系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,,*,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)評價,,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)工程的應用舉例,是我國建國以來最大的工程項目，它的論證、組織、實施與管理可以說就是一個龐大的系統(tǒng)工程問題，這項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，涉及到幾個省的上百個縣市

2、，同時實施過程要由眾多單位共同努力，時間橫跨將近,20,年。,三峽水利工程,,5,糧食價格的調整,,燃料能源價格,,銀行利率,,外匯牌價,,一、 系統(tǒng)工程的應用舉例,對于我們今天生活中所關心的各種社會經濟問題，如經濟改革、價格問題、體制改革及各種政策的出臺都是要經過充分的系統(tǒng)的論證，這些都與系統(tǒng)工程有關。,例如：,,6,企業(yè)的長遠規(guī)劃,,新產品開發(fā),,區(qū)域規(guī)劃,,大項目管理,,一、 系統(tǒng)工程的應用舉例,將來在我們的實際工作中，我們會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

3、對“宇宙大系統(tǒng)”的認識；,,我國西周時期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行”；,,東漢時期形成的“二十四節(jié)氣”；,,周秦到西漢時期的“皇帝內經”。,,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,世紀下半葉以后：,,19,世紀：,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。,,科學系統(tǒng)思想的實質,10,系統(tǒng)的概念,一臺機器、一個部門、一項計劃、一個研究項目、一種組織、一套制度都可以看成一個系統(tǒng),;,,,系統(tǒng)的存在具有普遍性,;,,,系統(tǒng)的概念是相

4、對的而不是絕對的，它沒有絕對規(guī)模的界限。,,,系統(tǒng)是由兩個以上,有機聯(lián)系,、,相互作用,的要素所組成，具有特定功能、結構和環(huán)境的,整體,。,?,11,1,）集合性。,系統(tǒng)是由兩個以上的可以相互區(qū)別的要素所組成。,,2,）相關性。,組成系統(tǒng)的各要素之間具有相互聯(lián)系、相互作用,,、相互依賴的特定關系。某,—,要素若發(fā)生變化則會影響其他,,要素的狀態(tài)變化。,,3,）層次性。,一個系統(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,,成具有特定的空間層次結構。例如一個公司就是由子公司或二,,級廠,(,礦,),、車間、工段、班組，以及相應的職能部門構成。各,,

5、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,,目標而相互協(xié)調運行。,4,）整體性。,系統(tǒng)不是各個要素的簡單拼湊，而是根據(jù)特定的統(tǒng)一,,性要求協(xié)調存在于系統(tǒng)整體之中。是具有整體的特定功能和特性,,。整體性強調要素間的協(xié)調與綜合，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)的結構為基礎。系統(tǒng)的特定結構決定系統(tǒng)的特定功能，系統(tǒng)不同，其功能也不同、這正是區(qū)別一個系統(tǒng)和另一個系統(tǒng)的主要標志。人造系統(tǒng)是根據(jù)系統(tǒng)目的來設定功能，而自然系統(tǒng)雖無目的但卻有功能。,6,．環(huán)境適應性。,任何一個系統(tǒng)

6、都存在于一定的物質環(huán)境之中，它必然與環(huán)境不斷地進行物質、能量、信息的交換。外界環(huán)境的變化對系統(tǒng)內部要素產生干擾，使要素和要素關系發(fā)生變化，從而可能引起系統(tǒng)功能的波動。所以系統(tǒng)必須適應外部環(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,?,,實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng),?,,自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng),?,,動態(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),美國著名學者,H,．,切斯納指出：,“系統(tǒng)工程認為雖然每個系統(tǒng)都由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能

7、部分之間又存在著相互關系，但是每一個系統(tǒng)都是完整的整體，每一個系統(tǒng)都要求有一個或若干個目標。系統(tǒng)工程則是按照各個目標進行權衡，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限度地互相適應”。,1.,系統(tǒng)工程的定義,(1),中國科學家錢學森指出：,“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法”，,“系統(tǒng)工程是一門組織管理的技術”。,,,至今還沒有統(tǒng)一定義,16,(3),日本學者三浦武雄指出：,“系統(tǒng)工程與其它工程學不同之處在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的邊緣科學。因為系統(tǒng)工程的目的是研究系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學的領域，還涉及

