系统工程概述(系统工程-西安交大袁治平)
1 第一章 系统与系统工程(1)
系统工程的发展
军事方面： 公元前500年的春秋时期，孙武”孙子兵 法“13篇，指出战争中的战略和策略问 题，并依次来筹划战争的对策，取得胜 利．”以我之长,攻敌之短” 孙膑：齐王与田忌赛马
整体:统一体,总体. 要素:部分,元素,局部 一台计算机； 一个所学校； 一个企业;一个研究项目(三峡工程)； 一张中药方；一套制度
一般系统论的创始人贝塔朗菲把系统定 义为“相互作用的诸要素的综合体”。 美国著名学者阿柯夫认为“系统是由两 个或两个以上相互作用的任何种类的要 素所构成的集合”。 系统的核心和实质 联系思想和整体思想
在长期实践教学过程中，我校的运筹学 得到了长足发展。1983年，运筹学从数学系 独立出来，成立了运筹学研究所，标志着我校 的运筹学研究进入一个新的阶段。之后，在运 筹学研究所的基础上，新上了三个本科专业， 组建了运筹与管理学院。我校运筹学是山东省 “六五”、“七五”重点专业，运筹学与控制 论是山东省“八五”、“九五”、“十五”重 点学科。
直到15世纪下半叶，近代科学开始兴起， 近代科学发展了研究自然界的分析方法， 包括实验和观察方法，把自然界的细节 从自然界中抽出来，分门别类进行研究.
系统概念的产生和发展
19世纪上半叶，自然科学取得了巨大的成就， 特别是能量转换和细胞的发展和进化论的建立， 使人类对自然过程的相互联系的认识有了很大 的提高，系统概念得到了进一步的发展 马克思，恩格斯的辩证唯物主义认为，物质世 界是由相互联系、相互依赖、相互制约、相互 作用的事物和过程形成的统一整体。这也是系 统概念的实质。
五六十年代，将运筹学应用于公社农业 生产，编辑《公社数学》教材，受到毛 泽东主席的关注；七十年代，开展了在 水利系统的应用研究，科研成果被推广 实施到滕县岩马及淄博太和等多个水库 ，效果显著，中科院教授越民义、顾基 发、桂湘云等在日本国际学术会议上把 成果进行介绍，产生了较大的影响；
系统工程概述
系统工程概述一、系统与系统工程理论系统是由两个以上有机联系，相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。
它具有整体性，关联性，和环境适应性等基本属性，除此以外，很多系统还具有目的性，层次性等特征。
系统有自然系统与人造系统，实体系统与概念系统，动态系统和静态系统，封闭系统与开放系统之分。
用定量和定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一地看成是一类工程实践，统称为系统工程。
系统工程是从整体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术。
系统工程的研究对象是大规模复杂系统。
其复杂性主要表现在：1、系统的功能和属性多样，由此而带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系；2、系统通常由多维且不同质的要素构成；3、一般为人机系统，而人及其组织或群体表现出固有的复杂性；四、由要素间相互作用关系所形成的系统结构日益复杂化和动态化。
大规模复杂系统还具有规模庞大及经济性突出等特点。
系统工程的应用领域十分广阔，已广泛应用于社会、经济、区域规划、环境生态、能源、资源、交通运输、农业、教育、人口、军事等诸多领域。
系统工程有三大理论基础和工具，即系统论，信息论和控制论，简称“三论”。
控制论是由美国人维纳创立的一门研究系统控制的学科。
其观念是通过一系列有目的的行为及反馈是系统受到控制。
控制论研究的重点是带有反馈回路的闭环控制系统，并不是任意的控制系统。
反馈有两类：正反馈和负反馈。
如果输出反馈回来放大了输入变化导致的偏差，这就是正反馈；如果输出反馈回来弱化了输入变化导致的偏差，这就是负反馈。
系统的结构是指要素在系统范围内的秩序，亦即要素之间的相互联系，相互作用的内在方式。
