系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,*,1,系 統(tǒng) 工 程,Systems Engineering,2,第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,第二章 系統(tǒng)分析,第三章 系統(tǒng)評(píng)價(jià),第四章 系統(tǒng)決策,3,第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例,二、系統(tǒng),三、系統(tǒng)工程,四、系統(tǒng)工程方法論,4,一,、,系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例,是我國建國以來最大的工程項(xiàng)目，它的論證、組織、實(shí)施與管理可以說就是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程問題，這項(xiàng)工程涉及到了國家及地方的眾多部門，如水利、電力、能源、文物、生態(tài)、移民等等，涉及到幾個(gè)省的上百個(gè)縣市，同時(shí)實(shí)施過程要由眾多單位共同努力，時(shí)間橫跨

2、將近,20,年。,三峽水利工程,5,糧食價(jià)格的調(diào)整,燃料能源價(jià)格,銀行利率,外匯牌價(jià),一、 系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例,對(duì)于我們今天生活中所關(guān)心的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)問題，如經(jīng)濟(jì)改革、價(jià)格問題、體制改革及各種政策的出臺(tái)都是要經(jīng)過充分的系統(tǒng)的論證，這些都與系統(tǒng)工程有關(guān)。,例如：,6,企業(yè)的長遠(yuǎn)規(guī)劃,新產(chǎn)品開發(fā),區(qū)域規(guī)劃,大項(xiàng)目管理,一、 系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例,將來在我們的實(shí)際工作中，我們會(huì)遇到許許多多的系統(tǒng)工程問題，,比如：,7,第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例,二、系統(tǒng),三、系統(tǒng)工程,四、系統(tǒng)工程方法論,8,公元前古希臘對(duì)“宇宙大系統(tǒng)”的認(rèn)識(shí)；,我國西周時(shí)期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行

3、”；,東漢時(shí)期形成的“二十四節(jié)氣”；,周秦到西漢時(shí)期的“皇帝內(nèi)經(jīng)”。,二、 系統(tǒng),系統(tǒng)概念的形成,只見森林,1.,系統(tǒng)的概念,9,系統(tǒng)概念的形成,15,世紀(jì)下半葉以后：,19,世紀(jì)：,辨證唯物主義：,“,只見樹木,”,具體化,“,先見森林，后見樹木,”,世界是由無數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互依賴、相互制約和相互作用的過程所形成的統(tǒng)一整體。,科學(xué)系統(tǒng)思想的實(shí)質(zhì),10,系統(tǒng)的概念,一臺(tái)機(jī)器、一個(gè)部門、一項(xiàng)計(jì)劃、一個(gè)研究項(xiàng)目、一種組織、一套制度都可以看成一個(gè)系統(tǒng),;,系統(tǒng)的存在具有普遍性,;,系統(tǒng)的概念是相對(duì)的而不是絕對(duì)的，它沒有絕對(duì)規(guī)模的界限。,系統(tǒng)是由兩個(gè)以上,有機(jī)聯(lián)系,、,相互作用,的要素所組成，具有特定

4、功能、結(jié)構(gòu)和環(huán)境的,整體,。,11,1,）集合性。,系統(tǒng)是由兩個(gè)以上的可以相互區(qū)別的要素所組成。,2,）相關(guān)性。,組成系統(tǒng)的各要素之間具有相互聯(lián)系、相互作用,、相互依賴的特定關(guān)系。某,要素若發(fā)生變化則會(huì)影響其他,要素的狀態(tài)變化。,3,）層次性。,一個(gè)系統(tǒng)可分解為若干子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)還可以,分解為亞子系統(tǒng)等等，以致最終可分解為要素，這樣就可構(gòu),成具有特定的空間層次結(jié)構(gòu)。例如一個(gè)公司就是由子公司或二,級(jí)廠,(,礦,),、車間、工段、班組，以及相應(yīng)的職能部門構(gòu)成。各,層次的子系統(tǒng)相互聯(lián)系，相互作用，以其特有的功能為統(tǒng)一的,目標(biāo)而相互協(xié)調(diào)運(yùn)行。,4,）整體性。,系統(tǒng)不是各個(gè)要素的簡單拼湊，而是根據(jù)特定

5、的統(tǒng)一,性要求協(xié)調(diào)存在于系統(tǒng)整體之中。是具有整體的特定功能和特性,。整體性強(qiáng)調(diào)要素間的協(xié)調(diào)與綜合，這樣才能獲得具有良好功能,的系統(tǒng)。,2.,系統(tǒng)的特性,12,5.,功能性。,功能性是系統(tǒng)的基本特性之一：它表明系統(tǒng)具有的作用和效能，系統(tǒng)的功能以系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)決定系統(tǒng)的特定功能，系統(tǒng)不同，其功能也不同、這正是區(qū)別一個(gè)系統(tǒng)和另一個(gè)系統(tǒng)的主要標(biāo)志。人造系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)目的來設(shè)定功能，而自然系統(tǒng)雖無目的但卻有功能。,6,環(huán)境適應(yīng)性。,任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的物質(zhì)環(huán)境之中，它必然與環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換。外界環(huán)境的變化對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部要素產(chǎn)生干擾，使要素和要素關(guān)系發(fā)生變化，從而可

