第一章：系統(tǒng)工程概述-PPT精選課件

1、第一章 系統(tǒng)工程概述第一節(jié)：系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、 發(fā)展及應用第二節(jié)：系統(tǒng)工程的研究對象第三節(jié)：系統(tǒng)工程的概念與特點第一章 系統(tǒng)工程概述一、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展 系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，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”（科學的系統(tǒng)思想）階段。 古代中國和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻。 第一節(jié) 系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、 發(fā)展及應用系統(tǒng)思想的回顧 整體思想和聯(lián)系思想是科學系統(tǒng)思想的核心與實質(zhì)。二、系統(tǒng)工程的理論的形成與發(fā)展系統(tǒng)理論包括：1、老三論（形成于二十世紀四十年代）：一般系統(tǒng)論、控制論和信息論。2、新三論（形成于二十世紀七

2、十年代）：耗散結構理論、協(xié)同論和突變論。 一）控制論（Cybernatics）控制論是用數(shù)學工具研究控制機構或控制系統(tǒng)運行一般規(guī)律的科學 1、控制論的產(chǎn)生與發(fā)展 1947年由美國人維納（Norbert Wiener）創(chuàng)立的控制論（Cybernetics）是一門研究系統(tǒng)的控制的學科。維納于1948年出版了控制論一書，他對控制論的定義是：“關于動物和機器中控制和通信的科學?！?控制論的發(fā)展已大致經(jīng)歷了三個時期。從20世紀40年代末到50年代是第一個時期，即經(jīng)典控制理論時期。在這一時期，主要的研究對象是單因素控制系統(tǒng)，即單輸入單輸出的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，重點是反饋控制，借以實現(xiàn)的工具是各種各樣的自動調(diào)節(jié)器

3、、伺服機構及其有關的電子設備，著重解決單機自動化和局部自動化問題。 控制論發(fā)展的第二個時期為60年代，即現(xiàn)代控制理論時期。這一時期，控制論的主要研究對象就成了多因素控制系統(tǒng)，研究重點是“最優(yōu)控制”，研究借助的工具是電子計算機。 以火箭運載的衛(wèi)星、飛船、導彈等的飛行為例: 火箭的質(zhì)量特性要用變質(zhì)量力學來描述；控制是在遠距離上實現(xiàn)的；火箭的距離、速度、加速度、飛行姿態(tài)、多級工作程序等參數(shù)都需要控制, 因而是一種多輸入多輸出的多路控制；控制要求高度精確；地面系統(tǒng)復雜而龐大, 控制問題復雜。 一般認為, 現(xiàn)代控制理論的奠基者是匈牙利出生的美國人卡爾曼。 進入70年代以后，是大系統(tǒng)控制理論時期。在這一時

4、期，主要研究對象是因素眾多的大系統(tǒng)，重點是大系統(tǒng)多級遞階控制，借助的工具是電子計算機聯(lián)機和智能機器，應用領域主要為社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等。 2 、控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由施控器、受控器和控制作用的傳遞者三者組成，形成一個整體的控制功能和行為，但這又是相對于某種環(huán)境而言。因而可以把施控器、受控器和控制作用的傳遞者三個部分所組成的、相對于某種環(huán)境而具有控制功能與行為的系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。3 、控制論對系統(tǒng)工程方法論的啟示 黑箱灰箱白箱法 功能模擬法 （如：蠅眼照相機） 形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法 舉例：恒溫箱下圖是恒溫箱的人工控制系統(tǒng)的結構圖。要求恒溫箱中的溫度保持恒定。為

