交通运输系统工程讲义全

交通运输系统工程

第一章系统的基本概念

第一节系统的定义与属性

系统工程研究的对象是系统，系统的概念是系统工程的核心和基本的概念。

物质世界是由无数相互联系，相互依赖，相互制约，相互作用的事物和过程所形成的统一体。辩证唯物主义体现的物质世界普遍联系及其统一性的思想，就是系统思想。

系统思想从经验到哲学的科学；从思辨到定性到定量。

一、系统的定义

对系统要领的一般认识——系统意识

由若干环节组成的链状事物，环环相扣，由此及彼的链状事物就是我们所说的系统。

认识系统的链和环的关系要注意两个方面的因素：

1、认识对象系统的全部组成环节；

2、认识这些环节联结部分的形成和特点。

系统意识——思考、研究、探索和处理某一事物时，要有意识地把它看成一个系统，明确链-环关系，从系统的角度去分析和认识问题。

系统是由若干个可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。

二、系统的属性

1、目的性——系统具有明确赋予的、预期的目标。

2、集合性——组成系统的元素是多个，至少有二个。

3、相关性——系统组成的元素是相互依存、相互作用、相互制约。

4、阶层性——系统有一定的层次结构，分解成子系统。

5、整体性——任何一个元素离开整体功能就失去意义。

6、环境适应性——适应环境系统变化以获取生存和发展的能力。

第二节系统的分类、结构与功能

一、系统的分类

1、按自然属性分类：

自然系统——自然界自然生成的一切物质和现象。

人造系统——为了生存和发展应用自然规律构造的系统。

2、按属性分类：

实体系统——概念系统的形态化。

概念系统——实体系统的“灵魂”。

3、按运动属性分类：

动态系统——系统部结构参数随时间变化而变化。

静态系统——系统部结构参数不随时间变化而改变。

4、按系统与环境间的关系分类：

开放系统——系统与外界环境之间有物质、能量、信息交换的系统。

封闭系统——系统与外界环境之间不存在物质、能量、信息交换的系统。

5、按反馈属性分类：

开环系统——通过本系统的。

闭环系统——仅在本系统部进行循环的。

6、按规模大小和复杂程度分类：

大系统——系统具有结构复杂、规模庞大、参量众多、功能综合多样。

小系统——系统比较小，简单。

7、其他分类：

根据某些特征标志：目的系统、控制系统、行动系统、对象系统、因果系统等等。

二、系统的结构

系统是由元素的集合和元素之间关系的集合两部分所构成。

例如：铁路网；公路网；城市交通等。

三、系统的功能

系统的输入（能量、物质、信息）——通过系统的处理（转换）——系统的输出（产品、成果、能量、物质、信息）

当元素组合成为系统之后，元素之间发生了各种联系，从而使系统的功能发生了量的增加和质的飞跃。

系统工程的任务：在于提高系统的功能，特别是提高系统整体的处理与转换的系统能力和效率。

第二章系统工程的基本概念

第一节系统工程的基本概念及其定义

1、从字义上理解系统工程

υ系统工程包括系统与工程两个方面,既要从系统看工程,又要从工程看系统,前者指的是用系统的观点和方法去解决工程问题。而后者是指用工程的方法去建造系统。形象地说,工程通常指硬件建设和措施,系统方法常比作软件.这两方面的结合,就使传统的工程增加了容。

υ系统方法主要是系统分析与设计的方法,其中包括系统模型与优化方法,预测和决策方法等。

υ工程的方法是处理具体工程问题时的科学方法,包括构思(结构与原理)、原则〈技术的、经济的、政治和和社会的)、计算(对某种关键部分的原理性和整体输出〉、试验(结构、材料和参数〉和设计等一些环节。

υ以系统思想为指导,用系统方法和工程方法为工具,去建造人们所需要的新系统或改造原有的老系统,使其更加合理、更加完善、更加科学。

2、从系统工程与一般工程的区别上理解系统工程

从系统工程与一般工程的区别上看,系统工程具有高度的综合性,这主要体现在以下三个方面:

1) 研究对象的综合性

系统工程不把研究局限在某一特定畴。它可以把工程作为对象,但各种自然现象、生态群体、社会现象,人类的、社会的等等也都是它的研究对象.

2〉应用学科知识的综合性

系统工程应用学科知识的综合性与研究对象的综合性是分不开的。它不仅如同一般工程学那样,应用数学、物理、化学等基础自然科学,而且对控制论、信息论、管理科学、工程技术学科、社会学、经济学、法学以至一些边缘科学也要加以综合运用。

3) 评价效益的综合性

系统工程是从总体最优出发考虑功能、组成、协调、规划、效果等组织管理性质之类的问题、尤其要考虑社会效果问题。

3、从系统工程学的组成来理解系统工程

1〉系统思想

系统思想是将研究对象作为系统来考虑,把系统环境作为一个外部系统,系统的输入目标作为一个系统,并把二者结合起来考虑建立转换过程系统。合理地解决系统外的各接口的协调,以获得系统的最优输出。

2) 系统工程的程序体系

把建立系统的过程分成几个步骤按一定的程序展开,保证系统思想能在每个部分、每个环节上体现出来。系统程序包括二个方面的程序、一是系统开发程序,即解决给定系统问题的步骤,如系统开发、工程规划、设计、建设、试验和运行等:二是价值开发程序,它要求获得最大效益,以此为目的的程序就是价值开发程序。

3) 最优化方法

一个系统性的问题按照程序展开到具体的环节, 应用最优化方法构造数学模型时。

系统工程是在其开发、设计、建造和运行中所采用的思考方法、程序体系和最优化方法的总和.

系统工程是用系统科学的观点,合理地结合控制论、信息论、经济管理科学、现代数学的最优化方法以及电子计算机和其它有关工程技术,按照系统开发的程序和方法去研究和建造最优化系统的一门综合性的管理工程技术。

系统工程的四个特点:

l) "一个系统、两个最优"

"一个系统"是指以系统为研究对象,要求综合地、全面地考虑问题。

"二个最优"是指系统的目标是总体效果最优,同时实现这些目标的具体的方法或途径也要求达到最优。

2) 以"软为主"

系统工程是以"软"技术为主的工程技术,它是一大类新的工程技术的总称。

3〉综合性强'

一方面是应用知识和技术的综合性,另一方面是开展系统工程项目,要由各有关专业和各方面的专家参加协同工作。

4) 咨询性

系统工程人员一般不参与决策,他们主要是给决策人员提供和分析评价备选的方案,他们有较强的独立性,工作更具科学性和公证性。

第二节系统工程的方法论

系统工程的方法论一般可以用“三维结构”来描述：

一、时间维（工作阶段）

对一个具体的工程项目,从规划起一直到更新,一般可分成以下7个阶段:

(l) 规划阶段;

(2) 设计阶段;

(3) 研制阶段(系统开发);

〈4) 生产阶段;

(5) 安装阶段;

(6〉运行阶段;