第2章系統(tǒng)工程的歷史與現(xiàn)狀

系統(tǒng)工程概論普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材21世紀(jì)高等院校教材工業(yè)工程系列主講教師：周志華電話：137862445151第2章系統(tǒng)工程的歷史與現(xiàn)狀一、系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展二、系統(tǒng)工程的概念三、系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)2一、系統(tǒng)思想的形成過程第一節(jié)系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展第一階段：古代樸素的唯物主義自然觀第二階段：近代形而上學(xué)自然觀第三階段：19世紀(jì)辯證唯物主義自然觀第四階段：二十世紀(jì)中期形成的系統(tǒng)觀第五階段：現(xiàn)代系統(tǒng)理論3一、系統(tǒng)思想的形成過程第一節(jié)系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展系統(tǒng)思想從經(jīng)驗(yàn)到哲學(xué)到科學(xué)，從思維到定性到定量的發(fā)展過程。即：

第一階段:古代農(nóng)事、工程、醫(yī)藥、天文方面的實(shí)踐成就，以及建立在這些成就之上的古代中國和古希臘樸素的唯物主義自然觀（以抽象的思辨原則來代替自然現(xiàn)象的客觀聯(lián)系）；

第二階段:近代自然科學(xué)的興起，以及由此產(chǎn)生的形而上學(xué)自然觀（把自然界看作彼此不相依賴的各個(gè)事物或各個(gè)現(xiàn)象的偶然堆積）；

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第三階段:19世紀(jì)自然科學(xué)的偉大成就，以及建立在這些成就基礎(chǔ)之上的辯證唯物主義自然觀（以實(shí)驗(yàn)材料來說明自然界是有內(nèi)部聯(lián)系的統(tǒng)一整體，其中各個(gè)事物、現(xiàn)象是有機(jī)地相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約著的）；

第四階段:20世紀(jì)中期現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成就，為系統(tǒng)思想提供了定量方法和計(jì)算工具；5

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對系統(tǒng)思想方法的貢獻(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對于系統(tǒng)思想方法來說，第一個(gè)貢獻(xiàn)在于使系統(tǒng)思想定量化，成為一套具有數(shù)學(xué)理論、能夠定量處理系統(tǒng)各組成部分相互聯(lián)系的科學(xué)方法；第二個(gè)貢獻(xiàn)在于為定量化系統(tǒng)思想的實(shí)際應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的計(jì)算工具——電子計(jì)算機(jī)。這兩大貢獻(xiàn)都是在20世紀(jì)中期實(shí)現(xiàn)的。運(yùn)籌學(xué)（數(shù)學(xué)規(guī)劃、排隊(duì)論、博弈論）計(jì)算機(jī)（1946年出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用）6第五階段：現(xiàn)代系統(tǒng)理論信息論、控制論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論、非線性系統(tǒng)理論的迅速發(fā)展，系統(tǒng)工程不僅涉及到工程技術(shù)領(lǐng)域，還涉及到社會經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療衛(wèi)生等人類社會各方面緊密聯(lián)系起來。7

二、系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史系統(tǒng)概念來源于古代人類社會實(shí)踐。人類自有生產(chǎn)活動(dòng)以來，無不在同自然系統(tǒng)打交道。（一）我國古代樸素的系統(tǒng)思想“協(xié)同學(xué)”創(chuàng)始人哈肯評論“系統(tǒng)科學(xué)的概念是中國學(xué)者較早提出的”8（一）我國古代樸素的系統(tǒng)思想1、春秋末期老子—用自發(fā)的系統(tǒng)概念觀察自然現(xiàn)象，認(rèn)為自然界是統(tǒng)一的。道可道，非常道。名可名，非常名。老子：約公元前571～公元前471,道教中老子被尊為道祖。著有“道德經(jīng)”。唐皇武后封為：太上老君認(rèn)為道是事物之本原，又是事物的法則，天地人都是道的產(chǎn)物。“道生一，一生二，二生三，三生萬物”92、西周——五行觀念《易經(jīng)》——陰陽五行和八卦學(xué)說五行指：金、木、水、火、土。認(rèn)為大自然由五種要素所構(gòu)成，隨著這五個(gè)要素的盛衰，而使得大自然產(chǎn)生變化，不但影響到人的命運(yùn)，同時(shí)也使宇宙萬物循環(huán)不已。