5、了測量恒溫箱中的溫度，安裝一個溫度計來指示恒溫箱中的溫度，這個溫度就是系統(tǒng)的輸出量，或稱被控制量。操作者始終觀察溫度計的溫度，當小于恒溫箱給定時，就增大加熱裝置的電流；相反當大于恒溫箱給定時，就減小電流。這樣恒溫箱就能保持給定的溫度。人在這個系統(tǒng)中有以下的作用：1觀察恒溫箱中溫度。2比較恒溫箱中溫度與給定溫度的差值。3調(diào)節(jié)加熱電流的大小。人工控制系統(tǒng)結構圖了解了人工控制系統(tǒng)的原理，我們只要用一些設備模仿和代替人的智能，就可以把它變成自動控制系統(tǒng)。首先用熱電偶來代替溫度計來測量溫度的值，然后用比較放大電路代替人對溫度的比較，用電機代替人手來轉(zhuǎn)動恒溫箱的電流調(diào)節(jié)裝置。只要放大電路的極性和電機的轉(zhuǎn)動

6、方向合理選擇，就可以完成自動控制恒溫箱溫度的工作。自動控制系統(tǒng)的結構圖下圖所示。自動控制系統(tǒng)結構圖二）信息論（informatics）1、信息論的基本思想信息論是一門研究信息傳輸和信息處理一般規(guī)律的學科。信息論起源于通訊理論，是美國科學家申農(nóng)（Shannon）在1948年創(chuàng)立的。信息論的基本思想和方法完全撇開了物質(zhì)、能量等各種具體客觀形態(tài)，而把任何通訊和控制系統(tǒng)都看作是一個信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)，把系統(tǒng)有目的運動抽象為信息變換過程，通過系統(tǒng)內(nèi)部的信息交流使系統(tǒng)維持正常的有目的的運動。所有系統(tǒng)，在信息論的框架中，是一個進行信息變換和信息處理的機構。 人們根據(jù)不同的研究內(nèi)容，把信息論分成三種不同

7、的類型。 狹義信息論：即申農(nóng)信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。 一般信息論：主要研究通訊問題，但還包括噪聲理論、信號濾波與預測、調(diào)制、信息處理等問題。 廣義信息論：不僅包括前兩項的研究內(nèi)容，而且包括所有與信息有關的領域。 2、什么是信息申農(nóng)對信息的定義：不確定性的減少即：信息量是把某種不確定性趨向于確定的一種度量，信息量的大小取決于消息的不確定減少程度，不確定減少程度越大，則信息量越大；不確定減少程度小則信息量越少。消息與信息：消息是信息的攜帶者，但并非每條消息都帶有信息，或帶有同等信息量的信息。例：到會場找人消息A：某人在會場里消息B：某人在會場的偶

8、數(shù)排顯然，對找到該人這一目的來說，消息B所含的信息量比消息A大，因為消息B更容易減少不確定性。例：氣象預報 甲乙“甲地晴”比“乙地晴”的不確定性來的小 某一事物狀態(tài)出現(xiàn)的概率越小，其不確定性越大。某一事物狀態(tài)出現(xiàn)的概率接近于1,即預料中肯定會出現(xiàn)的事件，那它的不確定性就接近于零。3、信息的度量信息熵設描述某一事件的消息源可能發(fā)出的消息分為x=(x, x xn)而各可能消息是否會發(fā)出的概率為p, p, pn，并滿足歸一性條件： pppn1按以上概率從消息源中隨機地發(fā)送消息，形成一個消息序列。定義一：若某事件出現(xiàn)概率為p，則這一事件所具有的信息量為： 定義二：可能消息集合X的整體平均信息量稱為信息

9、熵，簡稱為熵。 公式為：思考：一場球賽，雙方勢均力敵與雙方實力懸殊，哪一種更吸引觀眾（信息量大）？ 信息論研究運用了類比方法和統(tǒng)計方法 信息論運用了科學抽象和類比方法，將消息、信號、情報等不同領域中的具體概念，進行類比，抽象出了信息概念和信息論模型。 針對信息的隨機性特點，運用統(tǒng)計數(shù)學（概率論與隨機過程），解決了信息量問題，并擴展了信息概念，充實了語義信息、有效信息、主觀信息、相對信息、模糊信息等方面的內(nèi)容。三）一般系統(tǒng)論1 、一般系統(tǒng)論的產(chǎn)生 背景：本世紀初，物理學、力學、化學等已得到深入發(fā)展、學科體系已趨于完整。 生物學卻仍處于一種想象，試驗的階段。例如，生命的起源、生命的本質(zhì)等問題，就存

