系统工程导论PPTNo2-1
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系统工程课件(完整版)
37
目标树
X
X1 X2 X3
38
目标冲突和利害冲突
• 在目标分析过程中，系统分析人员 经常会发现，许多关键情况往往是由于 存在着相互冲突的分目标造成的。这有 两种情况：
– 一种是纯属专业性质的，即目标冲突问题； – 另一种是社会性质的，即利害冲突问题。
39
目标冲突
• 例如在进行产品设计时，所可能强调的 两个目标：
社会经济系统、经营管理系统、军 事指挥系统等等。
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通的桥梁。
17
2.系统工程的理论基础
• 从系统工程的定义可以看出，系统工程
是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括
自然、社会及工程设计分析等方面的知识，
它是由一般系统论、经济控制论、运筹学
等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
18
3.系统工程与一般工程比较的特点
传统工程
研究 对象 研究 方法
着眼点 特定的工程 物质 专业知识 局部最优
系统工程
不局限于特定工程物质，也不局 限于物质系统 各种现代科学知识和专业知识 整体最优
19
4.系统工程与运筹学区别
运筹学：
通常涉及现有系统运营情况，侧重于资 源的最优配臵。
系统工程：
侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。
标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法 论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解 决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或 只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标 的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面以及在 每个阶段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面， 并综合运用各种专业知识即知识方面来综合考虑。
要素的状态变化。 3）层次性。一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以 分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构 成具有特定的空间层次结构。例如一个公司就是由子公司或二 级厂(矿)、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各 层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的 目标而相互协调运行。
目标树
X
X1 X2 X3
38
目标冲突和利害冲突
• 在目标分析过程中，系统分析人员 经常会发现，许多关键情况往往是由于 存在着相互冲突的分目标造成的。这有 两种情况：
– 一种是纯属专业性质的，即目标冲突问题； – 另一种是社会性质的，即利害冲突问题。
39
目标冲突
• 例如在进行产品设计时，所可能强调的 两个目标：
社会经济系统、经营管理系统、军 事指挥系统等等。
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通的桥梁。
17
2.系统工程的理论基础
• 从系统工程的定义可以看出，系统工程
是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括
自然、社会及工程设计分析等方面的知识，
它是由一般系统论、经济控制论、运筹学
等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
18
3.系统工程与一般工程比较的特点
传统工程
研究 对象 研究 方法
着眼点 特定的工程 物质 专业知识 局部最优
系统工程
不局限于特定工程物质，也不局 限于物质系统 各种现代科学知识和专业知识 整体最优
19
4.系统工程与运筹学区别
运筹学：
通常涉及现有系统运营情况，侧重于资 源的最优配臵。
系统工程：
侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。
标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法 论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解 决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或 只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标 的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面以及在 每个阶段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面， 并综合运用各种专业知识即知识方面来综合考虑。
要素的状态变化。 3）层次性。一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以 分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构 成具有特定的空间层次结构。例如一个公司就是由子公司或二 级厂(矿)、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各 层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的 目标而相互协调运行。
《系统工程》幻灯片PPT
• other engineering disciplines concentrate on using knowledge of the real world (e.g., electrical circuits, materials, robotics),
• systems engineering focuses on methods to solve problems, not the solution of the problems.
Physical vБайду номын сангаас. Abstract Systems Open vs. Closed system
3.Feedback Control in System
Input
System Performance
Output
Character of open-loop system:
• Not aware of its own performance • Past action has no influence on future action • Possesses no means to provide for its own control or
3. Inventory Planning and Control
Inventory planning determines the material requirements: components, parts, raw materials, and so on
inventory control determines the proper inventory levels, reorder points, safety stocks, and the like.
