1 系统科学与系统工程

• 参考书目： 参考书目： 系统科学 系统工程 运筹学 水资源系统工程 水资源系统分析
第一章： 第一章：系统科学与系统工程概述
系统与系统论
一、系统概念 二、系统的特性 三、系统的分类
一、系统概念 什么是系统 ？ 学术界的认识并非完全一致
• 《一般系统论》的创始人贝塔朗菲认为“系统可 一般系统论》的创始人贝塔朗菲认为“ 以定义为相互关联的元素的集合” 以定义为相互关联的元素的集合”。 • 美国著名学者阿柯夫(R. L. Ackoff) 认为“系统 美国著名学者阿柯夫(R. 认为“ 是由两个或两个以上相互联系的种类的要素所构 成的集合” 成的集合”。
4．按系统与环境关系分为开放系统和封闭系统。 按系统与环境关系分为开放系统和封闭系统。
开放系统：系统与外界环境有信息、 开放系统：系统与外界环境有信息、物质和能量交互作 如人体系统、生态系统等。 用，如人体系统、生态系统等。 在环境发生变化时， 在环境发生变化时，开放系统通过系统中要素与环境的 交互作用，以及系统本身的调节作用， 交互作用，以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳 定状态。不存在严格意义上的封闭系统。 定状态。不存在严格意义上的封闭系统。
• 3．整体性。任何一个要素不能离开整体去研究， 整体性。任何一个要素不能离开整体去研究，
要素之间的联系和作用也不能脱离整体去考虑， 要素之间的联系和作用也不能脱离整体去考虑， 整体性要求人们不能脱离整体去研究一个要素， 整体性要求人们不能脱离整体去研究一个要素， 以及要素间的相互联系和相互作用.脱离了整体， 以及要素间的相互联系和相互作用.脱离了整体， 要素的功能和要素间的作用便失去了系统意义， 要素的功能和要素间的作用便失去了系统意义， 也就无法得出有关系统整体的正确结论。 也就无法得出有关系统整体的正确结论。
５．按系统某些特性分类，可分为因果系统、控制 按系统某些特性分类，可分为因果系统、 系统、对象系统。 系统、对象系统。
因果系统：输出完全决定于输入的系统，如信号系统、 因果系统：输出完全决定于输入的系统，如信号系统、测 试系统等。控制系统：有控制功能和手段的系统，如自动化 试系统等。控制系统：有控制功能和手段的系统， 系统、人体系统等。对象系统是：按系统对象区分的系统， 系统、人体系统等。对象系统是：按系统对象区分的系统， 如工业系统、水利系统等。 如工业系统、水利系统等。
2.
层次性。又称阶层性。 层次性。又称阶层性。一个系统可分解为若干子系 而子系统还可以分解为亚子系统， 统，而子系统还可以分解为亚子系统，最终可分解 空间层次结构。 为要素，构成具有特定的空间层次结构 为要素，构成具有特定的空间层次结构。系统的层 次结构表明了不同层次子系统或要素之间的从属关 次结构表明了不同层次子系统或要素之间的从属关 系或相互作用关系。 流域水资源系统） 系或相互作用关系。（流域水资源系统）
研究生课程
系统工程
授课人： 授课人：畅建霞
E-mail:chxiang@
• 课程主要内容： 课程主要内容： 第一章： 第一章：系统科学与系统工程概述 第二章： 第二章：系统模型化的理论方法 第三章： 第三章：系统规划与最优化的理论方法 第四章：系统模拟的理论方法 第四章： 第五章： 第五章：系统预测的理论与方法 第六章： 第六章：系统综合评价的理论与方法 第七章： 第七章：系统决策与对策分析的理论及方法
• 系统概念，在古代中国和古希腊的哲学思想中得 系统概念， 到了反映。 到了反映。公元前古希腊的唯物主义哲学家德谟 克利特就曾论述了“宇宙大系统”，他认为世界 克利特就曾论述了“宇宙大系统” 是由原子和虚空所组成，原子组成万物， 是由原子和虚空所组成，原子组成万物，形成不 同的系统和有层次的世界。公元前6世纪至5 同的系统和有层次的世界。公元前6世纪至5世纪 之间， 之间，我国春秋末期思想家老子强调自然界的统 一性。用自发的系统概念考察自然现象， 一性。用自发的系统概念考察自然现象，是古代 中国和古希腊唯物主义哲学思想的一个特征， 中国和古希腊唯物主义哲学思想的一个特征，这 一思想包含了系统思想的萌芽。 一思想包含了系统思想的萌芽。
例如，一个计算机系统，一般都是由CPU、存储器、输入输 例如，一个计算机系统，一般都是由 、存储器、 出设备等硬件组成，同时还包含有操作系统、 出设备等硬件组成，同时还包含有操作系统、程序开发工 数据库等软件，它们形成一个完整的集合。 具、数据库等软件，它们形成一个完整的集合。
4．目的性和功能性。功能性表明系统具有的作用 目的性和功能性。 和效能，但不一定所有系统都有目的， 和效能，但不一定所有系统都有目的，例如太 阳系或某些生物系统等自然系统。 阳系或某些生物系统等自然系统。系统的功能 以系统的结构为基础，系统不同， 以系统的结构为基础，系统不同，其功能也不 这是区别一个系统和另一个系统的标志。 同，这是区别一个系统和另一个系统的标志。 环境适应性。 5．环境适应性。任何一个系统都存在于特定的物 质环境之中，必然与环境不断地进行物质 与环境不断地进行物质、 质环境之中，必然与环境不断地进行物质、能 信息的交换。 量、信息的交换。外界环境的变化会引起系统 特性的改变， 特性的改变，相应地引起系统内各部分相互关 系和功能的变化。 系和功能的变化。为了保持和恢复系统原有特 系统必须具有对环境的适应能力， 性，系统必须具有对环境的适应能力，例如反 馈系统、自适应系统和自学习系统等。 降水） 馈系统、自适应系统和自学习系统等。(降水）