10、在兩種激烈爭論的觀點：機械論與活力論。 機械論：認為生物體應像機械體一樣服從物理學、化學所闡明的各種規(guī)律，也就是說，把生命問題簡化為物理和化學問題，純粹用物理原因和化學原因來說明一切生命的生理現(xiàn)象和心理過程。 所以無法說明生命體的統(tǒng)一性。 活力論：認為不能把生命現(xiàn)象簡單地歸結為物理與化學過程，但卻用“超自然的活力”來解釋生命現(xiàn)象，認為有機界和無機界之間有一道不可逾越的鴻溝，支配生物體的是一種超物質(zhì)力量。 美藉奧地利生物理論專家貝塔朗菲等人不滿于機械論和活力論的解釋，提出有有機體概念，強調(diào)要從整體關聯(lián)角度看問題。 后來，“有機體”概念被進一步發(fā)展為“一般系統(tǒng)論”。 現(xiàn)代系統(tǒng)論的發(fā)展有兩個主要線索

11、：一個是從研究生物有機體角度產(chǎn)生的一般系統(tǒng)論，另一個是從研究技術工程及勞動管理角度產(chǎn)生的系統(tǒng)工程學。2 、一般系統(tǒng)論的基本觀點系統(tǒng)的整體性系統(tǒng)的開放性系統(tǒng)的動態(tài)相關性系統(tǒng)的多級遞階性系統(tǒng)的有序性3 、對系統(tǒng)方法論及系統(tǒng)方法的啟示四）耗散結構理論、協(xié)同學、突變論原理等新 的系統(tǒng)理論及其啟示耗散結構理論(dissipative structure theory)1969；比利時統(tǒng)計物理學家I.普利高津 研究遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的一種理論協(xié)同學(synergetics)70年代初，聯(lián)邦德國理論物理學家 H.哈肯 研究協(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突變論(cata

12、strophe theory)60年代末，法國數(shù)學家 R.托姆 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)學模型五）運籌學 運籌學是用數(shù)學方法研究系統(tǒng)最優(yōu)化問題的學科，運籌學著重于發(fā)揮現(xiàn)有系統(tǒng)的效能，通過建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，求出合理運用人力、物力和財力的最優(yōu)方案。 應用運籌學處理問題的一般步驟： 運籌學與系統(tǒng)工程運籌學和系統(tǒng)工程可以看作是屬于一個領域中的兩個姐妹學科，都是系統(tǒng)思想方法定量化的實際應用研究。運籌學發(fā)展成為一個專門的數(shù)學分支，由數(shù)學家進行專門研究，并為系統(tǒng)工程提供最重要的方法和理論基礎。運籌學的目的：增加現(xiàn)有系統(tǒng)效率的分析工作，通

13、常涉及現(xiàn)已存在系統(tǒng)的運營情況，如工廠、市場等系統(tǒng)；以專業(yè)技術為導向，分析程序由下而上（戰(zhàn)術）系統(tǒng)工程：對若干可供選擇的執(zhí)行特定任務的系統(tǒng)方案進行選擇比較；以問題狀況為導向，分析程序由上而下（戰(zhàn)略）三、系統(tǒng)工程的發(fā)展概況階段年代（份）重大工程實踐或事件重要理論與方法貢獻I1930美國發(fā)展與研究廣播電視正式提出系統(tǒng)方法（Systems approach）的概念1940美國實施彩電開發(fā)計劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國Bell電話公司開發(fā)微波通訊系統(tǒng)正式使用系統(tǒng)工程（Systems Engineering）一詞II第二次世界大戰(zhàn)期間英、美等國的反空襲等軍事行動產(chǎn)生軍事運籌學（Military Op

14、erations Research）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀40年代美國研制原子彈的“曼哈頓計劃”運用SE，并推動了其發(fā)展1945美國空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systems analysis）概念，強調(diào)了其重要性III40年代后期到50年代初期運籌學的廣泛運用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應用、電子計算機的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學科基礎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)工程學科形成的標志1958美國研制北極星導彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡優(yōu)化技術），這是最早的系統(tǒng)工程技術之一。1965R.E.Machol編著系統(tǒng)工程手冊表明系統(tǒng)工程的實

