高校課件-系統(tǒng)工程：原理與實務

1、系統(tǒng)工程理論與實務課程簡介系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)為研究對象，利用系統(tǒng)科學思想、方法進行系統(tǒng)合理開發(fā)、運行和控制的一大類工程技術的總稱，是一門多學科高度綜合的、新興的交叉學科。系統(tǒng)工程主要內容包括系統(tǒng)與系統(tǒng)工程概念、系統(tǒng)工程方法論、系統(tǒng)結構化模型、分析模型、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)評價等。 一件復雜的事件、規(guī)模較大的工程或實施持續(xù)時間較長的過程，常常被認為是系統(tǒng)工程問題。2022/8/2032022/8/204系統(tǒng)工程問題三峽水利工程是我國建國以來最大的工程項目，它的論證、組織、實施與管理可以說就是一個龐大的系統(tǒng)工程問題，這項工程涉及到了國家及地方的眾多部門，如水利、電力、能源、文物、生態(tài)、移民等等，涉及到幾個

2、省的上百個縣市，同時實施過程要由眾多單位共同努力，時間橫跨將近20年，如此的工程必然需要一種統(tǒng)觀全局的系統(tǒng)方法來對待，系統(tǒng)工程可以說是最為有效的一種組織方法。2022/8/205系統(tǒng)工程問題當前各種經濟改革、價格問題、體制改革及各種政策的出臺等社會經濟問題， 都要經過充分的系統(tǒng)的論證，都與系統(tǒng)工程有關。糧食價格的調整：影響肉、菜、生活用品等等，從而影響整個社會的物價。燃料能源價格：影響原材料、產品及整個物價銀行利率：影響消費與積累，反映了國家的經濟政策外匯牌價：主要用于調節(jié)進出口政策，同時反映了一個國家的經濟實力2022/8/206系統(tǒng)工程問題管理類學生未來可能遇到的系統(tǒng)工程問題：企業(yè)的長遠規(guī)

3、劃：綜合考慮企業(yè)發(fā)展、實力、原材料、能源、技術、市場、國家政策等。新產品開發(fā)：考慮市場、企業(yè)開發(fā)技術與實力、銷售網絡、經濟條件等區(qū)域規(guī)劃：考慮區(qū)域特征、交通、歷史、地理等大項目管理：經過立項、論證、實施等。2022/8/207 章 節(jié)課 程 內 容 課 時 分 配 講授實驗第1章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程概述4第2章系統(tǒng)工程方法論3第3章系統(tǒng)結構化模型6第4章分析模型6第5章系統(tǒng)仿真34第6章系統(tǒng)評價4第7章系統(tǒng)工程應用綜合案例2課 時 總計2842022/8/208第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程概述第一節(jié) 系統(tǒng)的基本概念第二節(jié) 系統(tǒng)工程的內涵與發(fā)展歷程第三節(jié) 系統(tǒng)工程的理論基礎第四節(jié) 系統(tǒng)工程應用領域2022/

4、8/209第一節(jié) 系統(tǒng)概述1、系統(tǒng)思想2、系統(tǒng)的內涵3、系統(tǒng)的結構4、系統(tǒng)的分類2022/8/20101、系統(tǒng)思想 系統(tǒng)是系統(tǒng)工程重要組成部分?！跋到y(tǒng)思想是進行分析和綜合的辨證思維工具，它在辨證唯物主義那里取得了哲學的表達形式，在運籌學和其他系統(tǒng)科學那里取得了定量的表述形式，在系統(tǒng)工程那里獲得了豐富的實踐內容”2022/8/2011系統(tǒng)概念的產生公元前古希臘對宇宙大系統(tǒng)的認識我國西周時期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行”東漢時期形成的“二十四節(jié)氣”周秦到西漢時期的“黃帝內經”。2022/8/20122、系統(tǒng)的內涵系統(tǒng)(system): 系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的要素（部分）組成的具有

5、一定結構和功能的有機整體。英文中系統(tǒng)一詞（system)來源于古代希臘文（systm),意為部分組成的整體。古希臘哲學家德謨克利特所著世界大系統(tǒng)是最早采用系統(tǒng)一詞的書。一臺機器、一個部門、一項計劃、一個研究項目、一種組織、一套制度都可以看成一個系統(tǒng)。系統(tǒng)的存在具有普遍性系統(tǒng)的定義很多，但概念是相對的而不是絕對的，它沒有絕對規(guī)模的界限2022/8/2013 （1）整體性 系統(tǒng)是由相互依賴的若干部分組成，各部分之間存在著有機的聯(lián)系，構成一個綜合的整體，以實現一定的功能。這表現為系統(tǒng)具有集合性，即構成系統(tǒng)的各個部分可以具有不同的功能，但要實現系統(tǒng)的整體功能。系統(tǒng)不是各部分的簡單組合，而要有統(tǒng)一性和整

6、體性，因此，要充分注意各組成部分或各層次的協(xié)調和連接，提高系統(tǒng)的有序性和整體的運行效果。保證112的效果系統(tǒng)的特征2022/8/2014（2）目的性 大多數系統(tǒng)的活動或行為可以完成一定的功能，但不一定所有系統(tǒng)都有目的，例如太陽系或某些生物系統(tǒng)。人造系統(tǒng)或復合系統(tǒng)都是根據系統(tǒng)的目的來設定其功能的，這類系統(tǒng)也是系統(tǒng)工程研究的主要對象。 系統(tǒng)的特征2022/8/2015（3）相關性 系統(tǒng)中相互關聯(lián)的部分或部件形成“部件集”，“集”中各部分的特性和行為相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約和相互作用，這種相關性確定了系統(tǒng)的性質和形態(tài)。系統(tǒng)的特征2022/8/2016（4）動態(tài)性 物質和運動是密不可分的，各種物質

7、的特性、形態(tài)、結構、功能及其規(guī)律 性，都是通過運動表現出來的，要認識物質首先要研究物質的運動，系統(tǒng)的動態(tài)性使其具有生命周期。開放系統(tǒng)與外界環(huán)境有物質、能量和信息的交換，系統(tǒng)內部結構也可以隨時間變化。一般來講，系統(tǒng)的發(fā)展是一個有方向性的動態(tài)過程。系統(tǒng)的特征2022/8/2017（5）有序性 由于系統(tǒng)的結構、功能和層次的動態(tài)演變有某種方向性，因而使系統(tǒng)具有有序性的特點。一般系統(tǒng)論的一個重要成果是把生物和生命現象的有序性和目的性同系統(tǒng)的結構穩(wěn)定性聯(lián)系起來，也就是說，有序能使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，有目的才能使系統(tǒng)走向期望的穩(wěn)定系統(tǒng)結構。系統(tǒng)的特征2022/8/2018（6）環(huán)境適應性 一個系統(tǒng)和包圍該系統(tǒng)的環(huán)

