《城市規(guī)劃系統(tǒng)工程》2系統(tǒng)工程學(xué)概論

2系統(tǒng)工程學(xué)概論主要內(nèi)容1、系統(tǒng)與系統(tǒng)工程學(xué)2、系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論3、建立模型基本要求理解系統(tǒng)的定義、屬性，系統(tǒng)工程學(xué)的定義，并基本掌握系統(tǒng)工程學(xué)的理論基礎(chǔ)和方法論，以及系統(tǒng)模型建立的基本過程。重點(diǎn)正確理解系統(tǒng)的定義及其四大屬性，系統(tǒng)工程學(xué)的狹義和廣義定義，并基本掌握系統(tǒng)建立的6個(gè)步驟。難點(diǎn)掌握系統(tǒng)工程的兩種方法論：三維結(jié)構(gòu)方法論和軟系統(tǒng)方法論，并對(duì)其聯(lián)系和區(qū)別正確掌握。2系統(tǒng)工程學(xué)概論2.1系統(tǒng)的定義及其屬性2.1.1系統(tǒng)的定義按一定的秩序和內(nèi)部聯(lián)系組合而成的整體。由兩個(gè)以上相互聯(lián)系的要素所構(gòu)成，且具有特定功能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境的整體。

系統(tǒng)是由若干相互作用和相互依賴的組成部分結(jié)合而成，具有特定功能的有機(jī)整體。（系統(tǒng)工程學(xué)定義）2.1.2系統(tǒng)的屬性

集合性（整體性）－－由兩個(gè)以上的要素組成的有機(jī)整體

關(guān)聯(lián)性（相關(guān)性）－－組成要素是相互聯(lián)系、相互作用的

目的性－－系統(tǒng)具有某種功能

環(huán)境適應(yīng)性－－具有從屬關(guān)系、依靠反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)問題舉例國(guó)家政策市場(chǎng)研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)競(jìng)爭(zhēng)狀況企業(yè)能力資金來源資源條件社會(huì)需求生產(chǎn)可能生產(chǎn)組織與控制物、財(cái)、人、信息生產(chǎn)控制庫(kù)存控制質(zhì)量控制成本控制資金回收產(chǎn)品銷售服務(wù)調(diào)查經(jīng)營(yíng)目標(biāo)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備技術(shù)文件勞動(dòng)力勞動(dòng)手段勞動(dòng)對(duì)象環(huán)境分析經(jīng)營(yíng)決策與計(jì)劃投入轉(zhuǎn)換產(chǎn)出圖1—1工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)過程示意圖2.1系統(tǒng)的定義及其屬性2.1.3系統(tǒng)的分類（類型）自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)（自然屬性）實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)（物質(zhì)屬性）動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)（運(yùn)動(dòng)屬性）封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)（規(guī)模與復(fù)雜程度）

系統(tǒng)工程學(xué)研究什么樣的系統(tǒng)問題？系統(tǒng)工程學(xué)主要研究對(duì)象是人造的大系統(tǒng)。這些系統(tǒng)一般是動(dòng)態(tài)的、閉環(huán)的控制系統(tǒng)。2.1系統(tǒng)的定義及其屬性2.2.1系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用系統(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(gè)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(xué)的系統(tǒng)思想）階段。古代中國(guó)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(xiàn)。

2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展

整體思想和聯(lián)系思想是科學(xué)系統(tǒng)思想的核心與實(shí)質(zhì)。

一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)及自組織理論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和系統(tǒng)工程學(xué)的理論基礎(chǔ)。

