武汉大学选修课系统工程概论chap 1 系统与系统科学
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第一章系统与系统理论概述.
系统科学是一门新的基础学科
不可把系统科学看成是交叉科学或 边缘科学 系统科学是科学重新统一的历史需 要
1.系统的概念 .
古希腊：事物中共性部分和每一事物应 占据的位置，也就是部分组成整体的意 思。 冯.贝塔朗菲（1937）：相互作用的诸要 素的综合体。 钱学森：系统是由相互作用和相互依赖 的若干组成部分（要素）结合而成的、 具有特定功能的有机整体。
2.2 开放系统与封闭系统
封闭系统是指与外界环境不发生任何形 式交换的系统 . 开放系统是指系统内部与外界环境有相 互关系，能进行能量、物质和信息交换 的系统 .
系统的环境
广义的来讲，一个系统之 外的一切事物或系统的总 和。 系统的边界 .
2.3 实体系统与概念系统
实体系统是以矿物、生物、能源、机械 等实体组成的系统 . 概念系统是由概念、原理、原则、方法、 制度、程序等观念性的非物质实体所组 成的系统 .
3.2 相关性 .
系统内的各要素相互作用又相互联系。 系统中任一要素与该系统中的其他要素 是相互关联、互相制约的，如果某一要 素发生了变化，对应的其它相关联的要 素也要相应的改变和调整，从而保持系 统整体的最佳状态。
3.3 目的性 .
元素和元素的组合所没有存在。 系统特有的目的性。
2.4 动态系统与静态系统
静态系统是其固有的状态参数不随时间 改变的系统 . 动态系统是系统状态变量随时间改变的 系统。一切实际存在的系统原则上都是 动态系统 .
连续系统和离散系统
连续系统：在实数集或闭子集上 连续取值的时间t，称为连续时 间。状态变量为连续时间函数的 系统，称为连续系统。 离散系统：状态变量仅在离散时 间上出现或被观察到的系统 .
《系统工程概述》课件
系统工程的应用领域
01
航空航天领域
涉及复杂系统设计、开发和优化， 如飞机、卫星等。
能源领域
涉及能源系统规划、设计和运行， 如核能、太阳能等。
03
02
交通运输领域
涉及交通系统规划、设计和管理， 如城市交通、高速公路等。
制造业领域
涉及生产系统设计、优化和管理， 如生产线、企业资源计划等。
04
02
系统工程的基本原理
系统动态性原理
总结词
系统动态性原理是指系统的状态和性能会随着时间的 变化而发生变化，这种变化具有一定的规律性和可预 测性。
详细描述
系统动态性原理认为系统的状态和性能是随时间变化的 ，这种变化具有一定的规律性和可预测性。在系统的运 行过程中，各种因素都会对系统的状态和性能产生影响 ，导致系统的输出发生变化。因此，在分析和设计系统 时，需要充分考虑系统的动态特性和可预测性，了解系 统状态和性能的变化规律，以便更好地控制和管理系统 。同时，也需要根据系统的动态变化及时调整系统的结 构和参数，以保持系统的稳定性和可统相关性原理
要点一
总结词
系统相关性原理强调系统内部各组成部分之间的相互联系 和相互作用，这些联系和作用是通过一系列的输入、转化 和输出过程实现的。
要点二
详细描述
系统相关性原理认为系统的各个组成部分之间存在着密切 的关联和相互影响。这些联系和作用是通过输入、转化和 输出过程实现的，即一个组成部分的输入可能是另一个组 成部分的输出，经过一系列的转化过程，最终形成系统的 输出。因此，在分析和设计系统时，需要充分考虑各个组 成部分之间的关联和相互作用，以及它们对系统整体性能 的影响。
总结词
人类历史上最复杂的工程之一
详细描述
系统科学的体系与系统工程(ppt 34页)PPT学习课件
系统工程的原理和方法，适用于一切系统(包括物质的和非物质的)，如自然系统、社会经济系统、经营管理系统……，而不限于某种特
定的工程物质对象。
图6 人类首次登上月球 物质系统 Physical systems 外加磁/电场中的磁/电介质系统 ④进行优化计算或仿真实验。
国时的子思、孟子提出了“天人合
一”的思想。这些学说都把宇宙看 作一个整体。
5.4.2 工业工程方法论的体系
• IE专门技术与系统工程方法 相结合现代IE的标志之一。
• 在IE的研究与应用中，要充 分认识其方法论的意义和系 统工程在整个IE方法与技术 体系中的支配地位。
• 参照系统工程中的霍尔三维 结构，可将IE方法论的形式 体系归结为图8。
