第一章系统工程概论_农业系统工程66页PPT

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目标树
X
X1 X2 X3
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目标冲突和利害冲突
• 在目标分析过程中，系统分析人员 经常会发现，许多关键情况往往是由于 存在着相互冲突的分目标造成的。这有 两种情况：
– 一种是纯属专业性质的，即目标冲突问题； – 另一种是社会性质的，即利害冲突问题。
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目标冲突
• 例如在进行产品设计时，所可能强调的 两个目标：
社会经济系统、经营管理系统、军 事指挥系统等等。
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通的桥梁。
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2.系统工程的理论基础
• 从系统工程的定义可以看出，系统工程
是一门跨学科的边缘性交叉学科，它包括
自然、社会及工程设计分析等方面的知识，
它是由一般系统论、经济控制论、运筹学
等学科相互渗透、交叉发展而形成的。
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3.系统工程与一般工程比较的特点
传统工程
研究 对象 研究 方法
着眼点 特定的工程 物质 专业知识 局部最优
系统工程
不局限于特定工程物质，也不局 限于物质系统 各种现代科学知识和专业知识 整体最优
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4.系统工程与运筹学区别
运筹学：
通常涉及现有系统运营情况，侧重于资 源的最优配臵。
系统工程：
侧重于评价和改进现有系统、设计新系统。
标是通过什么样的方法可使系统达到最优，而方法 论是把设想付诸实现的过程。对于传统方法，它解 决问题的目标往往是单一的，比如设计一个产品或 只强调成本低或只强调性能高，而系统工程对目标 的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面以及在 每个阶段中处理问题的特殊思维过程即逻辑方面， 并综合运用各种专业知识即知识方面来综合考虑。
要素的状态变化。 3）层次性。一个系统可分解为若干子系统，而子系统还可以 分解为亚子系统等等，以致最终可分解为要素，这样就可构 成具有特定的空间层次结构。例如一个公司就是由子公司或二 级厂(矿)、车间、工段、班组，以及相应的职能部门构成。各 层次的子系统相互联系，相互作用，以其特有的功能为统一的 目标而相互协调运行。

二、系统的概念、环境、结构与功能
1.系统的概念 综合各种定义，我们认为：
系统是由若干个（两个或两个以上）相互 联系、相互依赖、相互制约、相互作用的元素 组成的具有某种特定功能的有机整体。
系统概念中包含有如下几个要点：
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第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
1.系统的概念
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第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
1.系统的概念 （4）我国著名科学家、系统工程的倡导者钱学森 认为：系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分 结合成的具有特定功能的有机体，而且这个系统本身 又是它所从属的一个更大系统的组成部分。
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第一节 系统概述
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第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
1.系统的概念 “系统”一词由来已久，可以说目前到处都在使 用。但是，在系统理论的形成和发展初期，其定义不 尽相同，下面列举出其中几个有代表性的定义： （1）在韦氏大辞典中，系统一词被解释为：有组 织的和被组织化了的整体；结合着的整体所形成的各 种概念和原理的综合；由有规则、相互作用、相互依 赖的诸要素形成的集合等等。
普通高等教育“十一五”国家级规划教 材
全国高等农林院校“十一五”规划教材
农业系统工程
王福林 主编
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第一章 系统工程概论
第一节 系统概述 第二节 系统工程概述 第三节 系统科学的学科体系 第四节 农业系统 第五节 农业系统工程
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第一节 系统概述
一、系统思想的形成过程

系统工程的应用领域
01
航空航天领域
涉及复杂系统设计、开发和优化， 如飞机、卫星等。
能源领域
涉及能源系统规划、设计和运行， 如核能、太阳能等。
03
02
交通运输领域
涉及交通系统规划、设计和管理， 如城市交通、高速公路等。
制造业领域
涉及生产系统设计、优化和管理， 如生产线、企业资源计划等。
04
02
系统工程的基本原理
系统动态性原理
总结词
系统动态性原理是指系统的状态和性能会随着时间的 变化而发生变化，这种变化具有一定的规律性和可预 测性。
详细描述
系统动态性原理认为系统的状态和性能是随时间变化的 ，这种变化具有一定的规律性和可预测性。在系统的运 行过程中，各种因素都会对系统的状态和性能产生影响 ，导致系统的输出发生变化。因此，在分析和设计系统 时，需要充分考虑系统的动态特性和可预测性，了解系 统状态和性能的变化规律，以便更好地控制和管理系统 。同时，也需要根据系统的动态变化及时调整系统的结 构和参数，以保持系统的稳定性和可统相关性原理
要点一
总结词
系统相关性原理强调系统内部各组成部分之间的相互联系 和相互作用，这些联系和作用是通过一系列的输入、转化 和输出过程实现的。
要点二
详细描述
系统相关性原理认为系统的各个组成部分之间存在着密切 的关联和相互影响。这些联系和作用是通过输入、转化和 输出过程实现的，即一个组成部分的输入可能是另一个组 成部分的输出，经过一系列的转化过程，最终形成系统的 输出。因此，在分析和设计系统时，需要充分考虑各个组 成部分之间的关联和相互作用，以及它们对系统整体性能 的影响。
总结词
人类历史上最复杂的工程之一
详细描述

