第一章系统工程概论

《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞第1章系统工程概论1.1系统的基本概念1.2系统工程概述1.3农业系统工程※本章重点与难点主要内容返回目录普通高等教育“十一五”国家级规划教材《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞系统科学方法论及系统按照马克思的时间和认识论的观点，人类的认识总是从实践中总结出来的，也就是说人类在改造自然界的同时，也在改造自己，人类总是在与自然界作斗争的过程中，靠自己的聪明才智取得需要衣、食物。他们在失败的挫折中吸取教训，在成功的喜悦中总结经验，长期的积累。逐步形成了某一方面一整套的认识，研究自然界的一般性方法，即科学论。系统工程是二十世纪六十年代以后才开始兴起的一门科学，它是以一种思想——系统思想，为指导解决社会实践问题的方法，在我国古代就有很多的系统思想的实例，他们有意或无意地在利用这种思想，但当时科学技术并不发达，因此还不叫系统工程。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞丁谓修复皇宫的故事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，《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞缺一不可，真可谓一举三济，消费以万计，这正是我国古代劳动人员自发引用这种思想的典型例子，从这个例子可以看出，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。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞田忌赛马的故事战国时期齐王和田忌赛马各从自己上等马、中等马、下等马中选送一匹进行比赛，每输一局，输银千两，齐王的马都比田忌的好，但田忌的下等马与齐王的上等马赛，用上等马对中等马，用中等马对下等马，这样田忌非但没有输，反而嬴了一千两银子，这便是系统中从整体出发，选最优方案，到最后实施的对策策略。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞都江堰水利工程举世闻名的四川都江堰水利工程是战国时期秦国的太守李冰父子二人主持修建的，都江堰水利工程由渔江分水工程；飞沙堰分洪排沙工程和宝并口引水工程三大主体工程巧妙地结合而成，这三个大主体工程和一百个附属堰形成了相互联系的有机整体，缺一不可，没有渔嘴分水工程就不能把岷江分为内江和外江；没有宝并口的束水作用，就不会形涡流，泥沙就过不了飞沙堰；如果没有飞沙堰，宝并口的束水口就要淤塞，内江之水就无法流入川西平原，正因为这个整体发挥了三个孤立部分所发挥不了的作用，才能导岷江之急流，化害为利，灌溉良田500多万亩。都江堰的规划和设计及其科学水平就是用今天的系统方法衡量也毫不逊色。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞系统思想的应用——曼哈顿计划曼哈顿计划是美国研制第一颗原子弹的计划第二次世界大战期间，美国总统罗斯福下令向日本广岛投放了第一颗原子弹，对盟国在二战中彻底击败法西斯，对中国的抗日战争最终取得胜利都有不可估量的影响，也为日本人留下了永久的灾难，美国第一颗原子弹计划就是曼哈顿计划。1940年，爱因斯坦等著名科学家向《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞美国政府建议研制原子弹，美国总统罗斯福采纳了，组织这种史无前例的工作，请理论生物学家奥本海默来组织领导这项工作。他动员了二万五千名各种专业的科学家和工程师困难的，人员众多，课题繁多，相互交错，他在执行计划的过程中，从整体出发把研究课题分解成大量的小课题，组织很多小课题，负责整个课题的研究工作，同时他又非常注重各课题之间的联系和层次，使全部课题组合《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞起来，能达到整个计划的最优结构。在生产原子弹燃料这一中心项目上，大家论证提出了六种方案，各不相让，他确定一个原则，首先要保证按时完成任务，其他皆是次要的，因此他根据可靠性理论中可靠性低的原件组成可靠性高的系统的原理，决定六种方案同时实验，结果按时《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞得到了生产原子弹的所需的铀，1949年5月成功地爆炸第一颗原子弹。在大规模的组织起来完成一项军事科研生产任务的大型系统工程中，时刻从系统的总目标出发，在系统的约束条件下最终完成了目标，但当时还没有系统工程这一词，但国外都认为这是系统工程方法成功的起点。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞投入产业模型在国民计划经济中的应用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。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞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。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义1.1.2系统的分类1.1.3系统的特征1.1.4系统的结构与功能小结作业《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞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。由词冠“sys-”和动词词干“tema”构成的复合词。共同地使定位原意是指事物中的共性部分和每一事物应占据的位置。也就是由部分组成整体的意思。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述系统思想（SystemThought）就其最基本的涵义来说，是关于事物的整体性观念、相互联系的观念、演化发展的概念。