第一讲系统工程概论

系统工程西安交通大学管理学院李刚课程简介n 教材n 系统工程（第三版）， 汪应洛主编，机械工业出版社n 考核方式n 出勤（ 5%） +平时作业（ 10%） +课堂讨论（10%） +考试（ 75%）n 学时： 48小时n 考试方式：闭卷考试n 课程实践n 各系统分析小组活动（含正式报告）， 5学时（课内） +（约） 10学时 （课外）引子n 老子的宇宙论n 道，可道，非常道；名，可名，非常名。无名，天地之始；有名，万物之母。故，常无，欲以观其妙。n 道生一，一生二，二生三，三生万物。万物负阴而抱阳，冲气以为和。n 解释：道是无形体的一，无形体的一既称为一，已成为有，虚一和实一便是二，有一有二，便构成三。万物的背后是阴气，胸前是阳气，两者在交流中得以和谐。常听到的几件事情n 经济系统n 计算机系统n 生态平衡n 和谐社会n 三峡工程n 人民币汇率问题n 经济增长与环境污染系统工程的对我们的意义n 时代特征及社会发展趋势n 经济全球化n 动态市场带来挑战和机会（变化）n 社会加速信息化n 创新开始成为时代的最强音 n 社会进入合作竞争新时代n （ COOPETITION； GUANXI）n 可持续发展引起普遍关注 n “要学一点系统工程 ”系统工程的对我们的意义n 管理科学的发展与管理人才培养n 管理科学发展的 “制高点 ”系统化管理n 交通大学的发展及其管理学院的学科优势n 钱学森、许国志、汪应洛 n 系统工程能让你成为n 战略管理者n 宏观政策的制定者n 企业的 CEOn .什么是系统工程n SE是以大规模复杂系统（特别是管理系统）为研究对象，在系统科学、管理科学及其运筹学等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学习，主要使学员掌握研究各种管理系统问题的思想、程序和方法。SE学科体系及其内容现代科学技术及系统科学体系 （钱学森， 20世纪 70年代末）工程技术 系统工程技术科学 运筹学、控制论、信息论等基础科学 系统学（自然科学、社会科学、数学）马克思主义哲学 系统论或系统观系统科学 (辞海版 )系统概念，即关于系统的一般思想和理论用数学的形式描述和确定系统的结构和行为的纯数学理论（包括系统的自组织理论，系统涌现理论等）。 指为了解决各种特点的系统结构和行为的一些专门学 科，如图论、博弈论、排队论、控制论、信息论、大系统论等 为了对系统对象进行分析、计划、设计和运用时所采用 的具体应用理论及技术的方法步骤，主要指系统分析和系统工程 将系统科学的思想和方法应用到各个具体领域中去 (管理系统、工程系统、）系统科学 （钱学森） 工程技术层次：系统工程，自动化技术、通信技术，是直接 改造客观世界的知识。系统工程是组织管理系统 的技术。根据系统类型不同，而有各类系统工程， 如农业系统工程、经济系统工程、工程系统工程 社会系统工程等。 技术科学层次：运筹学 信息论和控制论，是指导工程技术的理论。 基 础科学层次：系统学，系统学是研究系统的基 本属性与一般规律的学科，是一切系统研究的基 础理论。 系统观：系统的哲学和方法论部分，是系统科学与马克思主义的哲学连接的桥梁四个层次一、 SE的产生、发展及应用1.系统思想和系统理论的产生与发展n 系统思想的发展经历了三个阶段，即： “只见森林 ”（朴素的系统思想）阶段 “只见树木 ”阶段 “先见森林，后见树木 ”（科学的系统思想）阶段。n 古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具有突出地位和贡献。（天地五行学说，中医 ）n 整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。 n 一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学及自组织理论等是系统理论的重要内容和 SE的理论基础。 系统理论n 一般系统论（ general system theory)19241928;奥地利理论生物学家 L.VON 贝塔朗菲研究复杂系统一般规律的学科n 耗散结构理论（ dissipative structure theory)1969； 比利时统计物理学家 I.普里戈金研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论n 协同学（ synergetics）70年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科系统理论n 超循环理论 （ hypercycle theory）1971， 德国生物物理学家 M.艾根研究分子自组织的一种理论n 微分动力系统 （ differential dynamical systems）60年代初， S.斯梅尔、廖山涛（北大数学教授）系统科学的一个数学分支。主要研究随时间演变的动力系统的整体性质及其在扰动中的变化系统理论n 突变论 （ catastrophe theory）60年代末，法国数学家 R.托姆研究不连续现象的一个新兴数学分支，也是一般型态学的一种理论，能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型n 分岔理论 （ bifurcation theory）50年代，苏联学者 A.A.安德罗诺夫等研究分岔现象的特性和产生机理的数学理论（早在 19世纪， C.雅可比， H.庞加莱等人就已引进 “分岔 ”概念）系统理论n 卡姆定理 （ KAM theorem）n 50年代中至 60年代初， A.H柯尔莫戈罗夫，B.阿诺德， J.莫泽先后提出和证明n 关于哈密顿力学系统运动稳定性的一种论断，它反映 “弱 ”不可积（或接近可积）系统的运动规律，该定理是牛顿力学在 20世纪的重大进展n 泛系理论 （ pansystems theory）n 1976， 吴学谋（中科院武汉数理所研究员）n 一种 研究广义系统、关系的理论和方法，又称泛系方法或泛系方法论系统理论n 灰色系统理论 （ gray systems theory）1979， 邓聚龙（华中科技大教授）关于信息不完全或不确定系统的控制理论，应用在系统预测等方面（复杂）系统理论以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派）以圣菲研究所（ SFI） 为代表的理论框架，其代表性理论是不是 1994年霍兰提出的CAS（ 复杂适应系统）理论（美国学派）以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）多主体复杂系统理论框架的建立。