系统工程理论与方法

系统工程理论与方法

第1章 管理系统概述

第2章 管理系统工程方法论

第3章 管理系统分析

第4章 管理系统模型

第5章 建设系统工程中的模型方法

1.线形规划模型

2.特殊线形规划模型

3.整数规划模型

4.动态规划模型

第1章 管理系统概述

1.1 系统概念

无论是自然界，还是人类社会，可以说任何事物部是以系统的形式存在的。这种存在的方式决定了我们要树立把所要研究的问题或对象都可以看成是一个系统的观念。

从人们认识客观事物或改造客观事物的过程来看，通常用综合分析的思维方式看待事物，根据事物中内在的、本质的、必然的联系，从整体的角度进行分析和研究，这类事物就被看作为一个系统。

（1）系统的定义

系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合的具有特定功能的有机整体。这个定义，指出了作为系统的三个基本特征。

第一，系统是由若干要素组成的：

第二，这些要素相互作用、相互依赖；

第三，由于要素间的相互作用，使系统作为一个整体具有特定的功能。

在物质世界中，一个系统中的任何部分都可以被看作一个子系统，而每一个系统又可以成为一个更大规模系统中的一个部分。

（2）系统的要素

要素是组成系统的基本部分。凡是系统里不可再进行分解的部分就称为其要素。一个“部分”能称为系统的要素，它必须具有下列的特性：

①每个要素应具有自身特定的功能；

②每个要素的性质和行为影响着所构成系统的性质和行为；

③每个要素对所构成系统的影响（使系统的性质或行为发生的变化），依赖于系统中其他要素的性质和行为；

④不存在独立的要素，即系统不可能分成独立的要素。

（3） 系统的特性

①整体性 系统是由两个或两个以上的可以相互区别的要素，按照作为系统整体所应具有的综合整体性而构成的。系统具有集合性，它是为达到系统基本功能要求所必须具有的组成要素的集合。构成系统的各要素虽然具有不同性能，但它们是根据逻辑统一性的要求而构成的整体。系统不是各个要素简单的集合，否则它就不会形成整体的特定的功能。因此，即使每个要素并不都很完善，但它们可以进行综合和统一，成为具有良好功能的系统。反之，即使每个要素都是良好的，但作为整体却不具有良好的功能，也就不能称之为完善的系统。系统是一个复杂的整体，为了便于管理和控制，往往把系统整体分解成一个多层次结构，使系统具有层次性。为了保证系统的整体性，还必须充分注意系统的各个层次和各个组成部分的协调与联结，并按照系统整体目标，提高系统的有序性，尽量避免系统的“内耗”。

系统的整体原则对项目管理工作具有重要指导意义。其主要作用是： （1）依据确定的管理目标，从管理的整体出发把管理要素组成为一个有机的系统，协调并统一管理诸要素的功能，使系统功能产生放大效应，发挥出管理系统的整体优化功能。

（2）把不断提高管理要素的功能作为改善管理系统整体功能的基础。一般是从提高组成要素的基本素质入手，按照系统整体目标的要求，不断提高各个部门特别是关键部门或薄弱部门的功能素质，并强调局部服从整体，从而实现管理系统的最佳整体功能。

（3）调整要素的组织形式，建立合理结构。改善和提高管理系统的整体功能，不仅要注重发挥各个组成要素的功能，更重要的是要调整要素的组织形式，建立合理结构，促使管理系统整体功能优化。人们常说的1+1>2的问题就是系统整体性的体现。

②相关性

系统内的各要素是相互作用而又相互联系的。整体性确定系统的组成要素，相关性则说明这些组成要素之间的关系。系统中任一要素与存在于该系统中的其他要素是互相关联，又互相制约的，它们之间某一要素如果发生了变化，则应对其他相关联的要素也要相应地改变和调整，从而保持系统整体的最佳状态。