系统工程理论ppt课件
25
思考讨论题(续)
9、简述一般系统论的产生背景及其基本观点。
10、什么是耗散结构？形成耗散结构的条件有
哪些？并请说明耗散结构理论的意义。
11、协同学与耗散结构理论在研究上的区别有
哪些？
12、突变论较以往的数学理论有什么突破？其
主要观点有哪些？
13、复杂适应系统理论的基本思想是什么？
14、钱学森提出的“开放的复杂巨系统”有哪几
24
思考讨论题
1 、系统工程与系统科学的联系和区别是什么？ 2 、控制论的两个基本观点及其意义是什么？ 3 、系统结构有哪些特点？ 4 、简述控制论对系统工程方法论的启示。 5 、功能模拟法与传统模拟法的区别有哪些？ 6 、信息概念的特点有哪些？ 7 、申农信息熵与物理学中的熵有什么关系？ 8 、请说明信息方法论与传统方法的区别，以及信 息方法的意义。
系统工程 （Systems Engineering, SE） —管理系统工程方法论及其应用
1
第二章 系统工程理论
第一节：系统科学的学科体系 第二节：系统工程的理论基础 第三节：系统工程理论的新发展 第四节：系统工程模型技术的新进展
2
第二章 系统工程理论
第一节 系统科学的学科体系
我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的 现代科学技术的体系结构，认为从应用实践到 基础理论，现代科学技术可以分为四个层次： 首先是工程技术这一层次，然后是直接为工程 技术提供理论基础的技术科学这一层次，再就 是基础科学这一层次，最后通过进一步综合、 提炼达到最高概括的马克思主义哲学。如图2-1 所示。
图2-1现代科学技术体系 4
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马
克
思
思考讨论题(续)
9、简述一般系统论的产生背景及其基本观点。
10、什么是耗散结构？形成耗散结构的条件有
哪些？并请说明耗散结构理论的意义。
11、协同学与耗散结构理论在研究上的区别有
哪些？
12、突变论较以往的数学理论有什么突破？其
主要观点有哪些？
13、复杂适应系统理论的基本思想是什么？
14、钱学森提出的“开放的复杂巨系统”有哪几
24
思考讨论题
1 、系统工程与系统科学的联系和区别是什么？ 2 、控制论的两个基本观点及其意义是什么？ 3 、系统结构有哪些特点？ 4 、简述控制论对系统工程方法论的启示。 5 、功能模拟法与传统模拟法的区别有哪些？ 6 、信息概念的特点有哪些？ 7 、申农信息熵与物理学中的熵有什么关系？ 8 、请说明信息方法论与传统方法的区别，以及信 息方法的意义。
系统工程 （Systems Engineering, SE） —管理系统工程方法论及其应用
1
第二章 系统工程理论
第一节：系统科学的学科体系 第二节：系统工程的理论基础 第三节：系统工程理论的新发展 第四节：系统工程模型技术的新进展
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第二章 系统工程理论
第一节 系统科学的学科体系
我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的 现代科学技术的体系结构，认为从应用实践到 基础理论，现代科学技术可以分为四个层次： 首先是工程技术这一层次，然后是直接为工程 技术提供理论基础的技术科学这一层次，再就 是基础科学这一层次，最后通过进一步综合、 提炼达到最高概括的马克思主义哲学。如图2-1 所示。
图2-1现代科学技术体系 4
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马
克
思
《系统工程》PPT课件
发电机：先有奥斯特的电能生磁，后来法拉第的 磁能生电。
留声机：爱迪生发现送话器听筒音膜有规律的振 动，号来把震动还原为声音。
逆向思维案例：脱水缸转轴
一个由逆向思维而诞生的创造发明的典型例子。 脱水缸设计时，有个很头疼的问题：脱水缸的颤抖
和由此产生的噪声问题， 工程技术人员想了许多办法：
先加粗转轴，无效， 后加硬转轴，仍无效。
概括了工程系统中绝大部分技术冲突所涉及的几何、物理、性能等参数
39个通用技术参数的属性分类
几何参数：长度、面积、体积、形状
物理参数：重量、速度、力、应力/ 压强、温度、光照度 有害因素参数：作用于物体的有害因素、物体产生的有害因素 功率参数；物体的能量消耗、功率 技术参数：操作时间、可靠性、强度、适用性和通用性、可制造性、
美洲银行大厦的结构设计者是林同炎（美籍华人，著名工程 结构专家）。
他设计的美洲银行大厦时，突破了一般常规的思维框架，突 破了以刚对刚的正面思维模式，不是把设计思维放在增强结 构刚度来提高抗震性方面，而是采用了逆向思维。