8、境之間通常都有物質、能量和信息的交換，外界環(huán)境的變化會引起系統(tǒng)特性的改變，相應地引起系統(tǒng)內各部分相互關系和功能的變化。為了保持和恢復系統(tǒng)原有特性，系統(tǒng)必須具有對環(huán)境的適應能力，例如反饋系統(tǒng)、自適應系統(tǒng)和自學習系統(tǒng)等。系統(tǒng)的特征2022/8/2019（1）系統(tǒng)的整體性（2）系統(tǒng)的目的性（3）相關性（4）動態(tài)性（5）有序性（6）環(huán)境適應性反映系統(tǒng)的功能，確定系統(tǒng)和環(huán)境的邊界確定系統(tǒng)的組成要素反映要素之間的關系明確了系統(tǒng)與環(huán)境之間的關系反映了系統(tǒng)的變化趨勢反映了系統(tǒng)的結構形態(tài)系統(tǒng)特征之間的關系2022/8/20203 系統(tǒng)的結構系統(tǒng)結構是指系統(tǒng)的構成要素在時空連續(xù)區(qū)上的排列組合方式和相互作用方式。系

9、統(tǒng)結構的普遍形式決定了系統(tǒng)的基本特征。目的性作為構造系統(tǒng)結構的出發(fā)點相關性動態(tài)性有序性作為系統(tǒng)結構的主要內涵特性整體性環(huán)境適應性分別作為系統(tǒng)內、外部綜合協(xié)調的表征2022/8/2021系統(tǒng)結構分析的目的就是尋求構筑系統(tǒng)合理結構的規(guī)律和途徑。是指在對應系統(tǒng)總目標和環(huán)境因素的約束條件下，系統(tǒng)的組成要素集、要素間的相互關系集以及它們在階層分布上的最優(yōu)結合，并使得系統(tǒng)有最優(yōu)的或最滿意的輸出。2022/8/2022系統(tǒng)結構分析的作用：通過明確一切和問題有關的要素同實現目標之間的關系，提供完整的資料，以便決策者選擇最合理的決策方案。2022/8/2023系統(tǒng)結構分析的內容 從系統(tǒng)結構和系統(tǒng)結構分析的目的與

10、要求可以看出，系統(tǒng)結構分析的主要內容有：構成系統(tǒng)的要素集要素間的相互關系要素在系統(tǒng)中的排列方式系統(tǒng)的整體性2022/8/2024系統(tǒng)結構的主要類型因果關系結構反饋關系結構 S型關系結構多重耦合關系結構2022/8/2025(1) 因果關系系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互影響的元素組成。在系統(tǒng)動力學方法中，元素之間的聯(lián)系或關系可以概括為因果關系（Causal Relationship）因果關系的相互作用，最終形成系統(tǒng)的功能和行為。因果關系分析是系統(tǒng)建模的基礎，也是對系統(tǒng)內部結構關系的一種定性描述。2022/8/2026因果關系的描述通常因果關系用一個箭頭線表示，即AB，變量A表示原因，變量B表示結果。箭頭

11、線標為因果鏈，表示A到B的作用。一般地，當A變化時將引起B(yǎng)變化，假定A0，B0，分別表示變量A、B的改變量。若滿足下列條件之一：（1）A加到B中；（2）A是B的乘積因子；（3）A變到AA，有B變到BB，即A、B的變化方向相同。則稱A到B具有正因果關系，簡稱正關系，用“”號標在因果鏈上。2022/8/2027若滿足下列條件之一：（1）A從B中減去；（2）1/A是B的乘積因子；（3）A變到AA，有B變到B B，即A、B的變化方向相反。 則稱A到B具有負因果關系，簡稱負關系，用“”號標在因果鏈上。2022/8/2028(2) 反饋關系結構系統(tǒng)中某個因素的變化，導致其他因素的變化，又引起自身的變化現象

12、分為正反饋與負反饋，一般原則是：若反饋回路包含偶數個負的因果鏈，則其極性為正，叫正反饋回路；若反饋回路包含奇數個負的因果鏈，則其極性為負，叫負反饋回路。2022/8/2029(3) S型關系結構由正反饋和負反饋構成的系統(tǒng)用途很多系統(tǒng)狀態(tài)SS型曲線時間t圖1-2 S型系統(tǒng)狀態(tài)趨勢2022/8/2030(4) 多重耦合關系結構非常復雜的反饋耦合結構 加拿大哈德遜灣野兔和山貓的生長情況2022/8/20312022/8/20322022/8/2033系統(tǒng)的分類系統(tǒng)形態(tài)：自然界所面臨的系統(tǒng)是各種各樣的，它們以各種各樣的形態(tài)存在于這個五彩繽紛的世界。因此，我們就可以按照系統(tǒng)在自然界存在的形態(tài)及性質，將系

13、統(tǒng)分為各種各樣的類型。2022/8/2034面向對象區(qū)分的各種系統(tǒng)形態(tài)物質系統(tǒng)、人類系統(tǒng)及方法步驟系統(tǒng)作業(yè)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)社會經濟系統(tǒng) 經營系統(tǒng) 根據具體對象劃分的各種系統(tǒng) :工業(yè)系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、物資流通系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等以產業(yè)區(qū)分系統(tǒng)的形態(tài)，或按消費生活系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)和教育系統(tǒng)等 2022/8/2035自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)自然系統(tǒng)是由自然發(fā)生而產生與形成的系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的組成部分是自然物（山、海、河流、礦物、植物及動物等）所自然形成的系統(tǒng)。 像海洋系統(tǒng)、礦藏系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、太陽系、宇宙系等，都屬于自然系統(tǒng)。 人造系統(tǒng)是人們將有關元素，按其屬性和相互關系組合而

14、成的系統(tǒng)，亦即用人工方法建立起來的系統(tǒng)。 人類對自然物質通過加工，用人工方法制造出來的工具和機械裝置等構成的各種工程系統(tǒng)；人類通過人為地規(guī)定的組織、制度、步驟、手續(xù)等建立起來的各種管理系統(tǒng)和社會系統(tǒng)；人類通過對自然現象和社會現象的科學認識，用人工方法研究出來的科學體系和技術體系等都屬于人造系統(tǒng)。 2022/8/2036自然和人造系統(tǒng)關系舉例埃及阿斯旺水壩是一個典型的人造系統(tǒng)，水壩解決了埃及尼羅河洪水泛濫問題，但也帶來一些不良影響，如東部的食物鏈受到破壞，漁業(yè)減產;尼羅河流域土質鹽堿化加快，發(fā)生周期性干旱，影響了農業(yè);由于河水污染使附近居民的健康受到影響等。但如能運用系統(tǒng)工程方法來全面考慮，統(tǒng)籌