系统工程给管理决策者提供了一种处理问题的思路，即以系 统的观念及工程的观念处理所面临的社会问题;
系统工程作为一种科学的系统决策方法论，它是进行各种管 理决策的基本指导思想。
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系统观念
系统的观念就是整体最优的观念，它是在人类 认识社会、认识自然的过程中形成的整体观念， 或者称之为全局观念。
系统工程借助于自然科学与工程技术的方法，来 处理各种社会系统，将人类在长期开发自然系统 和改造社会系统的实践中所形成的整体最优化系 统观念应用于其求解问题的全过程之中，从而保 证了所解决问题的全面周到与科学合理。
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1、“系统工程”的含义
1978年我国著名学者钱学森指出：“系统工程是 组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验 和使用的科学方法”，“是一门组织管理的技 术”。
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封闭系统与开放系统
封闭系统:系统与外界环境既不能进行物质交换，也不能 进行信息、能量交换。
开放系统:系统与外界环境有信息、物质和能量交互作用 的系统。
系统边界：封闭系统具有刚性不可贯穿的边界；而开放系 统边界具有可渗透性。物理系统和生物系统边界比较容易 确定；社会系统边界确定较困难。
满意性（最优化）。系统工程是实现系统最优化的组织管 理技术，系统工程追求的并不是构成系统的个别部分最优， 而是通过协调系统各部分的关系，使系统整体目标达到最 优。
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系统工程的特点
整体性（系统性）。即把研究对象看成一个整体系统，这 个整体系统又是由若干部分（要素和子系统）有机结合而 成的。
关联性（协调性）。协调系统各部分之间、各部分与整体 之间的关系，可提高整体系统的性能。

柏 拉 图 的 宇 1.系统地发展了辩证法；
系、系统的结构
宙观
2.宇宙最初由两个三角形发展而来。
、系统的功能、
亚 里 斯 多 德 1.创造了形式逻辑，系统研究了思维规律； 系统的演化等方
的 三 段 论 和 2.提出了三段论和整体论；
面具有丰富而深
整体论
3.提出运行的天体是物质实体。
刻的研究成果。
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近 现 代 西 方 自 然 科 学 的 系 统 思 想
哥白尼的《 天体运行论 培根的《新 工具论》 笛卡尔的《 方法论》和 《解析几何 学》 马克思的系 统思想
反映系统思 想的其他科 学成果
1.对复杂的天体系统有深刻研究； 2.提出日心说。 1.对科学研究方法有独到研究； 2.提出定性—归纳推理的研究方法。 1.将几何学代数化，创立了解析几何； 2.提出了数学—演绎的研究方法； 3.提出了质量、时间、空间三个基本量纲； 4.提出“我思固我在”。 1.提出了辩证法和唯物主义； 2.提出了辩证法三个规律。 1.取得了人类历 史上 一系 列最 重大 的科 学发 明； 2.创立了物理学 、化 学、 生物 学等 自然 科学 及其分支；
1.将管理对象、 管理过程作为一 个整体进行研 究，促进了人们 对管理系统内组 成要素、要素之 间关系的认识； 2.将理论应用于 管理工程实践， 创造了人类奇 迹； 3.系统论及相关 理论直接出现。
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整体思想和联系思想是科学系统思 想的核心与实质。
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二、系统工程的理论的形成与发展
系统理论包括：
1、老三论（形成于二十世纪四十年代）：一般系统论、 控制论和信息论。 2、新三论（形成于二十世纪七十年代）：耗散结构理 论、协同论和突变论。

