(优选)系统工程的理论基础
系统工程的基础理论及方法论【共49张PPT】
霍尔管理矩阵可以提醒人们在哪个阶段该做哪一步工作，同时明确各项具体工作在全局中的地位和作用，从而使工作得到合理安排。
时间、空间、物质和能量乃至整个宇宙本身就是一个整体，必须作为一个整体来研究。
系统工程的基础理论及方法论
（优选）系统工程的基础理论及方法论
2.2 还原论与整体论
系统思想是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念。即全面而不是片面的、联系的而不是孤立 的、发展的而不是静止的看问题。
（1）古代的系统思想：“不见树木，只见森林” （2）近代的分析方法：“只见树木，不见森林” （3）现代的系统思想：“既见树木，又见森林”
2.2 还原论与整体论
钱学森提出将还原论方法和整体论方法结合起来，他
提出“从定性到定量综合集成方法”。
综合集成方法论的实质是把专家体系、数据和 信息体系以及计算机体系有机结合起来，构成一个 高度智能化的人、机结合，人、网结合的体系。运 用这个方法也需要系统分解，在系统分解后研究的 基础上，再综合集成到整体，实现“1+1﹥2”的飞 跃，达到从整体上研究和解决问题的目的。综合集 成方法既吸收了还原论方法和整体方法的长处，同 时也弥补了各自的局限性，既超越了还原论方法， 也发展了整体论方法。
和步骤的工作所需的各种专业管理知识。三维结构由 比如，物质是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由电子和原子核组成的，等等，研究微观粒子就可以推知整体的规律。
通常应根据系统方案对于系统目标满足的程度，对每一个被选方案进行综合评价，从中选出最优方案、次优方案、满意方案，分析者应递交多方案给决策者，以 便决策者做出正确的决策。
系统工程复习试题库完整
系统工程 1一、单项选择题1、( ) 是根据特定的目标，通过人的主观努力所建成的系统，如生产系统、管理系统等。
(正确答案： C,答题答案)A、概念系统B、实体系统C、人造系统D、自然系统2、以下哪项不是系统的一般属性。
( ) (正确答案： B,答题答)A、整体性B、真实性C、相关性D、环境适应性3、下面关于系统工程的叙述中哪一个是错误的。
( ) (正确答案： C,)A、系统工程是以研究大规模复杂系统为对象B、系统工程追求系统的综合最优化C、系统工程属于自然科学研究范畴D、系统工程应用定量分析和定性分析相结合的方法4、钱学森教授提出，系统工程是一门( ) 。
(正确答案： B,)A、经济控制的技术B、组织管理的技术C、现代工程技术D、控制分析和设计的技术5、凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统称为( ) 。
(正确答案： A,)A、概念系统B、实体系统C、人造系统D、自然系统6、系统的特征有整体性、相关性、 ( ) 、有序性、动态性和环境适应性。
(正确答案： B,答题答案)A、功能性B、目的性C、社会性D、实践性7、凡是以矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统称之为 ( ) 。
(正确答案：B,)A、概念系统B、实体系统C、人造系统D、自然系统8、我国古代运用系统工程建造的大型水利工程典范是 ( )。
(正确答案： D,)A、京杭大运河B、黄河治理C、灵宝渠D、都江堰9、下列关于系统定义描述错误的是 ( )。
(正确答案： B,)A、系统是一个整体B、一个系统的结构就是所有组分间关联方式的总和C、对于系统中的任意两个组分，它们之间的关系只有一种D、模型是对原系统特性的简化表达形式10、系统工程的目的是( ) (正确答案： D,)A、整体性和系统化观点B、多种方法综合运用的观点C、问题导向及反馈控制观点D、总体最优或平衡协调观点11、系统工程的前提是( ) (正确答案： D,)A、多种方法综合运用的观点B、问题导向及反馈控制观点C、总体最优或平衡协调观点D、整体性和系统化观点12、系统工程理论基础的“老三论”是指( ) (正确答案： A,答题答案)A、系统论、控制论和信息论B、系统论、规划论和信息论C、控制论、信息论和管理理论D、控制论、信息论、优化论13、系统工程理论基础的“新三论”是指( ) (正确答案： B,答题答案： )A、耗散结构理论、协同学、博弈论B、耗散结构理论、协同学、突变论C、系统论、协同学、非线性理论D、系统论、博弈论、非线性理论14、系统工程的研究对象是( ) 。