任何系统都具有一定的结构，系统结构的特点是：1、层次性是系统结构较为普遍的形式；2、结构具有相对性；3、各层次都有其自身的最佳规模；四、结构具有稳定性；五、结构具有动态性和开放性。
西安交大系统工程课件1
阶段
年代（份） 1930
重大工程实践或事 重要理论与方法贡献 件 美国发展与研究广 正式提出系统方法（Systems 播电视 approach）的概念 美国实施彩电开发 采用系统方法，并取得巨大成 计划 功 美国Bell电话公司 正式使用系统工程（Systems 开发微波通讯系统 Engineering）一词 英、美等国的反空 产生军事运筹学（Military 袭等军事行动 Operations Research）,也即 军事系统工程
I 1940
II
第二次世界 大战期间
本世纪40年 代 II 1945 40年代后期 到50年代初 期
美国研制原子弹的 运用SE，并推动了其发展（1万 “曼哈顿计划” 5千人，运用系统工程的方法） 美国空军建立兰德 曾经提出系统分析（Systems （RAND）公司 analysis）概念，强调了其重 要性 运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、 电子计算机的出现，为SE奠定了重要的学科基础
美国H.切斯纳
系统工程则是按照各个目标进行权衡， 全面求得最优解（或满意解）的方法，并 使各个组成部分能够最大限度地互相适应。
日本学者三浦武雄
跨学科，因为系统工程的目的是研究 系统，而系统不仅涉及到工程学的领域， 还涉及到社会、经济和政治等领域，为了 圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要 某些纵向的专门技术以外，还要由一种技 术从横向把他们组织起来，这种横向技术 就是系统工程。
(5) 交通运输系统工程 研究铁路、公路、航运、航空综合运 输规划及其发展战略，铁路运输规划， 铁路调度系统，公路运输规划，公路运 输调度系统，航运规划，航运调度系统， 空运规划，空运调度系统，综合运输规 划，综合运输优化模型，综合运输效益 分析。
第1章系统工程概述
质。
一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同 学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。
二、系统工程的发展概况
阶段 年代（份） 重大工程实践或事件
重要理论与方法贡献
1930
美国发展与研究广播电视
正式提出系统方法（ Systems approach ）的概念
认识到必须从系统的角度来考察和研究整个世界。系统思
想正是在这种历史背景下产生和发展起来的。
系统思想的成熟与发展
系统思想的出现，彻底改变了人们的思维方式，使人 们在改造世界的活动中，逐步地认识并揭示出客观世界的 本质联系和内部规律。现代科学技术的发展以及计算机技 术和信息技术的高度发展，使得系统思想方法从一种哲学 思维逐步形成了独特的系统理论，并在此基础上形成了一 门专门的科学——系统科学。
14 14
第二节 系统工程的研究对象
一、系统的概念及特点
研究对象： 系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。而
“系统”作为系统理论、系统工程和整个系统科学的基本 研究对象，需要正确理解和深刻认识。
15 15
一、系统的概念及特点
系统—— System，我们并不陌生，在现实生活中， “系统”是一个被广泛使用的词。比如：人体就是一个 系统，人体系统是由神经、呼吸、消化、循环、运动、 内分泌、泌尿生殖这些子系统构成的；交通运输系统是 由铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输、管道运 输这些子系统构成的。
7 7
⒈ 古代朴素的系统思想
?
