系统论与系统分析方法-课件课件

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4、物理―事理―人理（WSR）系统方法论。
中国系统工程专家顾基发和英国华裔专家朱志昌于90年 代中期提出
物理主要涉及物质运动的机理，通常要用到自然科学知识， 主要回答这个“物”是什么，它需要的是真实性；
事理是做事的道理，主要解决如何去安排这些事物，通常 用到管理科学方面的知识，主要回答怎样去做； 人理是做人的道理，处理任何事和物都离不开人去做，以 及由人来判断这些事和物是否得当，通常要用到人文社会 科学的知识，主要回答应当如何. WSR作为一个统一的工作过程 可由理解领导意图、调查分析、形成目标、建立模型、协 调关系、提出建议等6个步骤来构成
协同学


1 产生 原西德理论物理学家哈肯（Haken）长期从事激光理论 研究，发现激光呈现出丰富的合作现象，从而得出了 协同作用的重要概念，于20世纪70年代后期创立了协 同学。 哈肯认为系统由无序到有序的关键不在平衡、非平衡 或者离平衡态有多远。关键在于组成系统的各子系统 在一定条件下，它们之间的非线性作用、相互协同和 合作，自发产生有序结构，因此强调了协同现象的普 遍性和重要性。
信息论

若某事件出现概率为p，则这一事件所具有的信息 量为 单位为比特(bit)，信息量常用单位 计算出信源发出的每一个符号所包含的平均信息量， 这个平均值就是信源平均信息量，即信息熵。

信息论

2信息论启示 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、传送、加工、处理而实现其有目的性的运动 的一种研究方法 信息方法在分析和处理问题时，把系统有目的的 运动抽象为一个信息变换过程。不对事物的整体 结构进行剖析，而是从其信息流程加以综合考察， 获取关于整体的性能和知识。 信息方法的意义就在于它指示了机器、生物系统 的信息过程，揭示了不同系统的共同信息联系； 有利于管理、决策科学化；指明了信息沟通的重 要性。

阿波罗登月计划
在六十年代的美国载人航天活动中，最为辉
煌的成就莫过于阿波罗载人登月飞行。
早在六十年代初，美国宇航局提出了“阿波罗登月计划”。 经过八年的艰苦努力，连续发射10艘不载人的阿波罗飞船 之后，终于在1969年7月16日发射成功载人登月的阿波罗11 号飞船。
系统论方法特点 1.整体性和综合化的原则 追求整体最优，因为 整体大于部分和：1+1>2 整体小于部分和：1+1<2（和尚） 2.动态性原则：变化、开放、相对 3. 模型化原则 4.最优化原则：总体最优
整体性原则：系统论的核心思想是系统的整体观念。贝塔朗 菲反对那种认为要素性能好，整体性能一定好，以局部说明 整体的机械论的观点。 体现在三个方面：
整体性原则
⑴整体的性质不是要素具备的。如H2O的性质与H或O都不同。 ⑵要素的性质影响整体。如一台机器中，一个部件出错，机器就会不 正常。 ⑶要素性质之间相互影响。 如班级上一个同学对科学感兴趣可能会带动其它同学也感兴趣，反之 一个同学无故旷课，会影响其它同学向他学。系统中各要素不是孤立 地存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置上，起着特定的作用。 要素之间相互关联，构成了一个不可分割的整体。要素是整体中的要 素，如果将要素从系统整体中割离出来，它将失去要素的作用。正象 人手在人体中它是劳动的器官，一旦将手从人体中砍下来，那时它将 不再是劳动的器官了一样。
钱学森是中国现代科学家，世界著名火箭专家，中国工程控制论专家， 系统工程专家，系统科学思想家。 浙江省杭州市人，1911年12月11日生于上海。1934年毕业于上海交通 大学，1935年赴美国麻省理工学院留学，翌年获硕士学位，转入加利福 尼亚理工学院，在导师T.von.卡门的指导下深造。1938年获博士学位后 留校任教并从事火箭导弹研究。1947～1955年间任麻省理工学院和加利 福尼亚理工学院教授，1955年回国后，历任航空委员会委员，国防部第 五研究院副院长、院长，中国空间技术研究院院长，第七机械工业部副 部长，国防科学技术委员会副主任，国防科学技术工业委员会科学技术 委员会副主任。 以他在总体、动力、制导、气动力、结构、材料、计算机、质量控制等 领域的丰富知识，为组织领导中国运载火箭和航天器的研制工作发挥了 巨大作用。他对中国火箭导弹和航天事业的迅速发展作出了重大贡献。 钱学森的系统科学思想，首先表现在他提出了一个清晰的现代科学技术 的体系结构。他认为从应用实践到基础理论，现代科学技术可以分为工 程技术、技术科学、基础科学和马克思主义哲学四个层次。系统科学是 由系统工程这类工程技术，系统工程的理论基础象运筹学、控制论和信 息论这类技术科学，以及一切系统的一般理论“系统学”等组成的一个 新兴科学技术部门。系统工程是组织管理的技术，是一大类工程技术的 总称，而不是一个单一的学科。他提出要建立系统科学的基础科学“系 统学”。并亲自领导了系统学研讨班。