木－好華美，且具有風(fēng)雅的個(gè)性。仁，慈愛，行善。火－性情急躁，而富有自尊心。禮，就是為人謙讓謹(jǐn)慎，敬上而不欺下。

土－性情溫厚篤實(shí)，而具有自信心。信，就是又誠實(shí)又溫厚誠懇之意。

金－性情剛強(qiáng)，而具有自尊心。義，就是崇善棄惡，事事都順理。

水－聰明，并能推測事物。智，觀察事物詳細(xì)，能預(yù)知前兆，善理權(quán)謀術(shù)事。10陰陽五行學(xué)說:是中國古代樸素的唯物論和自發(fā)的辯證法思想，它認(rèn)為世界是物質(zhì)的，物質(zhì)世界是在陰陽二氣作用的推動(dòng)下孳生、發(fā)展和變化；并認(rèn)為木、火、土、金、水五種最基本的物質(zhì)是構(gòu)成世界不可缺少的元素。

陽—運(yùn)動(dòng)、外向、上升、溫?zé)?、明亮的陰——相對靜止、內(nèi)守、下降、寒冷、晦暗的113、東漢——地動(dòng)儀地動(dòng)儀:地動(dòng)儀是東漢科學(xué)家張衡的傳世杰作--候風(fēng)地動(dòng)儀。八個(gè)龍頭，按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個(gè)方向布列，每個(gè)龍頭嘴里都銜有一個(gè)銅球。當(dāng)某個(gè)地方發(fā)生地震時(shí)，發(fā)生地震方向的龍頭張開嘴，吐出銅球，落到銅蟾蜍的嘴里，發(fā)生很大的聲響。所以人們就可以知道地震發(fā)生的方向。張衡還用銅制造了一種測量天文的儀器——“渾天儀”。

地動(dòng)儀-我國歷史上最早的系統(tǒng)模型124最早的醫(yī)學(xué)經(jīng)典-黃帝內(nèi)經(jīng)它分別從陰陽五行、天人相應(yīng)、五運(yùn)六氣、臟腑、經(jīng)絡(luò)、病機(jī)、診法、治則、針灸等方面來闡述。

主張不治已病，而治未病，同時(shí)主張養(yǎng)生、攝生、益壽、延年。將“自然現(xiàn)象、生理現(xiàn)象、精神活動(dòng)”三者結(jié)合分析疾病根源。整體觀、矛盾觀、經(jīng)絡(luò)學(xué)、臟像學(xué)、病因病機(jī)學(xué)、養(yǎng)生和預(yù)防醫(yī)學(xué)、診斷治療等。13自然界、人體由五種要素相生相克、相互制約所組成的有秩序、有組織的整體?？床　剢柷小安叵蟆⒉C(jī)、氣血、津液、經(jīng)絡(luò)”講究內(nèi)觀、體悟、直覺，與西醫(yī)的靠儀器、化驗(yàn)、解剖不同。14請問：我國古代的三大經(jīng)書（奇書）是什么？《易經(jīng)》、《道德經(jīng)》、《黃帝內(nèi)經(jīng)》155春秋末期—《孫子兵法》問：《孫子兵法》為誰所著？以系統(tǒng)思想研究戰(zhàn)爭，從“道、天、地、將、法”五個(gè)方面分析戰(zhàn)爭。道—內(nèi)修德政、戰(zhàn)爭是否有理。有道乃勝利之本。天時(shí)、地利將—將領(lǐng)的才智、威信狀況、士兵是否訓(xùn)練有素?！暗玫蕉嘀⑹У拦阎狈āǘ??！凹o(jì)律是否嚴(yán)明、賞罰是否分明”。將領(lǐng)要做到“智、信、仁、勇、嚴(yán)”。

兵圣孫武公元前535~16在山東臨沂銀雀山發(fā)掘的兩座漢代墓葬中同時(shí)發(fā)現(xiàn)了用竹簡寫成的《孫子兵法》和《孫臏兵法》。

《孫子兵法》全書共十三篇——孫武所著。以《兵法》十三篇見吳王闔閭hélǘ，闔閭說：“子之十三篇，吾盡觀之矣?！奔从脤O武為將，與伍子胥率吳軍攻破楚國,率兵6萬打敗楚國20萬大軍。著名論點(diǎn)：“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”“以我之長，功敵之短”17《孫臏兵法》

