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第2章 系统工程基本理论

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《系统工程学第二章》PPT课件

《系统工程学第二章》PPT课件
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战略目标和战术目标
战略目标是关系到系统全局性、长期性 发展方向的目标，它规定着系统发展变 化所要达到的总的预期成果，指明了系 统较长期的发展方向，使系统能够协调 一致地朝着既定的目标展开活动。
战术目标是战略目标的具体化和定量化， 是实现战略目标的手段。战术目标的达 成有利于战略目标的实现，否则将制约 和阻碍战略目标的实现。
择）
22
系统开发阶段——开发实施阶段
系统约束条件 实现的可能性 实施计划书
23
系统研究阶段——实施计划阶段
多方案的提出： 红筹股、H股等方式上市。 方案的比较 系统设计书：招股说明书
24
系统研究阶段—— 制作实施阶
段
递交申请 进行路演 (关键:如何进行和注意事项)
25
系统运行阶段
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确定目标的原则
长远性――选择有重大影响的事项为目标 总体性――着眼于总体效果，不要偏重于局效益 可行性（可操作性）――所确定的目标应是可以达到或经过
努力能够达到的，不能不顾具体条件的限制去制定无法达到 的目标。 单义性――目标含义要清楚，对目标只能有一种理解，含义 不能模糊，似是而非。 具体性――目标必须具体，内涵应清楚。 标准性――有衡量达到目标及程度的客观明确标准。 一致性――如有多个,必须综合，协调、统一。 有序性――如有多个目标，应排出先后，轻重次序
将系统的目标区分为主要目标和次要目标， 既是因为不可能同时有效地追求和实现所有 的目标，也是为了避免由于过分重视次要目 标，而忽视了系统的主要目标及其实现。
45
目标确定的意义
目标是系统期望达到的结果 目标的确定关系到整个工程的方向、
范围、投资、周期、人员分配等决策， 目标不正确会延缓系统工程的进行， 甚至带来损失。

系统工程理论基础课件

系统工程理论基础课件

•2024/5/3
•系统工程理论基础
•13
信息论
信息论的产生与发展
于20世纪40年代末产生，其主要创立者是美国的数学 家申农和维纳。
狭义信息论：即申农信息论。主要研究消息的信息量、 信道（传输消息的通道）容量以及消息的编码问题。
一般信息论：主要研究通信问题，但还包括噪声理论、 信号滤波与预测、调制、信息处理等问题。
•系统工程理论基础
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信息熵与物理学中熵在计算公式上仅差一个负号。熵是系 统紊乱程度的表征，而信息是表示系统不定性的减少。
一个系统所获信息量越大，系统就越有序，熵就越小。反 之，所获信息量越小，系统就越无序，熵就越大。
“信息量是一个可以看作几率量的对数之负数，它实质上 就是负熵。”
“熵的获得永远意味着信息的丢失，而不是别的。”
•2024/5/3
•系统工程理论基础
•6
①一切有生命、无生命系统都是信息系统。无论是 机器还是生物，都存在着对信息进行接收、存取 和加工的过程。
②一切有生命、无生命系统都是控制系统。一个系 统一定有它的特定输出功能，必须有相应的一套 控制机制。
控制论的发展经历了三个时期. 从20世纪40年代 末到50年代是第一个时期，即经典控制理论时期。 控制论发展的第二个时期为20世纪60年代，即现 代控制理论时期。20世纪70年代以后是第三个时 期，即大系统控制理论时期。
内容。消息是信息的“外壳”，信息是消息的“内核”。 从实用角度看，信息是指能为人们所认识和利用的，但事
先又不知道的消息、情况等。 维纳则认为：信息不是物质也不是能量，在信息与物质、
能量之间划了一条界限；信息是系统的组织性的量度。
•2024/5/3
•系统工程理论基础