15、安排，有可能得到一個既解決洪水問題又盡量減少損失的更好方案。 阿斯旺位于埃及首都開羅以南“第一急灘下”，尼羅河的東岸，素有埃及南大門之稱。從區(qū)域面積來看，阿斯旺市區(qū)不大，但它地處要沖，歷來頗受重視。滔滔北流 的尼羅河水，也為它平添了幾多景色。在奔騰咆哮的尼羅河上建造的阿斯旺水壩，以巨大的軀體橫截尼羅河水，氣勢雄偉壯觀。登上聳立于河岸上的水壩紀念塔，環(huán) 形的拱橋式大壩像跨越尼羅河的長虹，粲然入目。 自1971年水壩建成至今的29年間，阿斯旺水壩曾立下了許多汗馬功勞，為促進埃及工農業(yè)生產的發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用。但是，由于生態(tài)環(huán)境的一些 變化，尼羅河水連年減少，使得阿斯旺水壩的功能減弱，甚至對埃及工

16、農業(yè)生產形成威脅，引起了各國學者的關注。對阿斯旺水壩的利弊，專家們多年來大動筆墨， 爭論不休。一、利：阿斯旺水壩是由主壩、溢洪道和發(fā)電站三部分組成。主壩全長3600米，壩基寬980米，水壩南面是一個群山環(huán)抱的人工湖，阿斯旺水壩所攔截的水注入人工湖而形成一座水庫，人稱阿斯旺水庫，又叫納賽爾湖。湖長500多公里，平均寬12 公里，總面積為6500平方公里，深度為1210米，為世界第二大人工湖；蓄水量為1820億立方米，居世界第一。高壩和水庫在溢洪、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚等 方面都發(fā)揮了重大作用。周恩來總理曾高度贊揚說：“阿斯旺水壩宏偉的建設工程，體現了埃及人民改造大自然，變沙漠為良田的雄心壯志?！崩矛F

17、代科學技術筑 造的阿斯旺水壩，灌溉埃及90%以上的耕地，使埃及農田的復種指數大大增加，農業(yè)產量迅速提高，棉花平均畝產量達184公斤，水稻為360公斤。過去依靠 尼羅河泛濫進行耕種的時代，已一去不復返了。阿斯旺水壩不僅使埃及灌溉面積增加了130萬200萬公頃，還使70萬公頃的每年一季作物地區(qū)變成永久性灌 溉的多季作物地區(qū)，使埃及全國共增加25%30%的灌溉面積。阿斯旺水壩使棉花增產50%，耕地增加200萬埃畝。原來要在洪水過后才能耕種的盆地灌溉 區(qū)，現已改成人工灌溉的稻田，并增加到70萬埃畝。埃及已成為大米輸出國。更重要的意義在于，由于阿斯旺水壩發(fā)電站發(fā)出的巨大而廉價的電能，埃及全國的 4000

18、個村莊都相繼實現了電氣化。水壩每年發(fā)電80億千瓦小時，為全國提供了用電總量的70%，成為埃及的電力基地。阿斯旺水壩使埃及的面貌迅速改變，它對埃及的作用將與日俱增。阿斯旺地區(qū)如今已成為新興的工業(yè)基地，埃及民族工業(yè)的發(fā)展，也進入了一個新時期。 二、弊：幾十年來，埃及主要依靠尼羅河水灌溉土地，尼羅河可以說是埃及農業(yè)賴以發(fā)展的主動脈。雖說阿斯旺水壩建成后，曾對促進埃及工農業(yè)生產的發(fā) 展發(fā)揮了積極作用，但與此同時也引起了生態(tài)環(huán)境的一些變化，特別是近幾年來，尼羅河水連年明顯減少，對埃及工農業(yè)及電力工業(yè)形成巨大威脅。 由于水源不足，阿斯旺水壩的水位在1987年比原設計的60米高度減少3米，嚴重影響了埃及的電

19、力工業(yè)生產。隨電力的發(fā)展而發(fā)展起來的用電部門也為此受到影響。為此，1988年埃及政府不得不采取配給用水用電的措施。1988年上半年，尼羅河流域旱情仍在繼續(xù)，5月底，開羅地區(qū)出現了歷史上罕見的45高溫天氣。為了解決水源問題，埃及有關部門在近兩年間采取了應急措施。首先是對農業(yè)的生產結構作了必要的調整，規(guī)定埃及農業(yè)部制定的農作物生產計劃必須先得到水利部的同意方為有效。由于干旱，工業(yè)用水也受到影響。按常規(guī)，工業(yè)用水每年約需27億立方米，其中21.3億立方米用來發(fā)電和電站的冷卻。由于尼羅河潮汛一再減少，水 壩的發(fā)電量相應不足，迫在眉睫的任務是循環(huán)再生水，把工廠生產過程中使用過的水回收起來再次利用，這樣做

20、還能附帶解決一些工業(yè)廢水的污染問題。埃及工業(yè)部 還決定調整工業(yè)用電，限制用電時數，調整工藝工序，減少照明和行政耗電，從而最大限度地減少電網的負荷。埃及采取配給水的做法，說明了阿斯旺水壩并未最終解決埃及的用水問題，同時還產生了副作用。這些副作用在已故總統(tǒng)納賽爾時期曾被忽視或撇在一邊。因為當時建造水壩被認為是一種愛國的行動，因而是不能批評的。而現在不能再忽視這些困難和副作用了。 尼羅河水在流動中夾帶淤泥每年達1億噸。淤泥中含有大量腐殖質，為埃及農業(yè)提供了豐富的天然肥料。但在阿斯旺水壩建成后，這些肥沃的淤泥被阻擋住 了，不能再沿泥羅河水而下，埃及不得不從國外進口大量化肥，從而增加了外匯支出和農業(yè)成本

21、，也使土地肥質降低，給埃及農業(yè)生產帶來諸多不利影響。淤泥被阻 擋在水壩上段，不能再隨河水流向地中海，也使尼羅河三角洲受到嚴重影響。過去，淤泥里的沉積物曾對地中海水位的增長起阻礙作用，但現在由于沉積物的消失， 三角洲的水土流失現象日趨嚴重，拉希德和杜姆亞特兩河河口的土壤侵蝕日益加快。據埃及水利專家測算，現在上述兩河河口每年分別被海水沖刷掉29米和31 米，使那里的海岸線不斷后縮。 阿斯旺水壩和水庫的滲水率和蒸發(fā)率日益增高，也是個嚴重問題。70年代水壩建成前，就曾有專家就此提出警告，如今已成事實。據埃及水利部統(tǒng)計，現 在阿斯旺水壩的“垂直”滲漏為60億立方米，“平行”滲漏為10億立方米，每年共滲漏

22、70億立方米，蒸發(fā)損失水量每年為100億立方米。另外，埃及氣候大 風可能增加水的蒸發(fā)率為40%，即40億立方米，以上兩項共損失水210億立方米。 阿斯旺水壩還面臨水澇和鹽堿問題。水壩周圍大約有35%的農業(yè)耕地受到鹽堿的影響，鹽堿率每年增加10%。另外，現有95%的埃及農田由于不能及 時排灌而受到水浸影響，但目前排水工程尚未跟上。阿斯旺水壩的種種弊端使埃及農業(yè)生產受害很大，近年來，埃及糧食生產已不能滿足需要，現在50%的食品又 靠進口。 阿斯旺水壩的利弊得失，已成為當今埃及乃至各國水利專家們談論的熱門話題。 2022/8/2041大壩頂寬40米，壩高111米，所使用的建筑材料約 4300萬立方米

