系统工程 第1讲 系统工程发展史

§1.3 我国系统工程的发展
一、朴素系统观念在我国古代的自发应用。 二、钱学森对系统工程的贡献 三、我国系统工程发展的几个阶段 四、系统工程领域学术组织和刊物
一、朴素系统观念在我国古代 的自发应用
1、都江堰水利工程 ： 1）战国时代(公元前250年)秦国太守李冰父子主持修建 。 2）工程包括三个主要部份，“鱼嘴”是岷江分洪工程， “飞沙堰”属分洪排砂工程，‘宝瓶口”是引水工程。 3）三个部份巧妙结合形成一个工程整体，根据今天的试验， 工程在排砂、引水、防洪等方面都作了精确的数量分析，使 工程兼有防洪、灌溉、漂木、行舟等多种功能。 由于在渠道上设置了水尺测量水位，合理控制分水流量， 使工程不仅分导了汹涌急流的岷江，而且化害为利，利用分 洪工程，有节制地灌溉了十四个县的几百万亩农田。
技术角度： 1)现代科技发展日新月异，产品零件数量急剧增 加、高功能化、小型化、复杂化； 2)产品生命周期大大缩短、新产品研究开发、生 产规划、计划的紧迫性提高、生产管理难度增 加； 3)社会学、经济学量化问题；信息量急剧增加的 处理问题。
知识存量增长的管理问题
杂志： 17世纪2份；18世纪中叶10份19世纪初100份； 1850年1000份；1963年50000份，目前较高水 平的已超过10万份。 英国科学家推测：人类的科学知识19世纪50年 翻一番；20世纪初30年翻一番；20世纪中叶10 年翻一番；20世纪70年代每5年翻一番；80年 代以后每3年翻一番。（海量数据管理问题）
一般系统理论
不能沿用讨论无机界问题常用的机械论的分析方法。 认为现实是一个有组织的由实体构成的递阶秩序， 在许多层次的叠加中从物理、化学系统引向生物、 社会系统 。 不能把分割的部分的行为拼加成整体，必须考虑各 个子系统和整个系统之间的关系才能了解各部分的 行为和整体。 认为分析和人为隔离的方法是有用的，但要看到， 即使对物理学的实验和理论也都还不是充分的。
§1.2系统工程发展简史
例如： 1）英国面临着如何抵御德国飞机轰炸的问题， 在发明雷达的基础上建立了世界上第一个有组 织地、自觉地按照系统的观点、用系统工程方 法分析和研究作战使用问题的小组。 2）其次，英、美两国在反潜、反空袭、商船护 航、布置水雷等项军事行动中使用了系统工程 的方法，并取得了良好的效果。 3）又如美国研制原子弹的“曼哈顿计划”，参 加者有一万五千人，其工程技术装置极为复杂， 他们运用了系统工程方法，因而推动了系统工 程方法进一步的发展。
一、朴素系统观念在我国古代 的自发应用
2、在宋真宗时，皇城失火，宫殿烧毁，派大 臣丁谓主持皇宫修复工程，丁谓经过统盘筹划； 提出了一个施工方案： 首先将皇宫前的大街挖成大沟，就地取土烧砖， 省去远处运土； 然后把汴水引入大沟，用水路运输建筑器材， 使工程能顺利进行； 等到皇宫修复后，再把碎砖废土填入沟中。 修复大街，使烧砖、运输建筑材料与处理废物 等三项繁重的工程任务都最佳地得到解决，是 “一举三得利”的最优方案。
突变论
世界上充满突变想象：胚胎的发育、桥 梁的扭曲导致断裂、地壳的剧烈运动引 起地震，以及水沸、冰融等。 突变论为定量描述突变过程提供了非常 实用的数学工具。
§1.2系统工程发展简史
四十年代初，在美国等国家的电讯工业部门中，为 完成巨大规模的复杂工程和科学研究任务，开始运 用系统观点和方法处理问题。 贝尔电话公司在发展微波通迅网络时首先应用一套 系统的方法，并首先提出了“系统工程”这个名称。 二次世界大战中，英国运用运筹学建立了雷达警报 系统、美国设施曼哈顿计划、申农的信息论、维纳 的控制论，都为系统工程发展提供了理论基础。
耗散结构理论
1969年比利时物理化学家普利高津(Prigogine ）提 出。 他认为热力学第二定律以及统计力学所揭示的是孤 立系统(和环境没有物质和能量的交换)在平衡态和 近平衡态条件下的规律，但在开放并且远离平衡的 情况下，系统通过和环境进行物质和能量交换，一 旦某个参量变化达到一定的阈值，系统就有可能从 原来的无序状态自发转变到在时间、空间和功能上 的有序状态 。
§1.2系统工程发展简史
五十年代开始，核武器和洲际导弹的出现标志 系统工程方法的应用达到更高的水平。 六十年代初，美国国防部长麦克纳马拉运用系 统分析方法提出了美国国防新战略，取得了成 效改变了空间技术落后苏联的局面，北极星导 弹、核潜艇计划和阿波罗登月计划都是系统工 程在国防科研中取得成功的著名范例。创造的 ‘计划评审技术’(PERT)和“随机网络技术 (GERT)，以及把电子计算机用于计划工作，促 进了整个系统研制工作的进展 。
新技术出现的预测问题
18—19世纪，纺织机、蒸汽机、发电机相隔数 十年出现，但到了20世纪中叶以后，重大新技 术的出现越来越短，如1946年计算机问世； 1947年半导体；1951年集成电路；1955年原子 能发电站；1957年人造卫星上天；1960年激光 技术；1969年“阿波罗”登月；1971年微型计 算机；1972年“先驱者”飞出太阳系；1973年 遗传基因重组技术；1978年大规模集成电路； 1981年航天飞机飞入太空；90年代以后新技术 频频取得突破。（国家、地区科技发展重点预 测问题）