《孫臏兵法》又名《齊孫子》，系與《孫子兵法》區(qū)別之故?！稘h書·藝文志》稱《齊孫子》八十九篇，圖四卷。

知名典故：“田忌賽馬”

孫臏約公元前380年至公元前320

孫臏乃孫武后人，有人說是玄孫。孫臏和龐涓拜鬼谷子為師，出仕后到魏國做官，被龐涓陷害，受到臏刑。生死關(guān)頭，他向齊國使者求助，被救到齊國，指揮齊軍兩次擊敗魏軍，設(shè)伏殺死龐涓。孫臏繼承并發(fā)揚(yáng)了孫武的軍事思想，他的《孫臏兵法》也是兵學(xué)寶庫的瑰寶。

18三十六計(jì)勝戰(zhàn)計(jì)：瞞天過海、圍魏救趙、借刀殺人、以逸待勞、趁火打劫、聲東擊西敵戰(zhàn)計(jì)：無中生有、暗渡陳倉、隔岸觀火、笑里藏刀、李代桃僵、順手牽羊攻戰(zhàn)計(jì)：打草驚蛇、借尸還魂、調(diào)虎離山、欲擒故縱、拋磚引玉、擒賊擒王混戰(zhàn)計(jì)：釜底抽薪、混水摸魚、金蟬脫殼、關(guān)門捉賊、遠(yuǎn)交近攻、假道伐虢并戰(zhàn)計(jì)：偷梁換柱、指桑罵槐、假癡不顛、上屋抽梯、樹上開花、反客為主敗戰(zhàn)計(jì)：美人計(jì)、空城計(jì)、反間計(jì)、苦肉計(jì)、連環(huán)計(jì)、走為上196戰(zhàn)國時(shí)期—“都江堰”水利工程戰(zhàn)國時(shí)期秦國李冰父子設(shè)計(jì)修建的都江堰水利工程，它包括“魚嘴”岷江分水工程，“飛沙堰”分洪排沙工程，“寶瓶口”引水工程三大主體工程和120個(gè)附屬渠堰工程，工程之間的聯(lián)系處理得恰到好處，形成一個(gè)有機(jī)整體，兼有防洪、排沙、灌溉、漂木、行舟等多種功能，渠道上設(shè)置了水尺，根據(jù)測得的水位，多級分水，合理控制分水流量，使洶涌急流的岷江化害為利，灌溉了成都平原上14個(gè)縣的幾百萬畝糧田。工程完工后，又建立了一套歲修養(yǎng)護(hù)制度，每年按規(guī)定淘沙修堤，因此，雖然該工程經(jīng)歷二千多年，至今仍發(fā)揮著效益，該工程堪稱我國古代運(yùn)用系統(tǒng)思想解決實(shí)際問題的典范。20飛沙堰

2122飛沙堰特寫

237：丁渭修皇宮北宋年間，汴都（今河南開封）的宮室在遭到火災(zāi)以后，大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木材等建筑材料都需從郊外由旱道運(yùn)到建筑現(xiàn)場，另外，完工后的建筑廢棄物又要從旱道運(yùn)出城外。這在當(dāng)時(shí)是需要花費(fèi)大量的人力、物力和材力的，丁渭根據(jù)工程實(shí)際，設(shè)計(jì)出了一套方案，就是在工地前面的大街上挖取泥土使用，幾天以后，大街被挖成了巨溝，并通過護(hù)城河與汴河相通，河水流入溝中，船只可直接由汴河駛?cè)牍さ?，于是便可從四面八方運(yùn)來建筑材料，再也不需經(jīng)過郊區(qū)碼頭起卸，然后用陸運(yùn)搬到工地的繁重手續(xù)了，在工程將要結(jié)束時(shí)，再把廢棄的瓦礫、灰土等投入巨河，平土以后，重新成為大街。這一設(shè)計(jì)方案由于系統(tǒng)解決了取土、運(yùn)輸、清除廢料和修復(fù)街道等多項(xiàng)任務(wù)，因此節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，并使工程提前完工。