15、用化和規(guī)范化美國自動控制學家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學基礎1961-1972美國實施“阿波羅”登月計劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位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)工程學科形成的標志1958美國研制北極星導彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡優(yōu)化技術），這是最早的系統(tǒng)工程技術之一。1965R.E.Machol編著系統(tǒng)工程手冊表明系統(tǒng)工程的實用化和規(guī)范化美國自動控制學家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學基礎1961-1972美國實施“阿波羅”登月計劃使用了多種SE方法，其成功

16、極大地提高了SE的地位V1972國際應用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應用開始從工程領域進入到社會經(jīng)濟領域，并發(fā)展到了一個重要的新階段。70年代SE的廣泛應用在國際上達到高潮VI80年代SE在國際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國的研究與應用達到高潮四、系統(tǒng)工程在中國的發(fā)展及應用 上世紀50至60年代，我國的一些研究機構和著名學者為SE的研究與應用作了理論上的探討、應用上的償試和技術方法上的準備。其主要標志和集中代表是錢學森的工程控制論、華羅庚的統(tǒng)籌法和許國志的運籌學。 我國大規(guī)模地研究與應用SE是從70年代末、80年代初開始的。 1978年9月27日，錢學森、許國志、王壽云在文匯報發(fā)表題為“

17、組織管理的技術系統(tǒng)工程”的長篇文章； 從1978年起，西安交大、天津大學、清華大學、華中理工大學、大連理工大學等國內(nèi)著名大學開始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生； 1980年11月，中國系統(tǒng)工程學會在北京成立； 1980年10月至1981年1月，中國科協(xié)、中央電視臺會同中國系統(tǒng)工程學會、中國自動化學會聯(lián)合舉辦“系統(tǒng)工程電視普及講座（45講）”，取得了良好的社會效果。 70年代末以來，應用SE理論和方法來研究與解決我國的重大現(xiàn)實問題，在許多領域和方面取得了較好的效果，如：人口問題的定量研究及應用（始于1978年）、2000年中國的研究(1983至1985年）、全國和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）、

18、全國人才和教育規(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。 90年代以來，系統(tǒng)工程在與企業(yè)發(fā)展結合、與現(xiàn)代信息技術結合、與實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結合、與思維科學結合等方面已具有初步結果和強勁勢頭。第一章:系統(tǒng)工程概述第二節(jié) 系統(tǒng)工程的研究對象一.系統(tǒng)的概念 1.系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是由兩個以上相互聯(lián)系的要素所構成，且具有特定功能、結構、環(huán)境的整體。 S1 S2 S4 S3 系統(tǒng)輸入 系統(tǒng)輸出 S1，S2，S3，S4系統(tǒng)部件 系統(tǒng)結構 系統(tǒng)周界

19、系統(tǒng)環(huán)境 系統(tǒng)的基本概念圖 原材料 生產(chǎn)車間 辦公室 成品庫 商品銷售系統(tǒng) 社會供應系統(tǒng) 物質(zhì)流 信息流 指令流 工廠生產(chǎn)系統(tǒng) 成品輸出 原材料等輸入 外界社會系統(tǒng)環(huán)境 2.系統(tǒng)的屬性：整體性 如：拿破侖的系統(tǒng)思想 三個和尚沒水吃1+12 三個臭皮匠，勝過諸葛亮1+12 田忌賽馬關聯(lián)性 要素之間存在復雜的相互關系，要素之間的聯(lián)系不是簡單的疊加，而是以一定的組織形式結合。 系統(tǒng)結構決定系統(tǒng)工程環(huán)境適應性 系統(tǒng)不能脫離環(huán)境而存在； 系統(tǒng)要適應環(huán)境，并可以對環(huán)境產(chǎn)生影響。集合性 系統(tǒng)是由若干可以相互區(qū)別的要素組成，這些要素可以是實體也可以是非實體。 制造系統(tǒng)=工作機，操作者，工具，圖紙.; 工廠=設

