第一講系統(tǒng)工程

講課：張敏系統(tǒng)工程SystemsEngineering,SE電話q：904502317郵箱：904502317@課程簡介1234WhatWhenWho/WhereHow課程簡介——What

SE是以大規(guī)模復雜系統(tǒng)為研究對象，在系統(tǒng)理論、管理科學及其運籌學、專業(yè)工程技術(shù)等學科基礎(chǔ)上形成的一門交叉學科。通過學習，主要使學生掌握分析與解決一般系統(tǒng)問題的思想、程序和方法。課程簡介——When第1章系統(tǒng)工程概述第2章系統(tǒng)工程理論與方法論第3章系統(tǒng)模型與模型化第4章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動力學方法第5章系統(tǒng)評價方法第6章決策分析方法第7、8章系統(tǒng)工程應用實例課程簡介——Who/WhereWho/Where?

Who——

學生為主體，教師為主導。

Where——

將課堂內(nèi)外的學習結(jié)合起來！課程簡介——HowHow?

建議注重系統(tǒng)思考 堅持問題導向 采用系統(tǒng)化方法教學要求上課及考核第一章：系統(tǒng)工程概述三.系統(tǒng)工程的概念與特點一.系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應用二.系統(tǒng)工程的研究對象第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展（1）樸素的系統(tǒng)思想及其初步實踐階段——世界古希臘的唯物主義哲學家德謨克利特曾提出“宇宙大系統(tǒng)”的概念，并最早使用“系統(tǒng)”一詞。辨證法奠基人之一的赫拉克利特認為“世界是包括一切的整體”。亞里士多德的名言——“整體大于部分的總和”，是系統(tǒng)論的基本原則之一。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展（2）樸素的系統(tǒng)思想及其初步實踐階段——中國西周時代，出現(xiàn)了世界構(gòu)成的“五行說”(金、木、水、火、土)。春秋戰(zhàn)國時代的軍事家孫武，在他的《孫子兵法》中，闡明了打仗要把道(義)、天(時)、地(利)、將(才)、法(治)等五個要素結(jié)合起來考慮。秦漢之際成書的醫(yī)學典籍《內(nèi)經(jīng)》，把自然界和人體看成由金、木、水、火、土五種要素相生相克、相互制約而形成的有秩序、有組織的整體。（老子-道家學說）第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用（2）樸素的系統(tǒng)思想及其初步實踐階段——中國四川——都江堰水利工程都江堰于公元前256年由蜀郡太守李冰父子組織建造，至今仍發(fā)揮著重要作用。該工程由魚嘴(岷江分流)、飛沙堰(分洪排砂)和寶瓶口(引水)等三大設(shè)施組成，整個工程具有總體目標最優(yōu)化、選址最優(yōu)和自動分級排沙、利用地形并自動調(diào)節(jié)水量、就地取材及經(jīng)濟方便等特點。我們熟知的運用系統(tǒng)思想解決問題的例子第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用（3）科學系統(tǒng)思想的形成15世紀下半葉以后力學、天文學、物理學、化學、生物學等相繼從哲學的統(tǒng)一體中分離出來，形成了自然科學。從此，古代樸素的唯物主義哲學思想就逐步讓位于形而上學的思想。這時的系統(tǒng)思想具有“只見樹木”和具體化的特點。19世紀自然科學取得了巨大成就，尤其是能量轉(zhuǎn)化、細胞學說、進化論這三大發(fā)現(xiàn)，使人類對自然過程相互聯(lián)系的認識有了質(zhì)的飛躍，為辯證唯物主義的科學系統(tǒng)觀奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。這個階段的系統(tǒng)思想具有“先見森林、后見樹木”的特點。1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用

