高校課件-系統(tǒng)工程：原理與實(shí)務(wù)

1、系統(tǒng)工程理論與實(shí)務(wù)課程簡介系統(tǒng)工程是以系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用系統(tǒng)科學(xué)思想、方法進(jìn)行系統(tǒng)合理開發(fā)、運(yùn)行和控制的一大類工程技術(shù)的總稱，是一門多學(xué)科高度綜合的、新興的交叉學(xué)科。系統(tǒng)工程主要內(nèi)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(jié)構(gòu)化模型、分析模型、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)評(píng)價(jià)等。 一件復(fù)雜的事件、規(guī)模較大的工程或?qū)嵤┏掷m(xù)時(shí)間較長的過程，常常被認(rèn)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(xiàng)目，它的論證、組織、實(shí)施與管理可以說就是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程問題，這項(xiàng)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(gè)

2、省的上百個(gè)縣市，同時(shí)實(shí)施過程要由眾多單位共同努力，時(shí)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(duì)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(dāng)前各種經(jīng)濟(jì)改革、價(jià)格問題、體制改革及各種政策的出臺(tái)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題， 都要經(jīng)過充分的系統(tǒng)的論證，都與系統(tǒng)工程有關(guān)。糧食價(jià)格的調(diào)整：影響肉、菜、生活用品等等，從而影響整個(gè)社會(huì)的物價(jià)。燃料能源價(jià)格：影響原材料、產(chǎn)品及整個(gè)物價(jià)銀行利率：影響消費(fèi)與積累，反映了國家的經(jīng)濟(jì)政策外匯牌價(jià)：主要用于調(diào)節(jié)進(jìn)出口政策，同時(shí)反映了一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力2022/8/206系統(tǒng)工程問題管理類學(xué)生未來可能遇到的系統(tǒng)工程問題：企業(yè)的長遠(yuǎn)規(guī)

3、劃：綜合考慮企業(yè)發(fā)展、實(shí)力、原材料、能源、技術(shù)、市場、國家政策等。新產(chǎn)品開發(fā)：考慮市場、企業(yè)開發(fā)技術(shù)與實(shí)力、銷售網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟(jì)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(xiàng)目管理：經(jīng)過立項(xiàng)、論證、實(shí)施等。2022/8/207 章 節(jié)課 程 內(nèi) 容 課 時(shí) 分 配 講授實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)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(píng)價(jià)4第7章系統(tǒng)工程應(yīng)用綜合案例2課 時(shí) 總計(jì)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(nèi)涵與發(fā)展歷程第三節(jié) 系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)第四節(jié) 系統(tǒng)工程應(yīng)用領(lǐng)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(nèi)涵3、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jìn)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(xué)的表達(dá)形式，在運(yùn)籌學(xué)和其他系統(tǒng)科學(xué)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(shí)踐內(nèi)容”2022/8/2011系統(tǒng)概念的產(chǎn)生公元前古希臘對(duì)宇宙大系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)我國西周時(shí)期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行”東漢時(shí)期形成的“二十四節(jié)氣”周秦到西漢時(shí)期的“黃帝內(nèi)經(jīng)”。2022/8/20122、系統(tǒng)的內(nèi)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(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)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(xué)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(tái)機(jī)器、一個(gè)部門、一項(xiàng)計(jì)劃、一個(gè)研究項(xiàng)目、一種組織、一套制度都可以看成一個(gè)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(duì)的而不是絕對(duì)的，它沒有絕對(duì)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(jī)的聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)綜合的整體，以實(shí)現(xiàn)一定的功能。這表現(xiàn)為系統(tǒng)具有集合性，即構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)部分可以具有不同的功能，但要實(shí)現(xiàn)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(diào)和連接，提高系統(tǒng)的有序性和整體的運(yùn)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(shù)系統(tǒng)的活動(dòng)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(fù)合系統(tǒng)都是根據(jù)系統(tǒng)的目的來設(shè)定其功能的，這類系統(tǒng)也是系統(tǒng)工程研究的主要對(duì)象。 系統(tǒng)的特征2022/8/2015（3）相關(guān)性 系統(tǒng)中相互關(guān)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(guān)性確定了系統(tǒng)的性質(zhì)和形態(tài)。系統(tǒng)的特征2022/8/2016（4）動(dòng)態(tài)性 物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)是密不可分的，各種物質(zhì)

7、的特性、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能及其規(guī)律 性，都是通過運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出來的，要認(rèn)識(shí)物質(zhì)首先要研究物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)的動(dòng)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(zhì)、能量和信息的交換，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以隨時(shí)間變化。一般來講，系統(tǒng)的發(fā)展是一個(gè)有方向性的動(dòng)態(tài)過程。系統(tǒng)的特征2022/8/2017（5）有序性 由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和層次的動(dòng)態(tài)演變有某種方向性，因而使系統(tǒng)具有有序性的特點(diǎn)。一般系統(tǒng)論的一個(gè)重要成果是把生物和生命現(xiàn)象的有序性和目的性同系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的特征2022/8/2018（6）環(huán)境適應(yīng)性 一個(gè)系統(tǒng)和包圍該系統(tǒng)的環(huán)