20、備，原材料，經(jīng)營，人員.目的性 目的性是系統(tǒng)設計的出發(fā)點，它決定了系統(tǒng)的基本功能； 系統(tǒng)的目的是通過實現(xiàn)一系列的目標來實現(xiàn)的。這些目標有時可能是矛盾的，但要在整體上達到協(xié)調(diào)； 系統(tǒng)的目標是通過一系列功能來實現(xiàn)的，而功能是通過同時或順次完成一系列任務來達到的。 如：建造房屋層次性 系統(tǒng)要素作為一個整體有一定的層次結構； 人類社會系統(tǒng)：階級，管理的層次等。 如：教育系統(tǒng)下面，我們來看一個實例： 城市交通綜合系統(tǒng) 城市交通綜合系統(tǒng)是一個龐大的動態(tài)系統(tǒng)，它本身的狀態(tài)是隨時間變化而變化的。其結構如下圖所示： 城市交通綜合系統(tǒng) 交通環(huán)境條件 道路交通條件路段交通系統(tǒng)路口交通系統(tǒng)交通設施系統(tǒng)行人交通系統(tǒng)公共

21、交通系統(tǒng)交通管理系統(tǒng)公共場所分布居民住宅分布公交站點分布停車場分布企事業(yè)單位分布第三產(chǎn)業(yè)網(wǎng)點分布二.SE的研究對象是大規(guī)模復雜系統(tǒng) 該類系統(tǒng)的主要特點有：規(guī)模龐大、結構復雜、屬性及目標多樣、一般為人-機系統(tǒng)、經(jīng)濟性突出等。 三.系統(tǒng)的類型 自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng) 實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng) 動態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng) 封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng) 主要明確SE研究什么樣的系統(tǒng)問題管理系統(tǒng)問題舉例國家政策市場研究技術經(jīng)濟預測競爭狀況企業(yè)能力資金來源資源條件社會需求生產(chǎn)可能生產(chǎn)組織與控制物、財、人、信息生產(chǎn)控制庫存控制質(zhì)量控制成本控制資金回收產(chǎn)品銷售服務調(diào)查經(jīng) 營 目 標產(chǎn) 品 開 發(fā)經(jīng) 營 計 劃生產(chǎn)技術準備技術文件勞動力勞

22、動手段勞動對象環(huán)境分析經(jīng)營決策與計劃投入轉(zhuǎn)換產(chǎn)出圖11工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動過程示意圖 第三節(jié) SE的內(nèi)容與特點 所謂SE，是用來開發(fā)、運行、革新一個大規(guī)模復雜系統(tǒng)所需思想、程序、方法的總和（或總稱）。 SE強調(diào)以下基本觀點： (1) 整體性和系統(tǒng)化觀點（前提） (2) 總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點（目的） (3) 多種方法綜合運用的觀點（手段） (4) 問題導向及反饋控制觀點（保障）系統(tǒng)工程案例丁渭修宮都江堰水利工程阿斯旺(Aswan)大壩阿波羅登月計劃 北宋末年皇城失火，一夜之間皇城變成斷壁殘垣； 皇帝詔令大臣丁渭組織民工限期修復燒毀的宮殿。 背景資料： 北宋：公元9601127 年； 皇宮位于河

23、南開封，近汴河。丁渭修宮當時，使丁渭頭痛的三個主要問題是：1.京城內(nèi)燒磚無土，2.大量建筑材料很難運進城內(nèi)，3.清墟時無處堆放大量的建筑垃圾。如何在規(guī)定時間內(nèi)按圣旨完成皇宮修復任務，做到又快又好呢？丁渭經(jīng)過反復思考，終于想出了一個巧妙的施工方案，不但提前完成了這項修筑工程，而且“省費以億萬計”節(jié)省了大量金銀。 丁渭修宮丁渭修宮一舉三得背景：岷江是長江上游的一條較大的支流，發(fā)源于四川北部高山地區(qū)。每年春夏季節(jié)山洪暴發(fā)，江水奔騰而下，從灌縣進入成都平原，由于河道狹窄，古時常常引起洪災。洪水一退，又是沙石千里。灌縣岷江東岸的玉壘山又阻礙江水東流，造成東旱西澇，東部地區(qū)土地干裂，民不聊生。秦昭襄王五十