6、能引起系統(tǒng)功能的波動(dòng)。所以系統(tǒng)必須適應(yīng)外部環(huán)境的變化，這樣的系統(tǒng)才更有生命力。,系統(tǒng)的特性,13,開放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng),3.,系統(tǒng)的分類,實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng),自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng),動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng),14,第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例,二、系統(tǒng),三、系統(tǒng)工程,四、系統(tǒng)工程方法論,15,(2),美國著名學(xué)者,H,切斯納指出：,“系統(tǒng)工程認(rèn)為雖然每個(gè)系統(tǒng)都由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能部分之間又存在著相互關(guān)系，但是每一個(gè)系統(tǒng)都是完整的整體，每一個(gè)系統(tǒng)都要求有一個(gè)或若干個(gè)目標(biāo)。系統(tǒng)工程則是按照各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，全面求得最優(yōu)解,(,或滿意解,),的方法，并使各組成部分能夠最大

7、限度地互相適應(yīng)”。,1.,系統(tǒng)工程的定義,(1),中國科學(xué)家錢學(xué)森指出：,“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)和使用的科學(xué)方法”，,“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)”。,至今還沒有統(tǒng)一定義,16,(3),日本學(xué)者三浦武雄指出：,“系統(tǒng)工程與其它工程學(xué)不同之處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)科邊界空白的邊緣科學(xué)。因?yàn)橄到y(tǒng)工程的目的是研究系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學(xué)的領(lǐng)域，還涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治等領(lǐng)域，為了圓滿解決這些交叉領(lǐng)域的問題，除了需要某些縱向的專門技術(shù)以外，還要有一種技術(shù)從橫向把它們組織起來，這種橫向技術(shù)就是系統(tǒng)工程，也就是研究系統(tǒng)所需的思想、技術(shù)和理論等體系

8、化的總稱?！?系統(tǒng)工程的定義,(4),中國大百科全書,自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程卷,指出：,“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)用系統(tǒng)的工程技術(shù)。它是系統(tǒng)科學(xué)直接改造世界的工程技術(shù)?！?17,(5),日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),(JIS),規(guī)定：,“系統(tǒng)工程是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的技術(shù)”。,系統(tǒng)工程的定義,系統(tǒng)工程是一門研究大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的,交叉學(xué)科,，它是根據(jù)整體協(xié)調(diào)的需要，綜合運(yùn)用各種現(xiàn)代科學(xué)思想、理論、技術(shù)、方法、工具，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究分析、設(shè)計(jì)制造和服務(wù)，使系統(tǒng)整體盡量達(dá)到最佳協(xié)調(diào)和最滿意的優(yōu)化。,錢學(xué)森提出的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系,四個(gè)

9、層次一座橋梁,19,系統(tǒng)工程研究對(duì)象,研究對(duì)象：,不,限于物質(zhì)系統(tǒng)，還包括自然系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、經(jīng)營管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)等等。,系統(tǒng)工程在,自然科學(xué),與,社會(huì)科學(xué),之間架設(shè)了一座溝通的橋梁。,20,2.,系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ),從系統(tǒng)工程的定義可以看出，系統(tǒng)工程,是一門跨學(xué)科的,邊緣性交叉學(xué)科,，它包括,自然、社會(huì)及工程設(shè)計(jì)分析等方面的知識(shí)，,它是由一般,系統(tǒng)論,、,經(jīng)濟(jì)控制論,、,運(yùn)籌學(xué),等學(xué)科相互滲透、交叉發(fā)展而形成的。,21,3.,系統(tǒng)工程與一般工程比較的特點(diǎn),傳統(tǒng)工程,系統(tǒng)工程,研究,對(duì)象,特定的工程物質(zhì),不局限于特定工程物質(zhì)，也不局限于物質(zhì)系統(tǒng),研究,方法,專業(yè)知識(shí),各種現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)