23、，其體積相當于開羅西郊庫孚大金字塔的17倍，堪稱世界七大水壩之一。工程于1960年1月9日破土動工，到1970年7月23日完 工，1971年1月舉行竣工儀式，歷時10余載，耗資約15億美元。水壩是一項集防洪、灌溉、航運、發(fā)電為一體的綜合利用工程。 2022/8/2042實體系統(tǒng)與概念（抽象）系統(tǒng) 所謂實體系統(tǒng)，是指以物理狀態(tài)的存在物作為組成要素的系統(tǒng)，這些實體占有一定空間，如自然界的礦物、生物，生產部門的機械設備、原始材料等。由于自然物都為實實在在的存在物，因此，實體系統(tǒng)亦稱為硬件系統(tǒng)。與實體系統(tǒng)相對應的是概念系統(tǒng)，它是由概念、原理、假說、方法、計劃、制度、程序等非物質實體構成的系統(tǒng)，如管理系

24、統(tǒng)、科學技術體系、教育系統(tǒng)、文化系統(tǒng)等。由于概念系統(tǒng)，對應著的多是人們對自然界的認識和假設，因此概念系統(tǒng)亦稱為軟件系統(tǒng)。2022/8/2043 S S S物資流信息流 在實踐中，實體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)往往是結合在一起的。實體系統(tǒng)是概念系統(tǒng)的基礎和服務對象，概念系統(tǒng)是為實體系統(tǒng)提供指導和服務，兩者是不可分的。2022/8/2044 動態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)動態(tài)系統(tǒng)就是系統(tǒng)的狀態(tài)變量是隨時間不斷變化的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變量是時間的函數。例如，學校就是一個動態(tài)系統(tǒng)，它不僅有建筑物，還有教師和學生。企業(yè)也是動態(tài)系統(tǒng)的一個典型例子靜態(tài)系統(tǒng)則是表征系統(tǒng)運行規(guī)律的數學模型中不含有時間因素，即模型中的變量不隨時間而變化，它

25、是動態(tài)系統(tǒng)的一種極限狀態(tài)，即處于穩(wěn)定的系統(tǒng)。例如大橋、公路、房屋等。2022/8/2045孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng) 所謂孤立系統(tǒng)指的是系統(tǒng)與外界環(huán)境既不可能進行物質交換，也不可能進行信息、能量交換。換句話說，系統(tǒng)內部的物質和信息能量不能傳至外部，外界環(huán)境的物質和信息能量也不能傳至系統(tǒng)內部。封閉系統(tǒng)是指系統(tǒng)與外界環(huán)境之間可以進行信息、能量交換，但不能進行物質交換。環(huán)境僅僅為系統(tǒng)提供了一個邊界，不管外部環(huán)境有什么變化，封閉系統(tǒng)仍表現為其內部穩(wěn)定的均衡特性。開放系統(tǒng)是指系統(tǒng)與外界環(huán)境有信息、物質和能量交互作用的系統(tǒng)。開放系統(tǒng)常是自調整或自適應的系統(tǒng)2022/8/2046第二節(jié) 系統(tǒng)工程的內涵與發(fā)

26、展歷程1、系統(tǒng)工程的內涵2、系統(tǒng)工程的發(fā)展歷程2022/8/2047系統(tǒng)工程在系統(tǒng)科學結構體系中，屬于工程技術類，它是一門新興的學科。系統(tǒng)工程是多學科的高度綜合，它的思想和方法來自各個行業(yè)與領域，又綜合吸收了鄰近學科的理論與工具，故國內外對系統(tǒng)工程的理解就不盡相同。 國內外有一些學者對系統(tǒng)工程的含義有過不少闡述，但至今仍無統(tǒng)一的定義。2022/8/2048系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)為研究對象的工程技術，它涉及到“系統(tǒng)”與“工程”兩個側面所謂系統(tǒng)，即是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合而成的具有特定功能的有機整體。如計算機系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)等系統(tǒng)工程學中的“工程”概念，是指不僅包含“硬件”的設計與制造

27、，而且還包含與設計和制造“硬件”緊密相關的“軟件”，諸如預測、規(guī)劃、決策、評價等社會經濟活動過程，故稱它為“軟工程”，它擴充了傳統(tǒng)“工程”概念的含義。兩方面有機地結合在一起，即為系統(tǒng)工程。2022/8/2049“系統(tǒng)工程是為了合理開發(fā)、設計和運用系統(tǒng)而采用的思想、程序、組織和方法的總稱?！保?971年日本寺野壽朗“系統(tǒng)工程學”）1977年日本學者三浦武雄指:“系統(tǒng)工程與其他工程學不同之點在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的一種邊緣學科。因為系統(tǒng)工程的目的是研制系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學的領域，還涉及社會、經濟和政治等領域，為了適當地解決這些領域的問題，除了需要某些縱向技術

28、以外，還要有一種技術從橫的方向把它們組織起來，這種橫向技術就是系統(tǒng)工程”。2022/8/2050系統(tǒng)工程是研究復雜系統(tǒng)設計的科學，該系統(tǒng)由許多密切聯(lián)系的元素所組成。設計該復雜系統(tǒng)時，應有明確的預定功能及目標，并協(xié)調各個元素之間及元素和整體之間的有機聯(lián)系，以使系統(tǒng)能從總體上達到最優(yōu)目標。在設計系統(tǒng)時，要同時考慮到參與系統(tǒng)活動的人的因素及其作用?！?（1975年美國科學技術辭典）“系統(tǒng)工程是一門研究復雜系統(tǒng)的設計、建立、試驗和運行的科學技術?！保?976年蘇聯(lián)大百科全書）2022/8/2051“系統(tǒng)工程是為了研究由多數子系統(tǒng)構成的整體系統(tǒng)所具有的多種不同目標的相互協(xié)調，使系統(tǒng)的功能達到最優(yōu)化，最大

29、限度地發(fā)揮系統(tǒng)組成部分的能力而發(fā)展起來的一門科學?！保?977年，美國恰斯諾特“系統(tǒng)工程方法”）1978年我國著名學者錢學森指出:“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法”。 2022/8/2052系統(tǒng)工程的特征（1）系統(tǒng)工程是一門跨越多個學科領域的方法性學科，它的思想與方法適用于許多領域，它不以某一專門的技術領域為研究對象。 它是橫跨自然科學與社會科學的綜合性的新學科，它不僅涉及科學技術，還涉及經濟、社會、心理等因素，所以系統(tǒng)工程的研究與應用，特別需要把自然科學與社會科學緊密地結合起來，從各門學科中吸取有用的東西，形成自己的