河流治理开发规划
治理开发目标的确定（运输、灌溉、游 泳、饮用） 河流边污水处理站的确定 不同河流段水质标准确定 治理时间的确定 治理方法、手段
能源需求与供应
国民经济发展目标的确定 地区人口规模 工业能源消耗结构（能源产品）及总量 能源系统结构 地区能源供给结构及总量
§1.1 系统工程产生的背景
第一章 系统工程发展史
§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
§1.1 系统工程产生的背景
社会角度： 1)社会、技术、生产力水平提高、社会活动多样 化、系统（要素）之间相互依赖程度日夜强化、 复杂化，呈现“规模庞大、结构复杂、功能综 合、目标多样、因素众多”的格局，如“ 开 发治理规划，城市交通系统规划，河流治理开 发规划，能源需求与供应”等。 2)需要有一种解决此类问题的方法。
运筹学
英军方：“和以往的历次战争相比，这次战争 更是新的技术策略和反策略的较量 ……我们在 几次关键战役中加快了反应速度，运筹学使我 们赢得了胜利。” 第二次世界大战以后，运筹学从单纯军事和战 争中的应用研究，转移到经济和工业管理中的 应用，并形成了自己的理论和方法。 到60年代末运筹学达到了成熟的高峰期，其标 志是 1969 年出版的瓦格纳 (H．M．Wagner) 的 《运筹学原理和对管理决策的应用》。
一般系统理论
贝塔朗菲（理论生物学家），1937年在芝加哥 大学莫利斯(C．Morris)主持的哲学讨论会上 第一次提出了一般系统论的概念。1945年发表 《关于一般系统论》。 他明确提出一般系统论的任务“乃是确立适用 于系统的一般原则”，并对系统的共性作了一 定的概括，如系统的整体性、关联性、动态性、 有序性、终极性(目的性)等。 贝塔朗菲提出一般系统论是从有关生物和人的 问题出发的。
突变论
1972年法国数学家托姆（Thom）提出。 是关于非连续性变化的数学理论，一般 所指的突变理论实际上是初等变换，其 主要数学渊源是势函数把临界点分离， 进而研究各临界点附近非连续性态的特 征，即为有限个数的若干个初等变换。 建立突变现象的定性定量模型，以研究 和认识不连续现象的机理并作预测，是 突变论的主要任务。
圣塔菲研究所
(SantaFelnstitute，简称SFl)
在1984年在美国新墨西哥州，由3位诺贝尔奖获得 者盖尔曼(M．Gell-Mann)、阿罗(K．J．Arrow)、 安德森(P．W．Anderson)为首的一批不同学科领 域的著名科学家组织和建立的。 其宗旨是开展跨学科、跨领域的研究，他们称作 复杂性研究。 他们认为事物的复杂性是从简单性发展来的，是 在适应环境的过程中产生的。他们把经济、生态、 免疫系统、胚胎、神经系统及计算机网络等称为 复杂适应系统，认为存在某些一般性的规律控制 着这些复杂适应系统的行为。
开发治理规划
江西省山江湖开发治理问题: 1、治山还是治水 2、治理资金与开发资金的比例 3、治理不同状态资金的比例 4、开发重点的选择（地下、地上资源开发， 各种农业资源开发，各种矿产资源的开发） 赣江梯级开发方案选择和开发顺序的 确定
城市交通管理系统规划
上海市交通系统规划目标（15、30、60） 为了实现这一设想，在不同交通方式 （地铁、轻轨、高速路、主干道（三横 三纵）、大型立交）的安排，需要考虑 城市形态和人口分布、工业布局、经济 发展、与外省市的连接。
耗散结构理论
耗散结构是相对平衡结构说的 平衡结构不进行能量或物质的交换能维 持（晶体），而耗散结构只有通过与外 界交换能量（物质）才能维持其有序状 态。 耗散结构的形成至少四个条件：开放系 统；远离平衡态；内部要素之间存在非 线性的相互作用；从无序到有序演化是 通过随机涨落实现的。
协同论
1969年德国物理学家哈肯(H．Haken ）提出，他发现激光是 一种典型的远离平衡态时由无序转化为有序的现象，但他发 现即使在平衡态时也有类似现象，如超导和铁磁现象。 这就表明，一个系统从无序转变为有序的关键并不在于系统 是平衡或非平衡，也不在于离平衡态有多远，而是通过系统 内部各子系统之间的非线性相互作用，在一定条件下，能自 发产生在时间、空间和功能上稳定的有序结构，这就是自组 织(serf-organization)。 哈肯还指出，系统在临界点附近的行为仅由少数慢变量决定， 系统的快变量由慢变量(序参量)支配，就是所谓的役使原理。
பைடு நூலகம் 控制论
关于在动物和机器中控制和通信的科学，创始 人是美国的维纳(N．Wiener ）。他提炼出包 括生物系统和人工系统极为广泛的一大类系统 的共性和规律。 控制论提炼出的基本概念，诸如目的、行为、 通信、信息、输入、输出、反馈、控制以及在 这些概念基础上的控制论系统模型，即输入一 输出反馈控制模型，具有广泛的普适意义，并 且紧密联系着基础理论和应用技术两头。