第二章 系统工程理论与方法论
第 2 章 系统工程
◆统计指标：可用具体公式或具体数字赋予指标值 统计指标 指标：
如：
◆工效系数指标：不可用具体公式或具体数字赋予指标值 工效系数指标 指标：
如：新型轿车的“舒适性”
24
例如： 例如：
产品合格率 在校学生数 产品的舒适性 人口 教学水平 国民收入 教师比例 经济发展速度 GDP（国内生产总值） （国内生产总值） 水电气普及率
16
问题：如何确定“企业生产经营”系统的边界？ 问题：如何确定“企业生产经营”系统的边界？
• 若系统性问题是“提高投入-产出率” : 产出率” 系统性问题是 提高投入 产出率 系统要素 系统要素： 要素 环境要素 系统环境要素： 系统环境要素：
• 若系统性问题是“提高企业对外竞争力” : 系统性问题是 提高企业对外竞争力” 要素： 系统要素 系统要素 系统环境要素： 环境要素 系统环境要素
问题：社会经济系统的边界如何确定？ 问题：社会经济系统的边界如何确定？ 如“企业生产经营”系统 : 企业生产经营”
对该系统有作用的要素包括： 要素包括 对该系统有作用的要素包括：---p25
—— 哪些归于系统要素？ 哪些归于系统要素 系统要素？ 哪些归于环境要素 环境要素？ 哪些归于环境要素？ 根据什么来确定? 根据什么来确定
任何工程在时间上、 任何工程在时间上、逻辑上和知识上都有一个合 理的序列，时间维、逻辑维和知识维组成了科学 理的序列，时间维、逻辑维和知识维组成了科学 组成了 活动工程结构的三维形态。 活动工程结构的三维形态。 工程结构的三维形态
5
2.1.1 Hall三维结构体系 三维结构体系 三维结构
6
(1) 时间维
问题:目标-手段考察法是如何制定方案的 考察法是如何制定方案 问题:目标-手段考察法是如何制定方案的?
《系统工程理论与方法》教学大纲
《系统工程理论与方法》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务本课程的目的是为适应人文地理与城乡规划培养目标的要求，使学生学习掌握系统科学和系统工程的基本理论与方法，培养学生用系统科学和系统工程理论方法分析和解决城乡规划、土地管理、资源环境管理等领域管理决策问题的能力，并通过系统模型学习与应用，使学生深入理解系统科学与系统工程理论与方法在决策中的作用。
具体要求如下：1）理解和掌握系统、系统工程、系统分析等重要的基本概念及其子概念；2）重点掌握系统分析的基本原理，正确理解管理系统工程方法论；3）掌握系统工程常用模型和技术的功能、原理、使用条件及初步应用；4）掌握系统评价与决策的原理和典型方法；5）具有初步运用系统工程思想和方法分析本学科（专业）领域某些实际问题的能力。
三、学时分配以表格方式说明各章节的学时分配，表格如下：四、教学内容及教学要求第一章系统与系统工程1．系统的概念2．系统工程的产生、发展及应用第二章系统工程方法论1．系统工程基本工作过程2．系统分析原理及应用第三章系统评价1．系统评价概述2．系统评价的步骤及构成3．系统评价的理论和方法4．费用-效益分析5．关联矩阵法6．可能-满意度法7．层次分析（AHP）法8．模糊评价法9．课堂习题（Ⅰ）第四章线性规划1．矩阵的概念与运算2．线性规划模型的建立3．模型的标准化结构分析4．单纯形法5．表上作业法6．MATLAB软件求解7．课堂习题（Ⅱ）第五章投入产出分析1．投入产出概论2．投入产出分析的基本原理3．一般投入产出表的编制4．一般投入产出分析的应用5．非竞争型投入产出应用模型6．区域间投入产出模型7．地区投入产出模型/企业投入产出8．课堂习题（Ⅲ）第六章决策树1．概述2．效用值概念3．效用值函数的推导4．决策树5．信息价值分析6．决策支持系统7．冲突分析8．课堂习题（Ⅳ）五、考核方式及要求采用闭卷形式，考核由日常考核、作业成绩和期末考试三部分组成。
系统工程理论基础课件
•2024/5/3
•系统工程理论基础
•13
信息论
信息论的产生与发展
于20世纪40年代末产生，其主要创立者是美国的数学 家申农和维纳。
狭义信息论：即申农信息论。主要研究消息的信息量、 信道（传输消息的通道）容量以及消息的编码问题。
一般信息论：主要研究通信问题，但还包括噪声理论、 信号滤波与预测、调制、信息处理等问题。
•系统工程理论基础
•20
信息熵与物理学中熵在计算公式上仅差一个负号。熵是系 统紊乱程度的表征，而信息是表示系统不定性的减少。
一个系统所获信息量越大，系统就越有序，熵就越小。反 之，所获信息量越小，系统就越无序，熵就越大。
“信息量是一个可以看作几率量的对数之负数，它实质上 就是负熵。”
“熵的获得永远意味着信息的丢失，而不是别的。”
•2024/5/3
•系统工程理论基础
•6
①一切有生命、无生命系统都是信息系统。无论是 机器还是生物，都存在着对信息进行接收、存取 和加工的过程。