以房屋次要构件开裂的损失来避免建筑物倒坍的设计思想： 在一般受力情况下，建筑物有足够的刚度来承受外力； 而当受到突如其来的强烈外力时，可由房屋内部结构中 某些次要构件的开裂，使房屋总刚度骤然减弱，从而大 大减少地震力对大楼的破坏。
横向思维—另辟蹊径
横向思维又称 “侧向思维”，是发散思维的又一 种形式。
利用其他领域里的知识，从另外的途径间接地解决问题 的一种思维形式。
跳出传统的逻辑思维框架，思维广度大大增加。
导入案例：叩诊法
一百多年前，奥地利的医生奥恩布鲁格，想解决 怎样检查出人的胸腔积水这个问题。
其父是酒商，在经营酒业时，只要用手敲一敲酒 桶，凭叩击声，就能知道桶内有多少酒。
留声机：爱迪生发现送话器听筒音膜有规律的振 动，号来把震动还原为声音。
逆向思维案例：脱水缸转轴
一个由逆向思维而诞生的创造发明的典型例子。 脱水缸设计时，有个很头疼的问题：脱水缸的颤抖
和由此产生的噪声问题， 工程技术人员想了许多办法：
先加粗转轴，无效， 后加硬转轴，仍无效。
概括了工程系统中绝大部分技术冲突所涉及的几何、物理、性能等参数
39个通用技术参数的属性分类
几何参数：长度、面积、体积、形状
物理参数：重量、速度、力、应力/ 压强、温度、光照度 有害因素参数：作用于物体的有害因素、物体产生的有害因素 功率参数；物体的能量消耗、功率 技术参数：操作时间、可靠性、强度、适用性和通用性、可制造性、
美洲银行大厦的结构设计者是林同炎（美籍华人，著名工程 结构专家）。
他设计的美洲银行大厦时，突破了一般常规的思维框架，突 破了以刚对刚的正面思维模式，不是把设计思维放在增强结 构刚度来提高抗震性方面，而是采用了逆向思维。
以房屋次要构件开裂的损失来避免建筑物倒坍的设计思想： 在一般受力情况下，建筑物有足够的刚度来承受外力； 而当受到突如其来的强烈外力时，可由房屋内部结构中 某些次要构件的开裂，使房屋总刚度骤然减弱，从而大 大减少地震力对大楼的破坏。
横向思维—另辟蹊径
横向思维又称 “侧向思维”，是发散思维的又一 种形式。
利用其他领域里的知识，从另外的途径间接地解决问题 的一种思维形式。
跳出传统的逻辑思维框架，思维广度大大增加。
导入案例：叩诊法
一百多年前，奥地利的医生奥恩布鲁格，想解决 怎样检查出人的胸腔积水这个问题。
其父是酒商，在经营酒业时，只要用手敲一敲酒 桶，凭叩击声，就能知道桶内有多少酒。
系统工程导论PPT第二章系统与系统工程
2.1.6、系统研究的内容
• 系统结构指系统内部各组成要素（组分）
之间在空间、时间的联系、作用方式与顺 序，系统要素在空间的排列或配置方式成 为系统的空间结构，系统要素在时间流程 中的关联方式称作系统的时间结构，有些 系统主要呈现空间结构，有些系统主要呈 现时间结构，有些系统兼而有之 。 • 案例：地区经济结构
2.1.4、系统的数学表示
x • 如果定义系统内所有元素为 xi， i X ； 定义所有元素存在关联，即存在 R r ； 且系统有 m 层；则系统可以表示为S f X , R, C ， X x R r 其中，, i 1 n 为元素集， 关联集, 为层次集。C c
2.1.1、关于系统的定义
• 日本JIS（工业标准）认为系统是许多要素保持有机的秩 序，向着同一目的行动的东西。 • 美国学者阿柯夫教授认为系统是有由两个或两个以上相互 联系的任何类的要素所构成的集合。 • 生物学家冯· 贝塔朗菲认为系统是由相互作用着的诸要素 的综合体。 • 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”。 • 王众托教授“所谓系统就是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”。
第二章 系统与系统工程
• 2.1 系统的概念 • 2.2 系统工程的概念 • 2.3 系统工程的重点研究对象——社会经济系统
2.1.1、关于系统的定义
• 从学习、生活和工作所在的学校、地区和 单位，城市、国家、地球，或者从身体、 身体内不同的子系统来说明系统的普遍性； • 剖析一个学校、一个家庭，从系统的组成、 关系等掌握系统一下基本概念。
2.1.6、系统研究的内容
• 系统结构与功能的关系：构成系统结构
《系统工程基本理论》幻灯片PPT
从信息掌握程度理解白箱、灰箱和黑箱的涵义
10
控制分类
一定的控制过程有一定的控制任务。控制系统是人们 为完成一定的控制任务而设计制造的。按照控制任务的不 同，可将控制系统主要分为以下几种类型：
定值控制 程序控制 随动控制 最优控制
11
控制方式
〔1〕开环控制
输 入 量
输 出 量
控 制 装 置 被 控 对 象
信息不同于物质和能量，具有不守恒性、共享性
19
信息的性质
信息附着于一定的载体之上，具有下面一些性质： 〔1〕信息具有整体性。 〔2〕信息有多种多样的存在或储存方式。 〔3〕信息具有可复制性。 〔4〕信息存在变异风险。
20
信息与系统
