系統(tǒng)工程概論

武漢大學(xué)水利水電學(xué)院土木工程系統(tǒng)分析

CivilEngineeringSystemAnalysis系統(tǒng)工程概述系統(tǒng)分析與建模整數(shù)規(guī)劃線性規(guī)劃動態(tài)規(guī)劃非線性規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)土木工程中的應(yīng)用實例排隊論與存儲論決策分析土木工程系統(tǒng)分析系統(tǒng)模擬1.1系統(tǒng)的概念1.2系統(tǒng)工程的概念1.3系統(tǒng)分析1.4原型、模型與算法第一章

系統(tǒng)工程概論本章重點系統(tǒng)的定義系統(tǒng)的特征系統(tǒng)工程的定義系統(tǒng)理論概述第一章

系統(tǒng)工程概論第一章系統(tǒng)工程概論任何事務(wù)、任何問題都可以稱之為系統(tǒng)。系統(tǒng)思想：總體的觀點、全局的觀點、最優(yōu)化的觀點（做事不考慮后果）系統(tǒng)思想被人們自覺/不直覺地應(yīng)用。（都江堰、農(nóng)民種地、學(xué)生選課）系統(tǒng)思想的形成與演變：長期的生產(chǎn)實踐、社會實踐、科學(xué)技術(shù)發(fā)展與積累的結(jié)果1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的定義系統(tǒng)是由相互作用和相互依賴的若干組成部分（要素）結(jié)合而成的、具有特定功能的有機(jī)整體。示例：教學(xué)系統(tǒng)、河道系統(tǒng)、水電站、混凝土壩澆筑施工系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)的條件：兩個及兩個以上的要素要素之間存在有機(jī)聯(lián)系具備一定的功能系統(tǒng)>>

要素的簡單疊加（水電站）1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論結(jié)構(gòu)上的層次性功能的非疊加性內(nèi)部的相關(guān)性1.1

系統(tǒng)的概念三峽工程大壩廠房船閘升船機(jī)擋水壩段廠房壩段溢流壩段第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的形態(tài)自然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)實體系統(tǒng)、概念系統(tǒng)封閉系統(tǒng)、開放系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)、動態(tài)系統(tǒng)對象系統(tǒng)、行為系統(tǒng)控制系統(tǒng)、因果系統(tǒng)1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的分類1按系統(tǒng)內(nèi)容劃分天然系統(tǒng)、半天然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)自然系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、思維系統(tǒng)實體系統(tǒng)、概念系統(tǒng)2按系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系劃分孤立系統(tǒng)、封閉系統(tǒng)、開放系統(tǒng)1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的分類3按系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜程度劃分渺觀系統(tǒng)、微觀系統(tǒng)、宏觀系統(tǒng)、宇觀系統(tǒng)、脹觀系統(tǒng)小系統(tǒng)、大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)簡單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)簡單巨系統(tǒng)和復(fù)雜巨系統(tǒng)1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的分類4按系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)劃分靜態(tài)系統(tǒng)、動態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)、非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)確定性系統(tǒng)和非確定性系統(tǒng)1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的分類5按人類對系統(tǒng)的認(rèn)知水平劃分黑色系統(tǒng)白色系統(tǒng)灰色系統(tǒng)1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的重要分類參數(shù)線性非線性連續(xù)離散低維高維確定模糊（不確定性）對建模、計算、分析等工作有顯著影響1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的特征整體性：系統(tǒng)功能不是要素功能的簡單疊加相關(guān)性：系統(tǒng)內(nèi)各要素相互作用、相互聯(lián)系目的性：任何系統(tǒng)總是追求一定的目標(biāo)（多個目標(biāo)）環(huán)境適應(yīng)性環(huán)境：系統(tǒng)以外事務(wù)的總稱(物質(zhì)、信息、能量)企業(yè)管理各位的學(xué)習(xí)過程體制改革1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)內(nèi)各要素之間的相互聯(lián)系、相互作用的方式或秩序，即各要素之間在時間或空間上排列和組合的具體形式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特性：穩(wěn)定性、層次性、開放性、相對性三種表現(xiàn)形式：空間結(jié)構(gòu)、時間結(jié)構(gòu)、時空結(jié)構(gòu)；水電樞紐布置1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能系統(tǒng)的功能：系統(tǒng)與環(huán)境相互作用所反映的能力稱為系統(tǒng)的功能系統(tǒng)功能的特性：易變性、相關(guān)性結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系同構(gòu)異功、同功異構(gòu)、同功同構(gòu)、異構(gòu)異功水電樞紐布置1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)理論概述博大精深一般系統(tǒng)論控制論信息論耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)理論突變理論1.1