②一切有生命、无生命系统都是控制系统。一个系 统一定有它的特定输出功能，必须有相应的一套 控制机制。
控制论的发展经历了三个时期. 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。 控制论发展的第二个时期为20世纪60年代，即现 代控制理论时期。20世纪70年代以后是第三个时 期，即大系统控制理论时期。
内容。消息是信息的“外壳”，信息是消息的“内核”。 从实用角度看，信息是指能为人们所认识和利用的，但事
先又不知道的消息、情况等。 维纳则认为：信息不是物质也不是能量，在信息与物质、
能量之间划了一条界限；信息是系统的组织性的量度。
•2024/5/3
•系统工程理论基础
系统工程导论 第二章系统工程的基础理论与方法论 第一节系统最优化理论
n 。最后，也要考虑到xij
的产品数量属性，即 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n ，因此，该运
输方案可由以下模型求解得到：
2.1 系统最优化理论
mn
min
cij xij
i 1 j 1
（2-3）
n
s.t. xij ai ,i 1, 2, m j 1 m xij bj , j 1, 2, n i 1 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n
2.1 系统最优化理论
mn
解
首先，在假设运输量为
xij
的条件下其总的运费为 i 1
j 1
cij
xij
。
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
n
xij ai ,i 1, 2,
j 1
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 xij bi , j 1, 2, i 1
不同的方案、设计、措施以达到最优目的。（2）目标函数，如例
2-1
中的 max
, 10x1 18x2
例
2-2
中的min
mn
cij xij
。目标函数通常是决策变
i 1 j 1
量的函数，表达了“何为最优”的准则和目标，规定了优化问题
的实际意义。
2.1 系统最优化理论
（3）约束条件，如例 2-1 和例 2-2 中由“s.t”规定的部分。 约束条件指决策变量取值时受到的各种资源和条件的限制，表 达了一种“有条件优化”的概念，通常为决策变量的等式或不 等式方程。如果决策变量的取值是连续的，且目标函数和约束 条件都是决策变量的线性函数，则称为线性规划问题。如果决 策变量的取值为整数点，则称为整数规划问题；如果部分决策 变量取值连续而其余取值为整数，则称为混合整数规划问题； 如果目标函数和约束条件中存在任何的非线性因子，则称为非 线性规划问题。
第2章 系统工程理论
2.1 系统科学的学科体系
第6页 2020年1月22日
系统工程(Systems Engineering)
系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其 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(Any physical systems can be their object of study,
第二章 系统工程理论
第2页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
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(Engineering Technology)
社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马克 思主 义哲 学
（系统观） 系统科学
基础科学 物理学 生物学
系 统 学
人体科学 思维科学
哲学
基础科学
其它技术科学
运筹学
巨系统 理论
信息论
控制论
系
各门系
统
统工程
科
学
自动化 技术
的 体
系
通信 技术
技术科学
工程技术
2.1 系统科学的学科体系
第4页 2020年1月22日
术 数学
科 社会科学
学
科
程
学
技
技
术
体
术
系
2.1 系统科学的学科体系
第3页 2020年1月22日
现代科学技术(Modern science and technology )
系统工程理论与方法论
二 系统工程（基本工作过程）方法论
1、霍尔的三维结构
1
2、切克兰德方法论
1