系统诊断与分析
系统规划与设计
系统实施与运行
划分依据
系统起源 要素性质 要素数量 与时间关系 与外界作用
认识论
系统类型
自然系统 Natural systems 人工系统 Artificial systems 物质系统 Physical systems 概念系统 Conceptual systems 简单系统 Simple systems 复杂系统 Complex systems 动态系统 Dynamic systems 静态系统 Static systems 孤立系统 Island systems 封闭系统 Closed systems 开放系统 Open systems 黑色系统 Black systems 白色系统 Whitening systems 灰色系统 Grey生物系统 工程系统，社会系统，管理系统 矿藏系统，生物系统，技术系统 法律系统，文学系统，艺术系统 原子系统，简单工具 生命系统，生产系统，社会系统 气象系统，生物系统，生产系统 建筑物，地图 宇宙飞船的密封仓 外加磁/电场中的磁/电介质系统 生命系统，经济系统，社会系统 银河系外遥远星座，待设计产品 可拆卸的机器，已解决的问题 农业系统，人体系统
定的工程物质对象。
图6 人类首次登上月球 物质系统 Physical systems 外加磁/电场中的磁/电介质系统 ④进行优化计算或仿真实验。
国时的子思、孟子提出了“天人合
一”的思想。这些学说都把宇宙看 作一个整体。
5.4.2 工业工程方法论的体系
• IE专门技术与系统工程方法 相结合现代IE的标志之一。
• 在IE的研究与应用中，要充 分认识其方法论的意义和系 统工程在整个IE方法与技术 体系中的支配地位。
• 参照系统工程中的霍尔三维 结构，可将IE方法论的形式 体系归结为图8。
系统诊断与分析
系统规划与设计
系统实施与运行
划分依据
系统起源 要素性质 要素数量 与时间关系 与外界作用
认识论
系统类型
自然系统 Natural systems 人工系统 Artificial systems 物质系统 Physical systems 概念系统 Conceptual systems 简单系统 Simple systems 复杂系统 Complex systems 动态系统 Dynamic systems 静态系统 Static systems 孤立系统 Island systems 封闭系统 Closed systems 开放系统 Open systems 黑色系统 Black systems 白色系统 Whitening systems 灰色系统 Grey生物系统 工程系统，社会系统，管理系统 矿藏系统，生物系统，技术系统 法律系统，文学系统，艺术系统 原子系统，简单工具 生命系统，生产系统，社会系统 气象系统，生物系统，生产系统 建筑物，地图 宇宙飞船的密封仓 外加磁/电场中的磁/电介质系统 生命系统，经济系统，社会系统 银河系外遥远星座，待设计产品 可拆卸的机器，已解决的问题 农业系统，人体系统
《系统工程概述》PPT课件
柏 拉 图 的 宇 1.系统地发展了辩证法；
系、系统的结构
宙观
2.宇宙最初由两个三角形发展而来。
、系统的功能、
亚 里 斯 多 德 1.创造了形式逻辑，系统研究了思维规律； 系统的演化等方
的 三 段 论 和 2.提出了三段论和整体论；
面具有丰富而深
整体论
3.提出运行的天体是物质实体。
刻的研究成果。
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4
近 现 代 西 方 自 然 科 学 的 系 统 思 想
哥白尼的《 天体运行论 培根的《新 工具论》 笛卡尔的《 方法论》和 《解析几何 学》 马克思的系 统思想
反映系统思 想的其他科 学成果
1.对复杂的天体系统有深刻研究； 2.提出日心说。 1.对科学研究方法有独到研究； 2.提出定性—归纳推理的研究方法。 1.将几何学代数化，创立了解析几何； 2.提出了数学—演绎的研究方法； 3.提出了质量、时间、空间三个基本量纲； 4.提出“我思固我在”。 1.提出了辩证法和唯物主义； 2.提出了辩证法三个规律。 1.取得了人类历 史上 一系 列最 重大 的科 学发 明； 2.创立了物理学 、化 学、 生物 学等 自然 科学 及其分支；
