系统工程原理

系统工程原理谭跃进教授E-mail：[e-mail]电话：4573501(O)，13308491389（军线：61389）罗鹏程副教授E-mail：[e-mail]电话：4573539(O)，13308492836（军线：62836）国防科大信息系统与管理学院系统工程系国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT2课程学习目的、要求通过课程学习，掌握系统工程方法论，能用系统的观点分析问题，并掌握系统工程分析解决问题的基本概念、基本原理和基本方法，初步具有运用系统建模、系统分析、系统预测、系统评价、系统决策与系统网络计划等系统工程方法分析解决实际问题的能力。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT38第十章系统网络技术6第四章系统结构模型4第六章投入产出分析2考试4第二章系统工程方法论2第一章绪论8第九章系统决策6第八章系统评价10第七章系统预测6第五章层次分析法4第三章系统建模与系统分析学时数内容课程计划国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT4参考书：汪应洛等，系统工程，机械工业出版社，2003王众托等，系统工程引论，电子工业出版社，2006白思俊等，系统工程，电子工业出版社，2006陈宏民等，系统工程导论，高等教育出版社，2006孙东川等，系统工程导论，清华大学出版社，2004教材：谭跃进等，系统工程原理，国防科大出版社，1999教材和参考书国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT5第一章绪论系统工程原理国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT6钱学森对系统的描述性定义：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分（元素）结合成的具有特定功能的有机整体，记为S=E，R其中（Elements）为系统（Systems）中所有元素构成的集合，（Relationship）为系统中所有关系的集合。1.1系统的概念ESR国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT7系统定义的三个基本特征:(1)系统是由若干元素组成的；(2)这些元素相互作用、相互依赖；(3)由于元素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定的功能。1.1系统的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT8系统的五个基本特性:□整体性□层次性□相关性□目的性□适应性1.1系统的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT9关于系统的整体性系统的整体性就是强调“整体功能大于各部分功能之和”，即“1＋12”系统具有整体的结构、整体的特性、整体的状态、整体的行为、整体的功能等。1.1系统的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT10关于系统的层次性1.1系统的概念任何一个系统都可以分解为一系列的不同层次的子系统，而它本身又是它所从属的一个更大系统的子系统。iSSSiS子系统：如果系统的元素集合满足以下条件，则称为系统的一个子系统：（1）是的子集合，即（2）本身是一个系统。SSiSiSiSiSiSSS国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT11关于系统的层次性1.1系统的概念系统的层次结构：组分（子系统）及组分（子系统）之间的关联方式的总和。关联方式主要是因果关联（数学和逻辑关系），表现形式有树状结构和网状结构两种。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT12树状结构示意图关于系统的层次性1.1系统的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT13网状结构示意图关于系统的层次性1.1系统的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT14扁平化的网状结构示意图关于系统的层次性1.1系统的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT15网络系统及层次性1.1系统的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT16系统的分类1.1系统的概念□自然系统与人造系统□实体系统与概念系统□动态系统和静态系统□控制系统与行为系统□开放系统与封闭系统国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT171.1系统的概念开放系统指系统与环境之间进行物质、能量或信息交换。封闭系统则相反，即系统与环境互相隔绝，它们之间没有任何物质、能量或信息交换。这里定义的物质、能量和信息全面开放的系统，物理学尚无专门定义。系统与环境之间具有边界，系统边界如何划分？系统的分类：开放系统与封闭系统国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT181.1系统的概念1、现代化与复杂性构成客观世界的三个基本要素——物质、能量和信息不断丰富，其结果使得事物之间的相互联系加强，整个世界朝着复杂性不断增加的方向发展，这是不依人的主观意志为转移的客观规律。社会的演变方向复杂性增加□空间狭窄□时间缩短□普遍联系加强系统的分类：简单系统与复杂系统国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT191.1系统的概念无论如何，我们将被迫在知识的一切领域中运用“整体”或者“系统”来处理复杂性问题，这将是对科学思维的一个根本改造。——贝塔朗菲系统的分类：简单系统与复杂系统国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT201.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统2、复杂系统的外部表现系统规模大复杂系统系统行为复杂系统规模大同时行为复杂国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT211.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统3、复杂系统的内在表现•开放性：考虑系统与其环境之间的物质、能量或信息交换，更能反映客观世界的真实性；•非线性：具有多解、多稳态，能够描述稳定性交换，更能追踪客观世界的多样性；•随机性：微涨落放大，更能体现系统从无序到有序或从有序到混沌的自发性；•涌现性(突现性)：通过整体与局部的关系，研究系统整体的涌现行为，更能体现系统结构与行为演化的目的性。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT221.