8、境之間通常都有物質(zhì)、能量和信息的交換，外界環(huán)境的變化會(huì)引起系統(tǒng)特性的改變，相應(yīng)地引起系統(tǒng)內(nèi)各部分相互關(guān)系和功能的變化。為了保持和恢復(fù)系統(tǒng)原有特性，系統(tǒng)必須具有對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，例如反饋系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)和自學(xué)習(xí)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(guān)性（4）動(dòng)態(tài)性（5）有序性（6）環(huán)境適應(yīng)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(guān)系明確了系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系反映了系統(tǒng)的變化趨勢反映了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形態(tài)系統(tǒng)特征之間的關(guān)系2022/8/20203 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)的構(gòu)成要素在時(shí)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(jié)構(gòu)的普遍形式?jīng)Q定了系統(tǒng)的基本特征。目的性作為構(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)相關(guān)性動(dòng)態(tài)性有序性作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)涵特性整體性環(huán)境適應(yīng)性分別作為系統(tǒng)內(nèi)、外部綜合協(xié)調(diào)的表征2022/8/2021系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的目的就是尋求構(gòu)筑系統(tǒng)合理結(jié)構(gòu)的規(guī)律和途徑。是指在對(duì)應(yīng)系統(tǒng)總目標(biāo)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(guān)系集以及它們?cè)陔A層分布上的最優(yōu)結(jié)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(jié)構(gòu)分析的作用：通過明確一切和問題有關(guān)的要素同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)之間的關(guān)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(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的目的與

10、要求可以看出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的主要內(nèi)容有：構(gòu)成系統(tǒng)的要素集要素間的相互關(guān)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(jié)構(gòu)的主要類型因果關(guān)系結(jié)構(gòu)反饋關(guān)系結(jié)構(gòu) S型關(guān)系結(jié)構(gòu)多重耦合關(guān)系結(jié)構(gòu)2022/8/2025(1) 因果關(guān)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(dòng)力學(xué)方法中，元素之間的聯(lián)系或關(guān)系可以概括為因果關(guān)系（Causal Relationship）因果關(guān)系的相互作用，最終形成系統(tǒng)的功能和行為。因果關(guān)系分析是系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)，也是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種定性描述。2022/8/2026因果關(guān)系的描述通常因果關(guān)系用一個(gè)箭頭線表示，即AB，變量A表示原因，變量B表示結(jié)果。箭頭

11、線標(biāo)為因果鏈，表示A到B的作用。一般地，當(dāng)A變化時(shí)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(guān)系，簡稱正關(guān)系，用“”號(hào)標(biāo)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(fù)因果關(guān)系，簡稱負(fù)關(guān)系，用“”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。2022/8/2028(2) 反饋關(guān)系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中某個(gè)因素的變化，導(dǎo)致其他因素的變化，又引起自身的變化現(xiàn)象

12、分為正反饋與負(fù)反饋，一般原則是：若反饋回路包含偶數(shù)個(gè)負(fù)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(shù)個(gè)負(fù)的因果鏈，則其極性為負(fù)，叫負(fù)反饋回路。2022/8/2029(3) S型關(guān)系結(jié)構(gòu)由正反饋和負(fù)反饋構(gòu)成的系統(tǒng)用途很多系統(tǒng)狀態(tài)SS型曲線時(shí)間t圖1-2 S型系統(tǒng)狀態(tài)趨勢2022/8/2030(4) 多重耦合關(guān)系結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的反饋耦合結(jié)構(gòu) 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(gè)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(zhì)，將系

13、統(tǒng)分為各種各樣的類型。2022/8/2034面向?qū)ο髤^(qū)分的各種系統(tǒng)形態(tài)物質(zhì)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(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng) 經(jīng)營系統(tǒng) 根據(jù)具體對(duì)象劃分的各種系統(tǒng) :工業(yè)系統(tǒng)、運(yùn)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(chǎn)業(yè)區(qū)分系統(tǒng)的形態(tài)，或按消費(fèi)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(chǎn)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(dòng)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(guān)元素，按其屬性和相互關(guān)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(duì)自然物質(zhì)通過加工，用人工方法制造出來的工具和機(jī)械裝置等構(gòu)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(huì)系統(tǒng)；人類通過對(duì)自然現(xiàn)象和社會(huì)現(xiàn)象的科學(xué)認(rèn)識(shí)，用人工方法研究出來的科學(xué)體系和技術(shù)體系等都屬于人造系統(tǒng)。 2022/8/2036自然和人造系統(tǒng)關(guān)系舉例埃及阿斯旺水壩是一個(gè)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?zhǔn)艿狡茐?，漁業(yè)減產(chǎn);尼羅河流域土質(zhì)鹽堿化加快，發(fā)生周期性干旱，影響了農(nóng)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(yùn)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(gè)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(jì)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(jìn)埃及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(duì)埃及工

16、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形成威脅，引起了各國學(xué)者的關(guān)注。對(duì)阿斯旺水壩的利弊，專家們多年來大動(dòng)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(gè)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(yáng)說：“阿斯旺水壩宏偉的建設(shè)工程，體現(xiàn)了埃及人民改造大自然，變沙漠為良田的雄心壯志?！崩矛F(xiàn)

17、代科學(xué)技術(shù)筑 造的阿斯旺水壩，灌溉埃及90%以上的耕地，使埃及農(nóng)田的復(fù)種指數(shù)大大增加，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量迅速提高，棉花平均畝產(chǎn)量達(dá)184公斤，水稻為360公斤。過去依靠 尼羅河泛濫進(jìn)行耕種的時(shí)代，已一去不復(fù)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(chǎn)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(xiàn)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(jià)的電能，埃及全國的 4000

