系统工程产生的背景
《系统工程》复习资料
一、判断、改错 ( 4×4′)1.系统工程产生的背景：必要性（社会发展、经济发展、技术发展）、可能性2.都江堰水利工程概括：功能或需求的确立—工程的起点；资料收集（情景调查）；目标确定；实现目标的方案；多方案的综合、分析、组合、选择；实施3.钱学森对我国系统工程发展贡献大，创建了我国第一个军事运筹研究机构—“作战研究处”4.系统工程的四类基本问题【排序（系统评价）、组集（多元相关分析与聚类分析）、适度（系统仿真方法）、联接】5.系统功能指的是系统在环境中所起的作用，或系统完成任务以及完成任务的能力，系统功能是相对环境来说的，环境是系统功能作用的舞台。
系统行为指的是一个系统输入作用于系统所引起的输出，反映系统对系统输入的响应程度。
系统响应时间的快慢和强度的大小是系统的重要性质，系统行为是系统结构和系统输入的函数，或者说系统行为是系统自身特性的表现，但与环境有关。
案例：能源对企业的影响6.无论用哪一种系统工程方法去处理问题，其基本原则都是把要研究对象作为一个系统，从整体性角度去分析、组织和管理。
7.系统工程的重点研究对象——社会经济系统（遵循因果律、多重反馈、反直观性、较强的非线性特征、时滞（延迟）效应、大惯性、不适应做直接试验、因果有时在空间上分离）8.系统工程方法论指的是处理复杂系统问题的基本观点（整体、综合、层次、优化等）和方法论层次上各种方法的总和9.供求关系中，供应曲线S和需求曲线D的交点称为平衡点，平衡点的稳定性取决于这一点附近曲线斜率的绝对值k D和k S，那么平衡点稳定的条件是（k D＜k S）。
二、名词解释 (2×5′)1、系统定义：（汪应洛教授“系统是有特定功能的、相互间具有联系的许多要素所构成的一个整体”。
）系统包含两个或两个以上的元素，这些元素可以称为要素（主要元素）、部分、或者子系统；系统的元素之间存在着各种简单或复杂的关系或联系；系统是其所有元素与全部关系综合而成的有机整体，或称为有机统一体；具有一定的边界，作为更大系统的子系统存在。
基于模型的系统工程概述
二、模型系统工程方法研究现状
近年来，模型系统工程方法的研究取得了显著的进展。以下是一些主要的研 究成果：
1、模型验证与确认（V&V）
模型验证与确认是模型系统工程方法中的重要环节，旨在确保模型的准确性 和可靠性。近年来，研究者们在V&V方面进行了大量的研究，提出了多种有效的 技术和方法，包括形式验证、模拟验证和统计验证等。
二、需求分析
需求分析是系统工程的重要环节，旨在明确系统的目标和要求，为后续的系 统设计提供指导。基于模型的系统工程在需求分析阶段，利用模型将用户需求转 化为明确的系统需求。例如，在航空航天领域，通过建立飞行器动力学模型，可 以分析飞行器的性能、重量、稳定性等方面的需求，为设计提供依据。
三、系统建模
一、背景
基于模型的系统工程是一种利用模型来描述、分析和优化系统的工程技术。 在传统的系统工程方法中，文档和绘图工具常常用来描述系统的行为和功能。然 而，随着系统复杂性的增加，这种方法往往显得力不从心。基于模型的系统工程 通过使用数学模型和仿真技术，可以更加有效地处理系统的复杂性，提高系统的 质量和效率。
基于模型的系统工程概述
01 一、背景
目录02 二、需求分析03 三、系统建模04 四、系统仿真
05 五、总结与建议
06 参考内容
随着技术的快速发展，基于模型的系统工程（Model-Based Systems Engineering，MBSE）正逐渐成为一种越来越重要的工程方法。本次演示将概述 基于模型的系统工程的相关概念、优点、不足以及在实践中的应用。
参考内容
随着科技的快速发展，模型系统工程方法在许多领域中发挥着越来越重要的 作用。本次演示旨在探讨模型系统工程方法的研究现状及其未来发展趋势。
医院净化系统工程建设方案
医院净化系统工程建设方案一、项目背景随着城市化的快速发展和环境污染的加剧，人们对空气质量和健康问题的关注越来越高。
尤其是在医院这样一个医疗保健场所，对空气质量的要求更为严格。