1.将管理对象、 管理过程作为一 个整体进行研 究，促进了人们 对管理系统内组 成要素、要素之 间关系的认识； 2.将理论应用于 管理工程实践， 创造了人类奇 迹； 3.系统论及相关 理论直接出现。
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6
整体思想和联系思想是科学系统思 想的核心与实质。
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7
二、系统工程的理论的形成与发展
系统理论包括：
1、老三论（形成于二十世纪四十年代）：一般系统论、 控制论和信息论。 2、新三论（形成于二十世纪七十年代）：耗散结构理 论、协同论和突变论。
系统工程概论-第一章
用原子论解释认识论问题的：
. “影像说”：从事物中不断流溢出来的原子形 成了“影像”，而人的感觉和思想就是这种 “影像”作用于感官和心灵而产生的。 . 感性认识:是认识的最初级阶段，人的感官并 不能感知一切事物，例如原子和虚空就不能为 感官所认识。 理性认识:当感性认识在最微小的领域内不能 再看、再听、再嗅、再摸的时候，就需要理性 认识来帮助，因为理性具有一种更精致的工具。
(2)亚里士多德 .世界是由各种本身的形式与质 料和谐一致的事物所组成的.
“形式”则是每一件事物的个别 特征。如:鸡的“形式”是它会 鼓翅、会咕咕叫、会下蛋等。
“质料”是事物组成的材料，当 这只鸡死时，“形式”也就不再 存在，唯一剩下的就是鸡的物质。
.整体大于部分的总和,即整体功能 不等于各个部分功能的简单叠加
.政治上
阐述了奉行王道而成就帝王大业的圣王的制度 及论证了统一战争中的战略和战术
“隆礼重法,恩威兼施” “凡兼人者有三术:有以德兼人,有以力兼人, 有以富兼人。 “得地而权弥重，兼人而兵俞强” “得地而权弥轻，兼人而兵俞弱” “得地而权弥轻，兼人而国俞贫”
古代系统思想在实践中的应用1—都江堰水利工程
“善”是后天环境和教化学习的结果，“礼义 者，圣人之所生也，人之所学而能，所事而成 者也……可学而能、可事而成之在人才，谓之 伪” 。先天赋予的“性”和后天学事的“伪” 是一对矛盾，要解决矛盾通过“化性起伪”， 就是通过学、事而改变“性”。“性”和“伪” 是对立统一的，“无性则伪无所加，无伪则性 不能自美”，只有做到“性伪合，然后圣人之 名一” 。荀子的“性恶”论与孟子的“性善” 论有极大的区别，但就通过所谓的“圣王之教” 来教育感化民众这一目的而言，他们又是一致 的。
“天道不能干预人事”，“制天命而用之”
系统工程概述教学课件PPT
2024/7/25
8
needs.
系统工程
Systems Engineering (Discipline)
Systems Engineering is an engineering discipline whose
responsibility is creating and executing an interdisciplinary
people, hardware, software, facilities, policies, and
documents; that is, all things required to produce
systems-level results. The results include 12
参考资料
1. 吴祈宗. 系统工程. 北京：北京理工大学出版社，2011年 2. 梁迪(主编). 统工程. 北京：机械工业出版社，2005
3. 汪应洛(主编). 系统工程. 北京：机械工业出版社，2003
4. 《运筹学》教材编写组编，运筹学[M] （修订版），北京： 清华大学出版社，1996
9
系统工程
系统工程(Systems engineering，SE)，是20世纪中期兴起 的一种多学科交叉方法、一门多学科交叉工程学科
是实现“从概念到产品”研发的共性方法(通用方法) 它针对系统整体全寿命周期的问题，旨在运用系统的思
想和方法，对系统的问题进行预测、建模、设计、优化、 决策和评价等，为复杂系统问题提供技术可行、经济最 优的解决方案。 (如最优控制)
This general process of “Idea of systems engineering” was abstracted into the SIMILAR Process.