系统工程导论 第二章系统工程的基础理论与方法论 第一节系统最优化理论

系统工程导论 第二章系统工程的基础理论与方法论 第一节系统最优化理论

n 。最后，也要考虑到xij
的产品数量属性，即 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n ，因此，该运
输方案可由以下模型求解得到：
2.1 系统最优化理论
mn
min
cij xij
i 1 j 1
（2-3）
n
s.t. xij ai ,i 1, 2, m j 1 m xij bj , j 1, 2, n i 1 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n
2.1 系统最优化理论
mn
解
首先，在假设运输量为
xij
的条件下其总的运费为 i 1
j 1
cij
xij
。
其次，要考虑到从任意产地运出的量要等于该产地的产量，即
n
xij ai ,i 1, 2,
j 1
m 。第三，还要考虑到运到任意销地的量要等
m
于该销地能销出的量，即 xij bi , j 1, 2, i 1
不同的方案、设计、措施以达到最优目的。（2）目标函数，如例
2-1
中的 max
, 10x1 18x2
例
2-2
中的min
mn
cij xij
。目标函数通常是决策变
i 1 j 1
量的函数，表达了“何为最优”的准则和目标，规定了优化问题
的实际意义。
2.1 系统最优化理论
（3）约束条件，如例 2-1 和例 2-2 中由“s.t”规定的部分。 约束条件指决策变量取值时受到的各种资源和条件的限制，表 达了一种“有条件优化”的概念，通常为决策变量的等式或不 等式方程。如果决策变量的取值是连续的，且目标函数和约束 条件都是决策变量的线性函数，则称为线性规划问题。如果决 策变量的取值为整数点，则称为整数规划问题；如果部分决策 变量取值连续而其余取值为整数，则称为混合整数规划问题； 如果目标函数和约束条件中存在任何的非线性因子，则称为非 线性规划问题。

工业工程导论第2章 系统的规划与系统工程基础(1)

工业工程导论第2章 系统的规划与系统工程基础(1)
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（3）总体规划 进行总体规划时，必须对市场特征进行认真分析： 1）现代市场的力量可以快速改变市场需求的产品；企业应该快速响应今天的市场新需求， 同时能够利用新产品引导现有和潜在的顾客。 2）对手更具竞争力的新产品和新的服务可能会抢占你原来的市场。 3）商务竞争的失败经常与市场分析不足、战略规划与市场定位失误、技术储备不足相关。
➢ 动态的定义：“系统是事物按逻辑、整体、时间 进行处理的流程”，强调系统同环境的交互作用。
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（2）系统的特征与属性
➢ 特征：
系统具有大小、复杂性、整体性、层次性。
➢ 基本属性
集合性、相关性、层次性、目的性、适应性、可 学习性。
（3）系统方法的重要性
随着社会的进步和科技的发展，系统方法成为越 来越重要的方法论。
（4）大系统的概念
按照系统中整体同时完成的功能数划定大系统与
小系统。功能数大于m称为大系统，功能数小于或 等于m（10或6）称为小系统。
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3、系统的基本问题 系统包括产品系统、装备系统、硬件或软件系统、组织系统或商务系统等。 制造系统可以看成将输入（生产资源）转换成输出（产品和服务）的系统。 五个基本问题：
（3）公用服务系统
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2、运作规划与控制（OPC）
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3、系统设计公理
系统设计公理是在近百年的组织与工业工程实践 和关于发明与设计原理的研究基础上总结而得的， 其主要内容有九条公理：
公理一（系统革新公理）的内容：一个人参与 的系统总是可以改进的，除非它已经消亡或不值得 再利用了。
➢规则一：应该不断地使组织的动作科学化 ➢规则二：应该不断地改进和创新产品与服务 ➢规则三：应该从全局、全寿命的角度进行研

