10系统工程教案

系统工程童小英[e-mail]教学参考教材课程主要内容系统工程概述（系统、系统工程的基本概念等）系统工程理论（理论基础及其理论的新发展）系统工程方法论（系统工程思考和处理问题的一般方法和总体框架）系统模型、模型化及系统仿真（系统模型技术及系统仿真方法）系统评价方法（对系统方案满足系统目标程度的综合分析及判定）决策分析方法（几种常见的决策分析方法介绍）战略研究与管理（探讨系统工程思想、方法的应用和系统管理的相关内容）系统工程应用案例（重点说明系统工程分析方法的具体应用）第一章系统工程概述1.系统工程的产生、发展及应用2.系统工程的研究对象3.系统工程的概念与特点4.系统工程的应用领域1.系统工程的产生、发展及应用一、系统思想及系统理论的产生与发展系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林”（朴素的系统思想）阶段—“只见树木”阶段—“先见森林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具有突出地位和贡献。战国时期的都江堰水利工程，是当时我国系统工程思想在实际应用中的集中体现。一、系统思想及系统理论的产生与发展整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。1.系统及其要素系统是由两个以上要素组成的整体，这些要素可以是单个事物，也可以是一群事物的子系统、分系统。2.系统和环境。任一系统又是它所从属更大系统（环境或超系统）的组成部分，并与其相互作用。3.系统的结构。构成系统的各要素之间存在一定的有机联系，形成一定的结构和秩序。4.系统的功能。任何系统都特定的功能和运作的目的。二、系统的一般属性1.整体性2.集合性3.相关性(相互作用、相互联系、相互协同)4.层次性(控制层次、结构层次)5.环境适应性(与环境的相互影响)6.目的性(共同目标)三、系统的类型1.自然系统和人造系统2.实体系统和概念系统3.动态系统和静态系统4.封闭系统和开放系统四、管理系统问题国家政策市场研究技术经济预测竞争状况企业能力资金来源资源条件社会需求生产可能生产组织与控制物、财、人、信息生产控制库存控制质量控制成本控制资金回收产品销售服务调查经营目标产品开发经营计划生产技术准备技术文件劳动力劳动手段劳动对象环境分析经营决策与计划投入转换产出图1—1工业企业生产经营活动过程示意图3.系统工程的概念及特点1.定义所谓SE，是用来开发、运行、革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和（或总称）；它是从总体出发、合理开发、设计、实施和运用系统技术，从而达到全局最优的工程技术，是属于一门综合性的工程技术。2.特点①整体性(强调系统整体结构和表现)②综合性(强调系统要素之间的综合作用)③最优性(追求系统持续改善和整体最优)④创新性(强调多学科综合与系统创新)4.系统工程的应用领域社会系统工程经济系统工程区域规划系统工程环境生态系统工程能源系统工程农业系统工程企业系统工程工程项目管理系统工程科技管理系统工程教育系统工程交通运输系统工程人口系统工程军事系统工程信息系统工程物流系统工程水资源系统工程本章重点：1.系统的概念及特点2.管理系统问题3.系统工程概念、特点及应用领域系统科学的学科体系马克思主义哲学技术科学工程技术自然科学数学社会科学历史唯物主义（社会辩证法）自然辩证法图2-1现代科学技术体系系统工程的理论基础系统工程理论基础及工具（P15）1.一般系统论奥地利生物学家冯·贝塔朗菲；1945年发表《关于一般系统论》；研究复杂系统一般规律的学科。基本观点：整体性开放性及目的性动态相关性等级层次性有序性2.控制论美国人维纳创立，于1948年出版了《控制论》一书。三个发展阶段：对系统方法的启示：黑箱-灰箱-白箱法功能模拟法形式化、数量化、最优化方法3.