系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

（優(yōu)選）系統(tǒng)與系統(tǒng)工程當(dāng)前第1頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)第一章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程第二章系統(tǒng)分析與評(píng)價(jià)第三章線性規(guī)劃第四章整數(shù)規(guī)劃第五章目標(biāo)規(guī)劃第八章圖論第十一章決策分析

學(xué)習(xí)內(nèi)容當(dāng)前第2頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)

第1章系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

§1系統(tǒng)概述

一、系統(tǒng)的概念與特性

（1）概念

所謂系統(tǒng)，是指由相互作用、相互依賴而又能相互區(qū)別的若干組成部分（單元）組合而成的，具有特定功能的有機(jī)整體。當(dāng)前第3頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)§1系統(tǒng)概述

（2）系統(tǒng)的特征

整體性相關(guān)性目的性有序性動(dòng)態(tài)性環(huán)境適應(yīng)性當(dāng)前第4頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)§1系統(tǒng)概述

（3）分類自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)可控系統(tǒng)與不可控系統(tǒng)按對(duì)象劃分的各種系統(tǒng)當(dāng)前第5頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)錢學(xué)森關(guān)于系統(tǒng)的一種完備分類當(dāng)前第6頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)注意“系統(tǒng)”的五要點(diǎn)：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的元素組成。

②各元素之間相互聯(lián)系、相互依賴、相互制約、相互作用。

各元素協(xié)同運(yùn)作，使“系統(tǒng)”作為整體具有各組成元素單獨(dú)存在時(shí)所沒有的某種特定功能。④系統(tǒng)是運(yùn)動(dòng)和發(fā)展變化的，是動(dòng)態(tài)的發(fā)展過程。⑤“系統(tǒng)”的運(yùn)動(dòng)具有明確的特定目標(biāo)。

當(dāng)前第7頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)（4）系統(tǒng)的功能

當(dāng)前第8頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)▲層次性

如：“教育系統(tǒng)”的層次結(jié)構(gòu)

當(dāng)前第9頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)1)

框圖描述法（5）系統(tǒng)的一般描述當(dāng)前第10頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)2)集合描述法：

式中：——表示系統(tǒng)?！硎驹氐募希弧硎驹刂g各種關(guān)系的集合。——表示元素之間的組織結(jié)構(gòu)。注意：作為一個(gè)系統(tǒng)，包含元素的集合、元素之間關(guān)系的集合和元素的組織結(jié)構(gòu)，三者缺一不可.當(dāng)前第11頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)系統(tǒng)性問題

生產(chǎn)力迅速發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)的物質(zhì)、能量、信息按指數(shù)

