系统工程：系统工程的基本原理
《系统工程》课件
系统结构
图1.1 系统的基本概念图
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4 系统的构成要素
（1） 系统的诸部件及其属性： 结构部件；操作部件；流部件 以电路系统、城市系统以及自然生态系统为例说明 （2）系统的环境及其界限
（3）系统的输入与输出
S＝（C，S，F，E）
C: 组成要素；S: 结构；F: 功能；E: 环境.
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系统的要素
系统的功能
《系统工程》讲义
参考教材：
谭跃进、陈英武、易进先编著.1999.系统工程原理. 湖南长沙:国防科技大学出版社. 顾培亮编著.1998. 系统分析与协调.天津:天津大学 出版社. 林定夷编著.1998.系统工程概论.广州:中山大学出 版社. 提纲：outline.doc
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第一章 导 言
第一节 系统工程的定位
来愈令人满意。
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第三节
方法论层次：
钱学森的综合集成工程方法论
(1)经验知识＋理论知识； (2)通过建模将定性知识与观测数据、统计资料结合； (3)人(知识工程＋专家系统)与计算机(电脑)结合
工程技术层次：
(1)根据实际问题收集信息资料和统计数据；
(2)约请相关专家分析研究，明确系统四大变量(状态、环境、控制、输出)， 确定系统建模思想； (3)建立系统数学模型(定量表示系统结构、功能、行为、特性、输入输出关 系)； (4)对系统行为做仿真模拟试验，获得定量数据资料； (5)组织专家群体检验系统模型的有效性； (6)修改、调整参数，仿真试验，专家分析评价，修改。。。 数学模型(符合实际系统的理论描述)----可信的结论
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3 定义
(1)美Webster大词典 (2)日JIS工业标准 (3)前苏联大百科全书 (4)钱学森：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的 具有特定功能的有机整体。
系统工程工程第五版重点知识归纳
系统工程工程第五版重点知识归纳全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：系统工程是一门综合性的学科，涉及到各种工程领域的知识和技术，是工程学中的一个重要分支。
《系统工程工程第五版》是系统工程领域的经典教材，囊括了系统工程的基本理论和方法，对于系统工程的学习和实践具有很高的参考价值。
在这篇文章中，我们将重点总结和归纳《系统工程工程第五版》的关键知识，帮助读者更好地理解系统工程的核心概念和方法。
我们需要明确系统工程的定义和基本原理。
系统工程是一种系统性的方法论，旨在将工程技术和管理方法结合起来，以实现复杂系统的设计、开发和运营。
系统工程的核心原则是系统思维和综合性分析，即将系统视为一个整体来考虑，并通过综合性的方法对系统的各个要素进行分析和优化。
《系统工程工程第五版》提出了系统工程的五个基本活动步骤，即需求分析、系统设计、集成、验证和管理。
这五个步骤是系统工程过程中的关键环节，需要系统工程师在每个阶段细心思考和精心设计，以确保系统能够达到预期的性能和功能要求。
在需求分析阶段，系统工程师需要与用户和利益相关者密切合作，明确系统的功能和性能要求。
这一阶段的关键任务是识别和理解系统的需求，确定系统的功能和约束条件，为后续的设计和开发工作奠定基础。
系统设计阶段是系统工程的核心环节，需要系统工程师将需求转化为具体的系统设计方案。
在这一阶段，系统工程师需要综合考虑各种因素，包括技术、成本、时间、资源等，以确保系统的设计满足用户需求，并能够实现可靠性和可维护性。
集成和验证阶段是系统工程的实施和检验阶段，需要系统工程师对系统进行集成和测试，验证系统的功能和性能是否符合需求。
这一阶段需要系统工程师具有较高的技术水平和专业知识，以确保系统能够顺利投入运营并取得预期效果。
系统工程的管理是整个系统工程过程的指导和监督，需要系统工程师对项目进行全面的规划和控制，确保项目按计划进行并达到预期目标。
系统工程的管理包括项目管理、资源管理、风险管理等方面，需要系统工程师具有较强的组织和协调能力。
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。
基于模型的系统工程方法论：探讨基于模型的系统工程方法论的基本原理、流程和应用
基于模型的系统工程方法论引言在科技不断发展和实践的推动下，系统工程方法论作为一种跨学科的综合性方法，已经成为驱动创新和解决复杂问题的重要工具。
基于模型的系统工程方法论是系统工程方法论的一种重要分支，通过建立模型来描述和优化系统的行为和性能，从而实现有效的系统设计和管理。