第二章 系统工程的理论基础

第二章 系统工程的理论基础

• 支配原理是协同学理论的核心原理。 • 支配原理认为：考察复杂系统的演变可以发现绝 大多数的因素是一些衰减得很快的变量——称之 为快变量；而另一些少数的变量，在系统的发展 中变化较慢，并且主宰着整个系统的演变方向， 决定着系统的客观（有序）状态——称之为慢变 量或序参量。 • 当一个竞争系统中同时存在几个序参量就会发生 合作、反馈、制约或斗争的种种协同作用——当 系统处于稳定状态时，就是包含着由几个序参量 所决定的客观结构的“种子形态”，这些“种子” 哪些能最终主导整个系统或最终成为系统结构的 一部分，这些取决于序参量在系统中具体的竞争 与合作的态势。
线性规划和非线性规划
• 在经营管理中，需要恰当地运转由人员、设备、 材料、资金、时间等因素构成的体系，以便有效 地实现预定工作任务。这一类统筹计划问题用数 学语言表达出来，就是在一组约束条件下寻求一 个目标函数的极值问题。 • 当约束条件为线性方程式，目标函数为线性函数 时，就为线性规划问题；当目标函数或约束条件 是非线性时，就叫非线性规划问题。
6、突变论
• 突变论是研究客观世界非连续性变化现象的一门新兴学科， 以法国数学家R.托姆为代表。 • 突变论研究的内容是从一种稳定组态跃迁到另一种稳定组态 的现象和规律。 • 突变论指出，系统所处的状态，可用一组参数描述，当系统 处于稳态时，标志该系统状态的某个函数就取惟一的值。当 参数在某个范围内变化，该函数值有不止一个极值时，系统 必处于不稳定状态。 • 高度优化的设计很可能有许多不理想的性质。因为最优，常 常联系着对缺陷的高度敏感性，会产生难于对付的破坏性， 以致发生真正的“突变”。在工程建造中，高度优化的设计 常常具有不稳定性，当出现不可避免的制造缺陷时，由于结 构高度敏感，其承载能力将会突然变小，出现全面的塌陷。 • 应用突变论可以解释：经济危机的爆发，战争爆发，社会舆 论等。（经济危机的复苏不属突变，是缓慢滑升的）

第2章 系统工程基本理论

第2章 系统工程基本理论

2020/2/23
北京物资学院信息学院
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2.2 系统论基础
2.2.2 系统的环境、行为和功能 3. 系统的功能
功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现 出来的性质、能力和功效。功能是刻画系统行为，特别是系 统与环境关系的重要概念。
结构是功能的基础，功能依赖于结构；结构决定功能， 功能对结构具有一定的反作用。
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2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
2. 定性描述与定量描述相结合
对任何事物都可以从定性与定量两个方面加以描述。
定性特性多数情况下表现了事物的本质属性，是定量描述 的基础；在定性描述的同时，我们也必须借助于定量描述， 给出定性描述的具体特性，使定性描述更加客观和精确。定 性描述与定量描述相互结合，正是系统论研究问题的基本方 法之一。
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2.2 系统论基础
2.2.4 系统论的方法
1. 还原论与整体论相结合
整体论强调的是整体地把握对象，还原论则主张把整体 分解为部分来研究。
系统论正是通过综合整体论的思想、改进还原论的局限 性而发展起来的。它在了解事物各部分精细结构的基础之上 ，再从整体上来认识和处理问题。这样，一方面克服了还原 论零碎地认识事物的片面性，另一方面也更正了古代整体论 的直观性和笼统性，真正地达到了科学地把握全局。
第二次世界大战在客观上大大促进了科学的进步、技术 的发展，特别是与作战有关的科学技术。
2. 理论渊源
（1）数学和物理学为控制论的产生提供了数量计算和演 化机制分析的基础。
（2）生命科学为控制论的产生提供了可供类比的对象。 （3）计算机科学和逻辑学的发展与控制论的产生和发展 互为因果、相互促进。