2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)系統(tǒng)工程的發(fā)展概況階段年代（份）重大工程實(shí)踐或事件重要理論與方法貢獻(xiàn)I1930美國(guó)發(fā)展與研究廣播電視正式提出系統(tǒng)方法（Systemsapproach）的概念1940美國(guó)實(shí)施彩電開發(fā)計(jì)劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國(guó)Bell電話公司開發(fā)微波通訊系統(tǒng)正式使用系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）一詞II第二次世界大戰(zhàn)期間英、美等國(guó)的反空襲等軍事行動(dòng)產(chǎn)生軍事運(yùn)籌學(xué)（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀(jì)40年代美國(guó)研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”運(yùn)用SE，并推動(dòng)了其發(fā)展1945美國(guó)空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強(qiáng)調(diào)了其重要性2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)III40年代后期到50年代初期運(yùn)籌學(xué)的廣泛運(yùn)用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應(yīng)用、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學(xué)科基礎(chǔ)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(xué)科形成的標(biāo)志1958美國(guó)研制北極星導(dǎo)彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國(guó)自動(dòng)控制學(xué)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(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國(guó)實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)V1972國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應(yīng)用開始從工程領(lǐng)域進(jìn)入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，并發(fā)展到了一個(gè)重要的新階段。70年代SE的廣泛應(yīng)用在國(guó)際上達(dá)到高潮VI80年代SE在國(guó)際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國(guó)的研究與應(yīng)用達(dá)到高潮2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)上世紀(jì)50至60年代，我國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)和著名學(xué)者為SE的研究與應(yīng)用作了理論上的探討、應(yīng)用上的嘗試和技術(shù)方法上的準(zhǔn)備。其主要標(biāo)志和集中代表是錢學(xué)森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國(guó)志的《運(yùn)籌學(xué)》。我國(guó)大規(guī)模地研究與應(yīng)用SE是從70年代末、80年代初開始的。

2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)

1978年9月27日，錢學(xué)森、許國(guó)志、王壽云在《文匯報(bào)》發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”的長(zhǎng)篇文章；從1978年起，西安交大、天津大學(xué)、清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、大連理工大學(xué)等國(guó)內(nèi)著名大學(xué)開始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生；1980年11月，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)在北京成立；1980年10月至1981年1月，中國(guó)科協(xié)、中央電視臺(tái)會(huì)同中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)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(huì)效果。1970s末以來，應(yīng)用SE理論和方法來研究與解決我國(guó)的重大現(xiàn)實(shí)問題，在許多領(lǐng)域和方面取得了較好的效果人口問題的定量研究及應(yīng)用（始于1978年）2000年中國(guó)的研究(1983至1985年）全國(guó)和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）全國(guó)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(yīng)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2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)

1990s以來，系統(tǒng)工程在與企業(yè)發(fā)展結(jié)合、與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合、與實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合、與思維科學(xué)結(jié)合等方面已具有初步結(jié)果和強(qiáng)勁勢(shì)頭。系統(tǒng)思想經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)、從思辨到定量的發(fā)展過程，最終形成了獨(dú)立的學(xué)科，這就是系統(tǒng)工程學(xué)。2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)2.2.2系統(tǒng)工程學(xué)定義（教材p10）所謂系統(tǒng)工程（SE），是用來開發(fā)、運(yùn)行、革新一個(gè)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)所需思想、程序、方法的總和（或總稱）2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)2.2系統(tǒng)思想和系統(tǒng)工程學(xué)2.2.3系統(tǒng)工程學(xué)的內(nèi)容與特點(diǎn)系統(tǒng)工程的研究對(duì)象是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)

該類系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、屬性及目標(biāo)多樣、一般為人-機(jī)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)性突出等。

SE強(qiáng)調(diào)以下基本觀點(diǎn)：

(1)整體性和系統(tǒng)化觀點(diǎn)（前提）(2)總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點(diǎn)（目的）

(3)多種方法綜合運(yùn)用的觀點(diǎn)（手段）

(4)問題導(dǎo)向及反饋控制觀點(diǎn)（保障）思考討論題1、選擇一個(gè)你所熟悉的系統(tǒng)問題說明：(1)系統(tǒng)的功能及其要素；(2)系統(tǒng)的環(huán)境及輸入、輸出；(3)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(最好用框圖表達(dá))；(4)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、環(huán)境的關(guān)系。2、說明系統(tǒng)一般屬性的含義，并據(jù)此歸納出若干系統(tǒng)思想或觀點(diǎn)；3、請(qǐng)總結(jié)系統(tǒng)工程(學(xué))的特點(diǎn)。4、結(jié)合系統(tǒng)工程應(yīng)用領(lǐng)域，說明系統(tǒng)工程在你所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的可能應(yīng)用及其前景。2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論2.3.1系統(tǒng)工程學(xué)的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)：運(yùn)籌學(xué)和控制論定義“運(yùn)籌學(xué)是在實(shí)行管理的領(lǐng)域，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，對(duì)需要進(jìn)行管理的問題統(tǒng)籌規(guī)劃，作出決策的一門應(yīng)用科學(xué)?！保≒.M.Morse