信息论美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳方法论：类比方法统计方法信息方法（运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的一种研究方法）4.耗散结构理论1969；比利时统计物理学家普利高津研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论（为什么叫耗散结构？）5.协同学70年代初，联邦德国理论物理学家哈肯研究各种不同系统在一定外部条件下，系统内部各子系统之间通过非线性相互作用产生协同效应，使系统从混沌无序状态向有序状态，从低级有序状态向高级有序状态，以及从有序状态向混沌状态转化的机理和共同规律的理论。6.突变论3.系统工程理论的新发展1.系统工程作为一门交叉学科，日益向多种学科渗透和交叉发展。2.系统工程作为一门软科学，日益受到人们的重视。3.复杂适应系统理论4.系统工程研究和应用的范围越来越广，对象系统的规模越来越大，并朝着“巨系统”的方向发展。5.综合集成研讨厅体系构想(机器体系、专家体系、知识体系三者集成)。第二章系统工程方法论1.系统工程基本工作过程2.系统分析原理3.创新思维与方案创造技术4.系统工程方法论的新发展1、研究、分析和处理问题的思想、程序和基本原则叫做方法论。系统工程方法可分为方法论层次上的方法和技术层次上的方法。方法论层次上的方法指的是人们研究、分析、处理某类系统工程问题运用的程序和基本原则、如对“硬系统”，HALL提出了三维结构模型，对“软系统”切可兰德提出了“调查学习”模式。技术层面上方法指的是处理复杂系统问题常用到一些具体方法，如系统分析方法，系统评价方法，系统仿真方法，系统预测方法和系统决策方法等。系统工程方法论的定义：系统工程方法论就是分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法，是系统工程考虑和处理问题的一般方法和总体框架。1.系统工程基本工作过程一、霍尔三维结构霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容。应用——企业管理系统工程活动矩阵（T-L）问题现状说明关联要素分析方向目标及指标设计对象系统的再认识变革途径探索比较、分析、权衡、评价组织行为分析实施与改进1.企业诊断与环境分析2.企业发展战略与规划3.产品研究与开发管理4.企业经营决策与计划5.生产要素的准备及投入管理6.生产过程的组织与控制7.销售服务与资金回收管理8.企业管理系统更新和企业经营环境改善逻辑步骤活动项目工作过程二、切克兰德方法论1.系统的分类Checkland在他的著作《软系统方法论》一书中将系统分为两种：①目标明确、结构清晰、机理清楚、可用数学模型表达的硬系统。②目标不明确、结构不良、机理不清楚、难于用数学模型表达的、偏社会、经济、文化、生物的软系统。2.Checkland软系统方法论的主要内容和工作过程案例：某大学开展创办世界一流大学的研究学校现状说明了解学校的办学宗旨、学科建设、制度建设、考核制度等，着重说明学校在教学和科研方面存在的优势、劣势、机会和威胁。弄清关联因素（根底定义）对上述要素进行关联分析，初步弄清楚目前各种要素在学校中的地位和作用以及它们之间的内在联系，明确改善哪些因素对解决存在的问题作用最大，是创建世界一流大学的重要因素。建立概念模型在弄清学校要素及相互关系的基础上，可用结构模型、语言模型等对学校的现状进行描述。案例：某大学开展创办世界一流大学的研究改善概念模型调查、了解、学习目前世界上公认的一流大学，了解它们的办学宗旨、学科建设、制度建设、考核制度等，通过这样的“学习”，修改、改善学校的概念模型。比较将学校现状与提出的概念模型进行比较，找出存在的问题，提出学校创办世界一流大学的方案和途径。这些方案和途径必须与决策者意图相一致，切提出的方案和途径是可行的。实施学校根据研究所提出的方案、途径，制定详细的实施计划，实施创世界一流大学的方案。三、两种方法论的比较相同点：均为系统工程方法论；问题导向；具有相应的逻辑过程；…不同点：1.