因为医院内部病人众多，各种病原体和细菌易在空气中传播，给医院的环境卫生带来了极大的挑战。
因此，建设一套适应医院环境的净化系统工程十分必要。
二、项目概述本项目所要建设的医院净化系统工程将主要包括空气净化系统和水质净化系统两个方面。
空气净化系统将通过空气净化设备和通风系统来净化医院内空气，保证室内空气质量达到国家标准。
水质净化系统则将通过合适的水处理设备和管网系统来保证医院内用水的洁净和安全。
三、项目方案内容（一）空气净化系统工程1. 空气净化设备的选型根据医院环境的特点以及净化效果的要求，我们选择了高效过滤器、臭氧发生器、空气净化灯、静电除尘器等设备，并根据医院的面积和使用需求进行了合理的配置。
2. 空气净化系统的设计在医院内设置多个空气净化设备，并通过智能控制系统来实现对设备的联动控制，保证整个医院内部空气的净化效果均匀而有效。
3. 通风系统的优化设计除了空气净化设备，我们还将对医院的通风系统进行优化设计，包括风管采取全封闭设计、设置空气流向控制器、对关键区域添加额外通风设备等措施，以提高室内空气流通率和质量。
（二）水质净化系统工程1. 水处理设备的选型在医院内设置适当的水质净化设备，包括活性炭过滤器、超滤器、紫外线杀菌器等，以确保医院内用水的洁净和安全。
2. 水质净化系统的布局根据医院的用水需求和水质净化设备的要求，我们将在医院内设置多个水质净化设备，并通过管网系统将净化后的水资源合理分配到各个用水节点上。
3. 水质监控系统的搭建为了全面监控医院内水质的情况，我们将搭建一套水质监控系统，包括对水质净化设备的实时监控以及对水质抽样检测的实施，确保医院内水质始终保持洁净和安全。
四、工程实施方案1. 工程前期准备在正式开始工程实施前，我们将进行相关的工程前期准备工作，包括对医院内原有设施的调研、对建设方案的细化和完善、对施工过程中可能遇到的问题进行预演和解决方案研究等。
系统工程的一般原理
系统工程的一般原理
系统的概念来源于人类活动的长期实践。 18世纪以前，人们习惯于把世界看成事包罗万象的整体， 强调自然界的统一性并采用综合的观点来探索大自然的奥秘。 19世纪以来，随着工业化专门生产的出现，科学技术也 呈现了专门化的发展趋向。各类学科被划细划小，新的专门 学科不断地涌现。 时间进入了20世纪40年代，由于战争和建设的需要，各 门类的科学技术互相渗透，互相交错，在各学科的交界之处 产生了很多跨学科的“边缘科学”。 近代工程的规模不断地加剧和复杂化，提出了在更高层 次上将现有科学技术成果综合化、系列化的要求。新兴的系 统工程学就是在这样的历史背景下应运而生。 系统工程以系统作为研究对象，它是系统科学的一个分 支，属于系统方法论的范畴。其特点是侧重研究事物的组织、 管理、联系与发展，是使创造过程合理化的技术，是高度综 合化的一门科学。
系统工程的一般原理
二、系统工程的产生和发展
系统工程的产生和发展均有其历史背景。 首先，人类在同大自然的长期斗争中已逐步萌发了朴素的系统工程 思想。我们看看两个典型的例子： 1. 早在2000多年前，秦太守李冰父子就主持修建了举世闻名的都江 堰水利工程。都江堰的“鱼嘴”岷江分洪，“飞沙堰”分洪排沙，“宝 瓶口”引水灌溉，三项子工程巧妙结合，浑然一体，一举解决了防洪灌 溉与排沙问题，实现了整体的优化，这是早期系统工程的雏形。 2. 宋朝真宗年间，一场大火烧毁了皇宫。作为一项大工程来看待， 修复皇宫至少有三个大问题急待解决。一是需要大量的墙体材料，到哪 儿去取土的问题；二是运输，大量的木竹砂石要运进现场；三是皇宫修 好以后，大量的建筑垃圾需进行处理。当时一个叫丁渭的大臣负责修缮 事宜。经过反复考虑，他提出了一套完整的施工方案：首先叫人在皇宫 前面挖开一条大沟，解决了取土烧砖的问题；然后将附近的汴水河引入 大沟，用船运来了工程所需的木竹砂石；皇宫修好以后，他又将弃土回 填了大沟，解决了建筑垃圾的处置问题。这是个一举三得的方案，朴素 地体现了整体最优的系统工程思想。
系统工程学
问题及其环境 的识别与表达
根底定义 比较 寻求改善途径 选择 设计 实施 评估 切克兰德方法论