18、個(gè)村莊都相繼實(shí)現(xiàn)了電氣化。水壩每年發(fā)電80億千瓦小時(shí)，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(duì)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(jìn)入了一個(gè)新時(shí)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(nóng)業(yè)賴以發(fā)展的主動(dòng)脈。雖說阿斯旺水壩建成后，曾對(duì)促進(jìn)埃及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā) 展發(fā)揮了積極作用，但與此同時(shí)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(duì)埃及工農(nóng)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(shè)計(jì)的60米高度減少3米，嚴(yán)重影響了埃及的電

19、力工業(yè)生產(chǎn)。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(xiàn)了歷史上罕見的45高溫天氣。為了解決水源問題，埃及有關(guān)部門在近兩年間采取了應(yīng)急措施。首先是對(duì)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)作了必要的調(diào)整，規(guī)定埃及農(nóng)業(yè)部制定的農(nóng)作物生產(chǎn)計(jì)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(yīng)不足，迫在眉睫的任務(wù)是循環(huán)再生水，把工廠生產(chǎn)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(diào)整工業(yè)用電，限制用電時(shí)數(shù)，調(diào)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(wǎng)的負(fù)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(shí)還產(chǎn)生了副作用。這些副作用在已故總統(tǒng)納賽爾時(shí)期曾被忽視或撇在一邊。因?yàn)楫?dāng)時(shí)建造水壩被認(rèn)為是一種愛國的行動(dòng)，因而是不能批評(píng)的。而現(xiàn)在不能再忽視這些困難和副作用了。 尼羅河水在流動(dòng)中夾帶淤泥每年達(dá)1億噸。淤泥中含有大量腐殖質(zhì)，為埃及農(nóng)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(jìn)口大量化肥，從而增加了外匯支出和農(nóng)業(yè)成本

21、，也使土地肥質(zhì)降低，給埃及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(yán)重影響。過去，淤泥里的沉積物曾對(duì)地中海水位的增長起阻礙作用，但現(xiàn)在由于沉積物的消失， 三角洲的水土流失現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，拉希德和杜姆亞特兩河河口的土壤侵蝕日益加快。據(jù)埃及水利專家測算，現(xiàn)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(gè)嚴(yán)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(shí)。據(jù)埃及水利部統(tǒng)計(jì)，現(xiàn) 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(fēng)可能增加水的蒸發(fā)率為40%，即40億立方米，以上兩項(xiàng)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(nóng)業(yè)耕地受到鹽堿的影響，鹽堿率每年增加10%。另外，現(xiàn)有95%的埃及農(nóng)田由于不能及 時(shí)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)受害很大，近年來，埃及糧食生產(chǎn)已不能滿足需要，現(xiàn)在50%的食品又 靠進(jìn)口。 阿斯旺水壩的利弊得失，已成為當(dāng)今埃及乃至各國水利專家們談?wù)摰臒衢T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(dāng)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(dòng)工，到1970年7月23日完 工，1971年1月舉行竣工儀式，歷時(shí)10余載，耗資約15億美元。水壩是一項(xiàng)集防洪、灌溉、航運(yùn)、發(fā)電為一體的綜合利用工程。 2022/8/2042實(shí)體系統(tǒng)與概念（抽象）系統(tǒng) 所謂實(shí)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(shí)體占有一定空間，如自然界的礦物、生物，生產(chǎn)部門的機(jī)械設(shè)備、原始材料等。由于自然物都為實(shí)實(shí)在在的存在物，因此，實(shí)體系統(tǒng)亦稱為硬件系統(tǒng)。與實(shí)體系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的是概念系統(tǒng)，它是由概念、原理、假說、方法、計(jì)劃、制度、程序等非物質(zhì)實(shí)體構(gòu)成的系統(tǒng)，如管理系

24、統(tǒng)、科學(xué)技術(shù)體系、教育系統(tǒng)、文化系統(tǒng)等。由于概念系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)著的多是人們對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)和假設(shè)，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(shí)踐中，實(shí)體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)往往是結(jié)合在一起的。實(shí)體系統(tǒng)是概念系統(tǒng)的基礎(chǔ)和服務(wù)對(duì)象，概念系統(tǒng)是為實(shí)體系統(tǒng)提供指導(dǎo)和服務(wù)，兩者是不可分的。2022/8/2044 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)就是系統(tǒng)的狀態(tài)變量是隨時(shí)間不斷變化的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變量是時(shí)間的函數(shù)。例如，學(xué)校就是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它不僅有建筑物，還有教師和學(xué)生。企業(yè)也是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)典型例子靜態(tài)系統(tǒng)則是表征系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的數(shù)學(xué)模型中不含有時(shí)間因素，即模型中的變量不隨時(shí)間而變化，它

25、是動(dòng)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(jìn)行物質(zhì)交換，也不可能進(jìn)行信息、能量交換。換句話說，系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)和信息能量不能傳至外部，外界環(huán)境的物質(zhì)和信息能量也不能傳至系統(tǒng)內(nèi)部。封閉系統(tǒng)是指系統(tǒng)與外界環(huán)境之間可以進(jìn)行信息、能量交換，但不能進(jìn)行物質(zhì)交換。環(huán)境僅僅為系統(tǒng)提供了一個(gè)邊界，不管外部環(huán)境有什么變化，封閉系統(tǒng)仍表現(xiàn)為其內(nèi)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(zhì)和能量交互作用的系統(tǒng)。開放系統(tǒng)常是自調(diào)整或自適應(yīng)的系統(tǒng)2022/8/2046第二節(jié) 系統(tǒng)工程的內(nèi)涵與發(fā)