3、从定性到定量的综合集成系统方法论 中国科学家钱学森等针对开放复杂巨系统问题，于20世 纪90年该方法论以对社会系统、人体系统、地理系统等 3类复杂巨系统的研究实践为基础，形成一个整体，其 主要特点是 ①根据开放的复杂巨系统的复杂机制和变量众多的特点，把 定性研究与定量研究有机地结合起来，从多方面的定性认识上 升到定量认识；②按照人一机结合的特点，将专家群体（各方 面有关专家）、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来； ③由于系统的复杂性，把科学理论与经验知识结合起来，把人 对客观事物星星点点的知识综合集中起来，力求问题的有效解 决；④根据系统思想，把多种学科结合起来进行研究； ⑤根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究与微观研究统一起 来；⑥强调对知识工程及数据挖掘技术等的应用。该方法论在 社会经济系统工程等领域已得到了成功应用。
协同学
3协同学与耗散结构小结 (1)耗散结构要求系统开放，远离平衡态，有物质、能 量交换，以及内部的非线性机制。而协同学把研究从 远离平衡态的开放系统扩展到近平衡态和平衡态系统。 （2）协同学：子系统之间的协作力（可正、可负、可为 零）决定系统的未来走向。协作力大于零，系统走向 高级稳态；协作力小于零，系统走向混乱。 （3)耗散结构惯性原理：一旦形成耗散结构就有一定抗 干扰能力。 (4)耗散结构吞并溶合原理：外来小系统与大的耗散结 构相遇并相互作用时，小系统不能足以破坏大系统时， 则被后者吞并且溶合，并不影响后者的基础结构。
控制论
研究动态系统在变的环境条件下，如何保持平衡状态 或稳定状态的科学。
1控制论的产生
维纳（Norbert Wiener）于1948年出版了《控制论》一书，他对 控制论（Cybernetics）的定义是：“关于动物和机器中控制 和通信的科学。”
系统工程理论与方法
系统工程理论与方法第1章管理系统概述第2章管理系统工程方法论第3章管理系统分析第4章管理系统模型第5章建设系统工程中的模型方法1.线形规划模型2.特殊线形规划模型3.整数规划模型4.动态规划模型第1章管理系统概述1.1 系统概念无论是自然界，还是人类社会，可以说任何事物部是以系统的形式存在的。
这种存在的方式决定了我们要树立把所要研究的问题或对象都可以看成是一个系统的观念。
从人们认识客观事物或改造客观事物的过程来看，通常用综合分析的思维方式看待事物，根据事物中内在的、本质的、必然的联系，从整体的角度进行分析和研究，这类事物就被看作为一个系统。
（1）系统的定义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。
这个定义，指出了作为系统的三个基本特征。
第一，系统是由若干要素组成的：第二，这些要素相互作用、相互依赖；第三，由于要素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定的功能。
在物质世界中，一个系统中的任何部分都可以被看作一个子系统，而每一个系统又可以成为一个更大规模系统中的一个部分。
（2）系统的要素要素是组成系统的基本部分。
凡是系统里不可再进行分解的部分就称为其要素。
一个“部分”能称为系统的要素，它必须具有下列的特性：①每个要素应具有自身特定的功能；②每个要素的性质和行为影响着所构成系统的性质和行为；③每个要素对所构成系统的影响（使系统的性质或行为发生的变化），依赖于系统中其他要素的性质和行为；④不存在独立的要素，即系统不可能分成独立的要素。
（3）系统的特性①整体性系统是由两个或两个以上的可以相互区别的要素，按照作为系统整体所应具有的综合整体性而构成的。
系统具有集合性，它是为达到系统基本功能要求所必须具有的组成要素的集合。
构成系统的各要素虽然具有不同性能，但它们是根据逻辑统一性的要求而构成的整体。
系统不是各个要素简单的集合，否则它就不会形成整体的特定的功能。
因此，即使每个要素并不都很完善，但它们可以进行综合和统一，成为具有良好功能的系统。
(完整版)系统工程第二章课后习题
系统工程第二章作业工业141班申彦学号201430682.霍尔三维结构与切克兰德方法论有何异同点？答：（1）霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究。
（2）前者的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习。
（3）前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。
4.系统分析的要素有哪些？并简述各自的含义。
答：（1）问题。
在系统分析中，问题一方面代表研究的对象，或称对象系统，需要系统分析人员和决策者共同探讨与问题有关的要素及其关联状况，恰当的问题；另一方面，问题表示现实状况与希望状况的偏差，这为系统改进方案的探寻提供了线索。