建立概念模型（目 标系统概念化）
3.两种方法的比较（？） 相同点：问题导向，注重程序及阶段；… 不同点：研究对象及应用领域、基本方法、 核心内容或关键点、反馈机制、…
应用——企业管理系统工程活动矩阵（框架：H，内容：C）
1957
H.Good和R.E.Machol发表第一部名 为《系统工程》的著作 美国研制北极星导弹潜艇
系统工程学科形成的标 志 突出PERT，这是最早的 系统工程技术之一。 表明系统工程的实用和 规范化 为现代SE奠定了重要的 数学基础 使用了多种SE方法，其 成功极大地提高了SE的 地位
1958
Ⅳ
1965
第五章 系统决策：系统决策是指在一定的
条件下，根据系统的状态在可采取的各 种策略中，依据系统目标选取一个最优 策略并付诸实施的过程。掌握决策中常 用方法，掌握多准则决策的基本内容， 了解模糊决策的基本方法。
学习本课程的建议：
1.注重系统思考 2.坚持问题导向 3.采用系统化方法
教学要求：
上课及考核（闭卷考试）
二、系统工程研究对象
（一）SE的研究对象是大规模复杂系统 该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目 标多样、一般为人机系统、经济性突出等。 （二）系统的概念 1.系统的定义：系统是由两个以上相互联系的要素所构成，且 具有特定功能、结构、环境的整体。
2.系统的属性：整体性、关联性、环境适应性。
1980年10月至1981年1月，中国科协、中央电 视台会同中国系统工程学会、中国自动化学会 联合举办“系统工程电视普及及讲座（45 讲）”，取得了良好的社会效果。
系统工程
1系统工程:起源：一次最早源于工程技术专家运功用综合技术手段处理一些复杂的系统问题。
在20世纪40年代初，为完成巨大规模的复杂工程和科学研究任务，一些科学技术工作者开始运用系统的观点和方法处理技术和工程问题。
美国贝尔电话公司在发展微波通信网络时，首先应用一套系统的方法，并首度提出了“系统工程”这个名词。
定义：系统工程是对系统，尤其是复杂系统实施组织与管理的综合技术。
狭义：指对系统进行分析、综合、仿真、优化、设计等比较理论话的技术。
广义：指开发和改造系统的规划、计划、设计、研制、生产、安装、运行等阶段所涉及的思想、程序、方法等的总和。
交叉学科（性质）：因为所研究的问题涉不同的学科，要解决这些问题，就需要不同学科的知识和不同领域的专家参加，因此系统工程具有跨学科或多学科交叉的学科性质，是一门综合性的横向技术科学；同时要研究的问题往往是多目标、多因素、类系错综复杂，求解困难，因此系统工程处理问题时要求人们全面的，综合的思考问题具有较好的专业知识背景。
2系统定义：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。
系统与系统要素的关系：1.系统与要素之间的关系非常密切：系统的功能和目标是通过每个要素的作用的才得以正常作用 2.要素与系统是对立统一的：性质不同，层次地位不同，发展规律不同 3.系统和要素存在着功能的转化：要素的功能---（系统结构与法则）--->系统的功能 4.系统和要素是相对的：一个系统可以组成更高层次的系统要素；一个要素可以是由更低层次的要素所组成的系统。
3系统的基本性质1.整体性：任何一个系统都是由不同要素依据一定逻辑要求构成的整体，而不是这些要素的简单凑合，或者说这些要素不相关的堆砌 2.涌现性：系统整体性反映系统要素与系统整体功能数量上的差异，而系统的涌现性则表现出质上的差异，即系统各个部分组成一个整体后，就会产生整体具有而各个部分原来没有的某些东西 3.相关性：是指构成系统的要素之间，系统内层次之间都是以一定的规律相互联系，相互作用，既相互依存，又相互制约 4.层次性：任何一个系统都可以在空间或时间上进行初步分解，分成次级，次次级等，分系统，子系统，直至元素，形成一系列的排列次序 5.目的性：任何一个人造系统或认为系统都具有特定的目的，为了总的目的，各子系统直至元素都具有各自的目的 6.