26、展歷程1、系統(tǒng)工程的內(nèi)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(xué)結(jié)構(gòu)體系中，屬于工程技術(shù)類，它是一門新興的學(xué)科。系統(tǒng)工程是多學(xué)科的高度綜合，它的思想和方法來自各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域，又綜合吸收了鄰近學(xué)科的理論與工具，故國內(nèi)外對(duì)系統(tǒng)工程的理解就不盡相同。 國內(nèi)外有一些學(xué)者對(duì)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(duì)象的工程技術(shù)，它涉及到“系統(tǒng)”與“工程”兩個(gè)側(cè)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(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)等系統(tǒng)工程學(xué)中的“工程”概念，是指不僅包含“硬件”的設(shè)計(jì)與制造

27、，而且還包含與設(shè)計(jì)和制造“硬件”緊密相關(guān)的“軟件”，諸如預(yù)測、規(guī)劃、決策、評(píng)價(jià)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)過程，故稱它為“軟工程”，它擴(kuò)充了傳統(tǒng)“工程”概念的含義。兩方面有機(jī)地結(jié)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(shè)計(jì)和運(yùn)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(xué)”）1977年日本學(xué)者三浦武雄指:“系統(tǒng)工程與其他工程學(xué)不同之點(diǎn)在于它是跨越許多學(xué)科的科學(xué)，而且是填補(bǔ)這些學(xué)科邊界空白的一種邊緣學(xué)科。因?yàn)橄到y(tǒng)工程的目的是研制系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學(xué)的領(lǐng)域，還涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治等領(lǐng)域，為了適當(dāng)?shù)亟鉀Q這些領(lǐng)域的問題，除了需要某些縱向技術(shù)

28、以外，還要有一種技術(shù)從橫的方向把它們組織起來，這種橫向技術(shù)就是系統(tǒng)工程”。2022/8/2050系統(tǒng)工程是研究復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)，該系統(tǒng)由許多密切聯(lián)系的元素所組成。設(shè)計(jì)該復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)有明確的預(yù)定功能及目標(biāo)，并協(xié)調(diào)各個(gè)元素之間及元素和整體之間的有機(jī)聯(lián)系，以使系統(tǒng)能從總體上達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，要同時(shí)考慮到參與系統(tǒng)活動(dòng)的人的因素及其作用?！?（1975年美國科學(xué)技術(shù)辭典）“系統(tǒng)工程是一門研究復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建立、試驗(yàn)和運(yùn)行的科學(xué)技術(shù)。”（1976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(shù)子系統(tǒng)構(gòu)成的整體系統(tǒng)所具有的多種不同目標(biāo)的相互協(xié)調(diào)，使系統(tǒng)的功能達(dá)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(xué)。”（1977年，美國恰斯諾特“系統(tǒng)工程方法”）1978年我國著名學(xué)者錢學(xué)森指出:“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)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(gè)學(xué)科領(lǐng)域的方法性學(xué)科，它的思想與方法適用于許多領(lǐng)域，它不以某一專門的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)檠芯繉?duì)象。 它是橫跨自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的綜合性的新學(xué)科，它不僅涉及科學(xué)技術(shù)，還涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、心理等因素，所以系統(tǒng)工程的研究與應(yīng)用，特別需要把自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)緊密地結(jié)合起來，從各門學(xué)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(biāo)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體最優(yōu)。為此，要運(yùn)用各學(xué)科的最新成果（如老三論、新三論、運(yùn)籌學(xué)以及電子計(jì)算機(jī)等），采用定性與定量分析相結(jié)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(guān)系與協(xié)調(diào)，提出最優(yōu)方案，在實(shí)踐中，力爭實(shí)現(xiàn)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(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)，通過對(duì)系統(tǒng)的綜合、分析，構(gòu)造系統(tǒng)模型來調(diào)整改善系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，使之達(dá)到系統(tǒng)整體最優(yōu)。（4）在系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法中，觀點(diǎn)、概念、原則是本質(zhì)的，是第一位的，一些數(shù)學(xué)方法是手段，是從屬于觀點(diǎn)和原則的。2022/8/2055系統(tǒng)工程的任務(wù)（

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(shè)計(jì)、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(shù)系統(tǒng)。（2）用系統(tǒng)的思想和方法重新評(píng)價(jià)、預(yù)測、分析和規(guī)劃現(xiàn)有的系統(tǒng)，使其充分挖掘潛力，具有新的功能，或找出改進(jìn)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(shù)系統(tǒng)工程也是一種工程技術(shù)，用以改造客觀世界并取得實(shí)際成果。2022/8/2057系統(tǒng)工程與工程技術(shù)的區(qū)別研究的對(duì)象廣泛，包括人類社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、自然現(xiàn)象和組織管理等。 系統(tǒng)工程是一門跨學(xué)科的邊緣學(xué)科。不僅要用到數(shù)、理、化、生物等自然科學(xué)，還要用到社會(huì)學(xué)、心理學(xué)