30、思想和方法。2022/8/2053（2）系統(tǒng)工程的目標是實現系統(tǒng)的整體最優(yōu)。為此，要運用各學科的最新成果（如老三論、新三論、運籌學以及電子計算機等），采用定性與定量分析相結合的方法，研究系統(tǒng)的整體與部分，系統(tǒng)與環(huán)境之間的關系與協(xié)調，提出最優(yōu)方案，在實踐中，力爭實現系統(tǒng)整體最優(yōu)之效果。2022/8/2054（3）系統(tǒng)工程研究問題途徑一般是先決定整體框架，后進入詳細設計，通過對系統(tǒng)的綜合、分析，構造系統(tǒng)模型來調整改善系統(tǒng)的結構，使之達到系統(tǒng)整體最優(yōu)。（4）在系統(tǒng)工程的觀點和方法中，觀點、概念、原則是本質的，是第一位的，一些數學方法是手段，是從屬于觀點和原則的。2022/8/2055系統(tǒng)工程的任務（

31、1）在開發(fā)新的系統(tǒng)（如太空飛船系統(tǒng)、地鐵系統(tǒng)、新型工程系統(tǒng)）過程中，解決系統(tǒng)的最優(yōu)設計、最優(yōu)管理、最優(yōu)控制、最優(yōu)制造等一系列問題，這些問題多屬于工程技術系統(tǒng)。（2）用系統(tǒng)的思想和方法重新評價、預測、分析和規(guī)劃現有的系統(tǒng)，使其充分挖掘潛力，具有新的功能，或找出改進完善的方向，一般稱之為“系統(tǒng)化”。2022/8/20564、系統(tǒng)工程與工程技術系統(tǒng)工程也是一種工程技術，用以改造客觀世界并取得實際成果。2022/8/2057系統(tǒng)工程與工程技術的區(qū)別研究的對象廣泛，包括人類社會、生態(tài)環(huán)境、自然現象和組織管理等。 系統(tǒng)工程是一門跨學科的邊緣學科。不僅要用到數、理、化、生物等自然科學，還要用到社會學、心理學

32、、經濟學、醫(yī)學等與人的思想、行為、能力等有關的學科，是自然科學和社會科學的交叉。在處理復雜的大系統(tǒng)時，常采用定性分析和定量計算相結合的方法。 系統(tǒng)工程所研究的大系統(tǒng)比一般工程系統(tǒng)復雜得多，處理系統(tǒng)工程問題不僅要有科學性，而且要有藝術性和哲理性。 2022/8/2058系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)工程傳統(tǒng)工程 解決問題的方法一清二楚 稱為“內容明確的問題” 大目標具體化 評價方法具體化 目標分解、層次化系統(tǒng)工程解決問題的方法不明確稱為“內容不明確的問題”系統(tǒng)工程大目標是抽象的評價方法是抽象的，評價方法多方面、多層次的系統(tǒng)目標多方面、多層次的 2022/8/2059系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)工程的區(qū)別系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)工程，如

33、機械工程、化學工程、電力工程等是有很大差異的。 傳統(tǒng)工程側重于對能量、物質進行變換，完成各種“硬件”生產任務稱為“硬技術”。 系統(tǒng)工程側重于信息聚集、加工、處理和變換，完成各種“軟件”生產任務，生產出各種無形產品，如規(guī)劃、設計、決策、制度、程序等，因此系統(tǒng)工程稱為“軟技術”，系統(tǒng)科學稱為“軟科學”。對于一個大型的工作任務或系統(tǒng)來講，既需要“硬技術”也需要“軟技術”。2022/8/2060系統(tǒng)工程的作用系統(tǒng)的價值與技術價值作用在于最大地開發(fā)工程價值案例分析：美國石油輸送問題2022/8/2061美國石油輸送問題背景介紹：阿拉斯加北海岸的Prudhoe Bay發(fā)現石油。普拉德霍灣到阿拉斯加南海岸的

34、瓦爾迪茲140萬桶原油每天北極圈內，常年處于冰凍狀態(tài)；最低溫度50攝氏度2022/8/2062石油運輸方案方案1：超級油輪海上運輸方案2：管道運輸方案3：管道運輸海輪運輸2022/8/2063方案1：超級油輪海上運輸（1）優(yōu)勢：僅需56艘油輪投資?。?）劣勢：須有破冰船在起終點建立大型油庫2022/8/2064方案2：管道運輸（1）優(yōu)勢：管道技術成熟（2）劣勢：輸油管道的加熱和高架陸地經加拿大國土或者經海底管道2022/8/2065方案3：管道運輸海輪運輸（1）優(yōu)勢：僅需56艘油輪管道技術成熟（2）劣勢：輸油管道的加熱和高架2022/8/2066方案選擇與優(yōu)化優(yōu)化思路1：海水加入原油中把含10

35、%到15%氯化鈉海水加入原油中，使得低下的原油和海水混合成為乳狀液態(tài)，在低溫中仍然可以在管道中暢流。優(yōu)化思路2：天然氣加入到原油中把石油和油氣混合在一起,通過管道進行運輸。將天然氣轉化為甲醇，甲醇再與石油混合在一起，降低了混合物的熔點，并充分利用的有限資源。2022/8/2067阿拉斯加石油管道石油是阿拉斯加一大重要資源，州內90%的財源都來自石油產品、原油及天然氣的出口業(yè)務。 每天有將近八千萬加倫的石油經由阿拉斯加油管(Trans-Alaska Pipeline)輸出。 阿拉斯加油管從北海岸的普拉德霍灣一路蜿蜒到中南部的瓦爾迪茲，石油便在此裝上油輪。1973年，造價美金80億美元的Alask

36、a Pipeline縱貫阿拉斯加，每天由北坡油田輸送140萬桶原油到阿拉斯加灣之濱、景色天成的不凍港瓦爾迪茲上油輪；從北坡到瓦爾迪茲，沿途美景依舊，毫無污染。2022/8/2068從北極圈內的普拉德霍灣延伸到阿拉斯加南海岸的瓦爾迪茲，跨阿拉斯加的輸油管道長約1287千米，途中穿過3條山脈、300多條大小河流和將近640千米長的凍土地帶。這條輸油管于1977年竣工。2022/8/2069未來石油輸送問題目前，為增加美國市場的能源供應和減少對進口石油的依賴，美國正準備修建從阿拉斯加到美國中西部地區(qū)的大型天然氣管道。據美國華盛頓郵報報道，這條天然氣管道將從天然氣和石油蘊藏量豐富的阿拉斯加北坡地區(qū)開始