研究对象或应用领域不同—霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合经济和经营管理等“软”系统问题的研究。2.核心内容或关键点不同—前者的核心内容是最优化，而后者的核心内容是比较与探寻。3.基本方法不同—前者更多关注定量分析方法，而后者比较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法。2.系统分析原理及应用一、系统分析的概念及其要素1.系统分析的定义系统分析是在对系统问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统各个方面进行定量与定性结合的分析，为选择最优或最满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。2.系统分析的六要素①问题②目的及目标③方案④模型⑤评价⑥决策者二、系统分析的程序——霍尔逻辑维SA程序图是SA的一般过程，也为全课程提供了基本的逻辑框架，因而十分重要。在对其理解和应用上应注意以下各点：(1)重视做好初步SA.5W1H(What/Why/Who/Where/When/How)方法是做好这段工作的基本线索。(2)在规范分析中一般需（或尽可应）建立结构模型、数学模型或仿真模型。(3)每段结束后系统方案的变化轨迹是：可行方案→非劣方案→经排序的非劣方案（或称选择性方案）。(4)环境分析贯穿SA全过程，在SA中是十分重要和必不可少的。(5)在管理应用SA过程中，并不一定要（或能）遍历并完成每一个具体过程。三、应用系统分析的原则1.坚持问题导向（目的）2.以整体为目标（前提条件）3.多方案模型分析和优选（核心内容）4.定量和定性分析相结合（基本手段）5.多次反复进行（重要保障）五、系统分析实例1.实行以优化控制为主线的系统分析与科学决策案例2.运用系统分析原理控制污染物排放案例案例一：实行以优化控制为主线的系统分析与科学决策案例分析前几年，广东某酒厂在原材料、能源涨价及市场疲软的冲击下，濒临停产的困境。为此，企业的领导提出向决策要效益。他们从传统的决策思维模式中解脱出来，综合运用现代科学的管理技术，对企业生产经营过程实施以分析－优化一控制为主线的系统分析与科学决策，使得企业焕发生机。具体是如何分析和实施的呢？系统分析过程经历以下四个主要阶段：1.问题结构分析2.要素与目标分析3.优化分析4.方案调整1.问题结构分析根据企业年计划利润70万元、产值585万元的原有目标，按生产、经营、财务、管理划成四大块分解展开。用统计分析和因素分析等方法发现原有计划生产的三大系列八个品种中，亏损产品元红、善酿和汗烧三个品种，占全部产品数的37％，亏损总额为50万元，占产品盈利额的46．4％，影响了利润计划的如期完成。初步分析表明，调整产品结构、优化生产计划，乃是企业管理中面临的主要问题。2.要素与目标分析通过对产品市场需求、原材料和能源等资源的供给、国家政策、竞争者状况等环境因素的分析预测，以及运用边际收益法对企业生产能力的分析，该企业决策者们将产品方向调整为：以发展黄酒为主体，增加瓶酒产量，控制白酒生产，并将提高黄酒产品结构效益作为优化的基本要求。3.优化分析为了达到产品利润最大的目标，采用线性规划方法，根据加饭、元红、香雪、善酿四个品种的单位利润、原料、销售和产值等相应的约束条件，运用计算机，迭代解出达到产品利润最大的最优方案为：加饭700t、元红7600t、香雪140t、善酿40t。4.方案调整为了完成下半年预定的增益指标40万元，并考虑到实际的企业能力、市场需求及其变化，对上一阶段建立在优化分析基础上的计划方案进行调整，增加了瓶酒的产量。对生产计划的科学调整，使企业开始取得明显的经营效果和经济效益。该厂成功之处，在于根据情况的变化，不断用系统思想和系统分析方法调整和优化经营决策。该案例注意以实际问题为导向，综合使用多种分析方法。整个分析过程从大到小，先粗后细，分析与决策程序具有科学性和普遍适用性。案例分析二：运用系统分析原理控制污染物排放位于某著名旅游城市市郊的某火力发电厂曾面临一个棘手的问题，即