在哲学上，朴素的系统思想表现在把自然界当作一个统
一的整体。如我国春秋末期的思想家老子也强调自然界的统
一性。
系统工程概括
x3+y3+ax+by+cxy
x3-xy2+ax+by+cx2+cy2
抛物型
2
4
x2y+y4+ax+by+cx2+dy2
1.4 系统工程理论基础★
• 运筹学、一般系统论、控制论、信息论、耗 散结构理论、协同学及突变论等是系统理论 的重要内容和SE的理论基础。 • 一般系统论、控制论、信息论称为老三论。 • 耗散结构理论、协同学及突变论称为新三论。 • 后期出现的还有分形理论、混沌学和超循环 理论等。 • 目前最前沿的理论是超弦理论和日本IHM研究 所的江本胜博士的水结晶实验的波动理论。
一般系统论
1.存在着适合于一般系统或子系统的模式、原则 和规律，而不论其具体种类、组成部分的性质 和它们之间的关系或“力”的情况如何。 2.一般系统论的基本观点 (1)系统观点 (2)动态观点 (3)等级观点
二.控制论
1.控制论:为实现系统自身的稳定和功能,系 统需要取得、使用、保持和传递能量、 材料和信息，也需要对系统的各个构成 部分进行组织。 2.控制论具体内容 (1)最优控制论
E 涨落 在所有的宏观运动中都存在一定的与宏观轨迹 的偏离，比如，火车运行中的颠簸；室内温度在 任何瞬间都存在不停的跳动；人的大脑中总是不 停的出现各种偏离正常思维的想象等等。在耗散 结构理论中，这种微小的偏差就叫做涨落。
F 耦合 耦合是指复杂系统中在开放条件下，很多复 杂因素共同加强或削弱某一因素的行为就叫 “耦合”。如：“墙倒众人推”，“成功一 勃焉，失败一忽焉”就是一种耦合现象。复 杂系统的结构更迭就是因为开放系统具有 “耦合”功能，它可以共同加强微小涨落， 最后使之成长为“巨涨落”，从而“改朝换 代”形成新的结构。
系统工程研究与应用
系统工程研究与应用一、系统工程概述系统工程是一种综合性的工程学科，其目的是设计、建造和维护复杂的工程系统。
它涉及多个学科领域如物理学、数学、计算机科学、管理学等，综合运用工程学原理和技术，在整体上进行系统设计、建模、管理和优化，以满足用户的需求。
常见的系统有航天飞机系统、汽车行驶控制系统、工厂生产线系统等。
二、系统工程的基本原理1.整体思维：系统工程强调整体思维，要以整个系统为一个整体来进行设计和管理，关注系统的相互关系、交互作用、影响和反馈。
这样才能提高系统的可靠性、可操作性和可维护性。
2.阶段性原则：系统工程按照一定的阶段顺序来完成设计和开发工作。
具体来说，包括系统需求分析、系统设计、模型构建、系统测试、运行维护等阶段。
3.综合性原则：系统工程是一种综合性的工程学科，要求系统工程师掌握多个学科领域的知识技能。
不仅要精通自己所属领域，还要了解其他领域的知识，才能做好系统的设计和管理。
三、系统工程的实践应用1.航空航天领域：航空航天系统是一个复杂的系统工程，需要应用系统工程的理论和方法进行设计和开发。
例如，宇航员的空间服系统、卫星的轨道控制和姿态控制系统、飞机的飞行控制系统等都是系统工程的典型应用。
2.自动化制造领域：自动化制造系统也是一个重要的系统工程领域，涉及到生产线的自动化控制和管理、机器人的自动化操作和控制、物料输送输送系统的设计等。
应用系统工程的方法可以提高生产效率、降低成本和提高产品质量。
3.能源与环保领域：也是一个系统工程应用的领域。
例如，核电站、风力发电站、太阳能电站等的系统化设计和管理都需要使用系统工程的方法。
此外，还有环境监测与控制系统、废气处理系统、垃圾处理系统等。
四、系统工程发展趋势1.智能化：随着人工智能技术的发展，系统工程也将向着智能化方向发展。
未来的系统工程将应用更多的人工智能技术，例如，机器学习、深度学习、数据挖掘等，来提高系统的智能化程度。
2.网络化：未来的系统工程将更加注重网络化设计和管理。
西安交大系统工程课件2
系统工程（Systems Engineering, SE）—现代管理的系统思维与系统分析方法西安交通大学管理学院袁治平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。
在此基础上他又进一步提出了一个系统科学的体系结构。
认为系统科学是由系统工程这类工程技术，系统工程的理论方法（像运筹学、大系统理论等）这一类技术科学（统称为系统学），以及它们的理论基础和哲学层面的科学所组成的一类新兴科学。
如图2-2所示。
马克思主义哲学自然科学数学社会科学工程技术技术科学图2-1现代科学技术体系马克思主义哲学社会科学数学科学数学突变论自然科学基础科学物理学生物学其它技术科学系统学运筹学巨系统理论控制论信息论各门系统工程自动化技术通信技术（系统观）系统科学人体科学思维科学哲学基础科学技术科学工程技术图2-2 系统科学的体系系统学主要研究系统的普遍属性和运动规律，研究系统演化、转化、协同和控制的一般规律，研究系统间复杂关系的形成法则、结构和功能的关系、有序、无序状态的形成规律以及系统仿真的基本原理等，随着科学的发展，它的内容也不断在丰富。
由于其尚属于起步阶段，还不够成熟，因而学者们对系统科学的学科体系的认识仍有较大差异。
系统工程是从实践中产生的，它用系统的思想与定量和定性相结合的系统方法处理大型复杂系统的问题，它是一门交叉学科。
系统工程是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起来，把人们的生产、科研、经济和社会活动有效地组织起来，应用定量和定性分析相结合的方法和计算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的，以便最充分地发挥人力、物力和信息的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合，以实现系统的综合最优化。