• 德莫克利特的“原子论”思想对世界做了 机械论解释。
• （2）十九世纪机械论与活力论之争
• 机械论认为，有机的或生理的过程与无机 界的物理化学现象没有本质区别，人的一 切生命运动可还原为物理与化学运动（机 械-理化模式）。
• 活力论则认为，生命体具有自我修复、自 我调控、自我繁殖的能力是由某些内在因
目标选择
• 奥地利生物学家贝塔朗菲进一步发展了有 实验医学和实验生理学奠基人伯纳德：“内部环境的稳定性是自由生命的条件。
反馈
机整体的观念，于1945年提出一般系统论 活力论则认为，生命体具有自我修复、自我调控、自我繁殖的能力是由某些内在因
（2）十九世纪机械论与活力论之争
概念，随后创立了具有科学方法论意义的 德莫克利特的“原子论”思想对世界做了机械论解释。
• （1）概念
• 系统分析方法是一种从整体出发，在分 析系统与环境、系统各个要素间相互作用 的基础上，运用各种手段解决问题的科学 方法。
• （2）系统分析方法的步骤
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摆明问题
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目标选择
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系统综合
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系统分析
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系统选择
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决策
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实施
整体性 模型化 最优化
• （3）系统方法的一般原则
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ห้องสมุดไป่ตู้
整体性原则
前提
• 3、复杂性系统的演化
• （1）对初始条件敏感的演化：蝴蝶效应。
• （2）自组织演化：系统自我消除外来干扰 因素的演化。
• （3）非线性演化：系统演化到分岔点发生 涨落的演化。
谢谢观看
• 功能 目标 式）。
系统分析方法是一种从整体出发，在分析系统与环境、系统各个要素间相互作用的基础上，运用各种手段解决问题的科学方法。 系统分析

霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究
性和层次性等特征，使系统的组成因素及其相 ④定量分析与定性分析相结合
②确定目标并据此设计评价指标体系 商业、心理学、国防研究
互关联在分布上达到最优结合和最优输出 对实际系统问题的描述、模仿或抽象
P→G ③虽然提出面面俱到的要求，但是却无力对其进行适当的研究，选择出来进行分析的部分，并不是系统中最重要的部分；
• 通过对各层次因子的比较分析，建立判断矩阵， • 并通过判断矩阵的计算将不同 方案按重要性或适
用性大小排列，为最优方案的选择提供依据
• 层次分析首先要解决系统分层及层次规模的合理性问题； 其次要使各个功能单元的层次归属合理
（4）相关分析
相关性的体现
①要素之间的不可分割的联系
– 在系统整体中，各要素并不是孤立存在的，而是由系统的结 构联结在一起，相互依存、相互作用。如果其中一项发生变 化，就会影响其他要素也发生变化。
环境分析贯穿于系统分析的全过程
• 认识问题阶段
• 只有正确区分出各种环境要素，才能划定系统边界
• 探寻目标阶段 • 要根据环境对系统的要求建立系统的目标结构，以求得系统对环境
的最优和最大输出 • 综合方案阶段
• 要考虑到环境条件及其变化对方案可行性的影响，选择出能 适应环境变化的切实可行的行动方案
←目标、环境因
素约束
←输出最大
其中：
①X是系统组成要素的集合；R是系统组成要素的相关关系的集
合；C是系统要素及其相互关联在各层次上的可能分布形式；P是X、 R、C的结合效果函数； ②“Ｐ→”表示这个函数对应于某种条件
Ｐ→Ｇ表示Ｐ函数对应于系统目标集的条件