曲線增長(zhǎng)宇宙中各種事物之間的聯(lián)系空前增強(qiáng)系統(tǒng)的更新周期趨向縮短系統(tǒng)內(nèi)部元素?cái)?shù)量增多、規(guī)模擴(kuò)大與管理水平之間的矛盾日益尖銳，形成了管理差距。（1）系統(tǒng)科學(xué)§2系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程當(dāng)前第12頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)40年代到60年代的形成和發(fā)展（1）一般系統(tǒng)論（generalsystemtheory）科學(xué)家明確地直接把系統(tǒng)作為研究對(duì)象，一般公認(rèn)以貝塔朗菲（vonBertalanffy）在1937年提出“一般系統(tǒng)論”概念為標(biāo)志。貝塔朗菲提出一般系統(tǒng)論的任務(wù)“是確立適用于系統(tǒng)的一般原則”，并對(duì)系統(tǒng)的共性作了一定的概括，如系統(tǒng)的整體性、關(guān)聯(lián)性、動(dòng)態(tài)性、有序性、目的性等。運(yùn)籌學(xué)（operationalresearch）運(yùn)籌學(xué)的貢獻(xiàn)，是把處理事物的共性概括成了一種數(shù)學(xué)模式：聯(lián)立約束條件方程和目標(biāo)函數(shù)方程并求解。運(yùn)籌學(xué)的達(dá)到成熟的高峰期的標(biāo)志是1969年出版的瓦格納（H.M.Wagner）的《運(yùn)籌學(xué)原理和對(duì)管理決策的應(yīng)用》。當(dāng)前第13頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)40年代到60年代的形成和發(fā)展（2）控制論（cybernetics）創(chuàng)始人是美國(guó)的維納（N.Wiener），他把控制論定義為：關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通信的科學(xué).控制論的誕生和發(fā)展有特別重大的意義，因?yàn)榭刂普撎釤挸隽税ㄉ锵到y(tǒng)和人工系統(tǒng)極為廣泛的一大類系統(tǒng)的共性和規(guī)律，這些實(shí)質(zhì)上也是系統(tǒng)科學(xué)研究的主要對(duì)象。信息學(xué)（informatics,informationscience）信息學(xué)是關(guān)于系統(tǒng)的信息傳遞和處理的科學(xué)理論，不僅是香農(nóng)（C.E.Shannon）的信息論（informationtheory），還包括電子計(jì)算機(jī)理論。香農(nóng)的信息論撇開了所謂信息的語義，從信息的語法方面建立了傳遞信息的通信系統(tǒng)模型。馮·諾依曼（vonNeumann）計(jì)算機(jī)則實(shí)現(xiàn)了一種處理信息的“物理符號(hào)系統(tǒng)”，這是人類智能物化的偉大起點(diǎn)。當(dāng)前第14頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)40年代到60年代的形成和發(fā)展（3）系統(tǒng)工程、系統(tǒng)分析、管理科學(xué)系統(tǒng)工程（systemengineering）：40年代由美國(guó)貝爾電話公司首先命名，主要從整體和相互聯(lián)系的角度去考慮問題，并制定一套處理復(fù)雜系統(tǒng)和組織工作的科學(xué)方法及程序。系統(tǒng)分析（systemanalysis）：二戰(zhàn)后由美國(guó)蘭德公司提出，著重于在解決大型社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)問題時(shí)，對(duì)若干可供選擇的執(zhí)行特定任務(wù)的系統(tǒng)方案進(jìn)行比較，進(jìn)行費(fèi)用效果分析。管理科學(xué)（managementscience）：針對(duì)大企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)的發(fā)展，由以泰勒（F.W.Taylor）為代表的科學(xué)管理發(fā)展而來。當(dāng)前第15頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)70年代到80年代的發(fā)展這一時(shí)期的發(fā)展主要是系統(tǒng)自組織理論的建立比利時(shí)物理化學(xué)家普利高津（I.Prigogine）于1962年提出的耗散結(jié)構(gòu)理論（dissipativestructuretheory）德國(guó)物理學(xué)家哈肯（H.Haken）于1969年提出了協(xié)同學(xué)（synergetics）耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同論從宏觀、微觀以及兩者聯(lián)系上回答了系統(tǒng)自己走向有序結(jié)構(gòu)的基本問題，兩者都被稱為自組織理論。艾根（M.Eigen）吸收了進(jìn)化論思想和自組織理論，于1979年發(fā)表了“超循環(huán)理論”（hypercycletheory）托姆（T.Thom）于1972年發(fā)表了《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與形態(tài)發(fā)生學(xué)》當(dāng)前第16頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)80年代以來的發(fā)展這一時(shí)期，非線性科學(xué)（nonlinearscience）和復(fù)雜性研究（complexitystudy）的興起對(duì)系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展起了很大的積極推動(dòng)作用。非線性科學(xué)的成果極大地豐富和深化了系統(tǒng)科學(xué)和系統(tǒng)工程定量化的發(fā)展；也使耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)在理論上提高到一個(gè)新的高度；并推動(dòng)了80年代后期復(fù)雜性研究的興起。復(fù)雜性研究和系統(tǒng)科學(xué)，雖然在研究的范圍、側(cè)重面以及總體框架上有所不同，但無論就具體內(nèi)容或大的方向來說，相當(dāng)程度上是一致的，會(huì)形成相輔相成的新局面。當(dāng)前第17頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)系統(tǒng)科學(xué)在中國(guó)的發(fā)展運(yùn)籌學(xué)在我國(guó)的發(fā)展始于1955年。1978年錢學(xué)森、許國(guó)志、王壽云發(fā)表了“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程，提出了利用系統(tǒng)思想把運(yùn)籌學(xué)和管理科學(xué)統(tǒng)一起來的見解，這是我國(guó)推廣應(yīng)用系統(tǒng)工程出現(xiàn)了新局面的標(biāo)志。80年代中期在錢學(xué)森的指導(dǎo)和參與下，我國(guó)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提煉與總結(jié)出開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)概念，并于1990年初發(fā)表了“一個(gè)科學(xué)新領(lǐng)域——開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其方法論”。這是我國(guó)開展系統(tǒng)科學(xué)與系統(tǒng)工程研究與應(yīng)用的里程碑，在國(guó)際上也是具有前瞻性的結(jié)果。當(dāng)前第18頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)系統(tǒng)科學(xué)的體系結(jié)構(gòu)和重要地位系統(tǒng)科學(xué)作為橫斷性的學(xué)科，比一般的交叉學(xué)科涵蓋的范圍更寬。系統(tǒng)科學(xué)把事物看作系統(tǒng)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，從系統(tǒng)的演化，研究各學(xué)科（從物理系統(tǒng)，化學(xué)系統(tǒng)，生物系統(tǒng)，到經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)）的共性規(guī)律，是各門學(xué)科的方法論和基礎(chǔ)。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特征和趨勢(shì)之一，是不僅繼續(xù)向微觀深入，而且直接走向宏觀系統(tǒng)，走向復(fù)雜和綜合。錢學(xué)森提出的系統(tǒng)科學(xué)體系結(jié)構(gòu)。（圖示）當(dāng)前第19頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)系統(tǒng)科學(xué)體系結(jié)構(gòu)（圖示）當(dāng)前第20頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)

