系統與系統工程

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,,*,1,,,,,系 統 工 程,Systems Engineering,2,,第一章 系統與系統工程,,第二章 系統分析,,第三章 系統評價,,第四章 系統決策,3,第一章 系統與系統工程,一、系統工程的應用舉例,,二、系統,,三、系統工程,,四、系統工程方法論,,,,4,一,、,系統工程的應用舉例,是我國建國以來最大的工程項目，它的論證、組織、實施與管理可以說就是一個龐大的系統工程問題，這項工程涉及到了國家及地方的眾多部門，如水利、電力、能源、文物、生態、移民等等，涉及到幾個省的上百個縣市

2、，同時實施過程要由眾多單位共同努力，時間橫跨將近,20,年。,三峽水利工程,,5,糧食價格的調整,,燃料能源價格,,銀行利率,,外匯牌價,,一、 系統工程的應用舉例,對于我們今天生活中所關心的各種社會經濟問題，如經濟改革、價格問題、體制改革及各種政策的出臺都是要經過充分的系統的論證，這些都與系統工程有關。,例如：,,6,企業的長遠規劃,,新產品開發,,區域規劃,,大項目管理,,一、 系統工程的應用舉例,將來在我們的實際工作中，我們會遇到許許多多的系統工程問題，,比如：,,7,第一章 系統與系統工程,一、系統工程的應用舉例,,二、系統,,三、系統工程,,四、系統工程方法論,,,,8,公元前古希臘

3、對“宇宙大系統”的認識；,,我國西周時期的“陰陽二氣”及金、木、水、火、土“五行”；,,東漢時期形成的“二十四節氣”；,,周秦到西漢時期的“皇帝內經”。,,二、 系統,,系統概念的形成,只見森林,1.,系統的概念,9,系統概念的形成,15,世紀下半葉以后：,,19,世紀：,辨證唯物主義：,,“,只見樹木,”,,具體化,,“,先見森林，后見樹木,”,世界是由無數相互關聯、相互依賴、相互制約和相互作用的過程所形成的統一整體。,,科學系統思想的實質,10,系統的概念,一臺機器、一個部門、一項計劃、一個研究項目、一種組織、一套制度都可以看成一個系統,;,,,系統的存在具有普遍性,;,,,系統的概念是相

4、對的而不是絕對的，它沒有絕對規模的界限。,,,系統是由兩個以上,有機聯系,、,相互作用,的要素所組成，具有特定功能、結構和環境的,整體,。,?,11,1,）集合性。,系統是由兩個以上的可以相互區別的要素所組成。,,2,）相關性。,組成系統的各要素之間具有相互聯系、相互作用,,、相互依賴的特定關系。某,—,要素若發生變化則會影響其他,,要素的狀態變化。,,3,）層次性。,一個系統可分解為若干子系統，而子系統還可以,,分解為亞子系統等等，以致最終可分解為要素，這樣就可構,,成具有特定的空間層次結構。例如一個公司就是由子公司或二,,級廠,(,礦,),、車間、工段、班組，以及相應的職能部門構成。各,,

5、層次的子系統相互聯系，相互作用，以其特有的功能為統一的,,目標而相互協調運行。,4,）整體性。,系統不是各個要素的簡單拼湊，而是根據特定的統一,,性要求協調存在于系統整體之中。是具有整體的特定功能和特性,,。整體性強調要素間的協調與綜合，這樣才能獲得具有良好功能,,的系統。,2.,系統的特性,12,5.,功能性。,功能性是系統的基本特性之一：它表明系統具有的作用和效能，系統的功能以系統的結構為基礎。系統的特定結構決定系統的特定功能，系統不同，其功能也不同、這正是區別一個系統和另一個系統的主要標志。人造系統是根據系統目的來設定功能，而自然系統雖無目的但卻有功能。,6,．環境適應性。,任何一個系統

6、都存在于一定的物質環境之中，它必然與環境不斷地進行物質、能量、信息的交換。外界環境的變化對系統內部要素產生干擾，使要素和要素關系發生變化，從而可能引起系統功能的波動。所以系統必須適應外部環境的變化，這樣的系統才更有生命力。,,系統的特性,,13,?,,開放系統與封閉系統,,3.,系統的分類,?,,實體系統與概念系統,?,,自然系統與人造系統,?,,動態系統與靜態系統,14,第一章 系統與系統工程,一、系統工程的應用舉例,,二、系統,,三、系統工程,,四、系統工程方法論,,,,15,(2),美國著名學者,H,．,切斯納指出：,“系統工程認為雖然每個系統都由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能

7、部分之間又存在著相互關系，但是每一個系統都是完整的整體，每一個系統都要求有一個或若干個目標。系統工程則是按照各個目標進行權衡，全面求得最優解,(,或滿意解,),的方法，并使各組成部分能夠最大限度地互相適應”。,1.,系統工程的定義,(1),中國科學家錢學森指出：,“系統工程是組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法”，,“系統工程是一門組織管理的技術”。,,,至今還沒有統一定義,16,(3),日本學者三浦武雄指出：,“系統工程與其它工程學不同之處在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的邊緣科學。因為系統工程的目的是研究系統，而系統不僅涉及到工程學的領域，還涉及