阶段
时间
1930
I 1940
第二次世界 大战期间
II
本世纪40年 代
1945
重大事件
美国发展与研究广播 电视 美国实施彩电开发计 划 美国Bell电话公司开 发微波通讯系统 英、美等国的反空袭 等军事行动
美国研制原子弹的 “曼哈顿计划” 美国空军建立兰德 （RAND）公司
重要贡献
正式提出系统方法（Systems approach）的概念。 采用系统方法，并取得巨大成功。
间联系、功能、环境）； 提出一个改进方案，并画出改进后的系统
结构图； 对比改进前后的系统结构图，说明结构、
功能、系统与环境的关系发生了哪些改变。
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小组作业
案例研究：
题目见本PPT右边的插 入文件。（提示：更多资料 上网查找）
都江堰成就千年“天府之国”
徜徉在成都繁华的街头，小憩在林间静谧的茶馆，看着人们悠闲的步伐，品味 蜀地从容的生活，我们真正能够体会到了天府之国的安逸与富庶。可是谁又能够想 到，岷江这条地上悬江一度成为古蜀国生存的极大障碍：岷江洪水泛滥，成都平原 就一片汪洋；一遇旱灾，又是赤地千里，岷江之患还祸及西川，鲸吞良田，以至民 不聊生。战国末期，秦蜀郡守李冰带领当地百姓经过 8 年的努力建成都江堰，从此 以后曾被称为“人或成鱼鳖”的水旱灾严重的成都平原成为“水旱从人，不知饥 馑，时无荒年”的“天府之国”。
一旦出现沉船溢油事故，应急救援费用也很高 海上运输受恶劣天气（风暴）影响
起点和终点都需要建大型油库，
由于海上运输的不确定性，油库储量需要保持10日产量， 油库体积巨大，投资额也巨大
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案例: 普拉德霍湾油田原油运输 ----方案评价
方案2：管道运输（加热保持原油流动性） 为了保证技术上可行，需要沿途加热原油， 加热站建设费用高（特别在北极冻土地带） 加热站管理复杂，消耗燃料，运行费用高 加热后，输油管里的热量影响周围环境

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needs.
系统工程
Systems Engineering (Discipline)
Systems Engineering is an engineering discipline whose
responsibility is creating and executing an interdisciplinary
people, hardware, software, facilities, policies, and
documents; that is, all things required to produce
systems-level results. The results include 12
参考资料
1. 吴祈宗. 系统工程. 北京：北京理工大学出版社，2011年 2. 梁迪(主编). 统工程. 北京：机械工业出版社，2005
3. 汪应洛(主编). 系统工程. 北京：机械工业出版社，2003
4. 《运筹学》教材编写组编，运筹学[M] （修订版），北京： 清华大学出版社，1996
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系统工程
系统工程(Systems engineering，SE)，是20世纪中期兴起 的一种多学科交叉方法、一门多学科交叉工程学科
是实现“从概念到产品”研发的共性方法(通用方法) 它针对系统整体全寿命周期的问题，旨在运用系统的思
想和方法，对系统的问题进行预测、建模、设计、优化、 决策和评价等，为复杂系统问题提供技术可行、经济最 优的解决方案。 (如最优控制)
This general process of “Idea of systems engineering” was abstracted into the SIMILAR Process.

