第一章系統(tǒng)工程總論

主要參考書目《交通運(yùn)輸系統(tǒng)分析》張國(guó)伍西南交大出版社《交通運(yùn)輸系統(tǒng)分析》劉瀾等

西南交大出版社《系統(tǒng)分析》汪應(yīng)洛機(jī)械工業(yè)出版社《系統(tǒng)工程理論、方法與應(yīng)用》

汪應(yīng)洛高等教育出版社《運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)學(xué)導(dǎo)論》

許慶斌榮朝和中國(guó)鐵道出版社

第一節(jié)系統(tǒng)及系統(tǒng)工程的概念

第二節(jié)系統(tǒng)工程的發(fā)展與展望

第三節(jié)系統(tǒng)工程方法論

第一章

系統(tǒng)工程總論第一節(jié)系統(tǒng)及系統(tǒng)工程的概念

一、系統(tǒng)1.概念：由若干個(gè)相互區(qū)別、相互聯(lián)系、相互作用的要素組成，在給定的約束下，為達(dá)到整體目的而構(gòu)成的集合體。2.系統(tǒng)的屬性：目的性～預(yù)期目標(biāo)集合性～多要素（概念的、實(shí)體的）相關(guān)性～依存－作用－制約階層性～層次性～子系統(tǒng)－功能目標(biāo)整體性～協(xié)調(diào)性－總目標(biāo)適應(yīng)性～環(huán)境變化（物質(zhì)－能量－信息的交換）

3.系統(tǒng)的類型

自然屬性：自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)

系統(tǒng)形態(tài)：實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)屬性：動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)

環(huán)境關(guān)系：封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)要明確研究什么樣的系統(tǒng)問(wèn)題？第一節(jié)系統(tǒng)及系統(tǒng)工程的概念

二、系統(tǒng)工程

1.概念：系統(tǒng)工程（SystemsEngineering－SE）－以大型復(fù)雜系統(tǒng)為研究對(duì)象，按一定目的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)、管理與控制，以期達(dá)到總體效果最優(yōu)的理論與方法。

2.特點(diǎn)：

1）研究對(duì)象廣泛；

2）新興交叉學(xué)科；

3）定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的方法。3.SE的基本觀點(diǎn)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)多種方法綜合運(yùn)用的觀點(diǎn)（手段）

(3)總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點(diǎn)（目的）

(4)問(wèn)題導(dǎo)向及反饋控制觀點(diǎn)（保障）系統(tǒng)分析常用的分析思路（5W1H）WhatWhyWhoWhenWhereHow方法：運(yùn)籌學(xué)控制論信息論概率論

數(shù)理統(tǒng)計(jì)1、一般系統(tǒng)論

1945年貝塔朗菲(美籍奧地利生物學(xué)家，一般系統(tǒng)論和理論生物學(xué)創(chuàng)始人

)2、大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、穩(wěn)定性、最優(yōu)化、模型簡(jiǎn)化3、控制論三個(gè)基本部分:信息論、自動(dòng)控制論、計(jì)算機(jī)理論4、運(yùn)籌學(xué)線性/非線性規(guī)劃；整數(shù)規(guī)劃；組合規(guī)劃、圖論、網(wǎng)絡(luò)流、

決策分析、排隊(duì)論、可靠性理論、博弈論、模擬等等。三、系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)

一、樸素的系統(tǒng)思想在古代的應(yīng)用

1、都江堰工程魚嘴—岷江分洪；飛沙堰—分洪排沙；寶瓶口—引水工程；歲修養(yǎng)護(hù)制度。

2、孫子兵法“道、天、地、將、法”

3、田忌賽馬

4、丁渭修復(fù)昭應(yīng)宮第二節(jié)系統(tǒng)工程的發(fā)展與展望系統(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)工程上世紀(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III上世紀(jì)40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)IV1957美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)

H.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，登月計(jì)劃的成功極大地提高了SE的地位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)展二、現(xiàn)代科技發(fā)展的需要

20世紀(jì)40年代，美國(guó)電報(bào)電話公司貝爾研究所第一次提出“系統(tǒng)工程”概念；二次世界大戰(zhàn)中的應(yīng)用；戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要(例：北歐跨國(guó)電網(wǎng)工程）。三、系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展

1956年，工程控制論

錢學(xué)森教授

60年代，“兩彈一星”中的應(yīng)用

70年代后期，列入重點(diǎn)學(xué)科系統(tǒng)工程在我國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用

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)用上的償試和技術(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。

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。

70年代末以來(lái)，應(yīng)用SE理論和方法來(lái)研究與解決我國(guó)的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，在許多領(lǐng)域和方面取得了較好的效果，如：人口問(wèn)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）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(lái)，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。四、系統(tǒng)工程的發(fā)展展望

1、多學(xué)科滲透和交叉

2、“軟”科學(xué)

3、對(duì)大系統(tǒng)和復(fù)雜巨系統(tǒng)的處理五、應(yīng)用

社會(huì)工程、宏觀經(jīng)濟(jì)工程、區(qū)域規(guī)劃、環(huán)境生態(tài)工程、能源、水資源、農(nóng)業(yè)、工業(yè)企業(yè)、人口、軍事、工程項(xiàng)目等。第三節(jié)系統(tǒng)工程方法論一、霍爾（Hall）三維結(jié)構(gòu)方法論

知識(shí)維時(shí)間維邏輯維1、時(shí)間維2、邏輯維運(yùn)行規(guī)劃擬訂方案研制生產(chǎn)安裝更新明確問(wèn)題系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案綜合系統(tǒng)分析決策系統(tǒng)選擇實(shí)施明確問(wèn)題：

分析環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的要求，收集資料。（1）問(wèn)題的由來(lái)與背景（2）問(wèn)題的性質(zhì)與條件、兩者的匹配程度？設(shè)定問(wèn)題的方法：直觀經(jīng)驗(yàn)法；預(yù)測(cè)法；結(jié)構(gòu)模型法；

統(tǒng)計(jì)分析法。

系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)：目標(biāo)及指標(biāo)體系。

方法：效用理論；費(fèi)用/效益分析；

風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。弄清問(wèn)題目標(biāo)選擇方案設(shè)計(jì)建立模型決策最優(yōu)化實(shí)施3.知識(shí)維

對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)問(wèn)題：與人有關(guān)、非結(jié)構(gòu)問(wèn)題、難以量化問(wèn)題現(xiàn)狀說(shuō)明弄清關(guān)聯(lián)因素建立概念模型比較改進(jìn)概念模型實(shí)施目的是改善現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)模型或有向