客观世界是由物质、能量、信息三大要素组成的。信 息概念对于系统研究具有更广泛的意义。自贝塔朗菲以来的 系统科学代表人物都成认，必须也能够撇开对象有关物质、 能量的特殊规定性，仅仅把对象当作系统来研究，但不能撇 开信息来研究系统。
9
控制与信息
控制过程是一种不断获取、处理、选择、传送和利用 信息的过程。实施控制的前提条件是获取受控对象运行状 态、环境状况、实际控制效果等信息，控制目标和手段都 是以信息形式表现并发挥作用的。维纳强调说：“控制工 程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的，而且，这 些问题的关键并不是环绕着电工技术，而是环绕着更为根 本的消息概念，而不管这消息是由电的、机械的或神经的 方式传递的。〞
〔2〕针对信息的随机性特点，运用了统计数学〔概 率论与随机过程〕解决了信息量问题，并扩展了信息概念， 充实了语义信息、有效信息、主观信息、模糊信息等方面内 容。
24
完毕
25
〔2〕补偿控扰 动 制量 补 偿 装 置
10
控制分类
一定的控制过程有一定的控制任务。控制系统是人们 为完成一定的控制任务而设计制造的。按照控制任务的不 同，可将控制系统主要分为以下几种类型：
定值控制 程序控制 随动控制 最优控制
11
控制方式
〔1〕开环控制
输 入 量
输 出 量
控 制 装 置 被 控 对 象
信息不同于物质和能量，具有不守恒性、共享性
19
信息的性质
信息附着于一定的载体之上，具有下面一些性质： 〔1〕信息具有整体性。 〔2〕信息有多种多样的存在或储存方式。 〔3〕信息具有可复制性。 〔4〕信息存在变异风险。
20
信息与系统
客观世界是由物质、能量、信息三大要素组成的。信 息概念对于系统研究具有更广泛的意义。自贝塔朗菲以来的 系统科学代表人物都成认，必须也能够撇开对象有关物质、 能量的特殊规定性，仅仅把对象当作系统来研究，但不能撇 开信息来研究系统。
9
控制与信息
控制过程是一种不断获取、处理、选择、传送和利用 信息的过程。实施控制的前提条件是获取受控对象运行状 态、环境状况、实际控制效果等信息，控制目标和手段都 是以信息形式表现并发挥作用的。维纳强调说：“控制工 程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的，而且，这 些问题的关键并不是环绕着电工技术，而是环绕着更为根 本的消息概念，而不管这消息是由电的、机械的或神经的 方式传递的。〞
〔2〕针对信息的随机性特点，运用了统计数学〔概 率论与随机过程〕解决了信息量问题，并扩展了信息概念， 充实了语义信息、有效信息、主观信息、模糊信息等方面内 容。
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完毕
25
〔2〕补偿控扰 动 制量 补 偿 装 置
《系统工程》课件
02
系统工程方法论
硬系统方法论
总结词
强调数学模型和定量分析的方法论
详细描述
硬系统方法论注重数学模型和定量分析在解决系统问题中的应用，通过建立精确的数学模型来描述系 统的结构和行为，并运用数学分析和优化方法来寻求最优解决方案。这种方法论在工程、物理和经济 学等领域有广泛应用。
软系统方法论
总结词
强拟、优化技术、决策分析等。
系统分析的局限性
数据获取难度大
对于某些复杂系统，难以获取完 整、准确的数据，导致分析结果 的不准确。
主观因素影响
系统分析的结果往往受到分析者 的主观因素影响，如经验、知识 背景等，可能导致结果的偏颇。
适用范围有限
系统分析方法适用于具有明确目 标、约束条件和决策变量的系统 ，对于某些模糊性、不确定性较 高的系统可能不适用。
04
系统设计
系统设计的概念和原则
概念
系统设计是根据用户需求，将系统抽 象为具体的物理结构或流程，以满足 预定目标的过程。
原则
系统设计应遵循整体性、最优化、可 靠性、可扩展性和可维护性等原则， 以确保系统能够高效、稳定地运行。
系统设计的步骤和方法
步骤
需求分析、系统规划、系统分析、系统设计、系统实施 和系统评估。
系统评价是对一个系统进行全面评估的过程，包括对其性能、效果、可行性和可 持续性等方面的评估。
目的
系统评价的目的是为了了解系统的现状，发现问题和不足，为系统的改进和创新 提供依据和支持。
系统评价的步骤和方法
步骤
确定评价目标、制定评价计划、收集 和分析数据、评估结果反馈。
方法
定性和定量评价方法，如专家评估、 问卷调查、实验法等。
系统工程的应用领域
系统工程概论PPT课件
2019年7月11日4时26分
34
系统工程的特点
整体性（系统性）。即把研究对象看成一个整体系统，这 个整体系统又是由若干部分（要素和子系统）有机结合而 成的。
2019年7月11日4时26分
21
从系统的规模进行分类
，系统有大小之分，可分为普通系统、大系统及 巨系统；从系统的复杂程度来分，系统又可分为 简单系统与复杂系统。
2019年7月11日4时26分
22