24總結(jié)：古代樸素系統(tǒng)思想的特點(diǎn)“耗散結(jié)構(gòu)”創(chuàng)始人普利高津《從存在到演化》中說：“著重于研究整體性和自發(fā)性、研究協(xié)調(diào)與協(xié)和”即強(qiáng)調(diào)對自然界整體性、統(tǒng)一性的認(rèn)識，缺乏對細(xì)節(jié)的認(rèn)識能力。25(二）系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史——世界文明第二節(jié)系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展2.1930年前后，一般系統(tǒng)論的創(chuàng)始人貝塔朗菲指出了自然界和社會的各種表面上極不相同的領(lǐng)域中存在著某種共性，提出了一般系統(tǒng)論，為系統(tǒng)工程的產(chǎn)生作好了準(zhǔn)備。系統(tǒng)工程是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。1.系統(tǒng)概念的最早提出：美國人泰勒——“管理之父”在1911年出版的《科學(xué)管理原理》提出了工業(yè)管理系統(tǒng)，包括“合理安排工序、動(dòng)作分析、提高工作效率等”。263.系統(tǒng)工程的首次提出二十世紀(jì)40年代，美國貝爾電話公司在發(fā)展微波通訊網(wǎng)絡(luò)時(shí)首先應(yīng)用系統(tǒng)方法，并提出了“系統(tǒng)工程”這個(gè)名詞。美國貝爾電話公司——馬利娜G.Molina丹麥哥本哈根電話公司——厄朗A.Erlang研究整個(gè)電話通訊系統(tǒng)，不能只注意電話機(jī)和交換臺站，首次提出“系統(tǒng)工程”，運(yùn)用了排隊(duì)論原理。274.二次世界大戰(zhàn)(1939-1945)，產(chǎn)生和發(fā)展了“運(yùn)籌學(xué)”O(jiān)perationResearch1）英國為防御德國的突然空襲，研究了雷達(dá)報(bào)警系統(tǒng)、飛機(jī)排隊(duì)降落系統(tǒng)，廣泛采用了數(shù)學(xué)規(guī)劃、排隊(duì)論、博弈論等方法。2）1945年，美國軍事部設(shè)立蘭德公司（政府和軍方的最大智囊團(tuán)），開發(fā)了許多系統(tǒng)分析方法。3）1942-1945年，美國制造原子彈的“曼哈頓”計(jì)劃

負(fù)責(zé)人L.R.格羅夫斯和R.奧本海默應(yīng)用了系統(tǒng)工程的思路和方法，大大縮短了工程所耗時(shí)間。1945年7月15日,世界上第一顆原子彈試驗(yàn)成功。8月6日和9日，美國分別在日本的廣島和長崎投下了原子彈，直接導(dǎo)致第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束。

