系统工程课件

1《系统工程》讲义第1章系统1.1系统的概念1.1.2系统的定义系统是由若干个可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素，在给定的环境约束下，为达到特定功能，以一定结构形式而存在的有机集合体。而这个系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。由于系统概念是逐步形成的，至今对系统的认识也还没有结束，系统的概念还在发展，因此对系统概念的理解应持发展的观点。对系统概念的理解必须从以下几方面去考虑：①系统必须由两个或两个以上的要素（部分、要素）组成。要素是构成系统最基本单位，因而也是系统存在的基础，系统离开了要素就不成其为系统。构成系统的要素随系统的不同而不同，要素的树目的多少是由系统的复杂程序所决定的。②系统是按一定方式结合的有机整体。系统整体与要素、要素与要素、整体与环境之间，存在着相互作用和相互联系的机制。例如钟表是由齿轮、发条、指针装配而成的，但随便把一堆齿轮、发条、指针放在一起不能构成钟表，必须按一定的结合关系装配起来才行。③任何系统都有特定的功能，是整体具有且不同于各个组成要素的新功能。这种新功能使系统内部有机联系的要素、以及系统以整体方式和系统环境之间相互作用所决定的。我国国古代谚语“三个臭皮匠；顶上一个诸葛亮”，说的是几个普通人组织起来集思广益的集体智慧是惊人的。但俗话说：“一个和尚挑水吃；两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”，为什么同样是三个普通人，会有如此大的差别呢?这里的关键就是系统如何来组织，以满足特定的系统功能。任何事物都是系统和要素的对立统一体，系统与要素的对立统一是客观事物的本质属性和存在方式，它们相互依存、互为条件，在事物的运动和变化中，系统和要素总是相互伴随而产生，相互作用而变化。系统和要素的相互作用是：1．系统通过整体作用来支配和控制要素当系统处于平衡稳定条件时，系统通过其整体作用来控制和决定各个要素在系统中的地位、排列顺序、作用的性质和范围的大小，统率着各个要素的特性和功能，协调着各个要素之间的数量比例关系等等。每个要素以及要素之间的相互关系都由系统所决定。系统整体稳定，要素也稳定。当系统的功能和特性发生变化，要素以及要素之间的关系也随着变化。如政府机构改革，政府管理功能变化，随之要求政府机构设置等诸要求产生变化。2.要素通过相互作用决定系统的特性和功能系统中每一个要素的性质或行为将影响到整个系统的性质或行为，例如在人体系统中每一个器官的性质或行为将会影响人体这个整体的性质或行为，人们通常所说的十指连心就是如此。但每一个要素的性质或行为，以及它影响整体的途径依赖于其他一个或几个要素的性质或行为。因此，没有一个要素是独立地影响整体的，同时系统不能分解成独立的要素，一个系统也不能分解成独立的子系统。例如，人体内的所与子系统，像神经系统、呼吸系统、消化系统等是相互影响的，并且每一个子系统都非独立地影响系统的性能。因此，任何一个子系统都不可能脱离人体而成为一个独立的系统。一般说来，要素对系统的作用有两种可能趋势：一种是如果系统的各组成要素具有一种2协调、适应的比例关系，就能维持系统的动态平衡和稳定，并促使系统走向组织化、有序化；另一种是要素相互之间出现不协调、不适应的的比例关系，这就会破坏系统的平衡和稳定，甚至使系统衰退和死亡。3．系统和要素的概念是相对的由于事物生成和发展的无限性，系统和要素的区别是相对的。由要素组成的系统，又是较高一级系统的组成部分，它在这个更大系统中的地位是一个要素，而同时它本身又是较低一级要素的系统。如军队油料系统是军队后勤系统的一个要素，但军队油料系统又是包含油品、油料保障人员、油料保障设备等诸要素在内的一个系统。1.2系统的特征在系统概念和系统形态的基础上，可概括出系统的特征。明确系统的特征，是我们认识系统、研究系统、掌握系统思想的关键。一般说来，系统有七大特征。