&G.E.Kimball）運(yùn)籌學(xué)方法規(guī)劃論（包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃）、圖論、決策論、對(duì)策論、排隊(duì)論、存儲(chǔ)論、可靠性理論等。運(yùn)籌學(xué)的特點(diǎn)1.運(yùn)籌學(xué)已被廣泛應(yīng)用于工商企業(yè)、軍事部門、民政事業(yè)等研究組織內(nèi)的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)問題，故其應(yīng)用不受行業(yè)、部門之限制；2.運(yùn)籌學(xué)既對(duì)各種經(jīng)營(yíng)進(jìn)行創(chuàng)造性的科學(xué)研究，又涉及到組織的實(shí)際管理問題，它具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，最終應(yīng)能向決策者提供建設(shè)性意見，并應(yīng)收到實(shí)效；3.它以整體最優(yōu)為目標(biāo)，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，力圖以整個(gè)系統(tǒng)最佳的方式來解決該系統(tǒng)各部門之間的利害沖突。對(duì)所研究的問題求出最優(yōu)解，尋求最佳的行動(dòng)方案，所以它也可看成是一門優(yōu)化技術(shù)，提供的是解決各類問題的優(yōu)化方法。2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論運(yùn)籌學(xué)的研究方法1.從現(xiàn)實(shí)生活場(chǎng)合抽出本質(zhì)的要素來構(gòu)造數(shù)學(xué)模型，因而可尋求一個(gè)跟決策者的目標(biāo)有關(guān)的解；2.探索求解的結(jié)構(gòu)并導(dǎo)出系統(tǒng)的求解過程；3.從可行方案中尋求系統(tǒng)的最優(yōu)解法。即：運(yùn)用各種數(shù)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)、模擬仿真技術(shù)和控制理論來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模型化和最優(yōu)化，進(jìn)行系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論控制論（Cybernetics）是研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學(xué)。它是自動(dòng)控制、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門橫斷性學(xué)科?？刂普撌嵌嚅T科學(xué)綜合的產(chǎn)物也是許多科學(xué)家共同合作的結(jié)晶。主要方法：信息方法、反饋方法、功能模擬方法和黑箱方法等。2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論系統(tǒng)工程學(xué)的基本思路：思想方法上的整體化把研究對(duì)象作為一個(gè)整體，根據(jù)系統(tǒng)的整體目的，將其包括的眾多要素按照關(guān)系疏密程度逐級(jí)分解為低一級(jí)的子系統(tǒng)，直到最簡(jiǎn)單的一堆相互聯(lián)系的要素，研究他們之間的關(guān)系，建立模型，進(jìn)行模擬、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，求得他們之間的數(shù)量關(guān)系，進(jìn)行定量分析；進(jìn)而在根據(jù)系統(tǒng)的總目標(biāo)逐級(jí)向上進(jìn)行聯(lián)結(jié)（協(xié)調(diào)）和綜合，形成最終優(yōu)化的系統(tǒng)。工程學(xué)：“由下而上”、“由細(xì)至總”系統(tǒng)工程學(xué)：“由上而下”、“由總至細(xì)”2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論2.3.2系統(tǒng)工程學(xué)的方法論特征：綜合性－－根本所在系統(tǒng)工程學(xué)致力于綜合運(yùn)用各種學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所獲得的成就并加以綜合運(yùn)用。工作步驟2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論1、界定問題明確問題的性質(zhì)、劃定問題的范圍方法：“逐層分解”，由頂向下逐級(jí)分解，列出關(guān)聯(lián)圖2、確定目標(biāo)確定系統(tǒng)的功能評(píng)價(jià)指標(biāo)（指標(biāo)應(yīng)能準(zhǔn)確地體現(xiàn)系統(tǒng)研究的目的）目標(biāo)確定原則：長(zhǎng)遠(yuǎn)觀、總體觀、明確性、層次性、可行性2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照系統(tǒng)的性質(zhì)、目的、功能、形成一組備選方案，以便進(jìn)行系統(tǒng)分析和比較4、系統(tǒng)分析系統(tǒng)工程學(xué)往往要求通過建立一定的模型，把以上方案和系統(tǒng)的評(píng)價(jià)目標(biāo)聯(lián)系起來，對(duì)系統(tǒng)的品質(zhì)特征進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，為決策者提供更多依據(jù)2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論1）系統(tǒng)分析概念系統(tǒng)分析（systemanalysis，SA）是在對(duì)系統(tǒng)問題現(xiàn)狀及目標(biāo)充分挖掘的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建模及預(yù)測(cè)、優(yōu)化、仿真、評(píng)價(jià)等方法，對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為決策者選擇滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。