系统工程导论 第一章概述 第一节关于系统
钱学森的“系统”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。
第1.1节 关于系统
三个基本特征： ✓ 系统是由若干元素组成的； ✓ 这些元素相互作用、相互依赖； ✓ 具有特定的功能。
虽然有关系统的定义有很多种，但大都包含了上述三个 基本特征。
第1.1节 关于系统
美国的《韦氏（Webster）大辞典》： “有组织的或被组织化的整体；结合着的整体所形成的
第1.1节 关于系统
5.简单系统、简单巨系统和复杂巨系统 按复杂程度可分为简单系统、简单巨系统和复杂巨系统。 简单系统是指组成系统的子系统（要素）数量比较少，而且子系统
之间的关系也比较简单的系统，如一个工厂、一台设备等。 简单巨系统是指组成系统的子系统数量非常多、种类相对也比较多
（如几十种、甚至上百种），但它们之间的关系较为简单的系统。 复杂巨系统是指组成系统的子系统数量很多，具有层次结构，它们
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。这些要素可以是具体的物质，也可以是抽象的或非
物质的软件、组织等。
例如，一个计算机系统，一般都是由CPU、存储器、输入输出设备等硬件 组成，同时还包含有操作系统、程序开发工具、数据库等软件，它们形 成一个完整的集合。
第1.1节 关于系统
人造系统则是人们将有关元素按其属性和相互关系组合 而成的系统，如人类对自然物质进行加工，制造出各 种机器所构成的各种工程系统。
第1.1节 关于系统
2.实体系统与概念系统 凡是以矿物、生物、机械和人群等实体行为构成要素的
系统称之为实体系统。 凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性
的非物质实体所构成的系统称为概念系统，如管理系 统、军事指挥系统、社会系统等。 在实际生活中，实体系统和概念系统在多数情况下是结 合的，实体系统是概念系统的物质基础，而概念系统 往往是实体系统的中枢神经，指导实体系统的行为。
有特定功能的有机整体。
第1.1节 关于系统
三个基本特征： ✓ 系统是由若干元素组成的； ✓ 这些元素相互作用、相互依赖； ✓ 具有特定的功能。
虽然有关系统的定义有很多种，但大都包含了上述三个 基本特征。
第1.1节 关于系统
美国的《韦氏（Webster）大辞典》： “有组织的或被组织化的整体；结合着的整体所形成的
第1.1节 关于系统
5.简单系统、简单巨系统和复杂巨系统 按复杂程度可分为简单系统、简单巨系统和复杂巨系统。 简单系统是指组成系统的子系统（要素）数量比较少，而且子系统
之间的关系也比较简单的系统，如一个工厂、一台设备等。 简单巨系统是指组成系统的子系统数量非常多、种类相对也比较多
（如几十种、甚至上百种），但它们之间的关系较为简单的系统。 复杂巨系统是指组成系统的子系统数量很多，具有层次结构，它们
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。这些要素可以是具体的物质，也可以是抽象的或非
物质的软件、组织等。
例如，一个计算机系统，一般都是由CPU、存储器、输入输出设备等硬件 组成，同时还包含有操作系统、程序开发工具、数据库等软件，它们形 成一个完整的集合。
第1.1节 关于系统
人造系统则是人们将有关元素按其属性和相互关系组合 而成的系统，如人类对自然物质进行加工，制造出各 种机器所构成的各种工程系统。
第1.1节 关于系统
2.实体系统与概念系统 凡是以矿物、生物、机械和人群等实体行为构成要素的
系统称之为实体系统。 凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性
的非物质实体所构成的系统称为概念系统，如管理系 统、军事指挥系统、社会系统等。 在实际生活中，实体系统和概念系统在多数情况下是结 合的，实体系统是概念系统的物质基础，而概念系统 往往是实体系统的中枢神经，指导实体系统的行为。
第一章系统工程概论[1]
![第一章系统工程概论[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/6249bc7da76e58fafbb00311.png)
l 我国计划经济的最基本原理是有计划按比 例发展，综合平衡各部门之间按比例发展， 系统工程把整个国民经济当作一个大系统。 分析总结出投入产出综合模型，对系统中 各因子进行分析，确定各部门的投入及生 产规模，以求最终平衡，实现安比例发展 的目标。
第一章系统工程概论[1]