37、，通往密歇根州的芝加哥，全長約3600英里（約合5700多公里），總耗資估計為200億美元。管道2012年建成后，每天的天然氣輸送量將達45億立方英尺（1英尺合0.0283立方米），約占目前美國產量的8%，從而對美國的能源供應產生重大的影響。目前，美國一些石油公司正在同國會聯(lián)系，以便爭取政府參加這一計劃。美國能源界人士普遍預計，由于這一計劃不涉及開采石油所面臨的自然環(huán)境保護問題，因此預計將得到國會的大力支持。2022/8/2070四川都江堰工程戰(zhàn)國時期，秦國太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。這一偉大水利工程巧妙地將分洪、排水和排沙結合起來，使各部分組成一個整體，實現了防洪、灌溉、行舟、漂木

38、等多種功能。至今，該工程仍在發(fā)揮著重大的經濟效益。2022/8/20712022/8/20722022/8/20732022/8/20742022/8/20752022/8/2076系統(tǒng)工程的總體思想從系統(tǒng)總體出發(fā)，充分考慮“輸入”和“輸出”的各種因素開發(fā)內部系統(tǒng)。（1）最優(yōu)思想（2）組合思想（3）分解協(xié)調思想2022/8/2077（1）最優(yōu)思想系統(tǒng)工程的目標和約束往往是多方面、多層次的，且隨社會、經濟、全球化、技術、市場等多種因素不斷變化，所以要追求系統(tǒng)的總體最優(yōu)，不是局部最優(yōu)。 系統(tǒng)工程的主要任務是開發(fā)整體（綜合）最優(yōu)系統(tǒng)，包括：最優(yōu)設計、最優(yōu)管理、最優(yōu)性能、最優(yōu)控制2022/8/2078

39、為達到系統(tǒng)整體最優(yōu)建立目標體系和評價體系目標體系和評價體系要注重定量和定性方法相結合2022/8/2079（2）組合思想系統(tǒng)是由具有一定功能的要素組合而成組合思想：合理選擇要素，既能滿足系統(tǒng)目標、又沒有不必要的要素選擇要素的原則：盡可能選已有要素、盡可能選標準化、規(guī)格化、通用化的要素。例：建大廈，要素為磚、水泥、鋼筋、木材等。不同水平的建筑師卻可以建出不同水平的房子來，原因在于組合思想的水平不同。2022/8/2080 （3）分解和協(xié)調思想 大系統(tǒng)一般結構復雜復雜的大系統(tǒng)可以分解為結構相對簡單的若干子系統(tǒng)，簡化處理同一級的子系統(tǒng)相互關聯(lián)，要求相互之間密切配合，協(xié)調完成大系統(tǒng)的任務目標分解，功能

40、協(xié)調2022/8/20812、系統(tǒng)工程的發(fā)展歷程（1）系統(tǒng)工程的萌芽時期（2）系統(tǒng)工程概念產生時期（3）系統(tǒng)工程應用時期2022/8/2082系統(tǒng)工程的萌芽時期系統(tǒng)工程作為一門科學技術雖然形成于二十世紀中葉，但系統(tǒng)工程的思想方法和實際應用可追溯到遠古時代。 系統(tǒng)工程的萌芽時期可追溯到上世紀初的FW泰勒(FWTaylor)系統(tǒng)。系統(tǒng)目的：提高工效途徑：泰勒研究了合理工序和工人活動的關系，探索了管理的規(guī)律，1911年他的 科學管理原理一書問世后，工業(yè)界出現了泰勒系統(tǒng)。 公元前500年的春秋時期，就有著名的軍事家孫武寫出了“孫子兵法”十三篇，指出戰(zhàn)爭中的戰(zhàn)略和策略問題，如進攻與防御、速決和持久、分散

41、和集中等之 間的相互依存和相互制約的關系，并依此籌劃戰(zhàn)爭的對策，以取得戰(zhàn)爭的勝利。其著名論點有“知已知彼，百戰(zhàn)不殆”，“以我之長，攻敵之短”等。 在水利建設方面，戰(zhàn)國時期，秦國太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。2022/8/2083運籌學最早出現于1938年，當時納粹德國經常派轟炸機越過英吉利海峽轟炸英國本土，為了預警，英國人沿海岸線建立了雷達系統(tǒng)。雷達系統(tǒng)由密布的雷達站組成雷達系統(tǒng)的預警信息傳至防空指揮中心，使高射炮和戰(zhàn)機能提前準備迎敵。 為了最大效用地發(fā)揮防空系統(tǒng)的作用，當時提出了一個問題：對整個防空系統(tǒng)進行研究，以解決各雷達站之間和雷達站與整個防空系統(tǒng)之間應如何協(xié)調配合才能有效地防備

42、德國飛機入侵的問題。該項研究導致了運籌學的產生。2022/8/2084系統(tǒng)工程概念產生時期第一次提出系統(tǒng)工程這一名詞的是1940年在美國貝爾電話公司試驗室工作的 EC莫利納(ECMolina)和在丹麥哥本哈根電話公司工作的AK厄朗(AKErlang)。 在研制電話自動交換機時，他們意識到不能只注意電話機和交換設備技術的研究，還要從通信網絡的總體上進行研究。他們把研制工作分為規(guī)劃、研究、開發(fā)、應用和通用工程等五個階段，系統(tǒng)地解決了問題。 2022/8/2085EC莫利納(ECMolina)和AK 厄朗(AK Erlang) 提出了排隊論原理，并應用到電話通信網絡系統(tǒng)中，推動了電話事業(yè)的飛速發(fā)展第

43、二次世界大戰(zhàn)時期，英國為防御德國的突然空襲，研究了雷達報警系統(tǒng)和飛機降落排隊系統(tǒng)，取得了很多戰(zhàn)果。2022/8/2086 系統(tǒng)工程應用時期1942年至1945年，美國制造原子彈的“曼哈頓”計劃，由于應用了系統(tǒng)工程方法進行協(xié)調，在較短的時間內取得了成功。1945年，美國建立了蘭德公司(RAND Corp)， 應用運籌學等理論方法研制出了多種應用系統(tǒng)，在美國國家發(fā)展戰(zhàn)略、國防系統(tǒng)開發(fā)、宇宙空間技術以及經濟建設領域的重大決策中，發(fā)揮了重要作用，蘭德又被譽為思想庫 和智囊團。2022/8/208750年代后期和60年代中期，美國為改變空間技術落后于蘇聯(lián)的局面，先后制定和執(zhí)行了北極星導彈核潛艇計劃和阿波

44、羅登月計劃，這些都是系統(tǒng)工程在國防科研中取得成果的著名范例。50年代，美國的 H H 古德和R E 麥克霍爾出版了第一本以系統(tǒng)工程命名的專著 2022/8/2088案例：阿波羅登月阿波羅登月計劃是一項巨大的工程，從1961年開始，持續(xù)了11年。工程有三百多萬個部件，耗資244億美元，參加者有兩萬多個企業(yè)和120個大學與研究機構。整個工程在計劃進度、質量檢驗、可靠性評價和管理過程等方面都采用了系統(tǒng)工程方法，并創(chuàng)造了“計劃評審技術(PERT)”和“隨機網絡技術”（又稱“圖解評審技術（GERT)”），實現了時間進度、質量技術與經費管理三者的統(tǒng)一。實施該工程的過程中及時向各層決策機構提供信息和方案，供