8、到社會、經濟和政治等領域，為了圓滿解決這些交叉領域的問題，除了需要某些縱向的專門技術以外，還要有一種技術從橫向把它們組織起來，這種橫向技術就是系統(tǒng)工程，也就是研究系統(tǒng)所需的思想、技術和理論等體系化的總稱?！?系統(tǒng)工程的定義,(4)《,中國大百科全書,·,自動控制與系統(tǒng)工程卷,》,指出：,“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開發(fā)、設計、實施和運用系統(tǒng)的工程技術。它是系統(tǒng)科學直接改造世界的工程技術。”,,17,(5),日本工業(yè)標準,(JIS),規(guī)定：,“系統(tǒng)工程是為了更好地達到系統(tǒng)目標，而對系統(tǒng)的構成要素、組織結構、信息流動和控制機構等進行分析與設計的技術”。,系統(tǒng)工程的定義,,,系統(tǒng)工程是一門研究大規(guī)模復

9、雜系統(tǒng)的,交叉學科,，它是根據(jù)整體協(xié)調的需要，綜合運用各種現(xiàn)代科學思想、理論、技術、方法、工具，對系統(tǒng)進行研究分析、設計制造和服務，使系統(tǒng)整體盡量達到最佳協(xié)調和最滿意的優(yōu)化。,錢學森提出的現(xiàn)代科學技術體系,——,四個層次一座橋梁,19,系統(tǒng)工程研究對象,,研究對象：,,不,限于物質系統(tǒng)，還包括自然系統(tǒng)、社會經濟系統(tǒng)、經營管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)等等。,系統(tǒng)工程在,自然科學,與,社會科學,之間架設了一座溝通的橋梁。,,20,2.,系統(tǒng)工程的理論基礎,從系統(tǒng)工程的定義可以看出，系統(tǒng)工程,,是一門跨學科的,邊緣性交叉學科,，它包括,,自然、社會及工程設計分析等方面的知識，,,它是由一般,系統(tǒng)論,、,經

10、濟控制論,、,運籌學,,等學科相互滲透、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,,,,傳統(tǒng)工程,,,系統(tǒng)工程,,,研究,,對象,,特定的工程物質,,,不局限于特定工程物質，也不局限于物質系統(tǒng),,,研究,,方法,,專業(yè)知識,,,各種現(xiàn)代科學知識和專業(yè)知識,,,著眼點,,,局部最優(yōu),,,整體最優(yōu),,,,22,4.,系統(tǒng)工程與運籌學區(qū)別,,系統(tǒng)工程：,,側重于評價和改進現(xiàn)有系統(tǒng)、設計新系統(tǒng)。,,,,運籌學：,,通常涉及現(xiàn)有系統(tǒng)運營情況，側重于資源的最優(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科，日益向多種學科滲透和交叉發(fā)展。,系統(tǒng)工程作為一門軟科學

11、，日益受到人們的重視。,,,24,5.,系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展,復雜適應系統(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想,25,第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,一、系統(tǒng)工程的應用舉例,,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)工程思考問題和處理問題的一般方法，把分析對象作為整體系統(tǒng)來考慮，進行分析、設計、制造和使用時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)工程實踐中的問題所應遵循的步驟、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,?,從前面對系統(tǒng)工程的介紹可以看出

12、，系統(tǒng)工程的目標是通過什么樣的方法可使系統(tǒng)達到最優(yōu)，而方法論是把設想付諸實現(xiàn)的過程。對于傳統(tǒng)方法，它解決問題的目標往往是單一的，比如設計一個產品或只強調成本低或只強調性能高，而系統(tǒng)工程對目標的考慮需要從系統(tǒng)運行的全過程即,時間方面,以及在每個階段中處理問題的特殊思維過程即,邏輯方面,，并綜合運用各種專業(yè)知識即,知識方面,來綜合考慮,。,28,3.,系統(tǒng)工程的三維結構分析,霍爾的“三維結構”模式,,29,①,時間,維,a),規(guī)劃階段,：,主要是按照設計要求提出系統(tǒng)目標，制定規(guī)劃和政策。,,b),擬定階段：,完成的任務是提出具體的方案，進行系統(tǒng)的初步設計。,,c),分析階段：,,對所設計的方案進行

13、分析、比較。,,d),運籌階段,：,方案的綜合選優(yōu)，確定最優(yōu)實施方案,。,,e),實施階段：,系統(tǒng)的設計、安裝及調試等。,,f),運行階段,：,按照系統(tǒng)預定的用途工作。,,g),更新階段：,按系統(tǒng)要求實施，取消舊系統(tǒng)，代之以新系統(tǒng)，對系統(tǒng)改進。,,30,②,邏輯,維,?,?,?,?,a),明確問題：,了解問題所處的環(huán)境，收集有關的數(shù)據(jù)和資料，主要目的是弄清問題。,,b),系統(tǒng)指標設計：,確定所要解決問題的目標和相應的評價準則。,,c),系統(tǒng)方案綜合：,為實現(xiàn)預期目標，擬定所需采取的策略和應選擇的方案。,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施中的預期效果。,