⑵目的及目标。
目的是系统的总要求，目标是系统目的的具体化。
（3）方案。
方案即达到目的及其目标，分析和确定为达到系统目标所必须具备的系统功能和技术条件。
（4）模型。
模型是由说明系统的主要因素及其相互关系构成的。
（5）评价。
评价即评定不同方案对系统目的的达到程度。
（6）决策者。
决策者作为系统问题中的利益主体和行为主体。
9.请通过一实例，说明应用系统分析的原理。
如果将图书馆作为一个完整系统，依据现代管理的系统理论，对其进行系统分析，主要包括以下方面：（1）系统要素方面：即构成图书馆的各个组成部分和相关条件；⑵ 系统结构方面：即图书馆各部分的组成方式及其相互关系；（3）系统功能方面：表现为图书馆系统整体和局部功能的总和；（4）系统集合方面：揭示维持、完善与发展图书馆系统的源泉与因素；(5)系统联系方面：研究图书馆系统与其他系统间以及其内部子系统之间相互纵横的联系；(6)系统历史方面：展示整个图书馆系统的产生和发展的历史过程，揭示其一般的历史规律。
同样，图书馆系统也包括不同层级的子系统，各子系统都各司其职。
高层级子系统的主要任务是根据系统的整体目标，向下一层级发出指令，最后考核该层级指令执行的结果，同时解决下一层次各子系统之间的不协调或矛盾；低层级的子系统要对上一层级子系统负责，协调相关层级子系统共同完成任务。
ch2 系统工程理论与方法论
ch2 系统工程理论与方法论引言在系统工程领域，系统工程理论与方法论是指通过科学的方法和系统化的思维方式来解决复杂问题和开展复杂工程的一套理论和方法。
系统工程理论系统与系统工程概念系统是由若干个相互作用的要素组成的整体，系统工程是研究和解决技术问题及组织问题的一种科学方法。
系统工程的目标和基本任务系统的核心目标是实现预期的功能、性能和特性，同时满足约束条件。
系统工程的基本任务包括需求分析、概念设计、详细设计、实施和验证。
系统工程的原则包括系统思维、综合性、整体性、系统规划、系统评估等。
而系统工程的方法包括系统分级、系统建模、系统仿真、系统优化等。
系统工程方法论系统工程的过程系统工程的过程包括系统定义、需求分析、系统设计、系统集成、系统验证和系统维护等阶段。
每个阶段都需要严格地按照流程进行，以确保系统能够按照预期的方式运行。
系统工程的工具与技术系统工程需要使用到一系列工具和技术来辅助工作，包括需求管理工具、系统建模工具、系统仿真工具、系统优化工具等。
这些工具和技术可以提高工程师的工作效率，同时减少错误和风险。
通过对一些实际案例的分析，可以更好地理解系统工程的理论和方法。
例如，在飞机设计领域，系统工程的方法和工具被广泛应用，从飞机的概念设计到实施和验证过程中，系统工程都发挥着重要作用。
结论系统工程理论与方法论是解决复杂问题和开展复杂工程的重要工具。
通过理解系统工程的概念、原则和方法，以及掌握系统工程的过程和工具，我们可以更好地应对复杂问题，提高工作效率，降低风险，实现工程目标的成功实施。
以上是关于系统工程理论与方法论的简要介绍，希望对您有所帮助。
参考资料1.。
《系统工程简明教程》(第三版) 汪应洛 第二章 系统工程基本分析方法
公司组织结构图
总经理 A
管理部长 B
制造部长 C 日本人
三、建模与预计后果
常见模型：结构模型、数学模型、仿真模型
• 国防科技大学的杜玠 教授将模型分为：
– 原样模型 – 相似模型 – 逻辑模型 – 数学模型
• 西安交通大学李怀祖 教授将模型分为 ：
– 分析模型
• 仿真模型
– 博奕模型 – 判断模型
此外，还有许多其他模型分类方法，如按模型量化的 程度分定性模型〔递阶结构模型〕、定量模型〔状态 空间方程〕以及定性定量行相结合模型〔系统动力学〕 等。
x4/元
x5
5
2200以上 3以下
20以下 140以上
6
4
1900-2200
3-4
20-30
120-140
5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3
1600-1900
4-5
30-40
100-120
4
2
1300-1600
5-6
40-50
80-100
3
1
1000-1300
6-7
50-60
60-80
2
0
1000以下 7以上
60以上
60以下
1
逐比照较法
• 产生与开展
•
许多评价问题的评价对象属性多样、
结构复杂，难以完全采用定量方法或简单
归结为费用、效益或有效度进行优化分析
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- 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)。
实 施 计 划
霍尔三维结构
9
逻辑维是指系统工程每个阶段工作所应遵循 的逻辑顺序和工作步骤，一般分为以下七步： • 摆明问题