按对象划分的系统形态
工业系统、运输系统、交通系统、通信系统、 物资流通系统、金融系统、能源系统等以产业 区分系统的形态，或按消费生活系统、医疗系 统、军事系统和教育系统等
2019年7月11日4时26分
28
1977年日本学者三浦武雄指出：“系统工程与 其他工程学不同之点在于它是跨越许多学科的科 学，而且是填补这些学科边界空白的一种边缘学 科。因为系统工程的目的是研制一个系统，而系 统不仅涉及到工程学的领域，还涉及社会、经济 和政治等领域，所以为了适当地解决这些领域的 问题，除了需要某些纵向技术以外，还要有一种 技术从横的方向把它们组织起来，这种横向技术 就是系统工程”。
2019年7月11日4时26分
33
系统科学与系统工程
系统科学是用统一的系统方法研究任何控制论系 统的行为和控制的学科领域，它主要研究有组织 的大系统或一般系统的运动和量变规律
系统科学分：系统方法论、系统理论和系统工程 系统工程是系统科学的应用部分，是系统科学中
与社会经济决策和工程管理关系最密切的一部分
2019年7月11日4时26分
23
4、系统的一般描述
框图描述法
2019年7月11日4时26分
24
集合描述法：
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• 线性规划、非线性规划、动态规划、排队理论、决 策理论等
1、老三论
一般系统论（general system theory) 1924-1928;奥地利理论生物学家L.VON 贝塔朗菲； 1945年发表《关于一般系统论》 研究复杂系统一般规律的学科 基本观点 整体性 开放性及目的性（有效性、适应性、寻的性） 动态相关性（动态性取决于相关性） 等级层次性 有序性（结构或空间；发展或时间） 启示：主张以整体论代替还原论。（思想作用更大） 提出了系统的方法：核心在于优化，整体最优？。
理论基础。
(2)SE理论
系统工程是一门交叉学科。理论基础涉及老三论 、新三论、运筹学、数理统计、数学等诸多学 科。 钱学森——我认为把运筹学、控制论和信息论同 贝塔朗菲（一般系统论）、普利高津（耗散结 构理论）、哈肯（协同学）、艾根（超循环理 论）等人的工作融会贯通，加以整理，就可以 写出《系统学》这本书了。 可见，系统论、控制论、运筹学的理论基础地位 和重要性。
2、新三论
耗散结构理论（dissipative structure theory) 1969；比利时统计物理学家I.普利高津 所谓耗散结构就是包合多基元、多组元、多层次的 开放系统，处于远离平衡态时，在涨落的触发下， 从无序突变为有序，而形成的一种时间、空间或时 间-空间的结构(非平衡不一定导致有序，平衡不一 定是无序之本) 在耗散结构创立之前，世界被一分为二
运筹学
• 运筹学是应用分析、试验、量化的方法，对经营管 理系统中的人、财、物等有限资源进行统筹安排， 为决策者提供有依据的最佳化方案，以实现最有效 的管理 • 运筹学往往运用模型化的方法，将一个已确定研究 范围的问题，依据预期的目标，将问题中的主要因 素及各种限制条件间的因果关系、逻辑关系建立数 学模型，通过模型求解来找出最佳方案 • 运筹学的分支
3、钱学森提出的系统科学体系结构（1981）
自然科学 数 马 克 思 主 义 哲 学 学
社会科学 思维科学 系统科学 人体科学 …… 基础科学
技术科学的概括， 即为认识客观世界 的基本理论。
技 术 科 学 : 工 运 程 筹 技 学 直接改造 术 、 客观世界 : 信 各门 息 系统 论 工程 、 控 制 工程技术的 论
20世纪40年代以后出现的部分系统学科分支
创 始 人 冯.诺依曼 冯.贝塔朗菲 C.E.香农 N.维纳 冯.贝塔朗菲 钱学森 H.H.哥德 R.别尔曼 M.D.曼萨诺维克 W.R.阿什布 R.罗森 扎德 L.普里高津 艾根 J.G.米勒 汤姆 P.齐格勒 J. H.荷兰德 H.哈肯 钱学森 J. H.荷兰德 巴拉巴斯 分支学科名称 对策论 一般系统论 信息论 控制论 开放系统理论 工程控制论 系统工程 动态规划论 一般系统的数学理论 自组织系统原理 自复制自动机 模糊集与系统 耗散结构理论 超循环理论 生命系统理论 突变理论 建模与仿真理论 遗传算法（GA） 协同学 综合集成工程方法 复杂适应系统理论（CAS） 非标度网络 出现时间（年） 1944 1945 1948 1948 1949 1954 1957 1957 1961 1962 1962 1965 1969 1970 1970 1972 1972 1975 1977 1990 1994 1998
• 整体性体现的是非还原性或非加和性。
量子论从根本上动摇了还原论：描述微观世界最为成功的理
论是量子论。量子论认为，我们的世界是一个非机械的、