系统概念来源于人类长期的社会实践。人类自有生产活动以来，无不在同自然系统打交道。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述德谟克利特（Democritus）的“宇宙大系统”德谟克利特（约前460年～前370年）出生于色斯雷的海滨城市阿布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、生物等许多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。他对逻辑学的发展也作出了重要的贡献。德谟克利特的著作涉及自然哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、地理、生物和医学等许多方面，据说一共有52种之多，遗憾的是到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。马克思和恩格斯因此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者”。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述德谟克利特在自然科学上最重要的贡献，是他继承和发展了生活于公元前500年前后的留基伯的原子论，为现代原子科学的发展奠定了基石。曾论述了“宇宙大系统”，他认为世界是由原子和真空所组成，原子组成万物，形成不同的系统和有层次的世界。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述亚里士多德（Aristotle）的朴素系统观亚里士多德(约前384-前322)是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了巨大的贡献。提出关于整体性、目的性、组织性的观点，以及关于事物相互关系的思想（古代朴素的系统观念）《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述李冰的都江堰水利工程战国初期秦国李冰设计修造了伟大的都江堰，包括“鱼嘴”岷江分水工程、“飞沙堰”分洪排沙工程、“宝瓶口”引水工程三大主体工程和120个渠堰工程，工程之间的联系处理的恰到好处，形成一个协调运转的工程总体。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“水旱从人”的“天府之国”。我国历史上曾修建过许多水利工程，其中有名的就有芍(shuo)陂(bei)、漳水渠、郑国渠等，但大部分都先后报废，唯独李冰修建的都江堰经久不衰，两千多年来一直发挥着防洪、灌溉、航运等多种功效，成为我国历史上的一项奇迹。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（1）古今系统思想概述贾思勰（xie）的“齐民要术”著名学者贾思勰（xie）（南北朝北魏人，今山东寿平人）在其名著“齐民要术”一书中，叙述了气候因素与农业发展的关系，对农业与种子、地形、耕种、土壤、水分、肥料、季节、气候诸因素的相互关系，都有辨证的叙述，并提出了如何根据天时、地利和生产条件合理地安排农事活动。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的各种定义在韦氏大辞典（Webster大辞典）中，系统一词被解释为:有组织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各种概念和原理的综合；由有规则的相互作用、相互依赖的诸要素形成的集合等等。奥地利生物学家，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。在日本的JIS“运筹学术语”工业标准中,系统被定义为：许多组成要素保持有机的秩序向同一目标行动的体系。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义（2）系统的各种定义钱学森语：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机体，而且这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞系统的定义（概括）系统是由若干个（两个或两个以上）相互作用、相互依赖、相互制约、相互作用的元素组成的具有某种特定功能的有机整体。分析系统的定义，它包含四层意义：第一，系统是由两个或两个以上可以相互区别的元素组成的，单个元素构不成系统。第二，系统中的各元素相互间具有联系、彼此独立的各元素不能称其为系统。第三，系统是一个有机整体。1.1系统的基本概念1.1.1系统的定义第四，系统具有某种特定的功能。《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统（6）白色系统、黑色系统和灰色系统1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统原始的系统都是自然系统，如：天体、海洋、生态系统等；人工系统都存在于自然系统之中，如：人造卫星、海运船只、机械设备、生产管理、物流系统等等。1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统实体系统是指以矿物、生物、机械、能量和人等实体为构成要素所组成的系统，如：机械系统、计算机系统等；概念系统是指以概念、原理、原则、方法、制度、程序等非物质实体为构成要素所组成的系统，如：管理系统、教育系统、国民经济系统等。1.1系统的基本概念1.1.2系统的分类《系统工程》主编杜瑞成闫秀霞1.3系统的分类（1）自然系统与人工系统（2）实体系统与概念系统（3）开放系统与封闭系统（4）静态系统与动态系统（5）可控系统和不可控系统开放系统是指与外部环境有物质、能量和信息交换的系统，如：教育系统、企业系统等；封闭系统是指与外部环境无关的系统，实际上，没有绝对的封闭系统，只是有时把与环境联系较少，相对独立的系统看作封闭系统。1.1系统的基本概念1.1.2系统