系统的相关性原则对建设项目管理工作具有的指导意义：

（1）在建设项目的实际管理工作中，当我们要想改变某些不合要求的要素时，必须注意考察与之相关要素的影响，使这些相关要素得以相应的变化。通过各要素发展变化的同步性，可以使各要素之间相互协调与匹配，从而增强协同效应以提高管理系统的整体功能。

（2）管理系统内部诸要素之间的相关性不是静态的，而是动态的。要素之间的相关作用是随时间变化的，因此必须把管理系统视为动态系统，在动态中认识和把握系统的整体性，在动态中协调要素与要素，要素与整体的关系。管理的实质就是把握管理要素在运动变化情况下，有效地进行组织调节和控制，以实现最佳效益的过程。

（3）管理系统的组成要素，既包括系统层次间的纵向相关，也包括各组成要素的横向相关。协调好各要素的纵向层次相关和要素之间的横向相关，才能实现系统的整体功能最优。

③目的性 通常系统都具有某种目的。为达到既定的目的，系统都具有一定的功能，而这正是区别这一系统与其他系统的标志。系统的目的一般用更具体的目标来体现。比较复杂的社会经济系统往往有多个目标，因此，需要用一个指标体系来描述系统的目标。

④层次性

将系统作为一个相互作用要素的总体看，它有着一定的层次结构并分解为一系列的子系统。此时分解的基本标志是它的目标作用。子系统必需有功能目的，这是从功能系统的总目标产生出来的。这时，子系统的功能目的是系统功能目的的一部分。

⑤适应性

环境是指存在于系统以外的事物（物质、能量、信息）的总称，也可以说系统的所有外部事物就是环境。环境是一种复杂的系统，在某些情况下它会限制系统功能的发挥。

系统与环境是分不开的，但在确定系统的具体环境因素时，往往会遇到一定的困难，这就是如何明确系统与环境的边界问题。边界就是把系统和环境分割开的设想界线，它并不是严格不变的。

⑥节省性 少的投入；多的产出；古代建筑；长江一桥。

⑦有限性 时间上，一个具体的项目不可能永远存在下去；空间上，具体系统的规模不能无限扩大，因为资源是有限的。

讨论：如果把建筑设计企业作为一个系统来考察，试分析这个系统的整体性、相关性、目的性、层次性、适应性。

（4）系统的分类

人工与自然系统；实体系统与概念系统 ；动态系统和静态系统；开放系统与封闭系统

剖析 “constrution company” 的系统结构，说明企业必须是一个开放的系统；指出影响企业外部环境有哪些方面；举例说明企业同其环境不断进行物质、能量和信息的交换。 （5）系统的结构与功能

系统结构决定系统的功能。系统的结构是系统保持整体性及具有一定功能的内在依据，系统科学就是从系统的结构与功能的观点出发去研究整个客观世界。探讨系统结构与功能对于深刻理解系统的基本特性和系统方法具有重要意义。

①系统结构 所谓结构，是指系统内部各组成要素之间的相互联系、相互作用的方式或秩序，即各要素之间在时间或空间上排列和组合的具体形式。结构是系统的普通属性，没有无结构的系统，也没有离开系统的结构。无论是宏观世界还是微观世界，一切物质系统都无一例外地以一定结构形式存在和运动着。目前“结构”一词已被广泛地应用到自然、社会和人的思维各领域中，如宇宙结构、生态环境结构、经济结构、产业结构、区域结构、企业结构、组织结构、人才结构、逻辑结构和概念结构等。

②系统功能理解系统的结构是理解系统功能的基础。与系统结构的概念相对应，把系统与外部环境相互作用所反映的能力称为系统的功能。系统功能体现了一个系统与外部环境之间的物质、能量和信息的交换关系。以军事作战为例，在输入给项目系统一定的物质、能量和信息（人力资源、机械装备、管理信息化系统等）后，经过训练，项目管理组织表现具有很强的管理能力，我们就说这个系统的功能好。