l 系统工程的应用是相当广泛的，大至我们的国 家、社会、各行业、部门、各种服务系统、小 至企业、企业的产品开发，经营预测，库存管 理都涉及到系统工程管理问题，对于象国民经 济各部门如何达到费用最省结构最合理。如何 使资源利用最优、利润最大，人员配备问题、 几名工人、几项工作，一人只能承担一项工作。 当不同的人从事各种工作的效益不同时，如何 分配人员才能使全工程组收益最大。
第一章系统工程概论[1]
缺一不可，真可谓一举三济，消费以看出，丁谓在解决问 题时，并没有把三个工程孤立地分割开来，而 是把他们有机地放在一个整体中，从中找到他 们之间的有机联系，从而解决了问题。
第一章系统工程概论[1]
田忌赛马的故事
第一章系统工程概论[1]
1.1 系统的基本概念
l 1.1.1 系统的定义 l 1.1.2 系统的分类 l 1.1.3 系统的特征 l 1.1.4 系统的结构与功能 l 小结 l 作业
第一章系统工程概论[1]
1.1 系统的基本概念
1.1.1 系统的定义
系统（System）一词来源于希腊文systema。
第一章系统工程概论[1]
丁谓修复皇宫的故事
l 宋朝《梦溪笔谈》中记载了这样一个故事，说得是北宋 真宗年间，皇宫失火，皇帝召各大臣商议如何在很短的 时间内修复好皇宫，而修复皇宫包括清理废墟，取土烧 砖，运输建筑材料三大工程，但在当时的条件下，这边 是相当繁重的工程，大家都无以言答，当时有个叫丁谓 的大臣领了此任务，他提出了一个一举三得的方案；在 皇宫前的大道上在皇宫前的大道上挖沟取土烧砖，解决 了取土烧砖的问题，引汴河水入沟，由汴河从水路运入 材料、石材等建筑材料，解决运输建筑材料的问题，修 复好皇宫后将碎砖废瓦再填回原来的沟内以修好大道， 解决清理废墟问题，该方案三环节环环紧扣，
第一章系统工程概论[1]
l 系统工程的应用是相当广泛的，大至我们的国 家、社会、各行业、部门、各种服务系统、小 至企业、企业的产品开发，经营预测，库存管 理都涉及到系统工程管理问题，对于象国民经 济各部门如何达到费用最省结构最合理。如何 使资源利用最优、利润最大，人员配备问题、 几名工人、几项工作，一人只能承担一项工作。 当不同的人从事各种工作的效益不同时，如何 分配人员才能使全工程组收益最大。
第一章系统工程概论[1]
缺一不可，真可谓一举三济，消费以看出，丁谓在解决问 题时，并没有把三个工程孤立地分割开来，而 是把他们有机地放在一个整体中，从中找到他 们之间的有机联系，从而解决了问题。
第一章系统工程概论[1]
田忌赛马的故事
第一章系统工程概论[1]
1.1 系统的基本概念
l 1.1.1 系统的定义 l 1.1.2 系统的分类 l 1.1.3 系统的特征 l 1.1.4 系统的结构与功能 l 小结 l 作业
第一章系统工程概论[1]
1.1 系统的基本概念
1.1.1 系统的定义
系统（System）一词来源于希腊文systema。
第一章系统工程概论[1]
丁谓修复皇宫的故事
l 宋朝《梦溪笔谈》中记载了这样一个故事，说得是北宋 真宗年间，皇宫失火，皇帝召各大臣商议如何在很短的 时间内修复好皇宫，而修复皇宫包括清理废墟，取土烧 砖，运输建筑材料三大工程，但在当时的条件下，这边 是相当繁重的工程，大家都无以言答，当时有个叫丁谓 的大臣领了此任务，他提出了一个一举三得的方案；在 皇宫前的大道上在皇宫前的大道上挖沟取土烧砖，解决 了取土烧砖的问题，引汴河水入沟，由汴河从水路运入 材料、石材等建筑材料，解决运输建筑材料的问题，修 复好皇宫后将碎砖废瓦再填回原来的沟内以修好大道， 解决清理废墟问题，该方案三环节环环紧扣，
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《系统工程概论》
主讲教师： 罗 强
李小平
武汉大学 水利水电学院
1
罗强：
E-mail：qluo@ 地址：武汉大学水利水电学院农水楼305室
李小平：
Telphone: 68772202 地址：武汉学计划
1.课程性质： 2.学分/学时： 3.上课时间： 4.上课地点： 6.成绩评定： 全校公选课 2学分/36学时 1-13周，周四12－14节 1区3－402教室 平时成绩40%，期末60%
•20世纪30年代末，战争需要，研制雷达系统，产生运筹学
•运筹学的贡献：把系统有效运行的制约因素和要实现的目标 这一共性，概括成一种数学模式：联立约束方程和目标函数 并求解 •运筹学的成熟标志：瓦格纳（1969）《运筹学原理和对管理 决策的应用》
17
发展过程