1.2.1目的性1.2.2集合性1.2.3相关性1.2.4层次性1.2.5整体性1.2.6环境适应性1.2.7动态性1.3系统的结构、功能和生命周期系统的结构与功能是系统科学的基本范畴，是系统不可分割的两个方面。系统的结构是系统保持整体性及具有一定功能的内在依据。系统科学就是从系统的结构与功能的观点出发去研究整个客观世界的科学。探讨系统结构与功能是理解系统的基本特性和系统方法应用的—个重要环节。1.3.1系统的结构所谓结构，是指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素在时间或空间上排列和组合的具体形式。结构是系统的普遍属性。没有无结构的系统，也没有离开系统的结构。无论是宏观世界还是微观世界，一切物质系统都无一例外地以一定结构形式存在着、运动着和变化着。目前“结构”一词已被广泛地应用到自然、社会和人的思维各领域中。属于自然界领域的，如宇宙结构、生态环境结构、人体结构等都属于社会领域的，如经济结构、产业结构、区域结构、组织结构、人才结构等；属于思维领域方面有逻辑结构、概念结构等。结构所揭示的是系统要素内在的有机联系形式。而系统结构在整体上又有它的若干特点。1.3.1.1结构的稳定性1.3.1.2结构的层次性1.3.1.3结构的开放性1.3.1.4结构的相对性1.3.2系统的功能系统的结构与功能是不可分割的一对范畴，理解系统的结构是理解系统功能的基础。与系统结构的概念相对应，把系统与外部环境相互作用所反映的能力称为系统的功能。当然，各种系统的特定功能是不一样的，但从一般意义上来说，系统功能体现了一个系统与外部环境之间的物质、能量和信息的输入与输出的转换关系，可以用如图1-3-1所示。输入输出（物质、能量、信息）（产品、人才、成果、服务等）图1-3-1处理或转换3系统的输入是作为原材料的物质、能量与信息。系统的输出是经过处理(或转换、加工)的物质、能量与信息，例如产品、人才、成果、服务等等。所以，系统可以理解为一种处理或服务机构，它把输入转变成人们所需要的输出。从狭义上来说，处理或转换就是系统的功能。对于闭环系统，也把反馈作为系统的功能。系统结构所说明的是系统内部状态和内部作用，而系统功能所说明的是系统的外部状态和外部作用。贝塔朗菲曾解释：结构是“部分的秩序”，“内部描述本质上是‘结构’描述”。功能是“过程”的秩序，“外部描述是‘功能’描述”。功能是系统内部固有能力的外部表现，它归根到底是由系统的内部结构所决定的。系统功能的发挥，既要受环境变化制约，又要受系统内部结构制约和决定，这就体现了功能对于结构的相对独立性和绝对依赖性的双重关系。系统功能具有两个特性：①易变性。系统功能与系统结构相比是更为活跃的因素。一个系统对外部条件发挥功能总要遵循一定的规律，表现为一定的秩序。随着环境条件的不同，将相应地引起系统功能的变化。一个系统的结构在一定阈值内总是稳定的，但功能则不同，当环境有所变动，此时系统与环境相互作用的过程、状态、效果都会随环境条件变化而变化。所以系统在发挥功能的过程中，随着环境条件的变化而相应地调整它的程序、内容和方式，不断地促进系统结构的变革，以使系统不断地获得新的功能。②相关性。系统功能与系统结构一样也存在着相关性。在一个大系统内部，其要素之间的相互作用本来是属于系统结构关系，但如果把每个要素或子系统作为一个整体来考察，则子系统之间的相互作用又转化为独立子系统之间的功能关系。例如，企业组织系统可划分为计划职能子系统、生产职能子系统、财务职能子系统、销售职能子系统等等。在分析它们的管理活动时，往往又赋予它们以相对独立的性质。这样在企业内部职能子系统之间，彼此又构成为内部环境，其相互作用关系则成为功能关系。所以，不能认为功能关系就是绝对的功能关系，结构关系就是绝对的结构关系，它们之间在一定条件下，是可以互相转化的。系统的功能反映系统与外部环境的关系，表达出系统的性质和行为，从研究系统与环境的相互关系中把握系统的能力和行为的方法，即所谓的系统功能方法。它包括功能分析方法、功能模拟方法和黑箱方法等。