相互联系的、不可分割（还原）的世界。物质世界的根本 元素就不是被分割的机械的原子、质子、中子，而是一个 有机联系的整体。量子论问世导致了测不准原理的提出。 测不准原理认为法还原位置和速度两个基本量。这表明， 在对待位置和速度这两个基本量上，还原论是失效的。微 观层次上的还原论失效，导致了机械的决定论的失效。
2、整体与局部的关系：涌现性
涌现的定义（斯文森，1989） 涌现是一组元素（或广义粒子）在一个广义的 “流场”作用下，从一种杂乱无章的状态向一种协调 一致的状态的自发转变。从广义上讲，涌现包括了现 实中所有新系统的出现、序的产生和层次复杂性的增 加。
涌现性的特点： （1）微观不可预测性：即使对低层次元素有完备的知识，也不可 能推断出高层次的结构。 （2）新质特性：涌现性对元素的性质而言是全新的，处在一种更 宏观的层次上，是在微观层次不存在的新质。 （3）不变性：涌现性相对于微观层次的元素状态而言，有一定的 不变性，元素总是处于微涨落不断变化的状态中，但整体的特性相对 不变。 （4）宏观约束性：系统的整体性约束元素的行为，即元素间的相 互作用产生了宏观层次上涌现的整体或约束，这种宏观约束又反过来 支配元素的行为。
（要素）的性质和功能的迭加；整体的运动特征
只有在比其部分（要素）所处层次更高的整体层 次上才能进行描述；整体与部分（要素）遵从不
同描述层次上的规律。简言之整体性也就是非还
原性或非加和性。
控制论（Cybernatics） 维纳于1948年出版了《控制论》一书 经典控制论——现代控制论——大系统控制理论 研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、建模及模型简 化等。 对系统方法的启示： 黑箱-灰箱-白箱法 功能模拟法 反馈 数量化、最优化方法
协同学（synergetics） 70年代初，联邦德国理论物理学家 H .哈肯（协同导致有序） 研究协同系统从无序到有序的演化规 律的新兴综合性学科 突变论（catastrophe theory）--风险（飞 机失事、信用失效、自然灾害等）(渐变) 60年代末，法国数学家 R.托姆 研究不连续现象的一个新兴数学分 支，也是一般形态学的一种理论，能为自然 界中形态的发生和演化提供数学模型。
复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论推 动了复杂科学的诞生，排除了拉普拉斯决 定论的可预见性的思想。因此，复杂科学 的问世彻底动摇了还原论——能用还原论 近似描述的仅仅是我们世界的很小的一部
分。
整体论把世界宇宙看作是一个统一的整体， 各种事物之间相互联系，不可机械地分割。整体 论思想是：整体的性质和功能不等同于其各部分
• 一个是物理世界，这个世界是简单的、被动的、僵死的、不变 的、可逆的、和决定论的量的世界 • 另一个世界是生物界和人类社会，这个世界是复杂的、主动的 、活跃的、进化的，不可逆的，和非决定论的质的世界
耗散结构把这两个世界结合在一起共同思考，研究 远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的 一种理论
还原论和整体论之争
• ２０世纪基础科学的三大成就相对论、量子论 和复杂科学的核心思想和结论分别从宇观(时空 折叠、速度与应力)、微观（非连续性）和宏观 尺度下证实了还原论的局限性：其中，量子论 从根本上动摇了还原论。 • 复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论（蝴蝶 效应）推动了复杂科学的诞生，排除了拉普拉 斯决定论的可预见性的思想。因此，复杂科学 的问世彻底动摇了还原论——能用还原论近似 描述的仅仅是我们世界的很小的一部分。
思考题
2-1.简述一般系统论、控制论和信息论对系统 工程方法论的启示。 2-2.请设计适当项目，列表比较系统论、控制 论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变 论的特点。
信息论（不确定的减少） 美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳 （信息科学）以信息为主要研究对象，以信息的运动规律 和应用方法为主要研究内容，以计算机、光导纤维等为 主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要研究目标 。 启示：
类比方法 统计方法，概率论和随机过程 信息方法（运用信息的观点，把系统看作是借助于信 息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的 一种研究方法）------变量筛选、特征选择（熵）
系统工程导论
第二章 系统工程理论与方法论
第一节：系统工程理论基础(自 学） 第二节：系统工程方法论及发展 第三节：系统分析原理及应用
第一节:系统工程理论基础
(1)系统科学体系 (2)系统工程理论