24、一年(公元前256年)，李冰任蜀郡太守(太守相當于現(xiàn)在的專員或大于專員，小于省長)，他為民造福，主持修建了著名的都江堰水利工程，排除洪災之患。都江堰工程岷江內(nèi)江外江都江堰市都江堰工程思考1 作為一項系統(tǒng)工程，魚嘴、飛沙堰和寶瓶口是都江堰渠首工程的三大主體工程，請你利用系統(tǒng)結構功能相關規(guī)律來說明這三者是如何協(xié)作，從而起到清除泥沙和防御洪水的作用的？ 2 在當代，很多水利工程都采用攔江修建大壩的方式來調(diào)配江水，可是都江堰卻沒有攔斷江水，只是在岷江中修建了一座像魚一樣的大堤，既起到了大壩和水閘所具有的作用，又沒有任何人為因素干涉，從而保持了這一方水土的自然天成。兩千多年來，都江堰沒有對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一

25、絲負面影響，卻給予了蜀地萬民長久的安康富足。請你說說系統(tǒng)的開放性原理在這項工程中得到的體現(xiàn)。 答案要點1、（1）系統(tǒng)的結構與功能相互聯(lián)系原理。 （2）都江堰的魚嘴、飛沙堰和寶瓶口具有不同的結構，因此表現(xiàn)出來的功能也不具相同，三者相輔相成，從首部、中后部、尾部對水量和沙石量進行調(diào)節(jié)，共同實現(xiàn)這個水利工程的最終目的。 2、（1）系統(tǒng)必須保持開放，不斷與外界環(huán)境交換物質(zhì)、能量、信息，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性并不斷地發(fā)展演化，封閉的系統(tǒng)是不存在的，也必將走向滅亡。 （2）魚嘴把岷江分為內(nèi)、外二江，根據(jù)季節(jié)變化來調(diào)整兩江的流量，使得兩江在不斷平衡中達到穩(wěn)定；當江水通過魚嘴進入內(nèi)江時，如果內(nèi)江水量過大時，洪水

26、就會翻越飛沙堰，通過外江排走，帶走多余沙石，實現(xiàn)內(nèi)、外二江物質(zhì)、能量的交換，使得內(nèi)江系統(tǒng)的穩(wěn)定；當江水到達寶瓶口時，若內(nèi)江流量較大，洪水就通不過狹窄的寶瓶口，多余的岷江水被拒之門外，迅速回流入外江，再次與外江進行能量的交換。由此可見，整個都江堰工程是個開放的系統(tǒng)工程，內(nèi)、外江之間不斷地進行各自所需物質(zhì)、能量的交換和調(diào)整，從而保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。 世界上的諸多水利工程 水利工程作為一項重大的系統(tǒng)工程，并非只是簡簡單單的主體工程建設的問題，要考慮到周邊的生態(tài)環(huán)境、地形等眾多因素，因此，人們對此都抱著非常謹慎的態(tài)度。興建一個良好的水利工程將是一項功在當代、利在千秋的大事情，以都江堰為例，兩千多年

27、來，它促進了整個成都平原生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展和社會經(jīng)濟效益的提高。與此相反，世界上不乏有很多工程完工之后卻帶來了很多意想不到的災難。20世紀30年代，美國人建造了巨大的胡佛水壩和米德湖水庫，然而水庫建成后三年間，這個歷史上從沒有地震記錄的地區(qū)發(fā)生了數(shù)百次小地震。20世紀60年代初，印度人為向孟買及其周邊地區(qū)提供充足的水源，修建了弋伊納水庫，但建成一年后，水庫儲水的重量導致下面的巖層內(nèi)應力升高，地震便開始在這個歷史上無地震的區(qū)域頻繁發(fā)生，并于1967年12月10日，造成177人死亡、2300余人受傷的慘劇。20世紀70年代初，埃及的阿斯旺水壩竣工，雖然這座水壩給埃及人帶來了廉價的電力，控制了水旱災