系統(tǒng)工程學(xué)是一門綜合性科學(xué)技術(shù)，研究的對(duì)象是大型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，有目的地對(duì)新工程對(duì)象進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，對(duì)已有工程對(duì)象進(jìn)行運(yùn)行、管理與改進(jìn)，以達(dá)到總體最佳的效果為目標(biāo)。它既是一門跨專業(yè)領(lǐng)域的總體工程學(xué)，也是一種思維方法論與工作方法論，它的若干原則也能用于行政管理系統(tǒng)和一切系統(tǒng)，關(guān)鍵在于這些系統(tǒng)能否抽象為一定的模型并求得最優(yōu)的解答。（2）系統(tǒng)工程當(dāng)前第21頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)系統(tǒng)工程作為一門獨(dú)立的學(xué)科，是基于本世紀(jì)50年代軍事、經(jīng)濟(jì)以及尖端技術(shù)發(fā)展中開發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)上建立起來的。阿波羅（Apollo）登月計(jì)劃的成功，顯示了系統(tǒng)工程的無比威力，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)的發(fā)展，為系統(tǒng)工程的推廣提供了得力的工具。近年來，系統(tǒng)工程的研究范圍已由傳統(tǒng)的工程領(lǐng)域擴(kuò)大到工農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、能源等部門的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、技術(shù)政策，以及城市建設(shè)、水利資源利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃等社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。當(dāng)前第22頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)中國(guó)歷史上系統(tǒng)工程的杰作當(dāng)前第23頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)定義系統(tǒng)論創(chuàng)始人錢學(xué)森1978年提出：

系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法。

簡(jiǎn)意：系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)。當(dāng)前第24頁\共有26頁\編于星期五\12點(diǎn)

系統(tǒng)工程方法論的基本特點(diǎn)(1)研究方法上的整體性

(2)應(yīng)用技術(shù)上的綜合性

(3)處理問題上的科學(xué)性

按時(shí)間順序分為