3.系统的结构
（1）框架结构与运行结构
当系统处于尚未运行或停止运行的状态时 各元素之间的基本联接方式，称为系统的框架 结构。 系统处于运行过程中相互依存、相互支持、 相互制约的方式，称为系统的运行结构。
（2）空间结构与时间结构
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第一节 系统概述
二、系统的概念、环境、结构与功能
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2014-5-22
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第一节 系统概述
一、系统思想的形成过程
系统思想从经验到哲学到科学，从思维到定性到 定量的发过程，大致可分为四个阶段，即： 第一阶段:古代农事、工程、医药、天文方面的实 践成就，以及建立在这些成就之上的古代中国和古希 腊朴素的唯物主义自然观（以抽象的思辨原则来代替 自然现象的客观联系）； 第二阶段:近代自然科学的兴起，以及由此产生的 形而上学自然观（把自然界看作彼此不相依赖的各个 事物或各个现象的偶然堆积）；
系统的功能与结构关系密切，结构决定功能，但功能对结 构也有重要影响，只有系统的结构合理，系统才有可能发挥出 最佳功能。另外，系统的功能不仅取决于结构，它还取决于系 统所处的环境及其组织管理水平。系统结构相同，由于所处的 环境和组织管理水平的不同，可能表现出不同的功能，同时结 构不同的系统，也可能表现出相同的功能。也就是说，系统的 功能是由系统的结构、所处的环境和组织管理与生产水平等共 同作用决定的。
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外部关联 层次结构图
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第一节 系统概述
全球
大洲
国家 地区 经济企业单位 生态系统 群落 种群 有机体 组织 细胞内含物 2014-5-22 政治学 社会学 经济学 生物学
图1-2 全球生态系统层次结构
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教学参考书： 汪应洛主编，系统工程（第3版），机械 工业出版社，2003.8 课程网址：
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第一讲 系统工程概述
一.系统工程的产生、 发展及应用 二.系统工程的研究对象 三.系统工程的概念与特点
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第一讲 系统工程概述
一. 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：
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引言: Who/Where
Who/Where?
Who —— 学生为主体，教师为主导。 Where —— 将课堂内外的学习结合起来！
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7引言: How来自How? 建议注重系统思考 坚持问题导向 采用系统化方法
教学要求
上课及考核
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引言: How
可持续发展引起普遍关注
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引言: Why
管理科学的发展与管理人才培养
管理科学发展的“制高点” ——系统化管理 T型人才
交通大学的发展及其管理学院的学科优势
钱学森、许国志、汪应洛……
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引言: What/When
What /When?
SE是以大规模复杂系统（特别是管理系统） 为研究对象，在系统理论、管理科学及其运筹 学等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学 习，主要使学生掌握分析与解决各种管理系统 问题的思想、程序和方法。
性
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III
40年代后期到50 年代初期
运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立 与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了 重要的学科基础

9. 工程決策程序
10. 產品從研發到完成，系統工程人員不斷的在做 工程決策。重大的決策，影響時程、功能及成本甚 鉅，為使決策允當，應建立重大決策系統化程序， 以防匆忙疏失。
11. 型態管理
12. 產品系(pǐn xì)統從研發開始，即應開始型態管
理，任何需求變更必須經正式程序，確保需求者與
研發者保持即時(Real Time)的溝通。
XX年度
• 確立系統/分系統基本型 態規格
• 研發策略評估
• 採用有效方案消除不 確定之相關問題
• 確定更精確預算需求
• 修訂研發測試總計劃
• 驗證確定關鍵風險項目
• 平行研發項目擇優定案
• 提報全型開發工作計劃
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全型開發工作(gōngzuò)內容
第二(dìèr)階段里
程碑
階段資料輸入：
時程 工作項目
8. 設計評估
9. 管理單位按既定目標時程及工作計劃，訂定評估及 檢討工作。對每一關鍵系統、產品組件，階段設計完 成或重要研發程序完成，建立評估制度。
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第十七页，共31页。
7. 介面整合
8. 大型系統之介面問題，從研發開始即不斷發生， 直到研發完成，計劃管理人員及系統工程人員，不 斷的處理介面問題。因此訂定必要的程序、規範， 可有效降低衝突，提高工作效率。
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第十八页，共31页。
10. 組織與產品責任分工(fēn gōng)
11. 產品架構與單位組織間之明確定義，是確保成功 之關鍵。不當的組織分工(fēn gōng)，造成產品開發 之權責不明，介面混淆不清，造成成本及效率問題。
12. 人員及訓練
13. 大型系統的研發，人力龐大，將需求各式的專業 或專長訓練。早期的需求認定，及早培育，或引進專 家，或舉辦在職訓練，將可縮短研發時間。