14、31,②,邏輯,維,e),系統(tǒng)方案的優(yōu)化與選擇：,用數(shù)學規(guī)劃等定量的優(yōu)化方法去判別各種方案的優(yōu)劣，以進行方案選擇。,f),決策：,以指標體系為評價準則，在考慮決策者的偏好等基礎上，選擇最優(yōu)方案。,g),實施計劃：,按決策結果制定實施方案和計劃。,,?,?,?,32,③,知識,維,,知識維是指各工作步驟所需的各門專業(yè)知識，由于系統(tǒng)工程是個綜合性的交叉學科，在上述各階段中，執(zhí)行任何一步都會涉及多種專業(yè)技術，如社會科學、工程技術、法律、商業(yè)、醫(yī)藥、藝術等等,。,,33,4,、系統(tǒng)分析簡介,狹義的解釋,認為系統(tǒng)分析是系統(tǒng)工程的一項優(yōu)化技術，是系統(tǒng)工程在非結構化問題決策中的具體應用。,系統(tǒng)工程方法論的基

15、礎是系統(tǒng)分析技術，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)分析是運用建模及預測、優(yōu)化、仿真、評價等技術對系統(tǒng)的各有關方面進行定性與定量相結合的分析，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)內部與系統(tǒng)環(huán)境之間、系統(tǒng)內部各要素之間的相互依賴、相互制約、相互促進的復雜關系，分析系統(tǒng)要素的層次結構關系及其對系統(tǒng)功能和目標的影響，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)調達到最佳狀態(tài)，,最終為系統(tǒng)決策提供

16、依據(jù)。,,,36,系統(tǒng)分析的要素,（,1,）問題,,（,2,）目的及目標,,（,3,）方案,,（,4,）模型,,（,5,）評價,,（,6,）決策者,,系統(tǒng)工程方法論,弄清問題,,|,,目標選擇,,,|,,擬定方案,,|,,建立模型,,,|,,系統(tǒng)評價,,,|,,系統(tǒng)決策,,,|,,,,實施,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,,,,目標的層次性,,目標的沖突,40,目標樹,,,,X,,,X1 X2 X3

17、,,,,41,目標沖突和利害沖突,,在目標分析過程中，系統(tǒng)分析人員經常會發(fā)現(xiàn)，許多關鍵情況往往是由于存在著相互沖突的分目標造成的。這有兩種情況：,,一種是純屬專業(yè)性質的，即目標沖突問題；,,另一種是社會性質的，即利害沖突問題。,,42,目標沖突,例如在進行產品設計時，所可能強調的兩個目標：,,一是盡可能低的成本,,二是盡可能高的質量。,解決辦法：,,建立一個沒有矛盾的目標集，把引起矛盾的分目標剔除掉。,,采用所有分目標，尋求一個能達到沖突目標得以并存的方案。,,,43,利害沖突,處理的方法 ：,,目標方之一放棄自己的利益；,,保持其中一個目標，用其它方式補償或部分補償受損方的利益；,,通過協(xié)商

18、調整目標系統(tǒng)，使之達到目標相容。,例如企業(yè)在減員增效的過程中就至少有如下兩個目標：,,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,）堅持問題導向；,,（,2,）以整體為目標；,,（,3,）多方案模型分析和選優(yōu)；,,（,4,）定量分析與定性分析相結合；,,（,5,）多次反復進行。,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,4.84,倍，,SO,2,超標,10.84,倍,,1,．,,擬定方案：,,,,①,,修建高煙囪,120m,（,目前是,45

19、m,），投,資估算,22,萬；,不可行,(,附近是機場）,；,,,,②,,該廠采用的是多管旋風加文丘里除塵器，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,SO,2,，,可以采用預洗或爐中添加石灰等方法，,可行,；,1,．,,擬定方案：,,,③,,更換鍋爐，投資,200,萬，能降低大約,2,／,3,的飛灰，而對,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,％計算，其年經濟損失為,11.76,萬元，,所以這是一個不理想的可行方案；,,,④,改用外地優(yōu)質煤（目前是用本地區(qū)的褐煤）。改用優(yōu)質煤后，煤塵與,SO,2,的排放量估算分別為,85.53kg/h,和,129.7kg/h,，,均小于標準量。此外還可節(jié)約燃料費,191.7,萬元,/,年。,這是四個方案中比較理想的治理污染的方案。,