系統(tǒng)工程導論PPTNo2-1

1、系統(tǒng)工程導論系統(tǒng)工程導論 第二章 系統(tǒng)工程理論與方法論 第一節(jié)：系統(tǒng)工程理論基礎系統(tǒng)工程理論基礎( (自自 學）學） 第二節(jié)：系統(tǒng)工程方法論及發(fā)展 第三節(jié)：系統(tǒng)分析原理及應用 第一節(jié):系統(tǒng)工程理論基礎 (1)系統(tǒng)科學體系 (2)系統(tǒng)工程理論 (1)系統(tǒng)科學的科學體系 3、 基礎科學 馬馬 克克 思思 主主 義義 哲哲 學學 自然科學自然科學 數(shù)數(shù)學學 社會科學社會科學 思維科學思維科學 系統(tǒng)科學系統(tǒng)科學 人體科學人體科學 技技 術術 科科 學學 : : 運運 籌籌 學學 、 信信 息息 論論 、 控控 制制 論論 工工 程程 技技 術術 : : 各門各門 系統(tǒng)系統(tǒng) 工程工程 直接改造直接改造

2、客觀世界客觀世界 工程技術的工程技術的 理論基礎。理論基礎。 技術科學的概括，技術科學的概括， 即為認識客觀世界即為認識客觀世界 的基本理論。的基本理論。 (2)SE理論 系統(tǒng)工程是一門交叉學科。理論基礎涉及老三論 、新三論、運籌學、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)學等諸多學 科。 錢學森我認為把運籌學、控制論和信息論同 貝塔朗菲（一般系統(tǒng)論）、普利高津（耗散結 構理論）、哈肯（協(xié)同學）、艾根（超循環(huán)理 論）等人的工作融會貫通，加以整理，就可以 寫出系統(tǒng)學這本書了。 可見，系統(tǒng)論、控制論、運籌學系統(tǒng)論、控制論、運籌學的理論基礎地位 和重要性。 運籌學 運籌學是應用分析、試驗、量化的方法，對經(jīng)營管 理系統(tǒng)中的人、財

3、、物等有限資源進行統(tǒng)籌安排， 為決策者提供有依據(jù)的最佳化方案有依據(jù)的最佳化方案，以實現(xiàn)最有效 的管理 運籌學往往運用模型化的方法，將一個已確定研究 范圍的問題，依據(jù)預期的目標， ，通過模型求解來找出最佳方案 運籌學的分支 線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、排隊理論、決線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、排隊理論、決 策理論等策理論等 q 一般系統(tǒng)論一般系統(tǒng)論（general system theory) 1924-1928;奧地利理論生物學家L.VON 貝塔朗菲； 1945年發(fā)表關于一般系統(tǒng)論 研究復雜系統(tǒng)一般規(guī)律的學科 基本觀點基本觀點 整體性 開放性及目的性（有效性、適應性、尋的性） 動態(tài)相關性

4、（動態(tài)性取決于相關性） 等級層次性 有序性（結構或空間；發(fā)展或時間） 啟示：主張以整體論代替還原論。（啟示：主張以整體論代替還原論。（思想作用更大思想作用更大） 提出了系統(tǒng)的方法：核心在于優(yōu)化，提出了系統(tǒng)的方法：核心在于優(yōu)化，整體最優(yōu)？整體最優(yōu)？。 1 1、老三論、老三論 還原論和整體論之爭 世紀基礎科學的三大成就相對論、量子論 和復雜科學的核心思想和結論分別從宇觀(時空 折疊、速度與應力)、微觀（非連續(xù)性）和宏觀 尺度下證實了還原論的局限性：其中，量子論 從根本上動搖了還原論。 復雜科學徹底動搖了還原論： 推動了復雜科學的誕生，排除了拉普拉 斯決定論的可預見性的思想。因此，復雜科學 的問世徹

5、底動搖了還原論能用還原論近似 描述的僅僅是我們世界的很小的一部分。 整體性體現(xiàn)的是非還原性或非加和性。 q 控制論（控制論（CybernaticsCybernatics） 維納于1948年出版了控制論一書 經(jīng)典控制論現(xiàn)代控制論大系統(tǒng)控制理論 研究大系統(tǒng)的結構方案、穩(wěn)定性、最優(yōu)化、建模及模型簡 化等。 ： 黑箱黑箱- -灰箱灰箱- -白箱法白箱法 功能模擬法 反饋 數(shù)量化、最優(yōu)化方法最優(yōu)化方法 q 信息論（信息論（不確定的減少不確定的減少） 美國數(shù)學家申農(nóng)（美國數(shù)學家申農(nóng)（C.E.ShannonC.E.Shannon）和維納和維納 （信息科學）信息科學）以信息為主要研究對象，以信息的運動規(guī)律以信