(1)系统科学的科学体系
系统科学定义：系统科学是一门从总体上研究 （复杂）系统共同运动规律的学科。 系统科学属于基础科学层次，主要讨论系统的 概念、特征、类型及演化（动态）规律，探讨 系统分析的方法和系统逻辑的具体应用。 重点是复杂系统演化规律的研究，难点是整体 与局部关系（结构）的研究。
1、物性与系统性(个性与共性)
物性——描述研究对象的物质特征； 系统性——描述研究对象的整体特征，即整体性。 系统往往与一修饰词组成复合词，如自然系统、 物理系统、生物系统、军事系统、经济系统。 （ 物性+系统性） 传统科学研究物性： 数、理、化、天、地、生 ... 系统科学研究系统性： 如整体与局部的关系 结构与功能的关系 稳定与演化的关系
1、老三论
一般系统论（general system theory) 1924-1928;奥地利理论生物学家L.VON 贝塔朗菲； 1945年发表《关于一般系统论》 研究复杂系统一般规律的学科 基本观点 整体性 开放性及目的性（有效性、适应性、寻的性） 动态相关性（动态性取决于相关性） 等级层次性 有序性（结构或空间；发展或时间） 启示：主张以整体论代替还原论。（思想作用更大） 提出了系统的方法：核心在于优化，整体最优？。
理论基础。
(2)SE理论
系统工程是一门交叉学科。理论基础涉及老三论 、新三论、运筹学、数理统计、数学等诸多学 科。 钱学森——我认为把运筹学、控制论和信息论同 贝塔朗菲（一般系统论）、普利高津（耗散结 构理论）、哈肯（协同学）、艾根（超循环理 论）等人的工作融会贯通，加以整理，就可以 写出《系统学》这本书了。 可见，系统论、控制论、运筹学的理论基础地位 和重要性。
2、新三论
耗散结构理论（dissipative structure theory) 1969；比利时统计物理学家I.普利高津 所谓耗散结构就是包合多基元、多组元、多层次的 开放系统，处于远离平衡态时，在涨落的触发下， 从无序突变为有序，而形成的一种时间、空间或时 间-空间的结构(非平衡不一定导致有序，平衡不一 定是无序之本) 在耗散结构创立之前，世界被一分为二
运筹学
• 运筹学是应用分析、试验、量化的方法，对经营管 理系统中的人、财、物等有限资源进行统筹安排， 为决策者提供有依据的最佳化方案，以实现最有效 的管理 • 运筹学往往运用模型化的方法，将一个已确定研究 范围的问题，依据预期的目标，将问题中的主要因 素及各种限制条件间的因果关系、逻辑关系建立数 学模型，通过模型求解来找出最佳方案 • 运筹学的分支
3、钱学森提出的系统科学体系结构（1981）
自然科学 数 马 克 思 主 义 哲 学 学
社会科学 思维科学 系统科学 人体科学 …… 基础科学
技术科学的概括， 即为认识客观世界 的基本理论。
技 术 科 学 : 工 运 程 筹 技 学 直接改造 术 、 客观世界 : 信 各门 息 系统 论 工程 、 控 制 工程技术的 论
20世纪40年代以后出现的部分系统学科分支
创 始 人 冯.诺依曼 冯.贝塔朗菲 C.E.香农 N.维纳 冯.贝塔朗菲 钱学森 H.H.哥德 R.别尔曼 M.D.曼萨诺维克 W.R.阿什布 R.罗森 扎德 L.普里高津 艾根 J.G.米勒 汤姆 P.齐格勒 J. H.荷兰德 H.哈肯 钱学森 J. H.荷兰德 巴拉巴斯 分支学科名称 对策论 一般系统论 信息论 控制论 开放系统理论 工程控制论 系统工程 动态规划论 一般系统的数学理论 自组织系统原理 自复制自动机 模糊集与系统 耗散结构理论 超循环理论 生命系统理论 突变理论 建模与仿真理论 遗传算法（GA） 协同学 综合集成工程方法 复杂适应系统理论（CAS） 非标度网络 出现时间（年） 1944 1945 1948 1948 1949 1954 1957 1957 1961 1962 1962 1965 1969 1970 1970 1972 1972 1975 1977 1990 1994 1998
• 整体性体现的是非还原性或非加和性。
量子论从根本上动摇了还原论：描述微观世界最为成功的理
论是量子论。量子论认为，我们的世界是一个非机械的、
相互联系的、不可分割（还原）的世界。物质世界的根本 元素就不是被分割的机械的原子、质子、中子，而是一个 有机联系的整体。量子论问世导致了测不准原理的提出。 测不准原理认为法还原位置和速度两个基本量。这表明， 在对待位置和速度这两个基本量上，还原论是失效的。微 观层次上的还原论失效，导致了机械的决定论的失效。
2、整体与局部的关系：涌现性
涌现的定义（斯文森，1989） 涌现是一组元素（或广义粒子）在一个广义的 “流场”作用下，从一种杂乱无章的状态向一种协调 一致的状态的自发转变。从广义上讲，涌现包括了现 实中所有新系统的出现、序的产生和层次复杂性的增 加。