8、到社會、經濟和政治等領域，為了圓滿解決這些交叉領域的問題，除了需要某些縱向的專門技術以外，還要有一種技術從橫向把它們組織起來，這種橫向技術就是系統工程，也就是研究系統所需的思想、技術和理論等體系化的總稱?！?系統工程的定義,(4)《,中國大百科全書,·,自動控制與系統工程卷,》,指出：,“系統工程是從整體出發合理開發、設計、實施和運用系統的工程技術。它是系統科學直接改造世界的工程技術。”,,17,(5),日本工業標準,(JIS),規定：,“系統工程是為了更好地達到系統目標，而對系統的構成要素、組織結構、信息流動和控制機構等進行分析與設計的技術”。,系統工程的定義,,,系統工程是一門研究大規模復

9、雜系統的,交叉學科,，它是根據整體協調的需要，綜合運用各種現代科學思想、理論、技術、方法、工具，對系統進行研究分析、設計制造和服務，使系統整體盡量達到最佳協調和最滿意的優化。,錢學森提出的現代科學技術體系,——,四個層次一座橋梁,19,系統工程研究對象,,研究對象：,,不,限于物質系統，還包括自然系統、社會經濟系統、經營管理系統、軍事指揮系統等等。,系統工程在,自然科學,與,社會科學,之間架設了一座溝通的橋梁。,,20,2.,系統工程的理論基礎,從系統工程的定義可以看出，系統工程,,是一門跨學科的,邊緣性交叉學科,，它包括,,自然、社會及工程設計分析等方面的知識，,,它是由一般,系統論,、,經

10、濟控制論,、,運籌學,,等學科相互滲透、交叉發展而形成的。,,,,21,3.,系統工程與一般工程比較的特點,,,,傳統工程,,,系統工程,,,研究,,對象,,特定的工程物質,,,不局限于特定工程物質，也不局限于物質系統,,,研究,,方法,,專業知識,,,各種現代科學知識和專業知識,,,著眼點,,,局部最優,,,整體最優,,,,22,4.,系統工程與運籌學區別,,系統工程：,,側重于評價和改進現有系統、設計新系統。,,,,運籌學：,,通常涉及現有系統運營情況，側重于資源的最優配置。,23,5.,系統工程理論的新發展,系統工程作為一門交叉學科，日益向多種學科滲透和交叉發展。,系統工程作為一門軟科學

11、，日益受到人們的重視。,,,24,5.,系統工程理論的新發展,復雜適應系統理論（,CAS,理論）,系統工程朝著,“,巨系統,”,的方向發展,綜合集成研討廳體系構想,25,第一章 系統與系統工程,一、系統工程的應用舉例,,二、系統,,三、系統工程,,四、系統工程方法論,,,,26,四、系統工程方法論,,它是系統工程思考問題和處理問題的一般方法，把分析對象作為整體系統來考慮，進行分析、設計、制造和使用時的基本思想方法和工作方法。,,,系統工程方法論就是解決系統工程實踐中的問題所應遵循的步驟、程序和方法。,1.,系統工程方法論,27,2.,系統工程與傳統方法的區別,?,從前面對系統工程的介紹可以看出

12、，系統工程的目標是通過什么樣的方法可使系統達到最優，而方法論是把設想付諸實現的過程。對于傳統方法，它解決問題的目標往往是單一的，比如設計一個產品或只強調成本低或只強調性能高，而系統工程對目標的考慮需要從系統運行的全過程即,時間方面,以及在每個階段中處理問題的特殊思維過程即,邏輯方面,，并綜合運用各種專業知識即,知識方面,來綜合考慮,。,28,3.,系統工程的三維結構分析,霍爾的“三維結構”模式,,29,①,時間,維,a),規劃階段,：,主要是按照設計要求提出系統目標，制定規劃和政策。,,b),擬定階段：,完成的任務是提出具體的方案，進行系統的初步設計。,,c),分析階段：,,對所設計的方案進行

13、分析、比較。,,d),運籌階段,：,方案的綜合選優，確定最優實施方案,。,,e),實施階段：,系統的設計、安裝及調試等。,,f),運行階段,：,按照系統預定的用途工作。,,g),更新階段：,按系統要求實施，取消舊系統，代之以新系統，對系統改進。,,30,②,邏輯,維,?,?,?,?,a),明確問題：,了解問題所處的環境，收集有關的數據和資料，主要目的是弄清問題。,,b),系統指標設計：,確定所要解決問題的目標和相應的評價準則。,,c),系統方案綜合：,為實現預期目標，擬定所需采取的策略和應選擇的方案。,d),系統分析：,深入了解所提出的政策措施和解決方法，分析這些措施方法在實施中的預期效果。,