45、各層決策者使用，保證了各個領域的相互平衡，如期完成了總體目標。2022/8/2089系統(tǒng)工程發(fā)展時期近代科學技術的發(fā)展，特別是計算機的出現和廣泛使用，使系統(tǒng)工程在世界范圍內迅速發(fā)展起來，許多國家有不少成功的重大研究成果。70年代以來。隨著微型計算機的發(fā)展，出現了分級分布控制系統(tǒng)和分散信號處理系統(tǒng)，擴展了系統(tǒng)工程理論方法的應用范圍。80年代以來，社會、經濟與環(huán)境綜合性的大系統(tǒng)問題日益增多，如環(huán)境污染、人口增長、交通事故、軍備競賽等。許多技術性問題也帶有政治、經濟的因素，如北歐跨國電網的供電問題。趨勢：數學工具大量應用；各式各樣的方法及綜合的方法形成普遍適用的理論；在主導思想上已從原來整體考慮、總

46、體分析發(fā)展到控制系統(tǒng)使之達到總體的優(yōu)化。 2022/8/2090北歐跨國電網的供電問題北歐電力交易市場是目前世界上唯一一個開展多國間電力交易的市場。北歐包括挪威、瑞典、丹麥、芬蘭和冰島。挪威電網中絕大部分為水電機組，水電裝機占全網總裝機的98.9%。瑞典電網水電裝機占全網總裝機的一半，核電占31%，火電占17%。芬蘭大部分是燃燒泥煤的火電廠，占裝機容量的66%，其余為水電和核電。由于環(huán)保組織的抵制，芬蘭短期內不會發(fā)展核電。丹麥絕大部分為火電，占總裝機的88%。冰島電網獨立運行。2022/8/20911991年挪威建立了國家電力市場， 1996年瑞典率先加入，1998年6月芬蘭加入，最后，丹麥于

47、2000年10月加入。 北歐四國間的電力構成具有很大的互補性，使得北歐四國的國際間電力交易非常頻繁。北歐四國的水電主要集中在其地理版圖的北部，這些地區(qū)人口較少，負荷較低；火電則主要集中在南部地區(qū)，這些地區(qū)相對人口稠密，負荷較大。在豐水季節(jié)，北歐北部地區(qū)大量成本較低的富裕水電憑借價格優(yōu)勢流入南部地區(qū)，導致市場實時電價較低；在枯水季節(jié)則相反，南部的火電流入北部地區(qū)，市場實時價格則較高。北歐四國除內部進行資源優(yōu)化外，和俄羅斯、德國、波蘭也有電能交易，國際間電力交易非常頻繁，北歐地區(qū)在用電高峰時期，需要從鄰國俄羅斯、德國、波蘭進口電能，國際聯(lián)絡線為這種電力交易提供了保障。 2022/8/2092特點：

48、電網有水、火、核等多種能源形式，規(guī)模龐大。北歐電網的裝機構成以水電和核電為主。其中：水電占總裝機容量的50以上，核電約占30，火電為15，其他可再生能源約為5。2022/8/2093電網調度本身在技術上已相當復雜，而且還要受到各國經濟利益沖突、地理條件限制、環(huán)境保護政策制約和人口遷移狀況的影響。負荷調度的目標和最佳運行方式的評價標準十分復雜，涉及多個國家社會經濟因素。電網的系統(tǒng)分析者要綜合這些因素，對4500 萬千瓦的電力做出合理的并能被接受的調度方案，提交各國討論、協(xié)調和決策，這是個典型的系統(tǒng)工程問題。北歐四國的電力交易可分為3種：期貨交易、現貨交易和實時交易，分別由兩種市場完成。2022/

49、8/2094中國系統(tǒng)工程的發(fā)展我國近代的系統(tǒng)工程研究可追溯到50年代。1956年，中國科學院在錢學森、許國志教授的創(chuàng)導下，建立了第一個運籌學小組;60年代，著名數學家華羅庚大力推廣了統(tǒng)籌法、優(yōu)選法;與此同時，在著名科學家錢學森領導下，在導彈等現代化武器的總體設計組織方面，取得了豐富經驗，國防尖端科研的總體設計部取得顯著成效。1977年以來，系統(tǒng)工程的推廣和應用出現了新局面，1980年成立了中國系統(tǒng)工程學會，與國際系統(tǒng)工程界進行交流。2022/8/2095第三節(jié) 系統(tǒng)工程的理論基礎一般系統(tǒng)論耗散結構論大系統(tǒng)理論信息論突變論協(xié)同論其他2022/8/20961、一般系統(tǒng)論美籍奧地利生物理論專家貝塔朗

50、菲（Bertalanffy ）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、生命的本質等問題，就存在兩種激烈爭論的觀點：機械論與活力論。2022/8/2097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象和心理過程。無法說明生命體的統(tǒng)一性?；盍φ摚赫J為不能把生命現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力量。2

51、022/8/2098一般系統(tǒng)論來源于機體論，這是一種與機械論相對立的生物學理論，貝塔朗菲認為機械論有三個錯誤觀點。相加的觀點“機械”的觀點被動反應的觀點2022/8/2099貝塔朗菲總結了機體論發(fā)展的成就，把協(xié)調、秩序、目的性等概念用于研究有機體。系統(tǒng)觀點，即有機整體性原則 認為一切有機體都是一個開放的系統(tǒng)，都是一個有機整體。動態(tài)觀點，即自組織性原則 認為一切生命現象本身都處于積極的活動狀態(tài)，是自組織開放系統(tǒng)。組織等級觀點 認為事物存在著不同組織等級和層次，各自的組織能力不同，并具有自身目的性和自身調節(jié)性有序性觀點 構成系統(tǒng)的諸要素通過相互作用，在時間和空間上按一定秩序組合和排列，由此而形成一

52、定的結構，決定系統(tǒng)的特定功能。2022/8/20100一般系統(tǒng)的內容系統(tǒng)科學理論原理部分系統(tǒng)哲學系統(tǒng)的哲學基礎和哲學意義系統(tǒng)技術應用技術 不僅適合于有機體，而且也適合于經濟、社會和科學技術等一切系統(tǒng)。2022/8/201012、耗散結構理論比利時學者普利高津(I.Prigogine)提出耗散結構理論：遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)與外界不斷地交換物質和能量，當這一外界條件達到一定閥值時，系統(tǒng)可能從原有的混亂狀態(tài)轉變?yōu)橐环N在時間上、空間上、或功能上的有序狀態(tài)，這種在遠離平衡態(tài)所形成的新的有序結構稱作耗散結構。耗散結構理論就是研究耗散結構的形成/性質/穩(wěn)定性和演化的規(guī)律。產生耗散結構的條件開放系統(tǒng)即系統(tǒng)不斷