10、和專業(yè)知識(shí),著眼點(diǎn),局部最優(yōu),整體最優(yōu),22,4.,系統(tǒng)工程與運(yùn)籌學(xué)區(qū)別,系統(tǒng)工程：,側(cè)重于評(píng)價(jià)和改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)、設(shè)計(jì)新系統(tǒng)。,運(yùn)籌學(xué)：,通常涉及現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)營情況，側(cè)重于資源的最優(yōu)配置。,23,5.,系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展,系統(tǒng)工程作為一門交叉學(xué)科，日益向多種學(xué)科滲透和交叉發(fā)展。,系統(tǒng)工程作為一門軟科學(xué)，日益受到人們的重視。,24,5.,系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展,復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論（,CAS,理論）,系統(tǒng)工程朝著,“,巨系統(tǒng),”,的方向發(fā)展,綜合集成研討廳體系構(gòu)想,25,第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,一、系統(tǒng)工程的應(yīng)用舉例,二、系統(tǒng),三、系統(tǒng)工程,四、系統(tǒng)工程方法論,26,四、系統(tǒng)工程方法論,它是系統(tǒng)工程思考

11、問題和處理問題的一般方法，把分析對(duì)象作為整體系統(tǒng)來考慮，進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、制造和使用時(shí)的基本思想方法和工作方法。,系統(tǒng)工程方法論就是解決系統(tǒng)工程實(shí)踐中的問題所應(yīng)遵循的步驟、程序和方法。,1.,系統(tǒng)工程方法論,27,2.,系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)方法的區(qū)別,從前面對(duì)系統(tǒng)工程的介紹可以看出，系統(tǒng)工程的目標(biāo)是通過什么樣的方法可使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)，而方法論是把設(shè)想付諸實(shí)現(xiàn)的過程。對(duì)于傳統(tǒng)方法，它解決問題的目標(biāo)往往是單一的，比如設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品或只強(qiáng)調(diào)成本低或只強(qiáng)調(diào)性能高，而系統(tǒng)工程對(duì)目標(biāo)的考慮需要從系統(tǒng)運(yùn)行的全過程即,時(shí)間方面,以及在每個(gè)階段中處理問題的特殊思維過程即,邏輯方面,，并綜合運(yùn)用各種專業(yè)知識(shí)即,知識(shí)方面,來綜

12、合考慮,。,28,3.,系統(tǒng)工程的三維結(jié)構(gòu)分析,霍爾的“三維結(jié)構(gòu)”模式,29,時(shí)間,維,a),規(guī)劃階段,：,主要是按照設(shè)計(jì)要求提出系統(tǒng)目標(biāo)，制定規(guī)劃和政策。,b),擬定階段：,完成的任務(wù)是提出具體的方案，進(jìn)行系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。,c),分析階段：,對(duì)所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行分析、比較。,d),運(yùn)籌階段,：,方案的綜合選優(yōu)，確定最優(yōu)實(shí)施方案,。,e),實(shí)施階段：,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試等。,f),運(yùn)行階段,：,按照系統(tǒng)預(yù)定的用途工作。,g),更新階段：,按系統(tǒng)要求實(shí)施，取消舊系統(tǒng)，代之以新系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)改進(jìn)。,30,邏輯,維,a),明確問題：,了解問題所處的環(huán)境，收集有關(guān)的數(shù)據(jù)和資料，主要目的是弄清問題。,b

13、),系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)：,確定所要解決問題的目標(biāo)和相應(yīng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。,c),系統(tǒng)方案綜合：,為實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，擬定所需采取的策略和應(yīng)選擇的方案。,d),系統(tǒng)分析：,深入了解所提出的政策措施和解決方法，分析這些措施方法在實(shí)施中的預(yù)期效果。,31,邏輯,維,e),系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇：,用數(shù)學(xué)規(guī)劃等定量的優(yōu)化方法去判別各種方案的優(yōu)劣，以進(jìn)行方案選擇。,f),決策：,以指標(biāo)體系為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，在考慮決策者的偏好等基礎(chǔ)上，選擇最優(yōu)方案。,g),實(shí)施計(jì)劃：,按決策結(jié)果制定實(shí)施方案和計(jì)劃。,32,知識(shí),維,知識(shí)維是指各工作步驟所需的各門專業(yè)知識(shí)，由于系統(tǒng)工程是個(gè)綜合性的交叉學(xué)科，在上述各階段中，執(zhí)行任何一步都會(huì)涉及多種

14、專業(yè)技術(shù)，如社會(huì)科學(xué)、工程技術(shù)、法律、商業(yè)、醫(yī)藥、藝術(shù)等等,。,33,4,、系統(tǒng)分析簡介,狹義的解釋,認(rèn)為系統(tǒng)分析是系統(tǒng)工程的一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)，是系統(tǒng)工程在非結(jié)構(gòu)化問題決策中的具體應(yīng)用。,系統(tǒng)工程方法論的基礎(chǔ)是系統(tǒng)分析技術(shù)，系統(tǒng)分析是完成系統(tǒng)工程問題的中心環(huán)節(jié),;,廣義的解釋,認(rèn)為系統(tǒng)分析就是系統(tǒng)工程，系統(tǒng)分析是系統(tǒng)工程的同義詞,;,34,5.,系統(tǒng)分析的概念及要素,系統(tǒng)分析是運(yùn)用建模及預(yù)測(cè)、優(yōu)化、仿真、評(píng)價(jià)等技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的各有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。,35,系統(tǒng)分析的基本概念,系統(tǒng)分析的目的,是在于分析系統(tǒng)內(nèi)部與系統(tǒng)環(huán)境之間、系統(tǒng)內(nèi)部