系统工程方法论的基础
系统工程方法论的基础1.系统理论基础：系统工程方法论的建立首先要基于系统理论的理解和应用。
系统理论是研究整体与部分、元素与关系、结构与功能之间的相互作用和关联性的学科，提供了描述、分析和改进复杂系统的基本概念和原则。
系统工程方法论的基础之一就是从系统理论中提取并应用相关概念和原则。
2.工程学科基础：系统工程方法论是一个交叉学科的领域，它涵盖了多个工程学科的知识。
因此，系统工程方法论的基础还包括各个工程学科的基本理论和方法，如数学、物理学、控制论、信息论、运筹学等。
这些学科提供了系统工程方法论所需的数学模型、工具和技术，帮助系统工程师进行系统分析、设计和优化。
3.管理学基础：系统工程涉及多个领域和各种资源的有效整合和协调，而管理学提供了用于组织和管理复杂系统开发过程的基础理论和方法。
管理学的基础概念和原则，如项目管理、风险管理、决策分析、质量管理等，都是系统工程方法论的重要组成部分。
系统工程师需要借助管理学的知识和方法来实现系统工程项目的有效执行和控制。
4.实证研究基础：系统工程方法论的发展还需要实证研究的支持和验证。
实证研究是通过实验、观察和数据分析等科学方法来验证系统工程方法论的有效性和可行性。
通过实证研究，可以进一步改进和优化系统工程方法论，使其更加实用和适用于实际项目开发。
总之，系统工程方法论的基础包括系统理论基础、工程学科基础、管理学基础和实证研究基础。
这些基础知识和方法相互融合互动，构成了系统工程学科的理论体系和方法体系，为复杂系统的设计和开发提供了强有力的指导。
在实际应用中，系统工程师需要结合具体项目需求和实际情况，灵活运用系统工程方法论，进行系统设计、开发和优化，以实现项目的成功实施。
系统工程导论复习资料
系统工程导论复习资料一、系统工程基础理论1. 什么是系统？系统的特性有那些？答：系统是由相互制约、相互作用的一些组成部分组成的具有某种功能的有机整体。
系统的特点有：整体性、集合性、层次性、相关性、目的性、环境适应性。
2. 什么是系统工程？系统工程的特点是什么？系统工程方法的特征是什么？系统工程的理论基础有哪些？什么是系统工程方法论答：系统工程是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统技术从而达到全局最优的一门工程技术，它是系统科学中直接改造世界的工程技术。
系统工程具有三个基本特点：整体性、综合性、最优性。
系统工程方法的特征：先总体后详细的设计程序、综合即创造的思想、系统工程的“软科学”性。
系统工程的理论基础：系统论、信息论、控制论以与运筹学等。
控制论的发展经历了：经典控制论、现代控制论、大系统控制论三个时期。
控制论最重要的观点是：反馈和信息。
系统工程方法论是分析和解决系统开发、运作与管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法，是系统工程考虑和处理问题的一般方法和总体框架。
3. 作为系统工程重要基础的信息论可分为哪三种不同的类型？答：狭义信息论、一般信息论、广义信息论。
4. 霍尔系统工程方法论和切克兰德系统工程方法论的核心是什么？其方法和步骤各有什么特点?二者有何区别和联系？霍尔三维体系结构的具体内容？霍尔三维集中体现了系统工程方法的哪些特点？答：霍尔系统工程方法论的核心是“最优化”，切克兰德系统工程方法论的核心是“比较”和“学习”。
霍尔系统工程方法论的步骤为：弄清问题→目标选择→方案设计→建立数学模型→最优化→决策→实施。
切克兰德系统工程方法论的步骤为：问题现状说明→弄清关联因素→概念模型→改善概念模型→比较→实施。
霍尔的三维体系结构指的是知识维、时间维和逻辑维。
霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化综合化最优化、程序化、标准化等特点。
5. 什么是系统的生命周期？系统生命周期的阶段是怎样划分的？答：从提出或建立一个系统到该系统停止运行或为其他系统代替的这段时间，称为系统的生命周期。
系统工程理论方法与应用(作业集)
第一章测试题一.填空题1:系统工程的理论基础是由_______、_______、_______、_______等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