•控制论（维纳，1894-1964）：关于动物和机器中控制和通 信的科学，基础是自动控制技术和统计数学 •它对系统科学的贡献：提炼出了包括生物系统和人工系统 的共性和规律，提炼出的概念：目的、行为、通信、输入、 输出、反馈、控制等，及在这些概念上的模型，联系着理论 与应用 •信息学（申农，1948）：对系统的信息传递和处理过程规 律 •计算机技术（1948）：不单是威力巨大的计算手段，标志 着人类对信息处理本质的认识，即人的智能机理，实现了人 的信息处理的智能可以部分由人造物代替
•强调全局观念、从全局出发合理使用局部、最终求得 全局效果最佳，从而找到精确计算后的获胜对策
13
•综合起来，系统思想是进行分析与综合的辩证思 维工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表 达形式，在运筹学等学科那里找到了定量的表达 形式，在系统工程这里获得了丰富的实践内容 •系统思想是从经验到哲学、从思辩到定性再到定 量的发展过程
9
鱼嘴分水堤
10
飞沙堰溢洪道
11
12
•现代科学技术使系统思想定量化，成为有数学理论、 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法 •计算机技术的发展为定量化系统思想的应用提供了强
有力工具
•社会实践活动的大型化和复杂化要求系统思想方法定 性与定量相结合
•第二次世界大战是定量化系统方法的“催生婆”
18
发展过程
•运筹学、控制论和信息论的成就，把科学的定量的系统思 想适用范围，从自然物扩展到人工物，从物理扩展到事理， 为系统科学横断自然科学、社会科学和工程技术的基本特征 的形成奠定了基础
•系统工程概念提出：美国贝尔电话公司，20世纪40年代 •1957年，古德和麦考尔出版了《系统工程》 •泰勒（1856-1915）：由科学管理发展到管理科学 •系统工程的成功范例：阿波罗飞船登月成功（1969） •1972年成立国际应用系统分析研究所 •20世纪70-80年代：建立系统自组织理论
19
发展过程
•耗散结构理论（普利高津，1969）：在开放且远离平衡情 况下，系统通过和环境进行物质与能量交换，一旦某个参量 变化达到一定的阈值，就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
•协同学理论（哈肯，1969）：一个系统从无序到有序的关 键不在于系统是平衡或非平衡，也不在于离平衡有多远，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
•20世纪出现了许多大型、复杂的工程技术和社会经济问题， 要求从整体上加以优化解决
15
•发展过程
16
发展过程
•直接把系统作为研究对象：贝塔朗菲（1910-1971）的一般 系统论（1937、1945） •他认为：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
5
第一章 系统与系统科学
主要内容
第一节 系统科学的形成与发展
第二节 系统科学基本概念与方法
6
第一节 系统科学的形成与发展
本节内容
一、古今系统思想 二、系统科学的产生与发展 三、系统科学的体系结构和地位
7
一、古今系统思想
•系统思想是关于事物整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念
•系统概念源于人类社会实践：
5.考查形式与时间：报告、考查
3
二、授课内容
1、系统与系统科学
2、系统工程及其方法论 3、系统分析 4、系统预测 5、系统建模与仿真 6、系统综合评价 7、系统可行性分析 8、系统决策分析 考查
3学时
3学时 9学时 3学时 6学时 3学时 3学时 3学时 3学时
4
三、教学参考书
1.喻湘存，熊曙初，《系统工程教程》，清华大学 出版社，2006年2月 2.《运筹学》（第二版），清华大学出版社 3. 许国志，《系统科学》，上海科教出版社，2000
14
二、系统科学的形成和发展
科学背景
•20世纪初，微观层次建立了统一的量子力学和原子结构理论 •宇宙层次建立了科学的宇宙结构学说 •特别是综合了粒子物理成就的宇宙演化模型的建立，从根本 上为科学的系统演化理论的形成和发展打下了坚实的基础 •在这样的背景下，人们开始重点集中于以人为尺度的宏观层 次，寻求这个层次的事物的产生、发展和演化的共性规律 •反映这一趋势的代表：薛定谔（1943）在爱尔兰的报告“生 命是什么：活细胞的物理学观”
《黄帝内经》：强调人体各器官的有机联系、生理现 象和心理现象的联系、身体健康和自然环境的联系 都江堰工程：鱼嘴岷江分水工程、飞沙堰分洪排沙工 程、宝瓶口引水工程和120个附属渠堰工程之间的联系 处理恰到好处 古希腊：德谟克利特《世界大系统》
8
都江堰水利工程