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（3）科學系統(tǒng)思想的形成1、系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀40年代老三論20世紀70年代新三論一般系統(tǒng)概論控制論信息論耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同理論突變論第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀40年代老三論一般系統(tǒng)概論奧地利生物學家貝塔朗菲于1947年提出，其主要觀點是:(1)系統(tǒng)觀點一切有機體都是一個整體(系統(tǒng))，這個整體是由部分結(jié)合而成的，其特性和功能不只是各部分特性和功能的簡單相加。(2)動態(tài)觀點一切有機體本身都處于積極的運動狀態(tài)，并與環(huán)境不斷地進行物質(zhì)、能量的交換，以使有機體能夠有組織地處于活動狀態(tài)，并保持其有活力的生命運動。(3)等級觀點各種有機體都按嚴格的等級組織起來，并通過各層次逐級的組合.形成越來越高級、趁來越龐大的系統(tǒng)。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀40年代的老三論控制論美國數(shù)學家維納于1948年創(chuàng)立，其主要內(nèi)容為:(1)最優(yōu)控制理論(2)自適應、自學習和自組織系統(tǒng)理論自適應系統(tǒng)是能夠按照外界條件的變化，自動調(diào)整其自身結(jié)構(gòu)或行為參數(shù)，以保持系統(tǒng)原有的功能的系統(tǒng)。自學習系統(tǒng)是能夠按照自己運行過程中的經(jīng)驗來改進控制系統(tǒng)的能力的系統(tǒng)，是自適應系統(tǒng)的延伸和發(fā)展。自組織系統(tǒng)是能夠根據(jù)環(huán)境的變化和運行經(jīng)驗來改變自身結(jié)構(gòu)和行為參數(shù)的系統(tǒng)。(3)模糊理論(4)大系統(tǒng)理論第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀40年代老三論信息論信息論于20世紀40年代末由美國的數(shù)學家申農(nóng)和維納創(chuàng)立

信息論是研究信息傳輸和信息處理系統(tǒng)的一般規(guī)律的學科、其基本思想是完全撇開系統(tǒng)物質(zhì)與能量的具體運動形態(tài)，而把系統(tǒng)的有目的的運動抽象為一個信息變換的過程，來探求信息的一般特征、傳進規(guī)律和原理。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀70年代新三論耗散結(jié)構(gòu)理論耗散結(jié)構(gòu)理論是20世紀70年代由比利時物理學家普利高津提出耗散結(jié)構(gòu)是與平衡結(jié)構(gòu)相對的一種遠離平衡態(tài)的、穩(wěn)定的、有序的結(jié)構(gòu)。其主要觀點是：(1)開放系統(tǒng)是產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的必要前提。(2)非平衡態(tài)是系統(tǒng)有序之源。(3)系統(tǒng)的漲落導致系統(tǒng)走向有序。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀70年代新三論協(xié)同理論協(xié)同學理論是20世紀70年代由聯(lián)邦德國的物理學家哈肯提出。與耗散結(jié)構(gòu)理論一樣，協(xié)同論也是研究遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)的。其主要觀點是：(1)協(xié)同導致有序(2)自組織理論第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用2、系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀70年代新三論突變論突變理論是法國數(shù)學家托姆于1972年提出來突變論以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，通過對系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)、漸變與突變的特征及其相互關(guān)系，揭示系統(tǒng)狀態(tài)演變的內(nèi)部因素與外界條件第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用3、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（Systemsapproach）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（SystemsEngineering）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（MilitaryOperationsResearch）,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（Systemsanalysis）概念，強調(diào)了其重要性第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用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(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)工程學科形成的標志1958美國研制北極星導彈潛艇提出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》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(chǔ)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的地位第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用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(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》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(chǔ)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(lǐng)域進入到社會經(jīng)濟領(lǐng)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第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用4、系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用上世紀50至60年代，我國的一些研究機構(gòu)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(shù)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。

第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用

1978年9月27日，錢學森、許國志、王壽云在《文匯報》發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——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。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用

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(lǐng)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）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。第一章：系統(tǒng)工程概述-產(chǎn)生、發(fā)展及應用

90年代以來，系統(tǒng)工程在與以下七個方面的結(jié)合上已具有初步結(jié)果和強勁勢頭：企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型時期我國改革發(fā)展的重大現(xiàn)實問題（綜合配套改革、和諧社會建設(shè)、自主創(chuàng)新、資源能源問題、新農(nóng)村建設(shè)、城鎮(zhèn)化、社會保障、應急管理等）管理科學、經(jīng)濟科學、工程科學各種前沿問題落實科學發(fā)展觀社會信息化變革重大投資和大型項目管理思維科學和生命科學第一章：系統(tǒng)工程概述－系統(tǒng)工程的研究對象１、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(jié)構(gòu)復雜、屬性及目標多樣、一般為人-機系統(tǒng)、經(jīng)濟性突出等。第一章：系統(tǒng)工程概述－系統(tǒng)工程的研究對象２、系統(tǒng)的概念（a）什么是系統(tǒng)系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的諸多要素組成的具有一定功能的有機整體。系統(tǒng)是由兩個以上的要素組成的整體。系統(tǒng)的諸要素之間、要素與整體之間、以及整體與環(huán)境之間存在有機聯(lián)系。系統(tǒng)要素之間的聯(lián)系與作用必產(chǎn)生一定的功能。對系統(tǒng)的理解：第