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、
信
息
资金 回收
图 1—1 工业企业生产经营活动过程示意图
第三节 系统工程
一、系统工程研究对象 二、系统工程定义 三、系统工程基本思想
全局观点 总体最优观点 实践性观点 综合性观点 定量定性相结合观点 问题导向与反馈控制
四、系统工程与传统工程的区别
系统工程采用先决定整体框架，后进入详细内部设 计 的程序；
（杀手），需给予足够的重视；
四、课程骨架及特点
三大块：
基本概念与思想 基本方法与模型（典型方法与模型） 评价与决策；
系统工程不系统； 系统工程之我见；
五、参考书目
参考书目：
汪应洛，系统工程 机械工业出版社，第三 版， 2003 ；
安德鲁， P 塞奇，胡保生等译，系统工程导论 ，西安交通大学出版社， 2006 ；
二、学习内容的安排
系统工程概论 系统工程方法论 结构模型和解释结构模型
状态空间模型 仿真模型及系统动力学方法
系统评价 管理决策及冲突分析
三、如何学好系统工程
注意培养系统思想（尤其独特的思想）； 注意综合应用所学的知识，综合就是创造
，发明创造很有限； 实践性较强，注意主动联系实际； 计算机与系统工程； SE 与 OR 被公认为管理学院最硬的两门课
系统工程试图通过将构成事物的要素的秩序加以适当 的配置来提高整体的功能，主张可采用不太可靠的元 素构成高可靠性的系统。其核心思想是综合就是创造。 传统工程则坚持发明创造。
系统工程是软科学。
软科学特征：人（决策者，分析者）的重要作用 多次反馈，反复协商 信息的作用
五、系统工程发展史（教材 P3 ） 六、系统工程的应用（教材 P6 ） 七、系统工程理论基础（教材 P2-3 ）
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4
引言: What/When
第一章：系统工程概述 第二章：系统工程理论 第三章：系统工程方法论 (课堂讨论1) 第四章：系统模型与模型化 第五章：系统仿真及系统动力学方法 （习题课1）
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5
引言: What/When
第六章：系统评价方法 第七章：决策分析方法 （习题课2） 第八章：系统工程应用案例 （课堂讨论2）
1972 划
地提高了SE的地位
1972 V
国际应用系统分析研究 所（IIASA）在维也纳 成立
SE的应用开始从工程领域 进入到社会经济领域，并 发展到了一个重要的新阶 段。
70年代 VI 80年代
SE的广泛应用在国际上达到高潮
SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高
潮
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三、系统工程在中国的发展及应用
重大工程实践或 重要理论与方法贡献 事件
美国发展与研究 正式提出系统方法（Systems
广播电视
approach）的概念
美国实施彩电开 采用系统方法，并取得巨大成
发计划
功
美国Bell电话公司 正式使用系统工程（Systems 开发微波通讯系 Engineering）一词 统
英、美等国的反 空袭等军事行动
1958 美国研制北极星导弹潜艇
提出PERT（网络优化技术）， 这是最早的系统工程技术之一。
IV 1965 R.E.Machol编著《系统工程 表明系统工程的实用化和规范化 手册》
美国自动控制学家L.A.Zedeh 为现代SE奠定了重要的数学基础 提出“模糊集合”概念
1961- 美国实施“阿波罗”登月计 使用了多种SE方法，其成功极大
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9
பைடு நூலகம்
第一章 系统工程概述
第一节 系统工程的产生、 发展及应用
一、系统思想及系统理论的产生与发展 系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只
见森林”（朴素的系统思想）阶段—“只见树 木”阶段—“先见森林，后见树木”（科学的 系统思想）阶段。 古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发 展中具有突出地位和贡献。
统工程手册》
规范化
1961-1972
美国自动控制学家 L.A.Zedeh提出“模 糊集合”概念
美国实施“阿波罗”
登月计划
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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 13
1957
H.Good和 R.E.Machol发表第 系统工程学科形成的标志 一部名为《系统工程》的著 作
系统工程
（Systems Engineering, SE）
—管理系统工程方法论及其应用
西安交通大学管理学院 袁治平
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1
引言: Why
Why?
