乐年间的大铜钟浇铸工程3. 齐王赛马的故事4. 美国贝尔电话公司发展通讯网络案例5. 曼哈顿计划6. “两弹”的研制；7. 美“阿波罗登月计划”,