明确所要解决的问题及其确切要求，全面收 集了解有关问题历史、现状和发展趋势的资料。
• 系统设计 确定目的并据此设计评价指标体系。（确定 任务所要达到的目标或各目标分量，拟定评价标 准；用系统评价等方法建立评价指标体系，设计 评价算法）
2
2）重点内容
带有反馈回路的闭环控制系统。
研究动态系统在变化的环境条件下如何
保持平衡或稳定状态。
3）黑箱-灰箱-白箱法
3
2、信息论 1）定义 用数量统计方法来研究信息的度量、传递和变 化规律的科学。 1948年美国数学家香农创立。 2）信息量
h log2 P
n
信息熵（平均信息量）
H P i log2 P i
10
• 系统综合 设计能完成预定任务的系统结构，拟定政策、 活动、控制方案及整个系统的可行方案。 • 模型化 针对系统的具体结构和方案类型建立分析模 型，并初步分析系统各种方案的性能、特点、对
预定任务能实现的程度以及在目标和评价指标体
现的优劣次序。
11
• 最优化
在评价目标体系的基础上生成并选择各项政 策、活动、控制方案和整个系统方案，尽可能达 到最优、次优或合理，至少能令人满意。 • 决策
（2）H的核心内容是优化分析，而C的核心内容是比 较学习。
（3）H关注定量分析方法，而C强调定性或定性与定 量有机结合的基本方法。
17
第三节 系统分析
Systems Analysis （SA）
一、定义
运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术 对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分 析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据 的分析研究过程。
23
本章要点：
霍尔三维结构 切克兰德方法论 系统分析
24
决策
初步分析
规范分析
综合分析
20
注意： 1)初步分析很重要（5W1H）
What
Why/Where/When/Who How
案，非劣方案，方案排序）
4)步骤可跨越，不可颠倒。
22
四、应用系统分析的原则
（1）坚持问题导向
（2）以整体为目标 （3）多方案模型分析和优选 （4）定量分析与定性分析相结合 （5）多次反复进行
对策论
存储论
图论
7
第二节 系统工程的基本工作过程
一、霍尔三维结构
美国学者A.D.霍尔（A.D.Hall）于1969
年提出的。
时间维(T)、逻辑维(L)、
知识维（专业维）(K)
8
知识维
社会科学 运筹学 控制论 工程
逻辑维
时间维 摆 明 问 题 系 统 分 析 系 统 综 合 模 型 化 最 优 化 策 决
14
问题及其环境的识 别与表达
根底定义
建立概念模型 （目标系统概念化）
比较 寻找改善途径
选择
设计
实施
评估
15
三、两种方法论的比较
霍尔三维结构（H）与切克兰德方法论（C）
均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相 应的逻辑过程。
16
两种方法论的不同点：
（1）H以工程（硬）系统为研究对象，而切克兰德 方法论更适合于对社会经济和经营管理等“软” 系统问题的研究。
第二章 系统工程理论与方法论 1.1 系统工程理论基础 1.2 系统工程的基本工作过程 1.3 系统分析原理
1
第一节 系统工程的理论基础
一、三论 （一般系统论、信息论、控制论）
1、控制论
1）定义
研究动物（包括人类）和机器内部的控制与 通信的一般规律的学科，着重于研究过程中的数 学关系。 1947年美国数学家维纳创立。
二战后由美国兰德公司开发。（狭义的SE）
18
二、系统分析的要素
–问题
–目的及目标（目的唯一、目标可多个）
–方案（3-4个，可替代性，最合适）
–模型（结构、数学、仿真）
–评价（费用和效益、评价标准） –决策者
19
三、分析程序
认识 问题
探寻 目标
综合 方案
模型 化
优化 或 仿真 分析
系统 评价 N
Y
i 1
4
3）信息方法
信息的输入、存储、处理、输出等。
信息的反馈
5
二、一般系统论的发展
1、耗散结构理论
开发系统在远离平衡态下形成新的、稳定的有 序结构。 2、协同学 系统从无序到有序转变的规律。
3、突变论
研究事物的不连续变化问题，从量变到质变的
研究。
6
三、运筹学 线性规划 整数规划和动态规划 排队论
在分析、优化和评价的基础上有决策者作出 裁决，选定行动方案。 • 实施计划 不断地修改、完善以上六个步骤，制定出具 体的执行计划和下一阶段的工作计划。
12
• T-L系统工程活动矩阵
13
二、切克兰德方法论
由英国兰切斯特大学切克兰德教授20世纪八十 年代中前期提出的。 软系统工程方法论的主要内容和工作过程如图 所示。