15、各要素之間的相互依賴、相互制約、相互促進(jìn)的復(fù)雜關(guān)系，分析系統(tǒng)要素的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系及其對(duì)系統(tǒng)功能和目標(biāo)的影響，通過建立系統(tǒng)的分析模型使系統(tǒng)各要素及其與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)達(dá)到最佳狀態(tài)，,最終為系統(tǒng)決策提供依據(jù)。,36,系統(tǒng)分析的要素,（,1,）問題,（,2,）目的及目標(biāo),（,3,）方案,（,4,）模型,（,5,）評(píng)價(jià),（,6,）決策者,系統(tǒng)工程方法論,弄清問題,|,目標(biāo)選擇,|,擬定方案,|,建立模型,|,系統(tǒng)評(píng)價(jià),|,系統(tǒng)決策,|,實(shí)施,系,統(tǒng),分,析,38,6.,系統(tǒng)分析的程序,39,（,1,）初步分析,初步分析：,What?Why?Where?When?Who?How?,問題的目標(biāo),目標(biāo)的層次性,

16、目標(biāo)的沖突,40,目標(biāo)樹,X,X1 X2 X3,41,目標(biāo)沖突和利害沖突,在目標(biāo)分析過程中，系統(tǒng)分析人員經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，許多關(guān)鍵情況往往是由于存在著相互沖突的分目標(biāo)造成的。這有兩種情況：,一種是純屬專業(yè)性質(zhì)的，即目標(biāo)沖突問題；,另一種是社會(huì)性質(zhì)的，即利害沖突問題。,42,目標(biāo)沖突,例如在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，所可能強(qiáng)調(diào)的兩個(gè)目標(biāo)：,一是盡可能低的成本,二是盡可能高的質(zhì)量。,解決辦法：,建立一個(gè)沒有矛盾的目標(biāo)集，把引起矛盾的分目標(biāo)剔除掉。,采用所有分目標(biāo)，尋求一個(gè)能達(dá)到?jīng)_突目標(biāo)得以并存的方案。,43,利害沖突,處理的方法 ：,目標(biāo)方之一放棄自己的利益；,保持其中一個(gè)目標(biāo)，用其它方式補(bǔ)償或部分補(bǔ)償受損方的利

17、益；,通過協(xié)商調(diào)整目標(biāo)系統(tǒng)，使之達(dá)到目標(biāo)相容。,例如企業(yè)在減員增效的過程中就至少有如下兩個(gè)目標(biāo)：,一是提高企業(yè)的效益,二是保證工作崗位不減員。,44,7.,系統(tǒng)分析的原則,（,1,）堅(jiān)持問題導(dǎo)向；,（,2,）以整體為目標(biāo)；,（,3,）多方案模型分析和選優(yōu)；,（,4,）定量分析與定性分析相結(jié)合；,（,5,）多次反復(fù)進(jìn)行。,45,8.,系統(tǒng)分析舉例,煙囪,例：發(fā)電廠環(huán)境工程系統(tǒng)分析,鍋爐,除塵器,煤,目的：模擬煙囪排放的煙塵和,SO,2,，,據(jù)此提出最佳治理方案。,煙塵超標(biāo),4.84,倍，,SO,2,超標(biāo),10.84,倍,1,擬定方案：,修建高煙囪,120m,（,目前是,45m,），投,資估算,2

18、2,萬；,不可行,(,附近是機(jī)場）,；,該廠采用的是多管旋風(fēng)加文丘里除塵器，效率為,93.8%,，若改用電除塵器，除塵效率將提高到,99%,，投資,70,萬；而對(duì),SO,2,，,可以采用預(yù)洗或爐中添加石灰等方法，,可行,；,1,擬定方案：,更換鍋爐，投資,200,萬，能降低大約,2,3,的飛灰，而對(duì),SO,2,沒有減少。此外，還可能引起燃燒效率降低。若以降低燃燒效率,2,計(jì)算，其年經(jīng)濟(jì)損失為,11.76,萬元，,所以這是一個(gè)不理想的可行方案；,改用外地優(yōu)質(zhì)煤（目前是用本地區(qū)的褐煤）。改用優(yōu)質(zhì)煤后，煤塵與,SO,2,的排放量估算分別為,85.53kg/h,和,129.7kg/h,，,均小于標(biāo)準(zhǔn)量。此外還可節(jié)約燃料費(fèi),191.7,萬元,/,年。,這是四個(gè)方案中比較理想的治理污染的方案。,