战国时期秦国太守李冰父子设计修造了四川伟大的都江堰工程这一伟大水利工程巧妙地将分洪引水和排沙结合起来使各部分组成一个整体实现了防洪灌溉行舟漂木等多种功能至今该工程仍在发挥着重大的经济效益是我国古代水利建设的一大杰出成就
系统科学基础
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系统科学基础
第一讲 系统科学概述 第二讲 系统概念 第三讲 系统理论概述 第四讲 学科分类 第五讲 复杂科学、系统工程与
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2）人造系统
人造系统都是存在于自然系统 之中的， 如人造卫星、海运船只、机械设备等。
人造系统和自然系统之间存在着界面，两者 互
相影响和渗透。
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3）人造系统对自然系统的影响
原始人类对自然系统的影响不大
近年来，人造系统对自然系统的不良影响已成为 人们关注的重要问题， 如核军备、化学武器、环 境污染等。
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（二）学生各学习阶段培养什么能 力？
1、本科 2、硕士研究生 3、博士研究生 4、博士后
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（三）这门课讲什么？如何讲？
1、系统科学的学科结构：
一级：系统科学 二级：系统理论、系统分析与集成 “矿业工程”学科结构
一级：矿业工程 二级：采矿工程、安全技术与工程、矿物加工
管理科学与工程学科结构
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3.静态系统和动态系统
系统的静和动都是相对的。
在宏观上没有活动部分的结构系统或相对静止的 结构系统为静态系统，例如大桥、公路、房屋等
动态系统指的是既有静态实体又有活动部分的系 统，例如学校就是一个动态系统，它不仅有建筑 物，还有教师和学生。 在中世纪以前，人们曾认为
宇宙现象是永恒不变的，习惯将事物看成是恒定的，静 止的，这种看法在哲学上是唯心的或机械唯物论的。随 着科学的发展和人类的进步，才逐断 认识到世界不是恒 定事物的集合体，而是动态过程的集合体，运动是永恒 的。宇宙是一个 动态系统，静态是相对的。

域的地位和影响力。
案例三：智能交通系统的规划与实施
要点一
总结词
要点二
详细描述
智能交通系统的规划与实施需要综合考虑交通需求、交通 设施、交通管理等多个方面，通过数据采集、建模分析、 仿真测试等手段，实现交通系统的智能化和高效化。
智能交通系统的规划与实施过程中，需要运用大数据、物 联网、人工智能等技术手段，对交通数据进行采集、分析 和处理，为交通管理部门提供科学决策依据。同时，还需 要建立完善的交通设施和管理体系，提高交通系统的安全 性和效率性。
航空航天系统
总结词
航空航天系统是复杂度极高的系统，需 要运用系统工程的方法进行设计和优化 。
VS
详细描述
航空航天系统涉及到飞机、火箭、卫星等 众多子系统，需要综合考虑性能、安全性 、可靠性等多个方面，通过系统工程的方 法进行协同设计和优化。
交通运输系统
总结词
交通运输系统是一个复杂的网络系统，需要运用系统工程的方法进行规划和管理。
案例五：金融风险管理中的系统工程应用
总结词
金融风险管理涉及多个领域和多种风险类型，需要运 用系统工程的方法论和工具，建立完善的风险管理体 系和预警机制。
详细描述
金融风险管理过程中，需要运用系统工程的方法论和 工具，对各种金融风险进行识别、评估和监控。同时 ，还需要建立完善的风险管理体系和预警机制，及时 发现和应对风险事件，降低风险损失。通过金融风险 管理的系统工程应用，可以提高金融机构的风险防范 能力和经营效益。
案例四：电力系统的优化与调度
总结词
电力系统的优化与调度需要确保电力供应的安全性、可 靠性和经济性，通过先进的调度技术和优化算法，实现 电力资源的合理配置和高效利用。
详细描述

任务目的
系统论的任务，不仅在于认识系统的特点和规律，更重要地还在于利用这些特点和规律去控制、管理、改造 或创造一系统，使它的存在与发展合乎人的目的需要。也就是说，研究系统的目的在于调整系统结构，各要素关 系，使系统达到优化目标。
系统论的出现，使人类的思维方式发生了深刻地变化。以往研究问题，一般是把事物分解成若干部分，抽象 出最简单的因素来，然后再以部分的性质去说明复杂事物。这是勒内·笛卡尔（Rene Descartes）奠定理论基础 的分析方法。这种方法的着眼点在局部或要素，遵循的是单项因果决定论，虽然这是几百年来在特定范围内行之 有效、人们最熟悉的思维方法。但是它不能如实地说明事的的整体性，不能反映事物之间的联系和相互作用，它 只适应认识较为简单的事物，而不胜任于对复杂问题的研究。在现代科学的整体化和商度综合化发展的趋势下， 在人类面临许多规模巨大、关系复杂、参数众多的复杂问题面前，就显得无能为力子。正当传统分析方法束手无 策的时候，系统分析方法却能站在时代前列，高屋建瓴，综观全局，别开生面地为现代复杂问题提供了有效的思 维方式。所以系统论，连同控制论、信息论等其他横断科学一起所提供的新思路和新方法，为人类的思维开拓新 路，它们作为现代科学的新潮流，促进着各门科学的发展。
系统分类
系统是多种多样的，可以根据不同的原则和情况来划分系统的类型。 1、按人类干预的情况可划分自然系统、人工系统。 2、按学科领域就可分成自然系统、社会系统和思维系统。 3、按范围划妥则有宏观系统、微观系统。 4、按与环境的关系划分就有开放系统、封闭系统、孤立系统。 5、按状态划分就有平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。
2、系统论、控制论、信息论，正朝着“三归一论、协同学、突变论、模糊系统理论等等新的科学理论，从各方面丰富发展了系统论的内容，有 必要概括出一门系统学作为系统科学的基础科学理论。