本文将探讨基于模型的系统工程方法论的基本原理、流程和应用，以期更深入地了解和应用这一方法论。
什么是基于模型的系统工程方法论基于模型的系统工程方法论是一种系统工程方法论的具体应用，其核心思想是通过建立和利用模型来理解和设计复杂系统。
模型是对系统的抽象表示，可以是数学模型、物理模型、仿真模型等。
基于模型的系统工程方法论强调系统工程师将系统问题具象化为模型问题，并通过模型分析和验证来推导解决方案。
基于模型的系统工程方法论的基本原理基于模型的系统工程方法论有以下几个基本原理：1. 抽象和建模基于模型的系统工程方法论的第一个基本原理是抽象和建模。
通过抽象，系统工程师可以将系统问题简化为模型问题，从而消除系统复杂性带来的困扰。
建模是将系统的实体、行为和关系用模型来表示，可以是数学方程、图表、图形等形式。
通过抽象和建模，系统工程师可以更清晰地理解系统，准确地描述系统的需求和性能。
2. 集成和协同基于模型的系统工程方法论的第二个基本原理是集成和协同。
复杂系统由多个部分组成，它们之间存在着复杂的相互作用和依赖关系。
通过建立模型，系统工程师可以将系统的各个部分集成在一起，形成一个整体。
集成不仅是将各个部分连接在一起，还要解决各部分之间的接口问题，确保系统的协同工作。
3. 管理和优化基于模型的系统工程方法论的第三个基本原理是管理和优化。
通过建立模型，系统工程师可以对系统进行管理和优化。
管理是指对系统的整个生命周期进行有效的规划和控制，包括需求管理、变更管理、配置管理等。
优化是指通过分析模型，找到系统的瓶颈和潜在问题，并提出改进措施。
通过管理和优化，系统工程师可以提高系统的性能和可靠性。
系统工程
第一章系统工程的概述一、系统的定义系统是由两个或两个以上相互区别、相互依赖和相互制约的要素（或单元、组成部分）结合而成的具有特定功能、结构和环境的有机整体三、系统的特征系统的特征，是从各种具体的系统中抽象出来的系统的共性。
明确系统的特征是我们正确认识系统的关键。
一般具备五大特征：1．目的性通常系统都具有某种目的。
系统的目的就是系统要达到的终极形式。
2.多元性系统由多个元素构成，至少需要两个元素3．整体性系统是由相互联系的各个部分组成的有机整体。
4．相关性(1)各个组成部分是相互联系和制约的，这是系统内部的相关性5．层次性系统具有层次结构。
即系统由若干个子系统构成，而系统与其它系统可构成更大的系统6．环境适应性系统适应外部环境的变化，以获取生存和发展能力的性质，就是系统的环境适应性。
系统与环境的作用是相互的。
四．本课的定义系统工程系统工程是处理系统问题的工程技术。
它包含了开发、运行、革新系统所需思想、程序、方法的总和五．系统工程的概念-与其它工程学科的关系系统工程是以已经体系了的原有的科学和技术为基础，使各种管理技术融合起来，重新又体系化了的科学。
因此，系统工程与各方面工程技术、与先后发展起来的管理技术有密切的关系。
它是各工程学科的综合运用，同时，它又普遍适用于各特定的工程学科第二章系统工程方法论一.系统工程方法论特点:1.研究方法强调整体性 2.技术应用强调综合性 3.管理决策强调科学性1、霍尔的三维结构原理：系统的整个管理过程分为前后紧密相连的七个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的各种专业管理知识。
三维结构由时间维、逻辑维、知识维组成步骤：1）时间维系统工程工作从规划到更新的整个过程或寿命周期，按时间顺序排列，用以表示系统工程的工作阶段和进程。
一般分为七个阶段：规划阶段——谋求系统工程工作在总体上、战略上、方针上的设想和规划；设计方案——根据规划提出具体的计划方案；研制阶段——实现系统的计划方案，并作出较为详细而具体的生产计划；生产制造阶段——生产出系统所需要的构件及整个系统，并提出较为详细而具体的安装计划；安装阶段（系统实施）——把系统安装好，通过试验运行作出较为具体的运行计划；运行阶段——系统投入运行，为预期用途服务；更新阶段——系统经过长时间运行后，改进旧系统，或取消旧系统，建立新系统。
系统工程2系统工程的基本原理
第三节 系统工程理论
STEP1
STEP2
STEP3
以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派）
以圣菲研究所（SFI）为代表的理论框架，其代表性理论是1994年霍兰提出的CAS（复杂适应系统）理论（美国学派）
以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）
八、复杂系统理论
第三节 系统工程理论
对于一个系统，如果它的某种描述结构能保持所需的一段时间并具有某种简单性，就称该系统的此种结构是有序的，此时的系统也称为有组织的。
框架结构：能够基本确认系统的主要关联方式； 运行结构：系统运行过程中各组分之间相互动态影响的关联方式 空间结构：系统组分在空间的排列配置方式； 时间结构：系统组分关联方式随时间的变化特征。
第二讲 系统工程的基本原理
经济管理学院工业工程系
系统工程
第一节 系统工程的基本概念