32、、經(jīng)濟(jì)學(xué)、醫(yī)學(xué)等與人的思想、行為、能力等有關(guān)的學(xué)科，是自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的交叉。在處理復(fù)雜的大系統(tǒng)時(shí)，常采用定性分析和定量計(jì)算相結(jié)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(fù)雜得多，處理系統(tǒng)工程問題不僅要有科學(xué)性，而且要有藝術(shù)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(nèi)容明確的問題” 大目標(biāo)具體化 評(píng)價(jià)方法具體化 目標(biāo)分解、層次化系統(tǒng)工程解決問題的方法不明確稱為“內(nèi)容不明確的問題”系統(tǒng)工程大目標(biāo)是抽象的評(píng)價(jià)方法是抽象的，評(píng)價(jià)方法多方面、多層次的系統(tǒng)目標(biāo)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(jī)械工程、化學(xué)工程、電力工程等是有很大差異的。 傳統(tǒng)工程側(cè)重于對(duì)能量、物質(zhì)進(jìn)行變換，完成各種“硬件”生產(chǎn)任務(wù)稱為“硬技術(shù)”。 系統(tǒng)工程側(cè)重于信息聚集、加工、處理和變換，完成各種“軟件”生產(chǎn)任務(wù)，生產(chǎn)出各種無形產(chǎn)品，如規(guī)劃、設(shè)計(jì)、決策、制度、程序等，因此系統(tǒng)工程稱為“軟技術(shù)”，系統(tǒng)科學(xué)稱為“軟科學(xué)”。對(duì)于一個(gè)大型的工作任務(wù)或系統(tǒng)來講，既需要“硬技術(shù)”也需要“軟技術(shù)”。2022/8/2060系統(tǒng)工程的作用系統(tǒng)的價(jià)值與技術(shù)價(jià)值作用在于最大地開發(fā)工程價(jià)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(xiàn)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(nèi)，常年處于冰凍狀態(tài)；最低溫度50攝氏度2022/8/2062石油運(yùn)輸方案方案1：超級(jí)油輪海上運(yùn)輸方案2：管道運(yùn)輸方案3：管道運(yùn)輸海輪運(yùn)輸2022/8/2063方案1：超級(jí)油輪海上運(yùn)輸（1）優(yōu)勢：僅需56艘油輪投資?。?）劣勢：須有破冰船在起終點(diǎn)建立大型油庫2022/8/2064方案2：管道運(yùn)輸（1）優(yōu)勢：管道技術(shù)成熟（2）劣勢：輸油管道的加熱和高架陸地經(jīng)加拿大國土或者經(jīng)海底管道2022/8/2065方案3：管道運(yùn)輸海輪運(yùn)輸（1）優(yōu)勢：僅需56艘油輪管道技術(shù)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(jìn)行運(yùn)輸。將天然氣轉(zhuǎn)化為甲醇，甲醇再與石油混合在一起，降低了混合物的熔點(diǎn)，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(nèi)90%的財(cái)源都來自石油產(chǎn)品、原油及天然氣的出口業(yè)務(wù)。 每天有將近八千萬加倫的石油經(jīng)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(jià)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(nèi)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(yīng)和減少對(duì)進(jìn)口石油的依賴，美國正準(zhǔn)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(jù)美國華盛頓郵報(bào)報(bào)道，這條天然氣管道將從天然氣和石油蘊(yùn)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(jì)為200億美元。管道2012年建成后，每天的天然氣輸送量將達(dá)45億立方英尺（1英尺合0.0283立方米），約占目前美國產(chǎn)量的8%，從而對(duì)美國的能源供應(yīng)產(chǎn)生重大的影響。目前，美國一些石油公司正在同國會(huì)聯(lián)系，以便爭取政府參加這一計(jì)劃。美國能源界人士普遍預(yù)計(jì)，由于這一計(jì)劃不涉及開采石油所面臨的自然環(huán)境保護(hù)問題，因此預(yù)計(jì)將得到國會(huì)的大力支持。2022/8/2070四川都江堰工程戰(zhàn)國時(shí)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(jié)合起來，使各部分組成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)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(jīng)濟(jì)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(nèi)部系統(tǒng)。（1）最優(yōu)思想（2）組合思想（3）分解協(xié)調(diào)思想2022/8/2077（1）最優(yōu)思想系統(tǒng)工程的目標(biāo)和約束往往是多方面、多層次的，且隨社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、全球化、技術(shù)、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(wù)是開發(fā)整體（綜合）最優(yōu)系統(tǒng)，包括：最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)管理、最優(yōu)性能、最優(yōu)控制2022/8/2078

39、為達(dá)到系統(tǒng)整體最優(yōu)建立目標(biāo)體系和評(píng)價(jià)體系目標(biāo)體系和評(píng)價(jià)體系要注重定量和定性方法相結(jié)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(biāo)、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(biāo)準(zhǔn)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(diào)思想 大系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜復(fù)雜的大系統(tǒng)可以分解為結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的若干子系統(tǒng)，簡化處理同一級(jí)的子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，要求相互之間密切配合，協(xié)調(diào)完成大系統(tǒng)的任務(wù)目標(biāo)分解，功能

40、協(xié)調(diào)2022/8/20812、系統(tǒng)工程的發(fā)展歷程（1）系統(tǒng)工程的萌芽時(shí)期（2）系統(tǒng)工程概念產(chǎn)生時(shí)期（3）系統(tǒng)工程應(yīng)用時(shí)期2022/8/2082系統(tǒng)工程的萌芽時(shí)期系統(tǒng)工程作為一門科學(xué)技術(shù)雖然形成于二十世紀(jì)中葉，但系統(tǒng)工程的思想方法和實(shí)際應(yīng)用可追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。 系統(tǒng)工程的萌芽時(shí)期可追溯到上世紀(jì)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(dòng)的關(guān)系，探索了管理的規(guī)律，1911年他的 科學(xué)管理原理一書問世后，工業(yè)界出現(xiàn)了泰勒系統(tǒng)。 公元前500年的春秋時(shí)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(jìn)攻與防御、速?zèng)Q和持久、分散