系统要素的主体化，网络化，与多主体复杂系统理论框架的建立。系统要素的主体化，网络化，与环境的一体化；微观与宏观的关系，系统涌现（环境的一体化；微观与宏观的关系，系统涌现（ Emergence） 机理，机理，系统进化、适应与学习，系统资源的分散与协调，社会经济系统的系统进化、适应与学习，系统资源的分散与协调，社会经济系统的复杂性，等等。复杂性，等等。总结： 系统科学的发展系统理论形成系统理论形成 。贝塔朗菲等的有机体论（。贝塔朗菲等的有机体论（ 1925），一般系统论（），一般系统论（1945-1956）；控制论（维纳）；控制论（维纳 1948）；信息论（香农）；信息论（香农 1949）；在社科）；在社科管理领域有：管理领域有： IE， 运筹学，组织均衡理论（西蒙运筹学，组织均衡理论（西蒙 1942， 1952），投），投入产出分析（入产出分析（ Leontief 1953）系统理论的实践与发展。系统工程（理想系统设计，系统理论的实践与发展。系统工程（理想系统设计， A. D. Hall 1962, H. Chestnut1965 67, G. Nadler 1969），）， 管理科学（管理科学（ OR， TQC）， 经济控制论（经济控制论（ O. Lange 1965） ， 组织理论（矩阵组织，多元结构组织理论（矩阵组织，多元结构论，组织的条件适应理论等），组织行为学，等等论，组织的条件适应理论等），组织行为学，等等系统科学进一步发展。系统自组织理论的建立：耗散结构理论系统科学进一步发展。系统自组织理论的建立：耗散结构理论 （ I. Prigogin 1969），）， 协同学（协同学（ H. Haken 1969） , 超循环理论超循环理论 （ M. Eigen 1979）；）； 非线性科学和复杂性研究（年代）：混沌理论，系统非线性科学和复杂性研究（年代）：混沌理论，系统演化，系统学习，复杂适应系统、自治分散系统概念的提出。演化，系统学习，复杂适应系统、自治分散系统概念的提出。1920年至50年代50年代至70年代70年代至 0年代90年代以来二： SE的发展过程阶 段 年代（份） 重大工程 实 践或事件重要理 论 与方法 贡 献I 1930 美国 发 展与研究广播 电视正式提出系 统 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 第二次世界大 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（Systems analysis） 概念， 强调 了其重要性III 40年代后期到 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IV 1957 H.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。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IV 1957 H.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。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V 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VI 80年代 SE在国 际 上 稳 定 发 展、在中国的研究与 应 用达到高潮三、 SE在我国的发展及应用n 上世纪 50至 60年代，我国的一些研究机构和著名学者为 SE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。其主要标志和集中代表是钱学森的工程控制论、华罗庚的统筹法和许国志的运筹学。n 我国大规模地研究与应用 SE是从 70年代末、 80年代初开始的。1978年 9月 27日，钱学森、许国志、王寿云在文汇报发表题为 “组织管理的技术 系统工程 ”的长篇文章；从 1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华中理工大学、n 大连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； 1980年 11月，中国系统工程学会在北京成立； 1980年 10月至1981年 1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 “系统工程电视普及讲座（ 45讲） ”，取得了良好的社会效果。n 70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，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 1978年）、 2000年中国的研究 (1983至 1985年）、全国和地区能源规划（始于 1980年）、全国人才和教育规划（始于1983年）、农业系统工程（始于 1980年）、区域发展战略（始于 1982年）、投入产出表的应用（始于 60年代和 1976年）、军事系统工程（始于 1978年）、水资源的开发利用（始于 1978年）等。n 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势头。四、 SE研究对象1、 SE的研究对象是大规模复杂系统该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人 -机系统、经济性突出等。系统的概念n 系统的定义n 系统是由两个以上相互联系的要素所构成n 要素n 功能n 结构n 环境系统的概念n 系统的属性：n 整体性n 关联性n 环境适应性系统的各种形态自然界所面临的系统是各种各样的，它们以各种各样