成长性：任何系统都是从无到有，从小到大，经历孕育期，诞生期，发展期，成熟期，衰老期和更新期7.环境适应性：任何一个系统都处于一定的环境之中，或者说它是一个更大系统的子系统，他的形成与发展在不同的程度上会受到环境的制约4系统的研究内容——如何认识一个系统：1. 系统目标，系统目标是多样的，如经济、环境、社会、政治等，不同的目标有不同的权重；不同的阶段，目标权重会发生不断的变化；存在近期、中期、长期目标，具有层次性 2. 系统功能，系统在环境中所起的作用或系统完成的任务，通常以作用的大小和完成任务的能力来评价系统的功能 3.系统行为，指一个系统的输入作用于系统所引起的输出，反映系统对输入的响应程度 4. 系统结构：系统内部相互关系的总和 5.系统法则：指支配系统的各要素以及要素之间相互支持、联系、制约的一些规律 6. 系统环境：系统之外的一切与它相关联的事物的集合。
安全系统工程
安全系统工程1、什么是系统？什么是系统工程？答：系统就是为实现规定功能以达到某一目标而构成的相互关联的一个集合体或装置(部件)。
系统工程就是系统工程是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统科学的工程技术。
它根据总体协调的需要，综合应用自然科学和社会科学中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。
2、系统工程的应用是什么？答：系统工程的应用十分广泛，主要有：（1）工程系统：研究大型工程项目的规划、设计、制造和运行。
（2）社会系统：研究整个国家和社会系统的运行、管理问题。
（3）经济系统：研究宏观经济发展战略、经济目标体系、宏观经济政策，进入投入产出分析等。
（4）农业系统：研究农业发展战略、农业结构、农业综合规划等。
（5）企业系统：研究工业结构、市场预测、新产品开发、生产管理系统、全面质量管理系统等。
（6）科学技术管理系统：研究科学技术发展战略、预测、规划和评价等。
（7）军事系统：研究国防总体战略、作战模拟、情报通讯指挥系统、参谋指挥系统和后勤保障系统等。
（8）环境生态系统：研究环境系统和生态系统的规划、建设、治理等。
（9）人才开发系统：研究人才需求预测、人才结构分布、教育规划、智力投资等。
（10）运输系统：研究铁路、公路、航运、空运等的运输规划、调度系统、运输效益分析、城市交通网络优化模型等。
（11）能源系统：研究能源合理利用结构、能源需求预测、能源发展战略等。
（12）区域规划系统：研究区域人口、经济协调发展规划、区域资源最优利用、区域经济结构等。
3、解释说明安全及安全系统的定义答：安全是指不受威胁,没有危险、危害、损失。
人类的整体与生存环境资源的和谐相处，互相不伤害，不存在危险的危害的隐患。
是免除了不可接受的损害风险的状态。
安全是在人类生产过程中，将系统的运行状态对人类的生命、财产、环境可能产生的损害控制在人类能接受水平以下的状态。
系统工程学理论知识大总结
系统工程学理论知识大总结系统工程学理论知识大总结第一章 1.系统，就是由相互作用和相互依赖的若干组成部分按照一定的规律结合而成，具有特定功能的有机整体。
2．系统的特征： 集合性，系统是由许多元素按照一定的方式组合起来的，系统这特征称为系统的“集合性”。
关联性，系统的各组成部分之间是互相联系、互相制约的，这一特征称为系统的“关联性”。
目的性，系统总是具有特定的功能，管是自然系统还是人造系统，系统的存在都具有特定的，即存在的合理性。
特别是人创造的大中型改造系统，总有一定的目的性，这一特征称为“目的性”。
环境适应性，任何系统总是存在并活动于一个特定的环境之中，与环境不断进行物质、能量和信息的交换。
系统必须适应环境。
例子（了解）A 集合性a ）计算机系统：硬件（CPU 、存储器、输入输出设备），软件（系统软件：操作系统、编译软件、DBMS 等，应用软件），人（user ，操作人员）b ）人体系统：脑、四肢、躯干、各部位c ）学校：教师、学生、干部、工人、教室（建筑物）、设备（教学仪器、科研设备）等d ）汽车：发动机、传动制动系统、轮胎、车体等（司机？） B 关联性a ）人体系统：头脑、四肢、躯干、各部位。