答案一般系统论。
大系统理论。
经济控制论。
运筹学2:系统工程所研究的系统特性有_______、_______、_______、_______。
答案可控性。
动态性。
复杂性。
自律性3:一般系统的特性为_______、_______阶层性、整体性、目的性、环境适应性。
答案集合性。
相关性4:系统工程强调整体系统的_______，而不是追求单一目标的最优化。
答案综合最优化5:对策问题可以根据参加对策的人数分为_______和_______；根据剧中人有无合作行为分为_______和________；根据支付情况分为_______与_______。
答案两人对策。
多人对策。
有合作对策。
无合作对策。
零和对策。
非零和对策二.选择题1:一般系统论是通过对各种不同系统进行科学理论研究而形成的关于适用于一切种类系统的学说。
其主要创始人是_______。
(A)普利高津(B)H.切斯纳(C)L.V.贝塔朗菲(D)钱学森答案C2:以下列举的系统中_______不属于大规模复杂系统。
(A)学生选课系统(B)经济计划管理系统(C)信息分级处理系统(D)区域经济开发系统答案A3:大系统理论中的分层控制通常分为三层，其中根据由市场供销情况所决定的生产计划，来补偿由于元件老化、机器磨损、环境变化等缓慢扰动的影响，校正大系统的最优运行是_______的主要任务。
(A)自适应层(B)最优化层(C)直接控制层(D)间接控制层答案A三.判断题1:系统工程的理论基础是由一般系统论、大系统理论、经济控制论、运筹学等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
答案是2:研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、建立模型的模型简化问题称为一般系统论。
答案否3:钱学森提出“开放的复杂巨系统”的概念，对于系统科学的发展是一个重大突破，也是一项开创性贡献。
城市规划系统工程学
（0，0）
（12，7）
（6，3）
（9，2）
（9，4）
（5，6）
（8，6）
（8，7）
（10，8）
（14，6）
（15，4）
（13，3）
（12，1）
=(5+8+8+9+6+9+10+12+12+13+14+15)/12=10.08
=(2+3+4+6+6+7+1+3+4+6+7+8)/12=4.75
中项中心
（6）决策
（7）实施
七、建立模型
1、什么是模型
所谓模型是对于系统本质，主要特征的描述、模仿和抽象，用于某种特定的用途（目的），以方便的形式向决策人提供必要的知识。 模型既反映原型，也不等于原型。
七、建立模型
2、模型的分类
实物模型：
非实物模型：数学模型 逻辑模型 自然科学中的一切公式、定理都是某种原型的模型。 比如：F=ma
系统
环境
输入
输出
3、对系统的描述
3）系统的行为 系统的各种活动以及周围的影响，称为系统的行为。它是一系列输入与输出活动的集合。
城市系统
区域环境
输入
输出
3、对系统的描述
4）系统的功能 系统与外部环境相互作用的能力，功能是系统对外部的影响。是系统对环境的作用和输出。
4、系统的分类
每个系统分解成若干个子系统，子系统可以层层分解，分解为更小的子系统，最后层次是元素。元素是完成系统功能的最小单元。
3、对系统的描述
小区规划的规划对象系统
1.系统工程的基础理论与方法论
m
m
n
n
j
（2-5）
即意味着产量与销量持平 （或称为产销平衡） 该问题又称为运输规划问题。 。
2.1 系统最优化理论
上述两个例子表明， 线性规划模型由三个基本要素构成： 1） （ x 决策变量，如例 2-1 中的 和x ，例 2-2 中的 x , i 1, 2, m, j 1, 2, n 。决策 变量是问题中要确定的未知量， 决策者通过调控决策变量来选取 不同的方案、设计、措施以达到最优目的。 （2）目标函数，如例
第二章系统工程的基础理论与方法论
系统最优化理论 控制理论基础
信息论基础
系统工程方法论
第2.1节
系统最优化理论
系统工程是一门交叉学科，其最基础的理论涉
及系统最优化、系统控制与系统的信息处理三 个方面。
系统工程，其核心目标之一是使系统运行在最
优状态，因此，系统最优化技术是其最重要的 理论支撑。
2.1 系统最优化理论
解
n
x 首先， 在假设运输量为 的条件下其总的运费为 cij xij 。 i