28、害，灌溉了農(nóng)田，但是也帶來諸多環(huán)境和生態(tài)問題。2019年，美國緬因州的Edwards壩在工作了162年后被反對者說服當局拆除，原因是大壩破壞了大西洋鮭魚、條紋石酯和鱘魚的生存環(huán)境。阿斯旺(Aswan)大壩 背景:大壩興建于20世紀50年代，埃及人口增長很快，年增長率達到百分之三，可利用的自然資源卻非常有限。 埃及政府希望通過修建尼羅河高壩，開發(fā)新的資源以推動經(jīng)濟發(fā)展。 當時的埃及政府和水利專家們認為，修建尼羅河高壩是一箭數(shù)雕的高明之舉： 即可控制河水泛濫，又能儲水、以便在枯水季節(jié)灌溉； 可以大幅度擴大可灌溉的耕地面積，以適應增長的人口； 產(chǎn)生巨大的發(fā)電能力，為工業(yè)化提供充裕而廉價的能源； 修造

29、大壩所形成的巨大水庫及對下游水位的調(diào)節(jié)，可以發(fā)展淡水養(yǎng)殖及內(nèi)河航運。大壩建設過程 1960年破土動工，五年后大壩合龍，1967年大壩工程正式完工。 阿斯旺大壩是當時世界上最大的高壩工程。它高112米、長5公里，將尼羅河攔腰切斷，在高壩內(nèi)形成了一個長650公里、寬25公里的巨大水庫納賽爾湖。 1970年，大壩內(nèi)安裝的十二部水利發(fā)電機組全部投入運轉(zhuǎn)。大壩建成后的效益 調(diào)節(jié)了下游流量，防止了洪水泛濫； 利用蓄積的水量擴大了灌溉面積，近100萬公頃的沙漠得以被開墾成可耕地； 大壩電站每年發(fā)電80億千瓦時，解決了埃及的能源短缺問題； 可以說，當時埃及政府修建阿斯旺大壩的預期目標，全部實現(xiàn)了。大壩對生態(tài)和

30、環(huán)境的破壞 大壩工程造成了沿河流域可耕地的土質(zhì)肥力持續(xù)下降,沿尼羅河兩岸出現(xiàn)了土壤鹽堿化。 由于河水不再泛濫，不再有雨季的大量河水帶走土壤中的鹽分，而不斷的灌溉又使地下水位上升，把深層土壤內(nèi)的鹽分帶到地表，再加上灌溉水中的鹽分和各種化學殘留物的高含量，導致了土壤鹽堿化。 庫區(qū)水質(zhì)惡化，附近居民的健康受到危害。 庫區(qū)水的大量蒸發(fā)是水質(zhì)變化的一個重要原因； 土地肥力下降迫使農(nóng)民不得不大量使用化肥，化肥的殘留部分隨灌溉水又回流尼羅河。大壩對生態(tài)和環(huán)境的破壞(續(xù)) 河水性質(zhì)的改變使水生植物及藻類到處蔓延，不僅蒸發(fā)掉大量河水，還堵塞河道灌渠。 每年由于水生雜草的蒸騰損失的水量就達到可灌溉用水的百分之四十

31、。 尼羅河下游的河床遭受嚴重侵蝕，尼羅河出?？谔幒０毒€內(nèi)退。 大壩建成后的十二年中，從阿斯旺到開羅，河床每年平均被侵蝕掉2厘米； 一位原埃及士兵說，他曾站過崗的燈塔現(xiàn)在已陷入海中，距離目前的海岸竟然有一到二公里之遙。大壩利弊的綜合評估 阿斯旺大壩建成后陸續(xù)出現(xiàn)的生態(tài)和環(huán)境問題 有些是設計時預料到、但無法避免或無力解決的； 有些是有所預料、但對其后果的嚴重性估計不足的； 還有些問題是完全沒有預料到的。 直到今天，人們?nèi)匀徽J為，要精確地預測大壩對生態(tài)和環(huán)境的影響還是相當困難的。 目前很多國家的公眾輿論和學者專家們往往對超大型水利設施的建設持反對或謹慎的態(tài)度。思考 阿斯旺水壩受到的爭議頗多，不過很多