28（二）系統(tǒng)工程的發(fā)展歷史—世界文明7.進(jìn)入70年代后，由于電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展和普及，系統(tǒng)工程得到了廣泛地應(yīng)用。5.1957年首部《系統(tǒng)工程》著作出版美國密執(zhí)安大學(xué)古德H.Goode馬喬爾R.Machol合著6.1961-1969年“阿波羅”登月計(jì)劃—系統(tǒng)工程的光輝成就。工程系統(tǒng)社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)行為科學(xué)+思維科學(xué)政策研究作為一門交叉學(xué)科解決復(fù)雜大系統(tǒng)研究非線性系統(tǒng)理論迅速發(fā)展29（三）現(xiàn)代系統(tǒng)工程在中國的發(fā)展(1)第一階段：1950S中期—1970S中期，以運(yùn)籌學(xué)的研究為主1）錢學(xué)森、許國志等學(xué)者大力提倡運(yùn)籌學(xué)2）1960S華羅庚大力發(fā)展優(yōu)選法與統(tǒng)籌學(xué)，取得較好效果3）我國導(dǎo)彈和航天事業(yè)的發(fā)展，系統(tǒng)工程技術(shù)得到迅猛發(fā)展——以錢學(xué)森為代表30（2）第二階段：1978——1980S初推廣應(yīng)用系統(tǒng)工程的熱潮1）1978年，錢學(xué)森、許國志、王壽云在《文匯報(bào)》發(fā)表“組織管理的技術(shù)—系統(tǒng)工程”，推廣系統(tǒng)工程新局面。最優(yōu)化方法圖論、排隊(duì)論對策論可靠性分析等普及應(yīng)用、取得顯著成果2）1980年中國系統(tǒng)工程學(xué)會正式成立3）20世界70年代末、80年代初—學(xué)術(shù)理論遍地開花鄧聚龍教授——灰色系統(tǒng)理論吳學(xué)謀——泛系理論蔡文——物元分析31（3）第三階段：1986年系統(tǒng)工程的研究和應(yīng)用擴(kuò)大至科技、經(jīng)濟(jì)、社會等領(lǐng)域。1）系統(tǒng)工程作為一門軟科學(xué)，日益受重視。物理——事理——人理（WSR系統(tǒng)方法論）硬件—軟件—斡件—人件2）錢學(xué)森等致力于開放復(fù)雜系統(tǒng)的研究方法：定性與定量的綜合集成技術(shù)、綜合集成工程專家系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)技術(shù)信息化與計(jì)算機(jī)技術(shù)以人為主的高度智能化的人機(jī)結(jié)合系統(tǒng)323）2003年10月15日，中國首次載人航天——“神州五號”上天大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化、管理等取得重大突破。綜合：系統(tǒng)工程作為一門綜合應(yīng)用性學(xué)科、交叉學(xué)科、一門新學(xué)科，未來發(fā)展靠大家。2011年11月1日清晨5時(shí)58分，中國“長征二號F”遙八運(yùn)載火箭，將“神舟八號”飛船成功送入預(yù)定軌道。2011年11月3日凌晨，神舟八號與天宮一號對接環(huán)接觸成功。中國成為繼美、俄之后第三個(gè)掌握空間交會對接技術(shù)的國家。可以在地球軌道上長期滯留工作的空間站，對于探索宇宙奧秘、造福人類有著重要意義。

33錢學(xué)森提出的現(xiàn)代系統(tǒng)技術(shù)的四個(gè)層次：系統(tǒng)論（系統(tǒng)觀）基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)科學(xué)工程技術(shù)哲學(xué)歷史唯物主義社會科學(xué)數(shù)學(xué)哲學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)自然辯證法自然科學(xué)馬克思主義哲學(xué)系統(tǒng)學(xué)控制論運(yùn)籌學(xué)信息論各門系統(tǒng)工程自動(dòng)化技術(shù)通信技術(shù)圖1-6系統(tǒng)科學(xué)體系結(jié)構(gòu)第二節(jié)系統(tǒng)工程概念34第二節(jié)系統(tǒng)工程概念一.系統(tǒng)工程的研究對象和領(lǐng)域1.研究對象系統(tǒng)人工系統(tǒng)或復(fù)雜系統(tǒng)大系統(tǒng)（多層次）復(fù)雜系統(tǒng)（總系統(tǒng)+分系統(tǒng)）組織化的系統(tǒng)（有共同目標(biāo)）（1）系統(tǒng)工程的研究領(lǐng)域成果顯著（2）系統(tǒng)工程呈現(xiàn)多學(xué)科性自然環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會、國家管理等35系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域：第二節(jié)系統(tǒng)工程概念1）社會系統(tǒng)工程2）經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程3）區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程4）環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程5）能源系統(tǒng)工程6）水資源系統(tǒng)工程7）交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程8）農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程9）航天系統(tǒng)工程36系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域：第二節(jié)系統(tǒng)工程概念10）工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)11）科技管理系統(tǒng)工程12）教育系統(tǒng)工程13）人口系統(tǒng)工程14）軍事系統(tǒng)工程15）信息系統(tǒng)工程16）物流系統(tǒng)工程等372.系統(tǒng)工程研究對象的具體特征（1）系統(tǒng)工程是一門工程技術(shù)，可研究任何一種物質(zhì)系統(tǒng)，可跨越各專業(yè)領(lǐng)域。如：機(jī)械工程、電子工程水利工程、采礦工程等以專門的技術(shù)領(lǐng)域?yàn)閷ο笙到y(tǒng)工程跨專業(yè)，研究系統(tǒng)的開發(fā)、運(yùn)用等問題。（2）還涉及社會經(jīng)濟(jì)、環(huán)境生態(tài)、經(jīng)營管理、軍事指揮等非工程系統(tǒng)（3）系統(tǒng)工程更注重事理，注重計(jì)劃、組織、安排、優(yōu)化。系統(tǒng)工程處理的對象主要是信息。38二、系統(tǒng)工程的的定義第二節(jié)系統(tǒng)工程概念