人口问题的定量研究及应用（始于1978年）、 2000年中国的研究(1983至1985年）、全国和地 区能源规划（始于1980年）、全国人才和教育规 划（始于1983年）、农业系统工程（始于1980 年）、区域发展战略（始于1982年）、投入产出 表的应用（始于60年代和1976年）、军事系统工 程（始于1978年）、水资源的开发利用（始于 1978年）等。
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。 o 古希腊辩证法的奠基人：“世界是包括一切的整体” o 公元前古希腊德谟克利特：“宇宙大系统” o 西周时期用阴阳二气来解释自然现象，产生“五行”概念 o 我国老子：“道生一、一生二、二生三、三生万物” o 东汉时期张衡：“浑天说”、“地动仪” o 战国时期都江堰“鱼嘴”岷江分水工程、“飞沙堰”分洪排沙 工程、“宝瓶口”引水工程和120个附属渠堰工程 o 。。。。。。 o 耗散结构理论的创始人普利高津《存在到演化》：“中国传统 的学术思想是看重于研究整体性和自发性，研究协调和协和”。
03.11.2020
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2.科学系统思想的形成
系统概念的实质：
物质世界是由许多相互联系、相互依赖、相互制约、相
互作用的事物和过程所形成的统一整体。
—
—马克思、恩格斯
系统思想在20世纪科学技术发展的客观要求下得到迅猛 发展：
o 20世纪初，贝塔朗菲一般系统论思想：整体、动态、等级
o 管理学领域
o 20世纪中期，信息论、控制论
1945
03.11.2020
重大工程实践或事件 重要理论与方法贡献
美国发展与研究广播电 正式提出系统方法（Systems
视
approach）的概念
美国实施彩电开发计划 采用系统方法，并取得巨大成功

《系统工程》主编 杜瑞成 闫秀霞
投入产业模型在国民计划经济中的应用
我国计划经济的最基本原理是有计划按比 例发展，综合平衡各部门之间按比例发展， 例发展，综合平衡各部门之间按比例发展， 系统工程把整个国民经济当作一个大系统。 系统工程把整个国民经济当作一个大系统。 分析总结出投入产出综合模型， 分析总结出投入产出综合模型，对系统中 各因子进行分析， 各因子进行分析，确定各部门的投入及生 产规模，以求最终平衡， 产规模，以求最终平衡，实现安比例发展 的目标。 的目标。
《系统工程》主编 杜瑞成 闫秀霞
1.1 系统的基本概念 1.1.1 系统的定义
（1）古今系统思想概述 ）
德谟克利特（Democritus） 德谟克利特（Democritus）的“宇宙大系统” 宇宙大系统” 德谟克利特（约前460年～前370年）出生于色斯雷的海滨城市阿 德谟克利特（约前460年 460 370年 布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、 布德拉。德谟克利特研究过天文、地质、数学、物理、生物等许 多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。 多学科，提出了圆锥体、棱锥体、球体等体积的计算方法。他对 逻辑学的发展也作出了重要的贡献。 逻辑学的发展也作出了重要的贡献。德谟克利特的著作涉及自然 哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、 哲学、逻辑学、认识论、论理学、心理学、政治、法律、天文、 地理、生物和医学等许多方面，据说一共有52种之多， 52种之多 地理、生物和医学等许多方面，据说一共有52种之多，遗憾的是 到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。 到今天大多数都散失或只剩下零散的残篇了。马克思和恩格斯因 此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者” 此赞美他是古希腊人中“第一个百科全书式的学者”。

02
系统工程方法论
硬系统方法论
总结词
强调数学模型和定量分析的方法论
详细描述
硬系统方法论注重数学模型和定量分析在解决系统问题中的应用，通过建立精确的数学模型来描述系 统的结构和行为，并运用数学分析和优化方法来寻求最优解决方案。这种方法论在工程、物理和经济 学等领域有广泛应用。
软系统方法论
总结词
强拟、优化技术、决策分析等。
系统分析的局限性
数据获取难度大
对于某些复杂系统，难以获取完 整、准确的数据，导致分析结果 的不准确。
主观因素影响
系统分析的结果往往受到分析者 的主观因素影响，如经验、知识 背景等，可能导致结果的偏颇。
适用范围有限
系统分析方法适用于具有明确目 标、约束条件和决策变量的系统 ，对于某些模糊性、不确定性较 高的系统可能不适用。
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系统设计
系统设计的概念和原则
概念
系统设计是根据用户需求，将系统抽 象为具体的物理结构或流程，以满足 预定目标的过程。
原则
系统设计应遵循整体性、最优化、可 靠性、可扩展性和可维护性等原则， 以确保系统能够高效、稳定地运行。
系统设计的步骤和方法
步骤
需求分析、系统规划、系统分析、系统设计、系统实施 和系统评估。
系统评价是对一个系统进行全面评估的过程，包括对其性能、效果、可行性和可 持续性等方面的评估。
目的
系统评价的目的是为了了解系统的现状，发现问题和不足，为系统的改进和创新 提供依据和支持。
系统评价的步骤和方法
步骤
确定评价目标、制定评价计划、收集 和分析数据、评估结果反馈。
方法
定性和定量评价方法，如专家评估、 问卷调查、实验法等。
系统工程的应用领域