骨骼、肌肉、血管、神经连接起来。
头疼的原因：感冒、血压不正常、神经衰弱、心脏供血问题等 b ）计算机系统：各个硬件之间相互联结，硬件与软件之间，软件与其它软件之间。
硬件,操作系统,编译软件、DBMS 等,应用软件,人 c ）学校：教师、学生、干部、工人、教室（建筑物）、设备（教学仪器、科研设备）教师 -------- 学生 （教学，教与学） 教师、学生 -------- 设备 （实验、科研；学习、实践） 教师、学生 ------- 教室 （上课、办公） C 目的性：学校以培养人才为目的；工厂则以生产各种产品、获得利润为目的；汽车的功能：交通运输 D 环境适应性：一个工业企业的环境：原材料市场、技术与劳务市场；产品销售市场、协作单位、竞争单位；政府有关业务管理机关；所处自然地理位置和周围商业、治安的社会条件。
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南 言
1.3 我国系统工程的发展
我国系统工程发展的几个阶段
• 50年代中期，中科院成立了“运筹”、“优选”、 “统筹”研究小组 • 70－80年代，人口研究领域、能源与经济协调发展和 社会经济发展规划研究 • 90年代初期和中期 ，企业活力研究和可持续发展研 究 • 90年代后期和21世纪初，系统工程研究主要是复杂巨 系统研究 ，如复杂系统理论，系统论、定性到定量 综合集成系统、大成智慧系统的研究。
• 经济发展产生的问题
社会经济系统多功能、多因素、多目标
• 技术发展产生的问题
多种技术的综合集成
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张华明
3
第一章
引 言
1.1系统工程产生的背景
可能性
• • • • • 运筹学（确定性问题） 控制论（输入输出反馈控制） 一般系统理论（哲学层次：贝塔朗非） 信息论（信息的本质及传输规律） 耗散结构理论
张华明
13
第一章
引 言
1.3 我国系统工程的发展
钱学森对我国系统工程发展的贡献
• 把运筹学的“种子”从它的发源地美国带回了中国 • 创建了我国第一个军事运筹研究机构——“作战研究 处” • 积极建议我国军事部门将系统工程原理和方法，作为 我军不断向现代化迈进的重要手段 • 倡导开展复杂系统的研究 • 倡导建立国民经济总体设计部
1970年，抽干深潭，灌注混凝土8100多立方米，结离堆，宝 瓶口。
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张华明
12
第一章
引 言
都江堰水利工程
四、概括
• • • • • • 功能或需求的确立－工程的起点 资料收集（情景调查） 目标确定 实现目标的方案 多方案的综合、分析、组合、选择 实施
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张华明
1
第一章
引 言
第一章 引言
• • • •
1.1系统工程产生的背景 1.2系统工程发展简史 1.3 我国系统工程的发展 1.4 系统工程在我国社会经济发展中的作用
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张华明
2
第一章
引 言
1.1系统工程产生的背景
必要性
• 社会发展产生的问题
专业化分工与协调
分水效果 • 岷江洪峰流量3000立方米/秒，进入宝瓶口580立方米/秒 • 岷江洪峰流量6000立方米/秒，进入宝瓶口700立方米/秒
南京林业大学经济管理学院 张华明 11
第一章
引 言
都江堰水利工程
三、分级控制实现目标的方案
• 三级控制：岁修系统内存耗散趋势
内江底、左侧岸的变化 鱼嘴岭、百丈堤的变化 竹笼、杩槎的损耗 离堆、宝瓶口的损耗 • 宝瓶口未凿去的“象鼻子”冲毁 • 1958年毛泽东视察都江堰时说一千年、一万年后将如何，
9