（1）1967年美國學(xué)者切斯納定義

按照各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，全面求得最優(yōu)解的方法，并使各組成部分能最大限度地互相適應(yīng)。

（2）1976年美國科學(xué)技術(shù)辭典注釋系統(tǒng)工程是研究許多密切聯(lián)系的元素所組成的復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)。

（3）1977年日本學(xué)者三浦武雄指出系統(tǒng)工程與其它工程學(xué)的不同之點(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。39第三節(jié)系統(tǒng)工程概念

（4）日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“運(yùn)籌學(xué)術(shù)語”中的定義系統(tǒng)工程是為了最優(yōu)地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流通和控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析的技術(shù)。

（5）我國學(xué)者錢學(xué)森認(rèn)為

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)與使用的科學(xué)方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的方法。40綜述：系統(tǒng)工程定義第三節(jié)系統(tǒng)工程概念

1.系統(tǒng)工程是一門交叉學(xué)科協(xié)調(diào)：自然科學(xué)和社會科學(xué)的思想、理論、方法、策略、手段等組織：生產(chǎn)、科研或經(jīng)濟(jì)活動(dòng)應(yīng)用：定量分析和定性分析相結(jié)合的方法和計(jì)算機(jī)等技術(shù)三最優(yōu)：實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)、最優(yōu)控制和最優(yōu)管理（達(dá)到綜合最優(yōu)化）2.一門工程技術(shù)、一門軟科學(xué)41一、系統(tǒng)工程的理論和技術(shù)基礎(chǔ)第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)系統(tǒng)工程是一門交叉學(xué)科，有其寬廣的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。它們主要是一般系統(tǒng)論、信息論、控制論、運(yùn)籌學(xué)、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論等，通常把一般系統(tǒng)論、信息論，控制論稱為“老三論”，而把耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論稱為“新三論”。1.一般系統(tǒng)論

一般系統(tǒng)論是由美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲（1901—1972）首先提出并發(fā)展的.

42第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)1.一般系統(tǒng)論

一般系統(tǒng)論所包含的主要內(nèi)容和基本觀點(diǎn)有：系統(tǒng)的整體性系統(tǒng)的開放性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性（生長—衰老—死亡）系統(tǒng)的等級性（分為結(jié)構(gòu)等級與功能等級）系統(tǒng)的有序性

一般系統(tǒng)論用相互關(guān)聯(lián)的綜合性思維來取代分析事物的分散思維，突破了以往分析問題的局限性，為系統(tǒng)工程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。作用：43

2.信息論

第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)

信息論于20世紀(jì)40年代末產(chǎn)生，其主要?jiǎng)?chuàng)立者是美國的數(shù)學(xué)家香農(nóng)和維納。信息論是一門研究信息的獲取、傳送和處理等一般規(guī)律的科學(xué)。人們根據(jù)不同的研究內(nèi)容，把信息論分成三種不同類型。

狹義信息論：即申農(nóng)信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。

44創(chuàng)始人：美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)，美國貝爾研究所研究員。

解決通信技術(shù)中信息編碼問題，把發(fā)射信息和接收信息作為一個(gè)整體的通信來研究?？藙诘隆は戕r(nóng)(ClaudeElwoodShannon）信息論及數(shù)字通信時(shí)代的奠基人

信息論誕生的標(biāo)志：1948《通信的數(shù)學(xué)理論》1949《噪聲中的通信》（濾波理論、信號預(yù)測理論）還對加密理論有開創(chuàng)性貢獻(xiàn)維納提出了信息量的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)公式45香農(nóng)的通信系統(tǒng)模型信息編碼信道譯碼信宿信源信號噪聲信號+噪聲消息電、器、聲空間編碼轉(zhuǎn)換人、機(jī)人、機(jī)器、物46第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)