SA是SE的核心內(nèi)容、分析過程和基本方法。系統(tǒng)分析揭示了系統(tǒng)的品質(zhì)，尤其是系統(tǒng)模型化實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的定量分析。

2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論2）系統(tǒng)分析的要素

①問題②目的及目標(biāo)③方案④模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真）⑤評(píng)價(jià)⑥決策者2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論認(rèn)識(shí)問題探尋目標(biāo)綜合方案模型化優(yōu)化或仿真分析系統(tǒng)評(píng)價(jià)決策（分析）NY初步SA規(guī)范分析綜合分析3）系統(tǒng)分析的程序2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論SA程序圖是SA的一般過程，也為全過程提供了基本的邏輯框架，因而十分重要。在對(duì)其理解和應(yīng)用上應(yīng)注意以下各點(diǎn)：①重視做好初步SA.

5W1H(What/Why/Who/Where/When/How)方法是做好這段工作的基本線索。②在規(guī)范分析中一般需（或盡可應(yīng)）建立結(jié)構(gòu)模型、數(shù)學(xué)模型或仿真模型。2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論③每段結(jié)束后系統(tǒng)方案的變化軌跡是：可行方案→非劣方案→經(jīng)排序的非劣方案（或稱選擇性方案）。④環(huán)境分析貫穿SA全過程，在SA中是十分重要和必不可少的。⑤在管理應(yīng)用SA過程中，并不一定要（或能）遍歷并完成每一個(gè)具體過程。2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論4）系統(tǒng)分析的特點(diǎn)及原則問題導(dǎo)向以整體為目標(biāo)多方案模型分析和選優(yōu)定量分析與定性分析相結(jié)合多次反復(fù)進(jìn)行2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論5、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和優(yōu)選運(yùn)用科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)技術(shù)，對(duì)各目標(biāo)進(jìn)行綜合比較、權(quán)衡6、決策根據(jù)以上提供的決策信息，從全局作系統(tǒng)考慮，決定行動(dòng)方案7、實(shí)施將系統(tǒng)付諸實(shí)施發(fā)現(xiàn)問題，修改或調(diào)整系統(tǒng)方案2.3系統(tǒng)工程學(xué)理論基礎(chǔ)和方法論2.4.1必要性建立模型是實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)定量分析的前提和基礎(chǔ)2.4.2基本概念及意義模型——對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)抽象表達(dá)的結(jié)果。應(yīng)能反映（抽象或模仿）出系統(tǒng)某個(gè)方面的組成部分（要素,feature）及其相互關(guān)系。2.4建立模型模型化——構(gòu)建系統(tǒng)模型的過程及方法。要注意兼顧到現(xiàn)實(shí)性和易處理性。意義及特點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)問題進(jìn)行規(guī)范研究的基礎(chǔ)和標(biāo)志；經(jīng)濟(jì)、方便、快速、可重復(fù)，“思想”或“政策”試驗(yàn)；經(jīng)過了分析人員對(duì)客體的抽象，因而必須再拿到現(xiàn)實(shí)中去檢驗(yàn)。2.4建立模型2.4.3模型的分類與模型化的基本方法模型的分類：A——概念模型A1（思維或意識(shí)模型A11字句模型A12描述模型A13）

符號(hào)模型A2（圖表模型A21;數(shù)學(xué)模型A22）仿真模型A3形象模型A4（物理模型A41;圖像模型A42）類比模型A52.4建立模型B——分析模型B1[通常用數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)]

仿真模型B2[主要基于“計(jì)算機(jī)導(dǎo)向”]博弈模型B3[主要基于“人的行為導(dǎo)向”]判斷模型B4[基于專家調(diào)查的判斷]C——結(jié)構(gòu)模型C1數(shù)學(xué)模型C2

仿真模型C3D——實(shí)體模型D1（實(shí)物模型D11;模擬模型D12）抽象模型或符號(hào)模型D2（數(shù)學(xué)模型D21;

結(jié)構(gòu)模型D22；