1.3.3系统的结构与功能的关系结构是功能的内在根据，功能是要素与结构的外在表现。一定的结构总是表现一定的功能，一定的功能总是由一定的结构产生的。系统的结构决定系统的功能，结构的变化制约着系统整体的发展变化。结构的改变必然引起功能的改变。例如，在企业管理中，同样的劳动者，劳动手段和劳动对象，由于企业组织形式不同，导致劳动生产率大不相同。结构对功能之所以起主要决定作用，原因是：①结构使系统形成了不同于它的诸要素的新质。系统是由它的诸要素组成的，但它的质不能归结为孤立状态下各要素的质的总和。系统的各个要素在相互联系相互作用中，交流和交换着物质、能量和信息，因而，它一方面使系统整体出现了其要素所没有的新质；另一方面又丧失了其要素的某些质。在新质的基础上。系统整体获得了新的功能，整体的功能主要取决于要素之间的结构。②组成要素的行为在一定约束条件和协同作用下决定系统的功能，“约束”和“协同”是由系统结构所赋予的。结构与功能的关系不是一一对应的，功能具有相对的独立性。例如，电子计算机和人脑两者的结构是极不相同的，但是在对信息进行加工的过程中，它们在许多方面具有相同的逻辑功能。因而后者可以在一定程度上用前者来代替。因此功能不可能机械地依赖于结构，而有它的独立性。但这种独立性是相对的，计算机与人脑只有在某些方面和某种程度上才具有4相同的功能。功能对结构不仅具有相对独立性，而且对结构有巨大的反作用。功能在与环境的相互作用中，会出现与结构不相适应的异常状态，当这种状态持续一定时间时，就会刺激、迫使结构发生变化，以适应环境的需要。例如，由于经济环境的变化，企业结构由生产型结构转变为经营型结构、开拓型结构。功能对结构的反作用有两种情况：一种是促使系统结构进化；另一种是环境的变化引起系统原有的功能衰退、停滞，最终出现结构的衰退。总之，结构决定功能，功能对结构具有反作用。根据结构决定功能原理，通过系统结构的变化来分析系统功能的方法称为结构功能方法。对结构与功能的分析有以下四种情况：①同构异功。即同一结构的系统可以产生不同功能。例如，两个企业结构相同，一个赢利，而另一个亏损。②同功异构。即一种功能可由多种结构来实现。以计时为例，从古代的日晷到机械手表、石英电子表，结构虽然不同，但同样都有计时功能。③同构同功。即相同的结构表现为相同的功能。例如，天然尿素具有促进农作物生长和发育的功能，而人工合成尿素与天然尿素具有相同结构，并发挥与天然尿素同样的功能。④异构异功。即结构不同，表现的功能也不同。例如，在材料科学中，对一种金属材料运用不同的热处理方法，可以改变为多种组织结构，从而改变金属材料的性能。第2章系统工程2.1系统工程概述系统工程与传统工程除了“硬技术”与“软技术”的区别，还可从以下三个方面的综合性来考察：(1)研究对象的综合性传统工程有其特定的物的对象。如机械工程的物的对象是机械，电子工程是元件及其构成的电路，这种单纯的技术观点在解决一个问题时有可能给另一个问题留下隐患。系统工程则不把它研究的对象局限于某一特定范围，它既可以把机械、电子电路作为研究对象，也可以把各种自然现象，社会现象，人类的、社会的、企业的组织体，管理方法和程序等作为研究对象。(2)应用学科知识的综合性根据研究对象的不同，应用学科知识的综合情况不同，系统工程可以和工程学那样，应用数学、物理、化学等基础自然科学，也可以应用管理科学、控制论、信息论等某些工程技术科学，又可应用社会学、经济学、心理学、法学等社会科学。综合运用各个学科的知识，是为了达到给定的系统目的。系统工程是一门横跨社会科学、自然科学和工程技术科学的综合性科学。(3)考核效益的综合性传统工程较多着眼于技术合理性，例如技术性能、结构、效率等。而系统工程则是从总体最优出发，除考虑技术合理性外，还要考虑功能、组成、协调、规划、效果等组织管理性质之类的问题，尤其要考虑社会效果问题，如社会方面的利益、污染问题、就业、能源、交通等。虽然系统工程与传统工程有很大不同，但它们之间又是相互联系、相辅相成的。系统工程可以获得工程开发的最佳方案、策略和规划，为工程实施创造良好的前提条件，即为运用传统工程建造目的工程