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张华明
第一章
引 言
都江堰水利工程
三、分级控制实现目标的方案
• 二级控制：离堆＋宝瓶口＋飞沙堰＋弯道＋人字堤
离堆：壅水推沙(分砂) 弯道：正向取水，侧向排砂 • 底层弯道环流向飞沙堰： • 表层流向宝瓶口方向 飞沙堰：分砂 • 宝瓶口水位十三画（内江流量330立方米/秒）时翻水 • 宝瓶口水位十四画（内江流量500立方米/秒）时飞沙 宝瓶口：截面限制流量 人字堤：宝瓶口水位十四画时泄洪
南京林业大学经济管理学院 张华明 5
第一章
引 言
1.3 我国系统工程的发展
古代朴素系统观点的自发应用：
• 孙子兵法（道、天、地、将、法 ） • 都江堰水利工程 （鱼嘴”、 “飞沙堰”“宝 瓶口” ） • 皇宫修复工程（一举三得 ） • 优化冶炼方法 （元素的合理配比）
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6
第一章
引 言
都 江 堰 水 利 工 程
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第一章
引 言
都江堰水利工程
一、功能或需求：取岷江之水灌溉成都平原
• 基础背景与相关数据
水流量范围：平均497立方米/秒，最大6880立方米/秒 含泥砂：1000万吨/年（500万立方米），含大量千斤 石。 待灌溉面积：850万亩，需取水：330－380立方米/秒
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张华明
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第一章
引 言
都江堰水利工程
三、分级控制实现目标的方案
• 二级控制：离堆＋宝瓶口＋飞沙堰＋弯道+人 字堤
分沙效果 • 1954年春，抛入内江90多个做了标记的特大卵石，每个重
100公斤左右，汛期后，在飞沙堰找到3个。 • 1964年，岷江洪峰流量6400立方米/秒，冲跑二王庙山脚的 数块浆砌卵石，越过飞沙堰顶，停留在下游坡上，最大一块 长1.3M，宽1.1M，厚0.6M，重2吨，还有几块重1－2吨。
二、功能或需求转化为目标
• 取水：
江水流量大则需求少，江水流量小则需求大
• 分砂：要求江水中含泥砂少
南京林业大学经济管理学院 张华明 8
第一章
引 言
都江堰水利工程
三、分级控制实现目标的方案
• 一级控制：鱼嘴＋百丈堤＋河心滩＋弯道
自适应分流：“分四六，平潦旱 • 枯水期：60%的水进入内江， 40%的水进入外江 • 洪水期：40%的水进入内江， 60%的水进入外江 弯道环流：初步分砂 • 流量小于1300：正向取水，侧向排砂 • 流量大于1700：主流朝向外江，排砂80%左右 优化：竹笼、杩槎(圆木三角架)的微控作用 • 挡水又不与水为敌 • 就地取材 、经济方便
第一章
引 言
第一章 引言
教学要求： 通过对社会发展、经济发展中遇到的 实际问题的讲解和归纳提炼、以及系统工程相关 基础理论和计算机技术发展等方面的介绍，了解 系统工程的产生背景；其次通过讲解国内外系统 工程案例，了解系统工程的发展简史、以及我国 系统工程的发展状况；熟悉系统工程在社会经济 系统和现代企业管理中的应用。
平衡结构－孤立系统 耗散结构－开放系统
• 协同论
无序变有序关键是自组织即各子系统之间非线性相互作用
• 突变论(临界点附近的非连续性态特征)
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南京林业大学经济管理学院
张华明
第一章
引 言
1.2系统工程发展简史
不同年代重要事件（曼哈顿计划 ，北极星 导弹、核潜艇计划和阿波罗登月计划） 70年代国际应用系统分析研究所 1984年圣塔菲研究所（复杂、非线性系统 研究以及人机系统研究） 1994年复杂适应系统的提出 （提出对于人 们认识、理解、控制、管理复杂系统提供 了新的思路）