第一章系统与系统理论概述.

第一章系统与系统工程基础第一节系统与系统理论第二节系统工程.第一节系统与系统理论1.系统概念.2.系统的形态.3.系统的特征.4.系统的结构与功能.5.系统的环境6.系统理论简介.什么是系统意义？在现实生活和理论探讨中，凡是着眼于处理部分与整体、差异与统一、结构与功能、自我与环境、有序与无序、合作与竞争、行为与目的、阶段与全过程等相互关系的问题，都是具有系统意义的问题。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。要素要素是构成系统的最小单位。系统必须由两个以上的要素（部分、元素）所组成。要素与要素之间存在着一定的有机联系。系统与要素的相互作用系统与要素的相互作用系统通过整体作用支配和控制要素要素通过相互作用决定系统的特性和功能系统和要素的概念是相对的P功能任何系统都有特定的功能，这是整体具有不同于各个组成要素的新功能，这种新功能是由系统内部的有机联系和结构所决定的。2.系统的形态.2.1自然系统与人造系统.2.2开放系统与封闭系统.2.3实体系统与概念系统.2.4动态系统与静态系统.2.5白色系统、灰色和黑色系统.2.6线形系统和非线形系统.2.1自然系统与人造系统自然系统是由自然物质（矿物、植物、动物、海洋等）形成的系统。大气系统、海洋系统，生态系统等.人造系统是为了达到人类所需要的目的，由人类设计和建造的系统。工程技术系统、经营管理系统、科学技术系统等.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.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.静态系统静态系统基于这样一个假设：系统状态的转移可以在瞬间完成。这意味着系统有无限多的储能可以利用.2.5白色系统、灰色和黑色系统白色系统：一目了然灰色系统：一知半解黑色系统：一窍不通.2.6线形系统和非线形系统线形系统：能够用线形数学模型描述的系统.线形系统在数学处理上十分简便，因此广泛应用.线形关系线形与非线形原本是一对数学概念，用以区别不同变量间的两种基本关系。变量之间最简单、最基本的关系是函数关系，即因变量对自变量的依存关系，因变量与自变量成比例的变化，即变化过程中二者的比值不变，称为线形函数。叠加原理和齐次性.非线形关系变比特性饱和特性非单调性震荡特性多值响应特性循环特性间断（跳跃）特性失灵特性折叠特性.3.系统的特征.3.1整体性.3.2相关性.3.3目的性.3.4环境适应性.3.1整体性.系统的整体性主要表现为系统的整体功能，这种整体功能不是各组成要素功能的简单叠加，而是呈现出各组成要素所没有的新功能。“整体不等于部分和”Fs、=、F1+F2+F3+……+FiFs:系统的整体功能Fi:各要素的功能(i=1,2,3…n)整体性“整体不等于部分和”1整体大于部分和：FsF1+F2+F3+……+Fi2整体等于于部分和：Fs=F1+F2+F3+……+Fi3整体小于部分和：FsF1+F2+F3+……+FiFs:系统的整体功能Fi:各要素的功能(i=1,2,3…n)整体性的体现系统量：指系统在组分上表现出来的量，他们在组分上不可理解或不能被发现。系统质：整体与部分之间存在某种可以比较的同质特性。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的，只有在整体中才能体现出来，一旦系统分解，便不复存在。系统特有的目的性。3.4环境适应性.4系统的结构与功能.4.1系统的结构.4.2系统的功能.4.3结构与功能的关系4.1系统的结构.4.1.1结构的基本概念.4.1.2结构的特点.4.1.1结构的基本概念指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式和秩序，即各要素在时间和空间上的排列组合的具体形式。空间结构：雪花钻石煤渣时间结构：系统运行过程中呈现出来的内在时间规律。如：天体的运行轨道生物钟时空混合结构：树的年轮.4.1.2结构的特点.1.稳定性.2.层次性.3.开放性.4.相对性.1.稳定性“稳定”是指系统整体状态能够持续出现，可以静态稳定存在，也可以动态稳定存在。系统结构的稳定性指系统总是趋向于保持某一状态。水（液态）—水蒸气（气态）—冰（固态）暂态和定态暂态和定态：暂态（瞬态）：系统可以在某个时刻到达，但不借助外力就不能保持或不能回归的状态。定态：系统到达后若无外部作用将保持不变或可以回归的状态。稳定的意义系统在充满各种扰动因素的环境中产生出来并存续运行，受到扰动后能恢复和保持原来行为的恒定性，就是稳定性问题，稳定性是系统的重要维生机制，稳定性愈强，意味着系统维生能力愈强。从实用角度看，只有满足稳定性要求的系统，才能正常运转并发挥功能。.2.层次性.系统结构的层次性包含等级性和多侧面性两重含义：研究和理解系统结构的层次性，有助于人们根据各类系统结构层次的特殊规律去进行科学的决策，合理的调整和管理，从而提高系统的功能。等级性等级性是指任何一个复杂系统，都可以从纵向上把系统分为若干等级（层次），其中低一级的系统结构是高一级系统结构的有机组成部分。如：社会的阶级、国家的行政区划（国、省、市、县、区、乡….）、企业的金字塔结构等。多侧面性.多侧面性是指任何同一级的复杂系统，又可以从横向上分为若干相互联系而又各自独立的平行部分。