第2章系统工程基本理论

（3）分解一协调控制——分层分段控制
全过程 任务
协调模块
第1段控制器
第2段控制器
第n段控制器
被控对象或过程
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2.3 信息论基础
现代信息论是从20世纪20年代奈奎斯特N．Nyquist） 和哈特利（L．v．R．Hartley）的工作开始的，他们最早 研究了通信系统传输信息的能力，并试图度量系统的信道 容量。
控制论（cybernetics）是在20世纪30、40年代自动 控制、电子计算机、通信技术和生物学、数学等学科蓬勃 发展的背景下产生的。1948年，美国数学家维纳将机器与 生物的控制和通信机制进行类比，抽象出共同特征，创立 了控制论。
控制论提炼出的基本概念，诸如目的、行为、通信、 信息、输人、输出、反馈、控制以及在这些概念基础上的 控制论系统模型，即输入一输出反馈控制模型，具有广泛 的普遍意义，并且紧密联系着基础理论和应用技术两头。
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控制与信息
控制过程是一种不断获取、处理、选择、传送和利用 信息的过程。实施控制的前提条件是获取受控对象运行状 态、环境状况、实际控制效果等信息，控制目标和手段都 是以信息形式表现并发挥作用的。维纳强调说：“控制工 程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的，而且，这 些问题的关键并不是环绕着电工技术，而是环绕着更为基 本的消息概念，而不论这消息是由电的、机械的或神经的 方式传递的。”
从信息掌握程度理解白箱、灰箱和黑箱的涵义
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控制分类
一定的控制过程有一定的控制任务。控制系统是人们 为完成一定的控制任务而设计制造的。按照控制任务的不 同，可将控制系统主要分为以下几Байду номын сангаас类型：
定值控制 程序控制 随动控制 最优控制
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控制方式

系统工程：第2章 系统与系统理论概述


2.3 社会经济系统的特点
反馈环，具有多重反馈环
反馈是社会经济系统一个重要的特点，它由正反馈和负反馈组 成。正反馈是指系统的A要素的增长会引起B要素的增长，而B 要素的增长又使得A要素增长，周而复始形成一个环路，不断 推动系统发展；负反馈指系统A要素的增长会引起B要素的增 长，而B要素的增长又使得A要素减弱，使系统A要素回归到较 低的水平。如总人口的增长，在一定出生率的前提下，出生人 口数增加，出生人口数增加使得总人口增加；反之，总人口增 长，在一定死亡率的前提下，死亡人口数增加，而死亡人口数 增加又使得总人口减少
着英特网技术发展，管理系统层次在向扁平化发 展，当网络化程度很高时，系统层次性会下降）
2.1.2 系统的特性
目的性
任何一个系统都具有特定的目的，为了总的目的， 各子系统直至要素都具有各自的中小目的。在分 析系统的目的性时往往采用目的—手段法，即认
为目的是上一层的手段，手段是下一层的目的。
只有了解不同层次的目的，才能更好的对系统进 行管理
2.3 社会经济系统的特点
反馈环，具有多重反馈环
社会经济系统不但具有正负反馈环，还具有多重反馈环特点， 多重反馈环是指系统的某一要素A增加或减少，引起要素B的 增加或减少，而要素B的增加或减少又引起要素C的增加或减 少，……最终使A要素增加或减少，这一循环过程形成了一个 多重反馈环。如人口总数的增加，使之劳动人口数增加，相应 的GDP增加，GDP的增加可使科学教育费用增加，导致人们受 教育水平增加，从而提高人们对计划生育的认识，减少计划外 生育，使人口总数增加量降低。
系统才能在竞争中取胜。因此，在分析系统问题
时，要充分考虑环境对系统的作用。
2.1.3 系统工程研究系统的特点
可控性

工业工程导论第2章 系统的规划与系统工程基础


约束条件：170xx1+1+55xx2+2+dd2+1+--dd2-1-==8900
(零件A的生产率目标) (零件B的生产率目标)
s.t.3x1+8x2+d3+-d3-=75
(零件C的生产率目标)
400x1+250x2 2000 (投资预算约束)
x1,x2,d1+,d1-,d2+,d2-,d3+,d3- 0
（2）制造规划与控制（MPC）系统
MPC系统的含义：指为企业制造系统规划、 控制和管理决策提供有效信息的系统。其要素有： 人员、物料、机器设备、顾客、供应商和流程， 这些要素定义了企业的任务等。 MPC系统是提供同顾客进行有效沟通、有效管 理企业物料流动与有效利用人力与设备，以及协 调企业内部活动和供应链关系信息的决策支持系 统。 MPC系统的特征：复杂性；动态性；不确定性
4）遗传算法（Gene Algorithm，GA）
• 工业工程应用当中，特别是制造系统中某些最优化 问题性质非常复杂，很难用传统的优化方法来求解， 自1960年以来，人们对求解这类问题的兴趣日益 增加。
• 一种模拟生物自然进化过程的、被称为“进化算法” 的随机优化技术在解这类问题时显示出了优越的性 能。
5）进行决策。
层次分析法应用实例
（6）人工智能方法 人工智能定义：使计算机具有智能。其目
的是使计算机更加有用，并了解使计算机智 能化的原理。它与制造系统的规划和设计有 密切关系。
现有人工智能工具包括：搜索法、以规则 为基的系统（又称为专家系统）、人工神经 网络（ANN或NN）、遗传算法(GA) 和计 算机仿真等。
选择标度： ➢人们在区别事物质的区别时，常常用5种判断