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统4、钱学森关于系统的分类小系统简单系统系大系统统简单巨系统巨系统一般复杂巨系统复杂巨系统特殊复杂巨系统国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT231.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统4、钱学森关于系统的分类小系统：大体上说，由几个、十几个元素或子系统组成的系统；大系统：由上百个、上千个元素或子系统组成的系统；巨系统：元素或子系统数量极大，成万上亿，上百亿，万亿。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT241.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统4、钱学森关于系统的分类巨系统60年代末提出了大系统概念和大系统理论。随着社会经济、生态环境等系统成为研究对象，人们发现还存在比大系统的规模大得多的系统。70年代末，钱学森在论述社会系统工程时第一次提出巨系统概念。巨系统的行为特性不同于小系统和大系统。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT251.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统4、钱学森关于系统的分类简单巨系统(线性的巨系统)复杂巨系统人的大脑作为一个巨系统，空间占有虽十分有限，但所包含的神经元约1011数量级。在巨系统中，如果不仅系统单元数量巨大,而且组分之间的关联方式复杂（如非线性、不确定性、模糊性、动态性、适应性等），这就是复杂巨系统。从人脑系统行为特性看，是一个典型的复杂巨系统。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT261.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统4、钱学森关于系统的分类开放的复杂巨系统人类社会系统是一个巨系统（如中国人口的微观组分（人）接近13亿，即1.3´109），这个系统与环境进行物质、能量、信息的交换，接受环境的输入和干扰、向环境提供输出，而且还不断适应和不断进化，是一个典型的开放的（特殊）复杂巨系统。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT271.1系统的概念系统的分类：简单系统与复杂系统4、钱学森关于系统的分类从小系统大系统巨系统复杂巨系统开放的复杂巨系统是事物发展的必然结果，也是系统认识发展的必然结果。因此，关于系统的思想源于系统，并随着系统的发展而发展。有了不断发展的系统思想，才有了不断发展的系统理论、方法和工程实践。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT28钱学森对系统工程的定义：系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法。简言之“系统工程是一门组织管理的技术”。1.2系统工程的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT29(装备)系统工程定义美国军用标准MIL-STD-499A定义：“系统工程是将科学和工程技术的成就应用于：□通过运用定义、综合、分析、设计、试验和评价的反复迭代过程，将作战需求转变为一组系统性能参数和系统技术状态的描述；□综合有关的技术参数，确保所有物理、功能和程序接口的兼容性，以便优化整个系统的定义和设计；□将可靠性、维修性、安全性、生存性、人素工程和其它有关因素综合到整个工程工作之中，以满足费用、进度、保障性和技术性能指标。”国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT30装备系统工程需求约束条件武器装备系统系统工程过程综合权衡效能进度费用保障及时地部署、使用和保障一个有效的系统，并在可承受的费用条件下满足用户的需求。装备系统工程既是一个复杂的管理过程，又是一个复杂的技术过程国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT31技术与管理两个过程系统工程既是一个技术过程，又是一个管理过程。为了成功地完成系统的研制，在整个系统寿命周期内，技术和管理两方面都很重要。因此，美国防务系统管理学院把系统工程定义为“是为了达到所有系统要素的优化平衡，控制整个系统研制工作的管理功能，把作战需求转变为一组系统参数的描述，并综合这些参数以优化整个系统效能的过程。”军方强调管理过程1.2系统工程的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT32系统工程的特点□整体性(系统性)□关联性(协调性)□综合性(交叉性)□满意性(最优化)1.2系统工程的概念国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT军工产品项目定型管理33管子农事管理李冰父子工程管理孙子军事管理1.2系统工程的概念系统工程的形成与发展古代朴素的系统思想国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT341.2系统工程的概念都江堰水利工程示意图战国时期川西太守李冰父子主持修建。目标：利用岷江水资源灌溉川西平原、防洪与航运。包括三大工程及120多项配套工程。其总体构思是系统思想的杰出运用。两千多年来，都江堰一直发挥着巨大的效益，是我国最成功的水利工程。国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT军工产品项目定型管理351.2系统工程的概念古代朴素的系统思想孔子“不见树木，只见森林”国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT361.2系统工程的概念十五世纪下半叶，近代科学开始兴起，力学、天文学、物理学、化学、生物学等逐渐从哲学中分离出来。近代自然科学发展了研究自然界的独特的分析方法，包括实验、解剖和观察，把自然界的细节从总的自然联系中抽出来，分门别类地加以研究。这种考察自然界的方法移植到哲学中，就成为形而上学的思维方式。形而上学的出现是有历史根据的，是时代的需要，对科学、技术、文化的蓬勃发展起了不可磨灭的重要作用。但是，形而上学撇开总体的联系来考察事物和过程，蕴含着极大的局限性。——“只见树木，不见森林”国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT371.2系统工程的概念十九世纪上半叶，自然科学取得了一系列伟大成就。特别是能量转化、细胞和进化论的发现，使人类对自然过程的相互联系的认识有了很大提高。十九世纪的自然科学“本质上是整理材料的科学，关于过程、关于这些事物的发生和发展以及关于把这些自然过程结合为一个伟大整体的联系的科学”。马克思、恩格斯的辩证唯物主义认为，物质世界是无数相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过程所形成的统一整体。——“既见树木，又见森林”国防科技大学信息系统与管理学院S5.NUDT军工产品项目定型管理381940年，英国研制出了一种对付德国飞机空袭的新型警戒雷达。为此，成立了一个研究小组，并通过理论计算和战场实际统计分析，找到了雷达和高射武器合理运用和配合的