3.开放性.在系统世界中，任何系统都不可能是绝对封闭和绝对静态的，任何系统总存在于环境之中，总要环境进行交换，系统结构在这种交换过程中从量变到质变，这就是系统结构的开放性，任何系统在本质上都是开放的，总处于不断变化过程中，这是系统与环境互塑共生的必然结果。4.相对性系统结构与要素之间的相对性客观世界是无限的，系统的结构形式也是无限的。系统结构的层次性决定了系统结构和要素之间的相对性，结构与要素是相对于系统的等级和层次而言的，所以，系统结构的层次性决定了系统结构与要素的相对性。相对性的意义.树立相对性的观点，使人们在认识事物时，可以减少简单化和绝对化：即注意到“整体”和“部分”的关系，求得统一和和谐，同时又要注意到“部分”作为一个子系统的个性特点。一般说来，高一级的结构层次对低一级的结构层次有着较大的制约性，而低一级结构又是高一级结构的基础，它也反作用于高一级的结构层次，他们之间具有辨证的关系。4.2系统的功能.4.2.1功能的基本概念.4.2.2功能的特点.4.2.1功能的基本概念.系统与外部环境相互作用所反映的能力称为系统的功能。4.2.2功能的特点.1.整体性.2.易变性.3.相关性.4.控制性.1.整体性.在系统功能的概念中，要着重强调对其整体性的理解，它是一个集各种功能、要素于一体的整体。2.易变性.系统的功能往往随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。3.相关性.要素之间互为环境相互制约整体功能的发挥必须以要素功能的发挥为前提。要素功能具有相对独立性。4.控制性.在功能管理活动中，要有进行监督和控制的管理机构。4.3结构与功能的关系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。结构是功能的内在根据，功能是要素结构的外在表现，一定的结构总是表现出一定的功能，一定的功能总是由特定的结构产生的，因此，无结构的功能和无功能的结构都是不存在的。结构与功能的关系.1.结构决定功能.2.功能具有反作用.3.结构功能分析.4.结构分析法.1.结构决定功能.结构使系统形成了不同于诸要素的新物质。要素的行为在一定约束条件和协同作用下决定着系统的功能，“约束”和“协同”是系统结构所赋予的。2.功能具有反作用.功能具有相对独立性，对结构有巨大的反作用。它们相互作用而有相互转化。3.结构功能分析.同功同构同功异构异构同功异构异功4.结构分析法.层次分析法相关数分析法5.系统的环境5.1环境的基本概念5.2循环经济5.1环境的基本概念广义的来讲，一个系统之外的一切事物或系统的总和，称为该系统的环境，实际上不可能也无此必要，狭义的环境是指与系统有不可忽略的联系的事物的总和。1.系统与环境边界的模糊性2.系统与环境互塑共生原理边界把系统和环境分开来的某种界限，叫做系统的边界。从空间结构看，边界是把系统与环境分开来的所有点的集合。从逻辑上看，边界是系统构成关系从起作用到不起作用的界限，系统质从存在到消失的界限。系统与环境的关系系统与环境相互作用、相互联系是通过交换物质、能量、信息实现的。系统能够与环境进行交换的特性，称为开放性。系统自身抵制与环境交换的特性，称为封闭性。系统性是封闭型与开放性的对立统一。按照系统与环境的关系，可划分出开放系统和封闭系统。系统环境互塑共生原理环境对系统有两种相反的作用或输入，给系统提供生存发展所需要的空间、资源、激励或其它条件，是积极的作用、有利的输入，统称为资源。给系统施加约束、扰动、压力甚至危害系统的生存发展，是消极的作用、不利的输入，统称为压力。这两种作用都会在系统的形态、特性、行为等方面打上环境的烙印。环境向系统提供资源的能力，称为源动力。环境吸纳、同化系统排泄物的能力，称为汇动力。源动力和汇动力共同构成环境对系统的支撑能力。系统的行为不当，会导致对这些能力的破坏，行为合理，能起到保护甚至发展环境支撑能力的作用。环境塑造着环境中的每个系统，环境又是组成它的所有系统共同塑造的。在同一环境中产生发展起来的不同系统，总体上是互补共生的。相互竞争的系统因相互提供竞争对手而互补共生。不同系统也通过相互制约而共生，如果被捕食者系统消亡，捕食者系统也会随之消亡。多种多样的环境组分，通过多种多样的相互作用，形成环境超系统的复杂生态网络。5.2循环经济(一)循环经济的内涵和原则(二)循环经济的三维结构(三）加强推广循环经济的措施一循环经济的内涵和原则1.循环经济的内涵2.循环经济的原则1.循环经济的内涵循环经济是对物质闭环流动型经济的简称，即模仿自然生态系统，按照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构经济系统，使得经济系统和谐地融入自然生态系统的物质循环过程中，实现经济与环境协调发展的一种新的经济形态。2.循环经济的原则循环经济的要求是：不可再生资源投入最小化；污染排出最小化；资源利用最大化；对自然环境的改变最小化。（1）Reduce减量化原则（2）Reuse再利用原则（3）Recycle资源化原则（1）Reduce减量化原则又称减少物质化原则，要求用较少的投入来达到即定的目的，在经济活动的源头就注意节约资源和减少污染。（2）Reuse再利用原则要求尽量延长产品的使用期和服务的时间强度，产品和包装能够以初始的形式多次、反复地利用。（3）Recycle资源化原则目的是尽可能多地重复