41、和集中等之 間的相互依存和相互制約的關(guān)系，并依此籌劃戰(zhàn)爭的對(duì)策，以取得戰(zhàn)爭的勝利。其著名論點(diǎn)有“知已知彼，百戰(zhàn)不殆”，“以我之長，攻敵之短”等。 在水利建設(shè)方面，戰(zhàn)國時(shí)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(yùn)籌學(xué)最早出現(xiàn)于1938年，當(dāng)時(shí)納粹德國經(jīng)常派轟炸機(jī)越過英吉利海峽轟炸英國本土，為了預(yù)警，英國人沿海岸線建立了雷達(dá)系統(tǒng)。雷達(dá)系統(tǒng)由密布的雷達(dá)站組成雷達(dá)系統(tǒng)的預(yù)警信息傳至防空指揮中心，使高射炮和戰(zhàn)機(jī)能提前準(zhǔn)備迎敵。 為了最大效用地發(fā)揮防空系統(tǒng)的作用，當(dāng)時(shí)提出了一個(gè)問題：對(duì)整個(gè)防空系統(tǒng)進(jìn)行研究，以解決各雷達(dá)站之間和雷達(dá)站與整個(gè)防空系統(tǒng)之間應(yīng)如何協(xié)調(diào)配合才能有效地防備

42、德國飛機(jī)入侵的問題。該項(xiàng)研究導(dǎo)致了運(yùn)籌學(xué)的產(chǎn)生。2022/8/2084系統(tǒng)工程概念產(chǎn)生時(shí)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(yàn)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(dòng)交換機(jī)時(shí)，他們意識(shí)到不能只注意電話機(jī)和交換設(shè)備技術(shù)的研究，還要從通信網(wǎng)絡(luò)的總體上進(jìn)行研究。他們把研制工作分為規(guī)劃、研究、開發(fā)、應(yīng)用和通用工程等五個(gè)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(duì)論原理，并應(yīng)用到電話通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，推動(dòng)了電話事業(yè)的飛速發(fā)展第

43、二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，英國為防御德國的突然空襲，研究了雷達(dá)報(bào)警系統(tǒng)和飛機(jī)降落排隊(duì)系統(tǒng)，取得了很多戰(zhàn)果。2022/8/2086 系統(tǒng)工程應(yīng)用時(shí)期1942年至1945年，美國制造原子彈的“曼哈頓”計(jì)劃，由于應(yīng)用了系統(tǒng)工程方法進(jìn)行協(xié)調(diào)，在較短的時(shí)間內(nèi)取得了成功。1945年，美國建立了蘭德公司(RAND Corp)， 應(yīng)用運(yùn)籌學(xué)等理論方法研制出了多種應(yīng)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(shù)以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)領(lǐng)域的重大決策中，發(fā)揮了重要作用，蘭德又被譽(yù)為思想庫 和智囊團(tuán)。2022/8/208750年代后期和60年代中期，美國為改變空間技術(shù)落后于蘇聯(lián)的局面，先后制定和執(zhí)行了北極星導(dǎo)彈核潛艇計(jì)劃和阿波

44、羅登月計(jì)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(jì)劃是一項(xiàng)巨大的工程，從1961年開始，持續(xù)了11年。工程有三百多萬個(gè)部件，耗資244億美元，參加者有兩萬多個(gè)企業(yè)和120個(gè)大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)。整個(gè)工程在計(jì)劃進(jìn)度、質(zhì)量檢驗(yàn)、可靠性評(píng)價(jià)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(jì)劃評(píng)審技術(shù)(PERT)”和“隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”（又稱“圖解評(píng)審技術(shù)（GERT)”），實(shí)現(xiàn)了時(shí)間進(jìn)度、質(zhì)量技術(shù)與經(jīng)費(fèi)管理三者的統(tǒng)一。實(shí)施該工程的過程中及時(shí)向各層決策機(jī)構(gòu)提供信息和方案，供

45、各層決策者使用，保證了各個(gè)領(lǐng)域的相互平衡，如期完成了總體目標(biāo)。2022/8/2089系統(tǒng)工程發(fā)展時(shí)期近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛使用，使系統(tǒng)工程在世界范圍內(nèi)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(jì)算機(jī)的發(fā)展，出現(xiàn)了分級(jí)分布控制系統(tǒng)和分散信號(hào)處理系統(tǒng)，擴(kuò)展了系統(tǒng)工程理論方法的應(yīng)用范圍。80年代以來，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)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(shù)性問題也帶有政治、經(jīng)濟(jì)的因素，如北歐跨國電網(wǎng)的供電問題。趨勢：數(shù)學(xué)工具大量應(yīng)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(dǎo)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(dá)到總體的優(yōu)化。 2022/8/2090北歐跨國電網(wǎng)的供電問題北歐電力交易市場是目前世界上唯一一個(gè)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(wǎng)中絕大部分為水電機(jī)組，水電裝機(jī)占全網(wǎng)總裝機(jī)的98.9%。瑞典電網(wǎng)水電裝機(jī)占全網(wǎng)總裝機(jī)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(jī)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(nèi)不會(huì)發(fā)展核電。丹麥絕大部分為火電，占總裝機(jī)的88%。冰島電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)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(gòu)成具有很大的互補(bǔ)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(fù)荷較低；火電則主要集中在南部地區(qū)，這些地區(qū)相對(duì)人口稠密，負(fù)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(jià)格優(yōu)勢流入南部地區(qū)，導(dǎo)致市場實(shí)時(shí)電價(jià)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(shí)時(shí)價(jià)格則較高。北歐四國除內(nèi)部進(jìn)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(shí)期，需要從鄰國俄羅斯、德國、波蘭進(jìn)口電能，國際聯(lián)絡(luò)線為這種電力交易提供了保障。 2022/8/2092特點(diǎn)：