素，称要素为宜。如战争系统的要素是兵力、武
器、士气、人心向背、战略战术等。
广义结构含义：元素或要素之间的一切联 系的总和。
联系形式多样：时间联系、空间联系、持 续的、瞬间的、确定性的、不确定性的
结构：（略去无关紧要的、偶发的、无规 则的联系）元素之间相对稳定的、有一点 规则的联系方式的总和。
结构种类：空间、时间；对称、非对称； 深层、表层；硬结构、软结构
子系统：在元素众多、结构复杂的系统中，元素 之间有一种成团现象，一部分元素按某种方式更 紧密地联系在一起，具有相对独立性，有自己的 整体特性。不同集团的元素之间往往不是直接相 互联系，而是通过所属集团而联系在一起。这类 集团称为子系统或分系统。
系统是否需要划分为子系统，取决于系统元素的 种类、差异和联系方式的复杂性，而不在于元素 多少。
系统论与系统分析方法
一．系统概念 二．系统思想 三．系统论的基本规律与基本原理 四．系统科学 五．系统分析方法
一、系统概念
横看成岭侧成峰，远近高低各不同 盲人摸象 研究一个事物，有很多角度，如哲学的、 美学的、数学的、经济的 有没有一种能够全面了解、描述、分析、 掌握事物的工具学呢？ 有，那就是——系统学。 类别——自然科学总论
3、功能
系统的功能：环境对系统的输入导致系统 相应的输出，这种系统与环境相互联系和 作用过程的能力就是系统的功能。 系统的功能很多，有好的，也有坏的。 完整地了解系统功能是很难的，人们往往 用特定输入条件下的特定输出、特定的环 境因素下的系统的行为来说明功能。 功能和结构，是观察系统的两个视角。
性能和功能
整合
整合：大脑虽然是一个问题一个问题地思 考，但也存在着整合功能。这一功能把在 不同时间的问题都联系起来。 看工程三视图，整合出零件的立体形态。

至今还没
有统一定
义
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系统工程的定义
(3)日本学者三浦武雄指出：“系统工程与其它工程学不同之处在 于它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的边 缘科学。因为系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及到工 程学的领域，还涉及到社会、经济和政治等领域，为了圆满解决 这些交叉领域的问题，除了需要某些纵向的专门技术以外，还要 有一种技术从横向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程 ，也就是研究系统所需的思想、技术和理论等体系化的总称。”
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系统概念的形成
15世纪下半叶以后： “只见树木” 具体化
19世纪： “先见森林，后见树木”
辨证唯物主义： 世界是由无数相互关联、
相互依赖、相互制约和
科学系统思 想的实质
相互作用的过程所形成 的统一整体。
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系统的概念
系统是由两个以上有机联系、相互作用的 要素所组成，具有特定功能、结构和环境 的整体。
➢ 一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项 目、一种组织、一套制度都可以看成一个系统;
➢ 系统的存在具有普遍性;
➢ 系统的概念是相对的而不是绝对的，它没有绝 对规模的界限。
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2.系统的特性
1）集合性。系统是由两个以上的可以相互区别的要素所组成。
2）相关性。组成系统的各要素之间具有相互联系、相互作用 、相互依赖的特定关系。某—要素若发生变化则会影响其他 要素的状态变化。
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第一章 系统与系统工程
一、系统工程的应用举例 二、系统 三、系统工程 四、系统工程方法论
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二、 系统
1.系统的概念
系统概念的形成
只见森林
➢公元前古希腊对“宇宙大系统”的认识；
➢我国西周时期的“阴阳二气”及金、木、 水、火、土“五行”；