一、系统
一个系统是人类在某项实践活动中的一个对象；系统中的要素根据实践的目的组合在一起，形成一个整体，并成为思维的对象。
二、子系统、结构与组织
当把系统的一个部分作为考察对象时，这个部分就称为原系统的一个子系统。 系统的每个最小组成要素和各种子系统都称为系统的一个组分。系统在功能上不能再分的最小组分叫做基本组分，也是一个子系统。
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类比方法
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统计方法 信息方法 信息论(informatics)
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第三节 系统工程理论
theory) 1969；比利时统计物理学家I.普利高津 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
四、耗散结构理论(dissipative structure
70年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯 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
系统工程与工程管理 所属专业类别
系统工程与工程管理是一门跨学科的研究领域，旨在通过系统化的方法和工程管理的原则来解决复杂的工程问题。
该领域涉及到工程设计、工程规划、工程执行和工程控制等方面，是现代工程领域中不可或缺的重要学科之一。
一、系统工程系统工程是一种系统化、综合性的工程方法论，旨在处理复杂的工程系统，通过对系统的整体性、协调性和系统性进行研究，来解决工程问题。
系统工程注重系统的整体性和系统成员之间的相互关系，旨在找到最佳的工程解决方案。
1.1 系统工程的基本原理系统工程主要包括系统分析、系统设计、系统开发和系统管理等基本原理。
在系统分析阶段，需要对工程系统进行全面的分析，找出工程问题的根本原因。
在系统设计阶段，需要根据分析结果进行系统的设计和构建。
在系统开发阶段，需要对系统进行测试和调试，最终形成可行的工程方案。
在系统管理阶段，需要对系统进行持续的管理和优化。
1.2 系统工程的应用领域系统工程广泛应用于航空航天、交通运输、电力能源、信息技术和环境工程等领域，可以解决复杂的系统问题、提高系统效率和降低系统风险。
在航空航天领域，系统工程可以用于飞机设计和航天飞行任务的规划与执行；在交通运输领域，系统工程可以用于城市交通规划和智能交通系统的设计与管理。
二、工程管理工程管理是一种组织、计划和控制工程活动的管理技术和方法，旨在确保工程项目按时、按质、按量完成。
工程管理涉及到项目管理、成本管理、质量管理、风险管理和人力资源管理等方面，是现代工程领域中不可或缺的重要学科之一。
2.1 工程管理的基本原理工程管理主要包括项目计划、项目组织、项目指导、项目控制和项目评估等基本原理。
在项目计划阶段，需要对工程项目进行全面的计划，确定项目的目标和方案。
在项目组织阶段，需要建立项目组织结构和团队，明确各成员的职责和任务。
在项目指导阶段，需要对项目进行指导和协调，确保项目顺利进行。
在项目控制阶段，需要对项目进行控制和监督，及时发现和解决问题。
在项目评估阶段，需要对项目进行评估和总结，为下一阶段的工程项目提供经验和教训。
系统工程原理
动。 时间维：七个阶段：规划制订、初步设计、研制阶段、生产阶段、安装阶段、运行阶段、
更新阶段。 知识维：工程学、商业、社会科学等。 该三维结构在上一世纪的60年代和70年代有过很大的影响，一些硬系统的开发大体上
都遵循这一思路。
系统工程的三维形态图
活动矩阵
系统工程的每一项具体工作，在这个三维空间中对应一个区域，这个区域在三个坐标轴 上对应的正是该项工作的位置
如果去掉知识维，就可以表示为两维表：活动矩阵 在每一阶段，都存在着7个逻辑步骤
系统分析
系统分析可以有广义与狭义两种理解。有的国家把涉及宏观经济、政治、社会等方面的 系统问题的研究和应用称为系统分析，以区别于工程技术中的系统工程，这是对系统分 析的广义理解。
步骤4.为方案建模
(1)为每一方案建立描述型或预测型的模型，或者为整个系统建立模型，以便对各种方 案下的整个系统进行分析
(2)对模型进行鉴定 (3)改进并且合并模型 (4)寻求模型运行的结果
步骤5. 对方案进行评价 (1)按照主要准则（包括效果、风险、成本），对各方案在各种条件下进行评价 (2)估计各种条件出现的概率
五个环节：明确问题、产生方案、预测未来环境、建模与估计后果、评价比较
问题——方案——分析——后 果——选择
客观分析
主观选择
基于客观分析的主观选择
4、系统工程的工作步骤
步骤1. 明确问题 (1)辨识主问题和子问题，以及构成问题的因素 (2)建立所辨识问题的层次结构 (3)把问题加以分解，分成要求、约束、可变更的因素、涉及的人与组织等 (4)辨识主要的主观考虑 (5)辩明系统边界 (6)辩识影响主问题的未来条件