48、電網(wǎng)有水、火、核等多種能源形式，規(guī)模龐大。北歐電網(wǎng)的裝機(jī)構(gòu)成以水電和核電為主。其中：水電占總裝機(jī)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(wǎng)調(diào)度本身在技術(shù)上已相當(dāng)復(fù)雜，而且還要受到各國經(jīng)濟(jì)利益沖突、地理?xiàng)l件限制、環(huán)境保護(hù)政策制約和人口遷移狀況的影響。負(fù)荷調(diào)度的目標(biāo)和最佳運(yùn)行方式的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)十分復(fù)雜，涉及多個(gè)國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。電網(wǎng)的系統(tǒng)分析者要綜合這些因素，對(duì)4500 萬千瓦的電力做出合理的并能被接受的調(diào)度方案，提交各國討論、協(xié)調(diào)和決策，這是個(gè)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(xiàn)貨交易和實(shí)時(shí)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(xué)院在錢學(xué)森、許國志教授的創(chuàng)導(dǎo)下，建立了第一個(gè)運(yùn)籌學(xué)小組;60年代，著名數(shù)學(xué)家華羅庚大力推廣了統(tǒng)籌法、優(yōu)選法;與此同時(shí)，在著名科學(xué)家錢學(xué)森領(lǐng)導(dǎo)下，在導(dǎo)彈等現(xiàn)代化武器的總體設(shè)計(jì)組織方面，取得了豐富經(jīng)驗(yàn)，國防尖端科研的總體設(shè)計(jì)部取得顯著成效。1977年以來，系統(tǒng)工程的推廣和應(yīng)用出現(xiàn)了新局面，1980年成立了中國系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)，與國際系統(tǒng)工程界進(jìn)行交流。2022/8/2095第三節(jié) 系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)一般系統(tǒng)論耗散結(jié)構(gòu)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(jì)初，物理學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等已得到深入發(fā)展、學(xué)科體系已趨于完整。 生物學(xué)卻仍處于一種想象、試驗(yàn)的階段。例如，生命的起源、生命的本質(zhì)等問題，就存在兩種激烈爭論的觀點(diǎn)：機(jī)械論與活力論。2022/8/2097機(jī)械論：認(rèn)為生物體應(yīng)像機(jī)械體一樣服從物理學(xué)、化學(xué)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(xué)問題，純粹用物理原因和化學(xué)原因來說明一切生命的生理現(xiàn)象和心理過程。無法說明生命體的統(tǒng)一性?；盍φ摚赫J(rèn)為不能把生命現(xiàn)象簡單地歸結(jié)為物理與化學(xué)過程，但卻用“超自然的活力”來解釋生命現(xiàn)象，認(rèn)為有機(jī)界和無機(jī)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。2

51、022/8/2098一般系統(tǒng)論來源于機(jī)體論，這是一種與機(jī)械論相對(duì)立的生物學(xué)理論，貝塔朗菲認(rèn)為機(jī)械論有三個(gè)錯(cuò)誤觀點(diǎn)。相加的觀點(diǎn)“機(jī)械”的觀點(diǎn)被動(dòng)反應(yīng)的觀點(diǎn)2022/8/2099貝塔朗菲總結(jié)了機(jī)體論發(fā)展的成就，把協(xié)調(diào)、秩序、目的性等概念用于研究有機(jī)體。系統(tǒng)觀點(diǎn)，即有機(jī)整體性原則 認(rèn)為一切有機(jī)體都是一個(gè)開放的系統(tǒng)，都是一個(gè)有機(jī)整體。動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)，即自組織性原則 認(rèn)為一切生命現(xiàn)象本身都處于積極的活動(dòng)狀態(tài)，是自組織開放系統(tǒng)。組織等級(jí)觀點(diǎn) 認(rèn)為事物存在著不同組織等級(jí)和層次，各自的組織能力不同，并具有自身目的性和自身調(diào)節(jié)性有序性觀點(diǎn) 構(gòu)成系統(tǒng)的諸要素通過相互作用，在時(shí)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(jié)構(gòu)，決定系統(tǒng)的特定功能。2022/8/20100一般系統(tǒng)的內(nèi)容系統(tǒng)科學(xué)理論原理部分系統(tǒng)哲學(xué)系統(tǒng)的哲學(xué)基礎(chǔ)和哲學(xué)意義系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用技術(shù) 不僅適合于有機(jī)體，而且也適合于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和科學(xué)技術(shù)等一切系統(tǒng)。2022/8/201012、耗散結(jié)構(gòu)理論比利時(shí)學(xué)者普利高津(I.Prigogine)提出耗散結(jié)構(gòu)理論：遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)與外界不斷地交換物質(zhì)和能量，當(dāng)這一外界條件達(dá)到一定閥值時(shí)，系統(tǒng)可能從原有的混亂狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N在時(shí)間上、空間上、或功能上的有序狀態(tài)，這種在遠(yuǎn)離平衡態(tài)所形成的新的有序結(jié)構(gòu)稱作耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)理論就是研究耗散結(jié)構(gòu)的形成/性質(zhì)/穩(wěn)定性和演化的規(guī)律。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu).遠(yuǎn)離平衡態(tài):系統(tǒng)處于近平衡態(tài)時(shí),實(shí)際上是處于線性區(qū),系統(tǒng)總是趨于無序。只有遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)。漲落：熱力學(xué)系統(tǒng)失穩(wěn)只能說是為系統(tǒng)演變準(zhǔn)備好了必要條件。在臨界點(diǎn)附近，漲落可能不被耗散掉，它將使系統(tǒng)進(jìn)入到新的有序的耗散結(jié)構(gòu)。2022/8/201022022/8/20103自組織系統(tǒng)組織：一個(gè)系統(tǒng)的要素按照特定的指令，形成特定結(jié)構(gòu)或功能的過程叫組織。 自組織：一個(gè)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(jié)構(gòu)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(yuǎn)離平衡態(tài)；（3）系統(tǒng)內(nèi)存