• 都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止， 年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 • ２２００多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，为 文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。 • 都江堰渠首的三大主体工程 鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、 宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、 自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原 成为“水旱”的“天府之国”。 • 目前灌溉面积已达 40 余县，１９９８年超过一千万亩。都 江堰水利工程的三个子工程融为一个整体，巧妙配合实现了 彻底排沙、最佳水量的自动调节的作用。
主讲教师： 罗 强
李小平
武汉大学 水利水电学院
1
罗强：
E-mail：qluo@ 地址：武汉大学水利水电学院农水楼305室
李小平：
Telphone: 68772202 地址：武汉学计划
1.课程性质： 2.学分/学时： 3.上课时间： 4.上课地点： 6.成绩评定： 全校公选课 2学分/36学时 1-13周，周四12－14节 1区3－402教室 平时成绩40%，期末60%
•20世纪30年代末，战争需要，研制雷达系统，产生运筹学
•运筹学的贡献：把系统有效运行的制约因素和要实现的目标 这一共性，概括成一种数学模式：联立约束方程和目标函数 并求解 •运筹学的成熟标志：瓦格纳（1969）《运筹学原理和对管理 决策的应用》
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发展过程
•控制论（维纳，1894-1964）：关于动物和机器中控制和通 信的科学，基础是自动控制技术和统计数学 •它对系统科学的贡献：提炼出了包括生物系统和人工系统 的共性和规律，提炼出的概念：目的、行为、通信、输入、 输出、反馈、控制等，及在这些概念上的模型，联系着理论 与应用 •信息学（申农，1948）：对系统的信息传递和处理过程规 律 •计算机技术（1948）：不单是威力巨大的计算手段，标志 着人类对信息处理本质的认识，即人的智能机理，实现了人 的信息处理的智能可以部分由人造物代替
•强调全局观念、从全局出发合理使用局部、最终求得 全局效果最佳，从而找到精确计算后的获胜对策
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•综合起来，系统思想是进行分析与综合的辩证思 维工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表 达形式，在运筹学等学科那里找到了定量的表达 形式，在系统工程这里获得了丰富的实践内容 •系统思想是从经验到哲学、从思辩到定性再到定 量的发展过程
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鱼嘴分水堤
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飞沙堰溢洪道
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•现代科学技术使系统思想定量化，成为有数学理论、 能够定量处理系统各组成部分相互联系的科学方法 •计算机技术的发展为定量化系统思想的应用提供了强
有力工具
•社会实践活动的大型化和复杂化要求系统思想方法定 性与定量相结合
•第二次世界大战是定量化系统方法的“催生婆”
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发展过程
•运筹学、控制论和信息论的成就，把科学的定量的系统思 想适用范围，从自然物扩展到人工物，从物理扩展到事理， 为系统科学横断自然科学、社会科学和工程技术的基本特征 的形成奠定了基础
•系统工程概念提出：美国贝尔电话公司，20世纪40年代 •1957年，古德和麦考尔出版了《系统工程》 •泰勒（1856-1915）：由科学管理发展到管理科学 •系统工程的成功范例：阿波罗飞船登月成功（1969） •1972年成立国际应用系统分析研究所 •20世纪70-80年代：建立系统自组织理论
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发展过程