③系统结构与系统功能之间的关系

系统结构所说明的是系统内部状态和内部作用，而系统功能所说明的是系统的外部状态和外部作用。贝塔朗菲曾解释：结构是“部分的秩序”，“内部描述本质上是‘结构’描述”；功能是“过程的秩序”，“外部描述是‘功能’描述”。功能是系统内部固有能量的外部表现，它归根结底是由系统的内部结构所决定的。

系统的结构决定系统的功能，结构的变化制约着系统整体的发展变化。结构的改变必然引起功能的改变。例如，石墨和金钢石都是由碳原子组成的，但由于碳原子的空间排列不同，其功能则完全不同。

结构和功能的关系不是一一对应，而是功能具有相对的独立性。例如，电子计算机和人脑两者的结构是极不相同的，它们在许多方面具有对信息进行加工的相同逻辑功能。因而后者可以在一定程度上用前者来代替。由此可知功能并非机械地依赖于结构，而有它的独立性。但这种独立性是相对的。计算机与人脑只是在某些方面和某种程度上才具有相同的功能。

功能对结构不仅具有相对独立性，而且对结构有巨大的反作用。功能在与环境的相互作用中，会出现与结构不相适应的异常状态，当这种状态坚持一定时间时，就会刺激迫使结构发生变化，以适应环境的需要。

1.2 系统工程

（1）定义

它是一类以人工系统为主要研究对象的应用技术，二次大战后，美国计划进行原子能应用和宇宙开发等大规模的技术开发工作。这些开发都涉及十分广泛的领域，使过去专门领域范围内的技术，包括复合技术都远远不能胜任。由于完成这样的计划需花费巨额经费、很长的时间和大量的人力、物力，而且不允许失败，一旦失败造成的损失是巨大的，因此就召集了很多领域的专家有效地推进那些大系统的开发，初步确立了系统开发的程序、组织和方法。

20世纪60年代，由于电子计算机的迅速发展，使大规模系统的定量分析和评价、设计和控制成为可能，这就大大加快了这门学科的发展。

定义：系统工程是以系统作为研究对象，从系统的整体观念出发，用优化的方法，求得系统整体最优的综合性组织、管理、技术和方法的总称。定量和定性相结合。

（2）系统工程的特点

①整体化的研究思路 所谓的整体就是把研究对象作为整体看待，全面地辩证地看问题。也就是要保持系统整体的均衡性和一致性。

②综合化的分析方法 所谓综合化，有两重含义：一方面认为任何整体都是这些或那些要素为特定目标而组成的综合体；另一方面要求对任一对象的研究，都必须从它的成分、结构、功能、相互联系方式、历史发展、外部环境等方面，进行综合的考察。现代科学技术发展的趋势是：“技术突破型”越来越少，而“系统综合型”越来越多。这就要求我们运用各种学科、各种技术互相渗透融合，通过综合集成创造出新的技术综合体。

③科学化的组织管理 由于系统工程研究的对象在规模、结构、层次、相互联系等方面高度复杂，综合应用日益广泛，这就使得那种单凭经验的管理，不能适应客观需要。

因此，只有通过科学的组织管理，才能实现研究思路上的整体化和应用方法的综合化，才能充分发挥出系统的效能。管理科学化就是要按科学规律办事，具体包括对管理、组织结构、体制和人员配备的分析，工作环境的布局，程序步骤的组织，以及工程进度的计划与控制等问题的研究。

④满意化的总体设计 系统工程是实现系统最优化的组织管理技术，因此，系统整体性能的最优化是系统工程所追求并要达到的目的。由于整体性是系统工程最基本的特点，所以系统工程并不追求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。由于最优化的方法往往难以实现，因而这种最优一定程度上就是“满意”。目前在工程技术的许多领域，用“满意”解取代“最优解”是一趋势。

综合分析的思维方式