14、31,②,邏輯,維,e),系統方案的優化與選擇：,用數學規劃等定量的優化方法去判別各種方案的優劣，以進行方案選擇。,f),決策：,以指標體系為評價準則，在考慮決策者的偏好等基礎上，選擇最優方案。,g),實施計劃：,按決策結果制定實施方案和計劃。,,?,?,?,32,③,知識,維,,知識維是指各工作步驟所需的各門專業知識，由于系統工程是個綜合性的交叉學科，在上述各階段中，執行任何一步都會涉及多種專業技術，如社會科學、工程技術、法律、商業、醫藥、藝術等等,。,,33,4,、系統分析簡介,狹義的解釋,認為系統分析是系統工程的一項優化技術，是系統工程在非結構化問題決策中的具體應用。,系統工程方法論的基

15、礎是系統分析技術，系統分析是完成系統工程問題的中心環節,;,,廣義的解釋,認為系統分析就是系統工程，系統分析是系統工程的同義詞,;,,34,5.,系統分析的概念及要素,系統分析是運用建模及預測、優化、仿真、評價等技術對系統的各有關方面進行定性與定量相結合的分析，為選擇最優或滿意的系統方案提供決策依據的分析研究過程。,,,35,系統分析的基本概念,系統分析的目的,是在于分析系統內部與系統環境之間、系統內部各要素之間的相互依賴、相互制約、相互促進的復雜關系，分析系統要素的層次結構關系及其對系統功能和目標的影響，通過建立系統的分析模型使系統各要素及其與環境之間的協調達到最佳狀態，,最終為系統決策提供

16、依據。,,,36,系統分析的要素,（,1,）問題,,（,2,）目的及目標,,（,3,）方案,,（,4,）模型,,（,5,）評價,,（,6,）決策者,,系統工程方法論,弄清問題,,|,,目標選擇,,,|,,擬定方案,,|,,建立模型,,,|,,系統評價,,,|,,系統決策,,,|,,,,實施,系,,統,,,分,,析,,,38,6.,系統分析的程序,39,（,1,）初步分析,初步分析：,,What?Why?Where?When?Who?How?,,,問題的目標,,,,目標的層次性,,目標的沖突,40,目標樹,,,,X,,,X1 X2 X3

17、,,,,41,目標沖突和利害沖突,,在目標分析過程中，系統分析人員經常會發現，許多關鍵情況往往是由于存在著相互沖突的分目標造成的。這有兩種情況：,,一種是純屬專業性質的，即目標沖突問題；,,另一種是社會性質的，即利害沖突問題。,,42,目標沖突,例如在進行產品設計時，所可能強調的兩個目標：,,一是盡可能低的成本,,二是盡可能高的質量。,解決辦法：,,建立一個沒有矛盾的目標集，把引起矛盾的分目標剔除掉。,,采用所有分目標，尋求一個能達到沖突目標得以并存的方案。,,,43,利害沖突,處理的方法 ：,,目標方之一放棄自己的利益；,,保持其中一個目標，用其它方式補償或部分補償受損方的利益；,,通過協商

18、調整目標系統，使之達到目標相容。,例如企業在減員增效的過程中就至少有如下兩個目標：,,一是提高企業的效益,,二是保證工作崗位不減員。,44,7.,系統分析的原則,（,1,）堅持問題導向；,,（,2,）以整體為目標；,,（,3,）多方案模型分析和選優；,,（,4,）定量分析與定性分析相結合；,,（,5,）多次反復進行。,45,8.,系統分析舉例,煙囪,例：發電廠環境工程系統分析,鍋爐,除塵器,煤,,目的：模擬煙囪排放的煙塵和,SO,2,，,據此提出最佳治理方案。,,煙塵超標,4.84,倍，,SO,2,超標,10.84,倍,,1,．,,擬定方案：,,,,①,,修建高煙囪,120m,（,目前是,45

19、m,），投,資估算,22,萬；,不可行,(,附近是機場）,；,,,,②,,該廠采用的是多管旋風加文丘里除塵器，效率為,93.8%,，若改用電除塵器，除塵效率將提高到,99%,，投資,70,萬；而對,SO,2,，,可以采用預洗或爐中添加石灰等方法，,可行,；,1,．,,擬定方案：,,,③,,更換鍋爐，投資,200,萬，能降低大約,2,／,3,的飛灰，而對,SO,2,沒有減少。此外，還可能引起燃燒效率降低。若以降低燃燒效率,2,％計算，其年經濟損失為,11.76,萬元，,所以這是一個不理想的可行方案；,,,④,改用外地優質煤（目前是用本地區的褐煤）。改用優質煤后，煤塵與,SO,2,的排放量估算分別為,85.53kg/h,和,129.7kg/h,，,均小于標準量。此外還可節約燃料費,191.7,萬元,/,年。,這是四個方案中比較理想的治理污染的方案。,