二、系统的特性
1．相关性。组成系统的各要素之间相互联系、相互作用、 相关性。组成系统的各要素之间相互联系、相互作用、 相互依赖，某—要素若发生变化则会影响其他要素的状态变化。 要素若发生变化则会影响其他要素的状态变化。 相互依赖，
例如，城市是一个大系统，它由资源系统、市政系统、 例如，城市是一个大系统，它由资源系统、市政系统、文化教育 系统、医疗卫生系统、商业系统、工业系统、交通运输系统、 系统、医疗卫生系统、商业系统、工业系统、交通运输系统、邮 电通讯系统等相互联系的部分组成， 电通讯系统等相互联系的部分组成，通过系统内各子系统相互协 调的运转去完成城市生活和发展的特定目标。 调的运转去完成城市生活和发展的特定目标。各子系统之间具有 密切的关系，相互影响、相互制约、相互作用，牵一发而动全身。 密切的关系，相互影响、相互制约、相互作用，牵一发而动全身。
• 在韦氏(webster)大词典中，系统被定义为 在韦氏(webster)大词典中， (webster)大词典中 “有组织的或被组织化的整体”，是“形成集 有组织的或被组织化的整体” 合整体的各种概念、原理的综合” 合整体的各种概念、原理的综合”，是“以有 规律的相互作用或相互依存形式结合起来的对 象的集合”。 象的集合” • 我国钱学森等学者对系统的定义是，“系统是 我国钱学森等学者对系统的定义是， 由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成 的、具有特定功能的有机整体”。 具有特定功能的有机整体”
3．按系统状态分类，分为静态系统和动态系统。 按系统状态分类，分为静态系统和动态系统。
静态系统：系统状态不随时间改变， 静态系统：系统状态不随时间改变，如没有运行的仪器 设备等。绝对静态的系统是没有的。 设备等。绝对静态的系统是没有的。 动态系统：系统状态随时间变化，如生产系统、 动态系统：系统状态随时间变化，如生产系统、社会系 统等。 统等。
水资源系统
• 处在一定环境下，为实现水资源的开发目标，由相互联系、 处在一定环境下，为实现水资源的开发目标，由相互联系、 相互作用的若干水资源工程单元（物质单元） 相互作用的若干水资源工程单元（物质单元）和管理技术 单元（概念单元）组成的有机整体构成水资源系统。 单元（概念单元）组成的有机整体构成水资源系统。 • 从结构上来看，水资源系统由物质单元（如水体、挡水建 从结构上来看，水资源系统由物质单元 如水体、 物质单元（ 筑物、输水建筑物、通航建筑物、电站等） 筑物、输水建筑物、通航建筑物、电站等）和概念单元 如设计方案、管理策略、组织管理等）组成， （如设计方案、管理策略、组织管理等）组成，其中物质 单元是构成水资源系统整体性的前提， 单元是构成水资源系统整体性的前提，概念单元是划分系 统和环境、识别系统内部要素的必要条件。 统和环境、识别系统内部要素的必要条件。 • 水资源系统的结构决定了其具有的功能，如防洪、防涝、 水资源系统的结构决定了其具有的功能，如防洪、防涝、 发电、灌溉、供水、航运及综合利用等。 发电、灌溉、供水、航运及综合利用等。
• 20世纪中期现代科学技术的成就，为系统思想提 20世纪中期现代科学技术的成就， 世纪中期现代科学技术的成就 供了定量方法和计算工具。 供了定量方法和计算工具。第一个贡献在于使系 统思想定量化，成为一套具有数学理论、 统思想定量化，成为一套具有数学理论、能够定 量处理系统各组成部分相互联系的科学方法； 量处理系统各组成部分相互联系的科学方法；第 二个贡献在于为定量化的实际应用提供了强有力 的计算工具――电子计算机。 的计算工具――电子计算机。这就是系统思想如 ――电子计算机 何从经验到哲学到科学、 何从经验到哲学到科学、从思辩到定性到定量的 大致发展情况。 大致发展情况。
三、系统的分类 1．按系统构成分类，分为自然系统、人造系统、复合系统。 按系统构成分类，分为自然系统、人造系统、复合系统。 自然系统：由自然物天然形成的系统，如气象系统、 自然系统：由自然物天然形成的系统，如气象系统、动植 物系统等。 物系统等。 人造系统：人们为达到某—目的 由人工建造的系统， 目的， 人造系统：人们为达到某 目的，由人工建造的系统，如 法律系统、教育系统、管理系统等。 法律系统、教育系统、管理系统等。 复合系统：是由人造系统和自然系统相结合而成的系统。 复合系统：是由人造系统和自然系统相结合而成的系统。 企业系统、农业系统、地质勘察系统等。 如：企业系统、农业系统、地质勘察系统等。 按系统物态分类，分为实体系统和概念系统。 2．按系统物态分类，分为实体系统和概念系统。 实体系统：由物质实体组成的系统，占有一定空间， 实体系统：由物质实体组成的系统，占有一定空间，如 机械系统、桥梁系统、电力网络系统等。 机械系统、桥梁系统、电力网络系统等。 抽象概念系统由概念、原理、假说、方法、计划、制度、 抽象概念系统由概念、原理、假说、方法、计划、制度、 程序等非物质实体组成，如法律法规系统、教育系统、 程序等非物质实体组成，如法律法规系统、教育系统、管理 系统等软科学系统。 系统等软科学系统。 实体系统是基础，概念系统提供指导和服务。 实体系统是基础，概念系统提供指导和服务。