其次，要考虑到从任意产地运出的量要等于该产地的产量，即
x
j 1
ij
ai , i 1, 2, m
。第三，还要考虑到运到任意销地的量要等
m
于该销地能销出的量，即 i 1
x x
i 1 j 1 m
n
ai , i 1, 2, m b j , j 1, 2, n
ij
xij 0, i 1, 2, m, j 1, 2, n
(2-4)
将上述方程约束条件部分的第一式两边 i 求和，第二式两边对 j 求和，有：
系统工程导论第一章
第一章系统与系统工程第1讲基本概念1、系统的定义.系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所组成的一个整体。
（有组织的或被组织化的整体）一个形成系统的诸要素的集合永远具有一定的特性，或者表现一定的行为，而这些特性或行为是它的任何一个部分都不具备的。
分析与综合的思想方式：在物质世界中，一个系统中的任何部分可以被看成一个子系统，而每一个系统又可以成为一个更大规模系统的一个部分。
2、系统的特性.①集合性. 系统的集合性表明系统是由两个或两个以上的可以互相区别的要素所组成的。
如：计算机系统（包括cpu、存储器、I/O设备等硬件、软件）②相关性. 组成系统的要素是相互联系、相互作用的，相关性说明这些联系之间的特定关系。
③层次性. 系统作为一个相互作用的诸要素的总体，它可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构，这是系统空间结构的特定形式。
在系统层次结构中表述了在不同层次子系统之间的从属关系或相互作用关系。
在不同的层次结构中存在着动态的信息流和物质流，构成了系统的运动特性，为深入研究系统层次之间的控制与调节功能提供了条件。
DCS系统为例④整体性. 具有独立功能的系统要素以及要素间的相互关系（相关性，层次性）是根据逻辑统一性的要求，协调存在于系统整体之中。
即：任何一个要素不能离开整体去研究，要素间的联系和作用也不能脱离整体的协调去考虑。
⑤目的性. 通常系统都具有某种目的，要达到既定的目的，系统都具有一定的功能，而这正是区别这一系统和那一系统的标志。
系统的目的一般用更具体的目标来体现，一般说来，比较复杂的系统都具有不止一个的目标，因此需要一个指标体系来描述系统的目标。
例：衡量一个工业企业的经营实绩，不仅要考核它的产量、产值指标，而且更重要的是要考核它的利润、成本和规定的质量指标完成情况。
在指标体系中，各个指标之间有时是相互矛盾的，有时是互为消长的。
为此，要从整体出发力求获得全局最优的经营效果，要在矛盾的目标之间做好协调工作，寻求平衡或折衷方案。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
学
学
术
社会科学
图2-1现代科学技术体系
马
克
思
主
义
系统观
哲
学
哲学
系 统 学
基础科学
运筹学
巨系统 理论
控制论
各门 系统 工程
自动 化技 术
信息论 技术科学
通信 技术
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; 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。
目标多样、功能综合、因素众多的各种工程或非工 程的大系统的综合自动化问题，是控制论、系统工 程、运筹学的继续和发展，涉及到工程技术、社会 经济、生物生态三个领域。
第三节 系统工程理论的新发展
1、系统工程作为一门交叉学科，日益向多种 学科渗透和交叉发展。系统工程的大量实践，运 筹学、控制论、信息论等学科的迅速发展，以及 其它科学技术，特别是物理学、数学、理论生物 学、系统生态学、数量经济学、定量社会学等， 都有了新的发展和突破，这些不同领域的科学成 就，除了具有本学科的特点之外，实际上都在不 同程度上揭示了系统的一些性质和规律。
② 一般系统论的基本观点
系统的整体性、系统的开放性、系统的动态 相关性、系统的多级递阶性和系统的有序性
四 、大系统与大系统理论
①大系统 目前没有严格的定义，一般所说的大系统是指包
括各领域的大型而复杂的系统。其特征就是规模庞 大，结构复杂，功能综合。
②大系统理论 研究对象是大系统，即研究规模庞大、结构复杂、