涌现性的特点： （1）微观不可预测性：即使对低层次元素有完备的知识，也不可 能推断出高层次的结构。 （2）新质特性：涌现性对元素的性质而言是全新的，处在一种更 宏观的层次上，是在微观层次不存在的新质。 （3）不变性：涌现性相对于微观层次的元素状态而言，有一定的 不变性，元素总是处于微涨落不断变化的状态中，但整体的特性相对 不变。 （4）宏观约束性：系统的整体性约束元素的行为，即元素间的相 互作用产生了宏观层次上涌现的整体或约束，这种宏观约束又反过来 支配元素的行为。
（要素）的性质和功能的迭加；整体的运动特征
只有在比其部分（要素）所处层次更高的整体层 次上才能进行描述；整体与部分（要素）遵从不
同描述层次上的规律。简言之整体性也就是非还
原性或非加和性。
控制论（Cybernatics） 维纳于1948年出版了《控制论》一书 经典控制论——现代控制论——大系统控制理论 研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、建模及模型简 化等。 对系统方法的启示： 黑箱-灰箱-白箱法 功能模拟法 反馈 数量化、最优化方法
协同学（synergetics） 70年代初，联邦德国理论物理学家 H .哈肯（协同导致有序） 研究协同系统从无序到有序的演化规 律的新兴综合性学科 突变论（catastrophe theory）--风险（飞 机失事、信用失效、自然灾害等）(渐变) 60年代末，法国数学家 R.托姆 研究不连续现象的一个新兴数学分 支，也是一般形态学的一种理论，能为自然 界中形态的发生和演化提供数学模型。
复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论推 动了复杂科学的诞生，排除了拉普拉斯决 定论的可预见性的思想。因此，复杂科学 的问世彻底动摇了还原论——能用还原论 近似描述的仅仅是我们世界的很小的一部
分。
整体论把世界宇宙看作是一个统一的整体， 各种事物之间相互联系，不可机械地分割。整体 论思想是：整体的性质和功能不等同于其各部分
• 一个是物理世界，这个世界是简单的、被动的、僵死的、不变 的、可逆的、和决定论的量的世界 • 另一个世界是生物界和人类社会，这个世界是复杂的、主动的 、活跃的、进化的，不可逆的，和非决定论的质的世界
耗散结构把这两个世界结合在一起共同思考，研究 远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的 一种理论
还原论和整体论之争
• ２０世纪基础科学的三大成就相对论、量子论 和复杂科学的核心思想和结论分别从宇观(时空 折叠、速度与应力)、微观（非连续性）和宏观 尺度下证实了还原论的局限性：其中，量子论 从根本上动摇了还原论。 • 复杂科学彻底动摇了还原论：混沌理论（蝴蝶 效应）推动了复杂科学的诞生，排除了拉普拉 斯决定论的可预见性的思想。因此，复杂科学 的问世彻底动摇了还原论——能用还原论近似 描述的仅仅是我们世界的很小的一部分。
思考题
2-1.简述一般系统论、控制论和信息论对系统 工程方法论的启示。 2-2.请设计适当项目，列表比较系统论、控制 论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变 论的特点。
信息论（不确定的减少） 美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳 （信息科学）以信息为主要研究对象，以信息的运动规律 和应用方法为主要研究内容，以计算机、光导纤维等为 主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要研究目标 。 启示：
类比方法 统计方法，概率论和随机过程 信息方法（运用信息的观点，把系统看作是借助于信 息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的 一种研究方法）------变量筛选、特征选择（熵）
系统工程导论
第二章 系统工程理论与方法论
第一节：系统工程理论基础(自 学） 第二节：系统工程方法论及发展 第三节：系统分析原理及应用
第一节:系统工程理论基础
(1)系统科学体系 (2)系统工程理论
(1)系统科学的科学体系
系统科学定义：系统科学是一门从总体上研究 （复杂）系统共同运动规律的学科。 系统科学属于基础科学层次，主要讨论系统的 概念、特征、类型及演化（动态）规律，探讨 系统分析的方法和系统逻辑的具体应用。 重点是复杂系统演化规律的研究，难点是整体 与局部关系（结构）的研究。
1、物性与系统性(个性与共性)
物性——描述研究对象的物质特征； 系统性——描述研究对象的整体特征，即整体性。 系统往往与一修饰词组成复合词，如自然系统、 物理系统、生物系统、军事系统、经济系统。 （ 物性+系统性） 传统科学研究物性： 数、理、化、天、地、生 ... 系统科学研究系统性： 如整体与局部的关系 结构与功能的关系 稳定与演化的关系