时代特征及社会发展趋势
经济全球化
动态市场带来挑战和机会（变化）
社会加速信息化
创新开始成为时代的最强音
社会进入合作竞争新时代
“要学一点
（COOPETITION；GUANXI）系统工程”
可持续发展引起普遍关注
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2
引言: Why
管理科学的发展与管理人才培养
管理科学发展的“制高点” ——系统化管理 T型人才
交通大学的发展及其管理学院的学科优势
钱学森、许国志、汪应洛……
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3
引言: What/When
What /When?
SE是以大规模复杂系统（特别是管理系统） 为研究对象，在系统理论、管理科学及其运筹 学等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学 习，主要使学生掌握分析与解决各种管理系统 问题的思想、程序和方法。
从1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华 中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始招收 了第一批SE专业硕士研究生；
1980年11月，中国系统工程学会在北京成立；
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 统工程电视普及讲座（45讲）”，取得了良好的社会 效果。
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16
70年代末以来，应用SE理论和方法来研究与解决
我国的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好
的效果，如：人口问题的定量研究及应用（始于
1978年）、2000年中国的研究(1983至1985 年）、全国和地区能源规划（始于1980年）、 全国人才和教育规划（始于1983年）、农业 系统工程（始于1980年）、区域发展战略 （始于1982年）、投入产出表的应用（始于 60年代和1976年）、军事系统工程（始于 1978年）、水资源的开发利用（始于1978年） 等。
运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立 与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了 重要的学科基础
1957
H.Good和
系统工程学科形成的标志
R.E.Machol发表第一
部名为《系统工程》
的著作
1958
美国研制北极星导弹 提出PERT（网络优化技
潜艇
术），这是最早的系统工
程技术之一。
IV 1965
R.E.Machol编著《系 表明系统工程的实用化和
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系统思想及系统理论的产生与发展
整体思想和联系思想是科学系统思 想的核心与实质。
一般系统论、控制论、信息论、耗散 结构理论、协同学及自组织理论等是系 统理论的重要内容和SE的理论基础。
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二、系统工程的发展概况
阶段 I II
年代（份）
1930
1940
第二次世界 大战期间 本世纪40年 代 1945
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6
引言: Who/Where
Who/Where?
Who —— 学生为主体，教师为主导。 Where —— 将课堂内外的学习结合起来！
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7
引言: How
How? 建议
注重系统思考； 坚持问题导向； 采用系统化方法；
教学要求
上课及考核
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第一章 系统工程概述
第一节：系统工程的产生、 发展及应用 第二节：系统工程的研究对象 第三节：系统工程的概念与特点
产生军事运筹学（Military Operations Research）,也即军 事系统工程
美国研制原子弹 运用SE，并推动了其发展 的“曼哈顿计划”
美国空军建立兰 曾经提出系统分析（Systems
德（RAND）公司 analysis）概念，强调了其重要
性
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III
40年代后期到50 年代初期
上世纪50至60年代，我国的一些研究机构和 著名学者为SE的研究与应用作了理论上的探讨、 应用上的偿试和技术方法上的准备。其主要标志 和集中代表是钱学森的《工程控制论》、华罗庚 的《统筹法》和许国志的《运筹学》。
我国大规模地研究与应用SE是从70年代末、 80年代初开始的。
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1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文 汇报》发表题为“组织管理的技术——系统工程”的 长篇文章；