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通桥梁。现代数学方法和计算机技术，通过系 统工程，为社会科学研究增加了极为有用的定量方 法、模型方法、模拟实验方法和优化方法。系统工 程为从事自然科学的工程技术人员和从事社会科学 的研究人员的相互合作开辟了广阔的道路。
第二节 系统工程的理论基础
1) 控制论 2) 信息论 3) 一般系统论 4) 大系统论
一、控制论
1、控制论的产生与发展
1947年由美国人维纳（Norbert Wiener） 创立的控制论（Cybernetics）是一门研究系统 的控制的学科。维纳于1948年出版了《控制论》 一书，他对控制论的定义是：“关于动物和机 器中控制和通信的科学。”
控制论的发展已大致经历了三个时期。从20 世纪40年代末到50年代是第一个时期，即经典控 制理论时期。在这一时期，主要的研究对象是单 因素控制系统，重点是反馈控制，借以实现的工 具是各种各样的自动调节器、伺服机构及其有关 的电子设备，着重解决单机自动化和局部自动化 问题。
人们根据不同的研究内容，把信息论分成三种不 同的类型。
狭义信息论：主要研究消息的信息量、信道容量 以及消息的编码问题。
一般信息论：主要研究通讯问题，但还包括噪声 理论、信号滤波与预测、调制、信息处理等问题。
广义信息论：不仅包括前两项的研究内容，而且 包括所有与信息有关的领域。
信息论研究运用了类比方法和统计方法 ① 信息论运用了科学抽象和类比方法，将消 息、信号、情报等不同领域中的具体概念，进 行类比，抽象出了信息概念和信息论模型。
2、系统工程作为一门软科学，日益受到人们 的重视。从20世纪70年代开始，社会上出现了 一种从重视硬技术转向重视软技术的变化。软 科学是日本学者在70年代提出的，软科学需要 运用现代科学技术体系以至整个人类知识体系， 去研究和解决实践中的复杂性问题，为决策和 组织管理提供科学依据。
工程控制论是控制论运用于工程技术方面而 形成的自动控制理论。
控制论与工程控制论在学科体系中属于两个不 同的层次，后者又称为自动控制理论，或简称为 控制理论。我们必须将控制论(Cybernetics)与控 制理论(control theory)这两个概念区别开来。
二、信息论
信息论于本世纪40年代末产生，其主要创立者 是美国的数学家香农（C.E.Shannon）和维纳。
控制论发展的第二个时期为60年代，即现代 控制理论时期。这一时期，控制论的主要研究对 象就成了多因素控制系统，研究重点是“最优控 制”，研究借助的工具是电子计算机。
进入70年代以后，是大系统控制理论时期。 在这一时期，主要研究对象是因素众多的大系 统，重点是大系统多级递阶控制，借助的工具 是电子计算机联机和智能机器，应用领域主要 为社会系统、经济系统、生态系统、管理系统、 环境系统等。
2 、控制系统
控制系统由施控器、受控器和控制作用的 传递者三者组成，形成一个整体的控制功能和 行为，但这又是相对于某种环境而言。因而可 以把施控器、受控器和控制作用的传递者三个 部分所组成的、相对于某种环境而具有某种控 制功能的系统，称为控制系统。
恒温控制系统
一般自动控制系统的结构图
控制论和工程控制论
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。
系统工程是一门工程技术，但它与机械工程等其 它工程学的某些性质不尽相同。上述各门工程学都 有其特定的工程物质对象，而系统工程则不然，任 何一种物质系统都能成为它的研究对象，而且还不 只限于物质系统，它可以包括自然系统、社会经济 系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。由于系 统工程处理的对象主要是信息，所以系统工程又被 称为“软科学”。
② 针对信息的随机性特点，运用统计数学（ 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、相对信息、模糊信息等方面的内 容。
三、一般系统论
①一般系统论的产生
一般系统论是通过对各种不同的系统进行 科学理论研究而形成的适用一切系统的学说。其 主要创始人是美国的理论生物学家L.V.贝塔朗菲。
（优选）系统工程的理论基础
在此基础上他又进一步提出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，以及它们的理论基础(基础科学)和 哲学层面的科学所组成的一类新兴学科。如图2-2 所示。
马
技
工
克
自然科学
思
科
技
哲