系統(tǒng)的概念第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程的概念進(jìn)行系統(tǒng)的試驗、設(shè)計、優(yōu)化、改進(jìn)、運(yùn)行控制等時運(yùn)用的一系列理論、方法、技術(shù)示例1：壩址的選擇——決策理論示例2：最優(yōu)化線路的選擇——動態(tài)規(guī)劃理論示例3：混凝土壩施工工期的計算——系統(tǒng)模擬1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程的概念系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）是對系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)、創(chuàng)制或改造、試驗和運(yùn)用的工程技術(shù)。它是根據(jù)整體協(xié)調(diào)的需要，運(yùn)用系統(tǒng)分析的理論和方法，應(yīng)用近代數(shù)學(xué)和電子計算機(jī)等工具，研究和解決系統(tǒng)的分析、規(guī)劃、設(shè)計、組織、管理和評價等問題，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)工作狀態(tài)和最佳工作途徑。1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論個人對系統(tǒng)工程的理解一整套理論、方法與技術(shù)的綜合以某個專業(yè)或問題為背景和對象在多個學(xué)科中及其廣泛的應(yīng)用：水工、農(nóng)水、水資源內(nèi)容處在不斷更新、發(fā)展中運(yùn)籌學(xué)軟件技術(shù)信息技術(shù)多媒體技術(shù)不確定性理論1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程的概念系統(tǒng)工程解決問題的步驟：分析問題建立模型(復(fù)雜的模型)

模型求解結(jié)果分析試驗論證優(yōu)化改進(jìn)方案實施1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程的主要觀點整體最優(yōu)觀點優(yōu)化觀點：變好、最好全局觀點：整個系統(tǒng)1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程的發(fā)展簡史樸素系統(tǒng)思想的形成與應(yīng)用：都江堰系統(tǒng)工程理論與方法的逐步形成與完善：近現(xiàn)代理論在各學(xué)科中的不斷推廣應(yīng)用：交叉學(xué)科的形成1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程的發(fā)展簡史水電工程施工系統(tǒng)工程對象：混凝土壩、土石壩、拱壩、地下洞室群單位：武漢大學(xué)、天津大學(xué)、三峽大學(xué)形式：數(shù)值仿真、三維仿真、虛擬現(xiàn)實1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程的方法與程序1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)工程應(yīng)用實例別墅虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)向家壩水電站虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)李仙江水電站三維模擬瀑布溝水電站三維模擬南水北調(diào)中線丹江口大壩加高工程施工模擬與優(yōu)化系統(tǒng)1.2

系統(tǒng)工程第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)分析的概念：系統(tǒng)分析(SystemAnalysis)是指對一個系統(tǒng)問題，從系統(tǒng)總體出發(fā)，在一定條件下，探索可能采取的方案(如何獲取)，通過分析對比，選出最優(yōu)方案，作為決策依據(jù)的方法。直觀理解：分析一個系統(tǒng)建模中的假設(shè)個人經(jīng)驗：解決一個問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)(難)混凝土壩施工進(jìn)度預(yù)測地下洞室群的通風(fēng)散煙施工工區(qū)道路系統(tǒng)的設(shè)計1.3

系統(tǒng)分析與建模第一章系統(tǒng)工程概論系統(tǒng)分析的內(nèi)容：系統(tǒng)邊界系統(tǒng)限制已知條件決策變量系統(tǒng)目標(biāo)系統(tǒng)分析的重要結(jié)果：建立數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)分析的步驟：系統(tǒng)目的分析與確定、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)最優(yōu)化、系統(tǒng)評價。1.3

系統(tǒng)分析與建模第一章系統(tǒng)工程概論應(yīng)用實例某水利工程公司預(yù)制混凝土構(gòu)件廠，生產(chǎn)兩種預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。甲構(gòu)件每件需用20kg鋼絲，乙構(gòu)件每件需用30kg鋼絲，鋼絲每日供應(yīng)數(shù)量限為1000kg，甲構(gòu)件每件需4個錐形螺桿錨具，乙構(gòu)件每件需2個同樣錨具，錨具每日僅供應(yīng)120個。甲構(gòu)件每件可獲純利6元，乙構(gòu)件每件獲純利4元，試問如何安排甲、乙構(gòu)件的生產(chǎn)任務(wù)，才能使每日純利最大?1.3

系統(tǒng)分析與建模第一章系統(tǒng)工程概論應(yīng)用實例：某水利工程公司預(yù)制混凝土構(gòu)件廠，生產(chǎn)兩種預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。甲構(gòu)件每件需用20kg鋼絲，乙構(gòu)件每件需用30kg鋼絲，鋼絲每日供應(yīng)數(shù)量限為1000kg，甲構(gòu)件每件需4個錐形螺桿錨具，乙構(gòu)件每件需2個同樣錨具，錨具每日僅供應(yīng)120個。甲構(gòu)件每件可獲純利6元，乙構(gòu)件每件獲純利4元，試問如何安排甲、乙構(gòu)件的生產(chǎn)任務(wù)，才能使每日純利最大?系統(tǒng)邊界系統(tǒng)限制已知條件決策變量系統(tǒng)目標(biāo)1.3

系統(tǒng)分析與建模第一章系統(tǒng)工程概論

目標(biāo)函數(shù)：maxZ=6x1+4x2約束條件：4x1+2x2≤12020x1+30x2≤1000x1,x2≥01.3

系統(tǒng)分析與建模第一章系統(tǒng)工程概論1.3

系統(tǒng)分析與建模三峽大壩混凝土澆筑施工場景2143第一章系統(tǒng)工程概論1.3

系統(tǒng)分析與建模水平運(yùn)輸垂直運(yùn)輸受料平臺拌和樓倉面第一章系統(tǒng)工程概論1.3

系統(tǒng)分析與建模第一章系統(tǒng)工程概論已