一般信息論：主要研究通信問題，但還包括噪聲理論、信號濾波與預(yù)測、調(diào)制、信息處理等問題。

廣義信息論：不僅包括前兩項(xiàng)的研究內(nèi)容，而且包括所有與信息有關(guān)的領(lǐng)域。

信息論中運(yùn)用信息的觀點(diǎn)，把系統(tǒng)看作是借助于信息的獲取、傳達(dá)、加工、處理而實(shí)現(xiàn)其有目的性的運(yùn)動(dòng)的一種研究方法。圖1-3便是信息方法的圖示。47第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)2.信息論

信息信息信息反饋信息輸入信息存儲信息處理信息輸出圖1-3信息方法48

3.控制論第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)

1947年美國人維納創(chuàng)立了控制論。維納的控制論闡述了兩個(gè)根本觀念：

①一切有生命、無生命系統(tǒng)都是信息系統(tǒng)?？刂频倪^程也可以說是信息運(yùn)動(dòng)的過程。無論是機(jī)器還是生物，在構(gòu)成控制系統(tǒng)的前提下，都存在著對信息進(jìn)行接收、存取和加工的過程。

49第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)②一切有生命、無生命系統(tǒng)都是控制系統(tǒng)。一個(gè)系統(tǒng)一定有它的特定輸出功能，而要具有這種輸出功能，必須有相應(yīng)的一套控制機(jī)制?？刂票仨氁心繕?biāo)，沒有目標(biāo)，則無所謂控制。研究生命系統(tǒng)、非生命系統(tǒng)以及社會經(jīng)濟(jì)內(nèi)部通信、控制、調(diào)節(jié)、組織、平衡、計(jì)算或反饋等問題。應(yīng)用于工程技術(shù)、生物、經(jīng)濟(jì)、社會等各領(lǐng)域

將自然科學(xué)與社會科學(xué)，物質(zhì)世界與非物質(zhì)世界聯(lián)系了起來。50第三節(jié)系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)4.運(yùn)籌學(xué)運(yùn)籌學(xué)的定義

據(jù)《大英百科全書》釋義，“運(yùn)籌學(xué)是一門應(yīng)用于管理有組織系統(tǒng)的科學(xué)”，“運(yùn)籌學(xué)為掌管這類系統(tǒng)的人提供決策目標(biāo)和數(shù)量分析的工具”。

線性規(guī)劃非線性規(guī)劃動(dòng)態(tài)規(guī)劃整數(shù)規(guī)劃排隊(duì)論、對策論、存儲論、網(wǎng)絡(luò)與圖論等51

5.耗散結(jié)構(gòu)理論(新三論之一）比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)教授普里高津在1969年一次理論物理和生物學(xué)國際學(xué)術(shù)會議上作了題為《結(jié)構(gòu)、耗散和生命》的報(bào)告，提出了耗散結(jié)構(gòu)理論。孤立系統(tǒng)總是朝著均勻和無序的平衡態(tài)發(fā)展，此時(shí)系統(tǒng)的熵最大。開放系統(tǒng)總是與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量的交換。dS=diS+deSDissipativeStructureTheory1977年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)52耗散結(jié)構(gòu)——系統(tǒng)與外界交換能量與物質(zhì)，吸進(jìn)負(fù)熵。當(dāng)外界條件達(dá)到一定閾值時(shí)，系統(tǒng)從原來的混亂無序發(fā)展成為一種在時(shí)間上、空間上或功能上新的有序結(jié)構(gòu)，稱為耗散結(jié)構(gòu)。53耗散結(jié)構(gòu)的形成條件遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，不斷與外界交換物質(zhì)、能量。進(jìn)入遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性區(qū)域。有漲落的觸發(fā)

為系統(tǒng)有序結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提供了嚴(yán)密的理論根據(jù)，推動(dòng)了其他學(xué)科的發(fā)展。經(jīng)典熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論生物學(xué)54

6.協(xié)同學(xué)Synergetics

(新三論之二）協(xié)同學(xué)是20世紀(jì)70年代后期由原西德理論物理學(xué)家哈肯（HermannHaken）創(chuàng)立的。

研究系統(tǒng)如何自發(fā)地形成有序結(jié)構(gòu)或功能的行為—自組織（1）激光的產(chǎn)生（2）貝納德花紋（3）電腦