53、從外界攝取能量,以維持系統(tǒng)形成新的有序結構.遠離平衡態(tài):系統(tǒng)處于近平衡態(tài)時,實際上是處于線性區(qū),系統(tǒng)總是趨于無序。只有遠離平衡態(tài)，越出非平衡線性區(qū),系統(tǒng)才可能形成新的結構。漲落：熱力學系統(tǒng)失穩(wěn)只能說是為系統(tǒng)演變準備好了必要條件。在臨界點附近，漲落可能不被耗散掉，它將使系統(tǒng)進入到新的有序的耗散結構。2022/8/201022022/8/20103自組織系統(tǒng)組織：一個系統(tǒng)的要素按照特定的指令，形成特定結構或功能的過程叫組織。 自組織：一個系統(tǒng)的要素按彼此的協(xié)同性、相干性或某種默契形成特定結構與功能的過程稱為自組織。形成自組織系統(tǒng)的條件：（1）系統(tǒng)是開放系統(tǒng)；（2）系統(tǒng)必須遠離平衡態(tài)；（3）系統(tǒng)內存

54、在著非線性反饋的動力學機制；（4）系統(tǒng)存在隨機漲落。2022/8/20104 3、大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)的特征大系統(tǒng)理論研究內容大系統(tǒng)的結構方案大系統(tǒng)模型的簡化大系統(tǒng)的優(yōu)化2022/8/20105大系統(tǒng)的特征 規(guī)模龐大，構成大系統(tǒng)的要素本身就是一個完整系統(tǒng)，如：大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)往往由煉鐵廠、煉鋼廠、軋鋼廠等要素組成，而這些工廠本身就自成一個系統(tǒng)。 結構復雜，各要素（子系統(tǒng)）之間存在多級遞階的復雜結構。 影響因素眾多2022/8/20106 大系統(tǒng)一般都是多目標、多輸入、多輸出、多變量、多干擾的復雜系統(tǒng)，因此大系統(tǒng)往往具有不確定性（如模糊性、隨機性等），并且由于信息不足，從而造成不確知性。同時，正因為

55、對大系統(tǒng)的影響因素眾多，所以大系統(tǒng)的數學模型往往是高維的、高階的,系統(tǒng)分析和設計的工作量隨維數增大即迅速增長，導致“維數災難”。2022/8/20107大系統(tǒng)理論研究內容大系統(tǒng)結構方案的研究大系統(tǒng)穩(wěn)定性研究大系統(tǒng)的最優(yōu)化問題研究大系統(tǒng)模型簡化的研究2022/8/20108大系統(tǒng)的結構方案遞階控制方案分散控制方案2022/8/20109遞階控制各決策單元和諧地工作以實現總目標?！斑f階”是“等級”的含義遞階控制的特點：下級決策單元只接受上級決策單元的命令，上級決策單元不逾越下級決策單元而直接控制被控大系統(tǒng)。整個遞階系統(tǒng)有一個總優(yōu)化2022/8/20110多層控制多層控制按照總任務和各層的任務目標進

56、行分解、分層，各層運行的周期不同，愈到上層，運行周期愈長，解決總是愈復雜。多層控制常用于工業(yè)企業(yè)的生產安排和管理上。2022/8/20111第一層是直接控制層，根據上層的決策（設定）直接控制大系統(tǒng)的運行過程或狀態(tài)，處理經常發(fā)生的、變化快的外部擾動。第二層是優(yōu)化層，根據上層給定的各項技術經濟指標和約束條件，以及提供的資源等，建立優(yōu)化模型以實現大系統(tǒng)的最優(yōu)控制，并及時調節(jié)因條件變化而引起的擾動。第三層是決策層，例如根據市場供銷情況來調節(jié)生產計劃、修正營銷策略。2022/8/20112決 策 層 優(yōu) 化 層直接控制層被控大系統(tǒng)第三層第二層第一層控制總任務設定校正 擾動多層控制2022/8/20113

57、多級控制將總目標分解成局部目標，并利用各級局部決策單元進行控制和協(xié)調。多級控制常用于經濟管理組織機構，下級機關將勞動力組織到生產崗位上，上級機關指揮與協(xié)調各下級機關的工作。每一級卻力求有效地管理其下一級，同時又緊跟其上一級的指揮，以保證整個組織機構高效率工作，并完成總任務。2022/8/20114 協(xié)調級局部決策單元局部決策單元局部決策單元子系統(tǒng) 1子系統(tǒng) 2子系統(tǒng) n 輸入輸出總任務多級控制2022/8/20115分散控制分散控制實際上是一種兩級遞階控制的特例分散控制可以減少集中控制或遞階控制時在信息傳輸方面的技術困難和設備費用，但只能得到一個次優(yōu)解。2022/8/20116局部控制器1局部

58、控制器2局部控制器n子系統(tǒng) 1子系統(tǒng) 2子系統(tǒng) n輸入輸出分散控制2022/8/20117大系統(tǒng)模型的簡化簡化大系統(tǒng)模型方法：集結法通過一個常量的集結矩陣，以低維狀態(tài)空間描述來簡化原是高維的系統(tǒng)，但卻保留原系統(tǒng)的主要模式。線性化法2022/8/20118大系統(tǒng)優(yōu)化大系統(tǒng)優(yōu)化分為靜態(tài)優(yōu)化和動態(tài)優(yōu)化 大系統(tǒng)優(yōu)化的主要任務是：按大系統(tǒng)的最優(yōu)化目標和總體系統(tǒng)和各子系統(tǒng)之間的關系，以及各子系統(tǒng)之間的關系，最優(yōu)地分配各子系統(tǒng)的子目標，并以此來控制子系統(tǒng)，從而使總體系統(tǒng)達到最優(yōu)化。例：企業(yè)在現有人力、物力和財力的條件下，如何合理安排生產計劃，如何開發(fā)新產品，如何提高產品質量和勞動生產率等等。2022/8/2

59、01194、信息論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，是美國科學家香農（Shannon）在1948年創(chuàng)立的2022/8/20120信息論的基本思想和方法完全撇開了物質、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)內部的信息交流使系統(tǒng)維持正常的有目的的運動。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。2022/8/20121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(xi),并滿足歸一性條件：

60、 p(x1)p(x2)p(xn)1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。2022/8/20122設該消息列中包含的消息總數為N，N非常大。在統(tǒng)計意義上，該序列N中包含消息xi的數目為p(xi)N個。申農的信息量公式：H(x) =p(xi)h(xi) =-p(xi)log2p(xi)2022/8/20123信息與系統(tǒng)的關系 信息是系統(tǒng)的一種重要特征 不存在與系統(tǒng)無關的信息，也不存在沒有信息的系統(tǒng);有系統(tǒng)內部、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用，就有信息的產生和交換;系統(tǒng)的形成、發(fā)展、運行都離不開信息的活動。2022/8/20124信息與系統(tǒng)的關系 普利高津把信息概念引入耗散結構理論。 赫爾