系统工程学课件

时 间 维
2.3.3软系统方法论
问题情景的识 别与表达 根底定义 建立概念模型 （对象系统概念化) 比较
寻找改善途径
方案选择
设计
实施
评估
图 2-2 切克兰德的“调查学习”方法论
切克兰德方法论的核心是“比较”
和“探寻”，它强调从“理想”模式( 概念模型)与现实状况的比较中，探寻
改善现状的途径，使决策者满意。
定量模型
概念模型，定性与定量相结合的 方法
2.3.5从定性到定量的综合集成法
1. 充分听取各方面有经验专家的意见与建议。 2. 在充分听取专家意见的基础上，把这些思想综合起来，建立 模型。 3. 将实际数据分析、整理后，确定相关的参数，输入模型，进 行运算。 4. 将运算结果与结论请专家们进行评审，充分听取专家意见， 让专家们评论，并在此基础上进行修改。 5. 根据专家经验和结论，进一步修改模型，并仿真运算。 6. 将运算结果再次请专家们研究，通过与实际的情况对比分析， 修正模型，这样反复多次，直到专家们认为模型及其结论合 理可靠，最后确定模型，给出结论。
第2章 系统工程理论——2.1 系统工程的概念及特点
2.1.1系统工程的概念
用定性与定量相结合的系统思想和方法处理大 规模复杂系统问题，无论是系统的设计或建造，还 是系统的组织、经系统工程 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 。是一种对所有系统具有
表2-3 霍尔方法论的管理矩阵
摆明问题 逻辑维(步骤) 时间维(阶段) 1 2 3 4 5 6 目标确定 提出方案 建立模型 评价决策 实施管理
规划阶段 1 设计阶段 2 研制阶段 3 生产阶段 4 运行阶段 5 更新阶段 6
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系统工程
Systems Engineering
2020/8/5
北京物资学院信息学院
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本章主要内容
2.1 概述 2.2 系统论基础 2.3 控制论基础 2.4 信息论基础 2.5 运筹学基础 2.6 复杂系统理论
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第2章 系统工程基本理论
2.1 概述 2.2 系统论基础 2.3 控制论基础 2.4 信息论基础 2.5 运筹学基础 2.6 复杂系统理论
一般系统论用相互关联的综合性思维来取代分析事物的分 散思维，概括了整体性、关联性、动态性、有序性、终极性（ 目的性）等系统的共性，突破了以往分析方法的局限性。
2020/8/5
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2.2 系统论基础
一般系统论的基本思想是：从系统观点、整体观点、动态 观点测绘法，把有机体描绘成由诸多要素、按严格等级层次组 成的动态的开放系统，具有特殊的整体功能。
系统工程的方 向
工程系统工程
对应的学科基础 工程设计
系统工程的方 向
教育系统工程
科研系统工程
科学学
社会系统工程
企业系统工程 生产力经济学 计量系统工程
信息系统工程 信息学、情报学 标准系统工程
军事系统工程
军事科学
农业系统工程
经济系统工程 政治经济学 行政系统工程
环境系统工程
环境科学
法治系统工程
对应的学科基 础
教育学 社会学、未来
学 计量学
标准学
农事学
行政学
法学
2020/8/5
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第2章 系统工程基本理论
2.1 概述 2.2 系统论基础 2.3 控制论基础 2.4 信息论基础 2.5 运筹学基础 2.6 复杂系统理论
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2.2 系统论基础
贝塔朗菲是美籍奥地利生物学家，1945年，他在《德国哲 学周刊》第18期上发表了《关于一般系统论》，这是系统科学 的奠基之作，标志着系统科学的诞生。
科学研究对象：系统、整体、整体性 方法论上反对还原论
2020/8/5
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2.2 系统论基础
一般系统论的延伸: 有关的学科和理论，如管理理论、运筹学、信息论、控制
论、科学学、哲学、行为科学等。它给各门学科带来新的动力 和新的研究方法，沟通了自然科学与社会科学、技术科学与人 文科学之间的联系，促进了现代科学技术发展的整体化趋势， 使许多学科面貌焕然一新。
（2）局部是指组成有机统一体的各个方面、要素、分支 及其发展全过程中的某一阶段或某一区间。