54、在著非線性反饋的動(dòng)力學(xué)機(jī)制；（4）系統(tǒng)存在隨機(jī)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(nèi)容大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(gòu)成大系統(tǒng)的要素本身就是一個(gè)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(gè)系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各要素（子系統(tǒng)）之間存在多級(jí)遞階的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 影響因素眾多2022/8/20106 大系統(tǒng)一般都是多目標(biāo)、多輸入、多輸出、多變量、多干擾的復(fù)雜系統(tǒng)，因此大系統(tǒng)往往具有不確定性（如模糊性、隨機(jī)性等），并且由于信息不足，從而造成不確知性。同時(shí)，正因?yàn)?/p>

55、對(duì)大系統(tǒng)的影響因素眾多，所以大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型往往是高維的、高階的,系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的工作量隨維數(shù)增大即迅速增長，導(dǎo)致“維數(shù)災(zāi)難”。2022/8/20107大系統(tǒng)理論研究內(nèi)容大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)總目標(biāo)?！斑f階”是“等級(jí)”的含義遞階控制的特點(diǎn)：下級(jí)決策單元只接受上級(jí)決策單元的命令，上級(jí)決策單元不逾越下級(jí)決策單元而直接控制被控大系統(tǒng)。整個(gè)遞階系統(tǒng)有一個(gè)總優(yōu)化2022/8/20110多層控制多層控制按照總?cè)蝿?wù)和各層的任務(wù)目標(biāo)進(jìn)

56、行分解、分層，各層運(yùn)行的周期不同，愈到上層，運(yùn)行周期愈長，解決總是愈復(fù)雜。多層控制常用于工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)安排和管理上。2022/8/20111第一層是直接控制層，根據(jù)上層的決策（設(shè)定）直接控制大系統(tǒng)的運(yùn)行過程或狀態(tài)，處理經(jīng)常發(fā)生的、變化快的外部擾動(dòng)。第二層是優(yōu)化層，根據(jù)上層給定的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和約束條件，以及提供的資源等，建立優(yōu)化模型以實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)的最優(yōu)控制，并及時(shí)調(diào)節(jié)因條件變化而引起的擾動(dòng)。第三層是決策層，例如根據(jù)市場供銷情況來調(diào)節(jié)生產(chǎn)計(jì)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?cè)蝿?wù)設(shè)定校正 擾動(dòng)多層控制2022/8/20113

57、多級(jí)控制將總目標(biāo)分解成局部目標(biāo)，并利用各級(jí)局部決策單元進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。多級(jí)控制常用于經(jīng)濟(jì)管理組織機(jī)構(gòu)，下級(jí)機(jī)關(guān)將勞動(dòng)力組織到生產(chǎn)崗位上，上級(jí)機(jī)關(guān)指揮與協(xié)調(diào)各下級(jí)機(jī)關(guān)的工作。每一級(jí)卻力求有效地管理其下一級(jí)，同時(shí)又緊跟其上一級(jí)的指揮，以保證整個(gè)組織機(jī)構(gòu)高效率工作，并完成總?cè)蝿?wù)。2022/8/20114 協(xié)調(diào)級(jí)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?cè)蝿?wù)多級(jí)控制2022/8/20115分散控制分散控制實(shí)際上是一種兩級(jí)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(shí)在信息傳輸方面的技術(shù)困難和設(shè)備費(fèi)用，但只能得到一個(gè)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(jié)法通過一個(gè)常量的集結(jié)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(dòng)態(tài)優(yōu)化 大系統(tǒng)優(yōu)化的主要任務(wù)是：按大系統(tǒng)的最優(yōu)化目標(biāo)和總體系統(tǒng)和各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，以及各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，最優(yōu)地分配各子系統(tǒng)的子目標(biāo)，并以此來控制子系統(tǒng)，從而使總體系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化。例：企業(yè)在現(xiàn)有人力、物力和財(cái)力的條件下，如何合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，如何開發(fā)新產(chǎn)品，如何提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)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(xué)科。信息論起源于通訊理論，是美國科學(xué)家香農(nóng)（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(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(gè)信息的傳輸和加工處理系統(tǒng)，把系統(tǒng)有目的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)，在信息論的框架中，是一個(gè)進(jìn)行信息變換和信息處理的機(jī)構(gòu)。2022/8/20121信息的度量信息熵設(shè)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(huì)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(jī)地發(fā)送消息，形成一個(gè)消息序列。2022/8/20122設(shè)該消息列中包含的消息總數(shù)為N，N非常大。在統(tǒng)計(jì)意義上，該序列N中包含消息xi的數(shù)目為p(xi)N個(gè)。申農(nóng)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(guān)系 信息是系統(tǒng)的一種重要特征 不存在與系統(tǒng)無關(guān)的信息，也不存在沒有信息的系統(tǒng);有系統(tǒng)內(nèi)部、系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用，就有信息的產(chǎn)生和交換;系統(tǒng)的形成、發(fā)展、運(yùn)行都離不開信息的活動(dòng)。2022/8/20124信息與系統(tǒng)的關(guān)系 普利高津把信息概念引入耗散結(jié)構(gòu)理論。 赫爾