32、人認為盡管這項工程導致生態(tài)環(huán)境的惡化，可是卻具有防止尼羅河泛濫成災，在大旱時期提供充足的水源，為埃及供應廉價的電力資源等等益處，利大于弊，因而不失為一項成功的水利工程。請你利用系統(tǒng)的目的性原理來分析一下這項系統(tǒng)工程的成與??？ 答案要點（1）系統(tǒng)的目的是多元化的有時還是沖突的。要對系統(tǒng)的不同目的進行協(xié)調(diào)和權衡，對最初可能是自相矛盾的系統(tǒng)的目的必須歸為統(tǒng)一，讓系統(tǒng)的目標一致起來，同時，還要對系統(tǒng)所包含的要素的目的進行優(yōu)化。 （2）建成的埃及阿斯旺水壩具有多項功能，通過不同功能的實現(xiàn)從而會達到不同的目的。如果從提供充足的水源、廉價的電力資源來看，它的建造是成功的；如果從改善生態(tài)環(huán)境來看，它是失敗的。

33、這兩個目標是有沖突的，因此有必要對系統(tǒng)的不同目的進行協(xié)調(diào)和權衡，調(diào)整系統(tǒng)的結構，對阿斯旺水壩所涉及的要素進行優(yōu)化，實現(xiàn)目的性的統(tǒng)一，即在改善生態(tài)環(huán)境的基礎上提高埃及人的生活水平，促進埃及經(jīng)濟的發(fā)展。 阿波羅登月計劃:系統(tǒng)工程發(fā)展的里程碑目標：在10年內(nèi)將人送上月球，并使其安全地返回地球經(jīng)費：250億美元 1969年7月，阿波羅飛船登上月球，標志著系統(tǒng)工程及其在裝備研制中應用的日趨成熟 。70“阿波羅”登月計劃阿波羅計劃順利實施，是現(xiàn)代系統(tǒng)科學研究的成功典范。此項工程組織了2 萬多個公司、120 多所大學，動用了42 萬人參加，投入了300 億美元的巨資，用了近10 年的時間，終于實現(xiàn)了人類征服

34、地球引力，遨游太空，登上月球探險的夢想。整體阿波羅登月計劃之所以能如期完成，關鍵在于運用系統(tǒng)方法進行有效的組織管理。阿波羅登月中的創(chuàng)建性工作:方案的開發(fā)和選擇 詳盡而明確的研制規(guī)劃制定 總體性能指標的控制 解決系統(tǒng)內(nèi)部接口問題系統(tǒng)分析與管理的新方法72 方案開發(fā)和選擇登月方案幾十個篩選比較 直接登月 地球軌道交會 月球軌道交會月球軌道交會方案論證計算73系統(tǒng)總目標 詳盡而明確的研制規(guī)劃 功能分析 工作分解結構月球軌道交會方案具體化技術目標技術活動74 20次飛行試驗詳細規(guī)劃四大系統(tǒng)運載火箭系統(tǒng)載人飛船系統(tǒng)跟蹤和數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)射和飛行指揮系統(tǒng)六項輔助計劃水星計劃雙子星座計劃飛馬座計劃徘徊者計劃勘察者計劃月球軌道環(huán)行器水星號75阿波羅飛船的登月成功，還證實了系統(tǒng)科學一個重要的命題“綜合即創(chuàng)造”。負責阿波羅計劃實施的總指揮韋伯先生說過：“阿波羅計劃中沒有一項新發(fā)明的自然科學理論和技術，全部工作都是現(xiàn)有技術的運用。關鍵在于綜合?！?/p>