•耗散结构理论（普利高津，1969）：在开放且远离平衡情 况下，系统通过和环境进行物质与能量交换，一旦某个参量 变化达到一定的阈值，就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
•协同学理论（哈肯，1969）：一个系统从无序到有序的关 键不在于系统是平衡或非平衡，也不在于离平衡有多远，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
•20世纪出现了许多大型、复杂的工程技术和社会经济问题， 要求从整体上加以优化解决
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•发展过程
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发展过程
•直接把系统作为研究对象：贝塔朗菲（1910-1971）的一般 系统论（1937、1945） •他认为：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
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第一章 系统与系统科学
主要内容
第一节 系统科学的形成与发展
第二节 系统科学基本概念与方法
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第一节 系统科学的形成与发展
本节内容
一、古今系统思想 二、系统科学的产生与发展 三、系统科学的体系结构和地位
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一、古今系统思想
•系统思想是关于事物整体性观念、相互联系的观念、 演化发展的观念
•系统概念源于人类社会实践：
5.考查形式与时间：报告、考查
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二、授课内容
1、系统与系统科学
2、系统工程及其方法论 3、系统分析 4、系统预测 5、系统建模与仿真 6、系统综合评价 7、系统可行性分析 8、系统决策分析 考查
3学时
3学时 9学时 3学时 6学时 3学时 3学时 3学时 3学时
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三、教学参考书
1.喻湘存，熊曙初，《系统工程教程》，清华大学 出版社，2006年2月 2.《运筹学》（第二版），清华大学出版社 3. 许国志，《系统科学》，上海科教出版社，2000
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二、系统科学的形成和发展
科学背景
•20世纪初，微观层次建立了统一的量子力学和原子结构理论 •宇宙层次建立了科学的宇宙结构学说 •特别是综合了粒子物理成就的宇宙演化模型的建立，从根本 上为科学的系统演化理论的形成和发展打下了坚实的基础 •在这样的背景下，人们开始重点集中于以人为尺度的宏观层 次，寻求这个层次的事物的产生、发展和演化的共性规律 •反映这一趋势的代表：薛定谔（1943）在爱尔兰的报告“生 命是什么：活细胞的物理学观”
《黄帝内经》：强调人体各器官的有机联系、生理现 象和心理现象的联系、身体健康和自然环境的联系 都江堰工程：鱼嘴岷江分水工程、飞沙堰分洪排沙工 程、宝瓶口引水工程和120个附属渠堰工程之间的联系 处理恰到好处 古希腊：德谟克利特《世界大系统》
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都江堰水利工程
• 都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止， 年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。 • ２２００多年来，至今仍然连续使用，仍发挥巨大效益，为 文明世界的伟大杰作，造福人民的伟大水利工程。 • 都江堰渠首的三大主体工程 鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、 宝瓶口进水口三大部分构成，科学地解决了江水自动分流、 自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原 成为“水旱”的“天府之国”。 • 目前灌溉面积已达 40 余县，１９９８年超过一千万亩。都 江堰水利工程的三个子工程融为一个整体，巧妙配合实现了 彻底排沙、最佳水量的自动调节的作用。