6、息為主要研究對象，以信息的運動規(guī)律 和應用方法為主要研究內容，以計算機、光導纖維等和應用方法為主要研究內容，以計算機、光導纖維等 為主要研究工具，以擴展人類的信息功能為主要研究為主要研究工具，以擴展人類的信息功能為主要研究 目標。目標。 類比方法類比方法 統(tǒng)計方法，統(tǒng)計方法，概率論和隨機過程概率論和隨機過程 信息方法信息方法（運用信息的觀點，把（運用信息的觀點，把系統(tǒng)系統(tǒng)看作看作是借助于信是借助于信 息的獲取、傳遞、加工、處理而實現(xiàn)其有目的性的運動息的獲取、傳遞、加工、處理而實現(xiàn)其有目的性的運動的的 一種研究方法）一種研究方法）-變量篩選、特征選擇（熵）變量篩選、特征選擇（熵） 2、新三論 q

7、 耗散結構理論耗散結構理論（dissipative structure theory) 1969；比利時統(tǒng)計物理學家I.普利高津 所謂耗散結構就是包合多基元、多組元、多層次的 開放系統(tǒng)，處于遠離平衡態(tài)時，在漲落的觸發(fā)下， 從無序突變突變?yōu)橛行?，而形成的一種時間、空間或時 間-空間的結構(非平衡不一定導致有序，平衡不一 定是無序之本) 在耗散結構創(chuàng)立之前，世界被一分為二 一個是，這個世界是簡單的、被動的、僵死的、不變 的、可逆的、和決定論的量的世界量的世界 另一個世界是，這個世界是復雜的、主動的 、活躍的、進化的，不可逆的，和非決定論的質的世界質的世界 把這兩個世界結合在一起共同思考，研究 遠離

8、平衡態(tài)的開放系統(tǒng)遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的 一種理論 q協(xié)同學協(xié)同學（synergetics） 70年代初，聯(lián)邦德國理論物理學家 H .哈肯（協(xié)同導致有序） 研究協(xié)同系統(tǒng)協(xié)同系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī) 律的新興綜合性學科 （catastrophe theory）-風險（飛 機失事、信用失效、自然災害等）(漸變漸變) 60年代末，法國數(shù)學家 R.托姆 研究不連續(xù)現(xiàn)象研究不連續(xù)現(xiàn)象的一個新興數(shù)學分 支，也是一般形態(tài)學的一種理論，能為自然 界中形態(tài)的發(fā)生和演化提供數(shù)學模型。 20世紀世紀40年代以后出現(xiàn)的部分系統(tǒng)學科分支年代以后出現(xiàn)的部分系統(tǒng)學科分支 1944 1945 1948 1

9、948 1949 1954 1957 1957 1961 1962 1962 1965 1969 1970 1970 1972 1972 1975 1977 1990 1994 1998 對策論對策論 一般系統(tǒng)論一般系統(tǒng)論 信息論信息論 控制論控制論 開放系統(tǒng)理論開放系統(tǒng)理論 工程控制論工程控制論 系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程 動態(tài)規(guī)劃論動態(tài)規(guī)劃論 一般系統(tǒng)的數(shù)學理論一般系統(tǒng)的數(shù)學理論 自組織系統(tǒng)原理自組織系統(tǒng)原理 自復制自動機自復制自動機 模糊集與系統(tǒng)模糊集與系統(tǒng) 耗散結構理論耗散結構理論 超循環(huán)理論超循環(huán)理論 生命系統(tǒng)理論生命系統(tǒng)理論 突變突變理論理論 建模與仿真理論建模與仿真理論 遺傳遺傳算法算法（

10、GAGA） 協(xié)同學協(xié)同學 綜合集成工程方法綜合集成工程方法 復雜適應系統(tǒng)理論（復雜適應系統(tǒng)理論（CASCAS） 非標度網(wǎng)絡非標度網(wǎng)絡 馮馮. .諾依曼諾依曼 馮馮. .貝塔朗菲貝塔朗菲 C.E.C.E.香農(nóng)香農(nóng) N.N.維納維納 馮馮. .貝塔朗菲貝塔朗菲 錢學森錢學森 H.H.H.H.哥德哥德 R.R.別爾曼別爾曼 M.D.M.D.曼薩諾維克曼薩諾維克 W.R.W.R.阿什布阿什布 R.R.羅森羅森 扎德扎德 L.L.普里高津普里高津 艾根艾根 J.G.J.G.米勒米勒 湯姆湯姆 P.P.齊格勒齊格勒 J. H.J. H.荷蘭德荷蘭德 H.H.哈肯哈肯 錢學森錢學森 J. H.J. H.荷蘭德荷蘭德 巴拉巴斯巴拉巴斯 出現(xiàn)時間（年）出現(xiàn)時間（年）分支學科名稱分支學科名稱 創(chuàng)創(chuàng) 始始 人人 思考題