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2.2 系统论基础
2.2.1 系统的观点 1.整体与涌现性
系统的整体特性既包括质的方面又包括量的方面，并以 二者的统一体现出来。如果整体与部分之间存在某种可以从 量上比较的同质特性，整体涌现性就是“整体不等于部分之 和”。
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2.2 系统论基础
2.2.1 系统的观点 2.结构、子系统、层次
系统组分（元素）及组分之间一切联系方式的总和称为 系统的结构（structure）。
子系统（subsystem）相对于系统整体而言就是系统的部分 或组分，但它本身就是一个系统，具有系统的基本特性。
2020/8/5
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2.2 系统论基础
2.2.1 系统的观点
贝塔朗菲将系统定义为“相互作用的诸要素的复合体”。 这个定义强调了系统的整体性和联系性，是系统科学的基本 观点。
结构功能相关规律、信息反馈规律、竞争协同规律、涨 落有序规律、优化演化规律作为系统的五个重要规律。
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2.2 系统论基础
2.2.2 系统的环境、行为和功能 3. 系统的功能
功能是指系统与外部环境相互联系和相互作用中表现 出来的性质、能力和功效。功能是刻画系统行为，特别是系 统与环境关系的重要概念。
结构是功能的基础，功能依赖于结构；结构决定功能， 功能对结构具有一定的反作用。
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2.2 系统论基础
2.2.3 系统的状态及其演化 1. 系统的状态
状态变量一般是时间的函数 ，不同时刻状态变量通常取 不同的值。
时间
状态变量：
独立性和完备性
环境参数
位置
状态变量也是环境参数的 函数，参数的变化反映了 系统外界环境的变化引起 的系统结构的改变。
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状态变量经常也是位置 的函数，当系统所处的 范围较大时，往往存在 一定的空间分布，不同 位置上系统的状态变量 有不同的取值。
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2.1概述
为系统工程提供理论和方法的技术科学主要有系统论，控 制论和信息论、最优化理论等（其中，系统论、信息论、控制 论简称“三论”，是系统科学的重要理论基础及工具）。
系统论是系统科学的主体理论基础。
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2.1概述
表2-1 系统工程的部分方向
层次是系统由元素整合为整体过程中的涌现等级，不同性 质的涌现形成不同的层次，不同层次表现出不同的涌现性。
2020/8/5
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2.2 系统论基础
2.2.2 系统的环境、行为和功能 1. 系统的环境
广义上讲，一个系统之外的一切与它相关联的事物构 成的集合，称为该系统的环境。
环境与系统之间的相互关系是系统的外部规定性。 在一定意义上，抽象系统界限的划分和确定主要取决于 分析人员或决策者。不同的决策者或分析人员可能会根据自 己的研究目的取不同的界限来划分系统和环境。
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2.2 系统论基础
2.2.2 系统的环境、行为和功能 2.系统的行为
行为是刻画系统与环境相互关系的概念。系统相对于 它的环境所表现出来的任何变化，或者说，系统可以从外部 探知的一切变化，称为系统的行为。
行为属于系统自身的变化，是系统自身特性的表现，但 又同环境有关，反映环境对系统的作用或影响。
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2.2 系统论基础
2.2.1 系统的观点 1.整体与涌现性
系统观点首先是整体观点 。整体才具有而孤立的部 分及其总和不具有的特性，称为整体涌现性或突现性（ whole emergence）。
（1）整体是指由事物的各内在要素ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ互联系构成的有机 统一体及其发展的全过程（整体性观点应用于过程系统）。