系统工程 LEC03_系统工程的理论基础

系统工程概述一、系统与系统工程理论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。

它具有整体性，关联性，和环境适应性等基本属性，除此以外，很多系统还具有目的性，层次性等特征。

系统有自然系统与人造系统，实体系统与概念系统，动态系统和静态系统，封闭系统与开放系统之分。

用定量和定性相结合的系统思想和方法处理大型复杂系统问题，无论是系统的设计或组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一地看成是一类工程实践，统称为系统工程。

系统工程是从整体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术。

系统工程的研究对象是大规模复杂系统。

其复杂性主要表现在：1、系统的功能和属性多样，由此而带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系；2、系统通常由多维且不同质的要素构成；3、一般为人机系统，而人及其组织或群体表现出固有的复杂性；四、由要素间相互作用关系所形成的系统结构日益复杂化和动态化。

大规模复杂系统还具有规模庞大及经济性突出等特点。

系统工程的应用领域十分广阔，已广泛应用于社会、经济、区域规划、环境生态、能源、资源、交通运输、农业、教育、人口、军事等诸多领域。

系统工程有三大理论基础和工具，即系统论，信息论和控制论，简称“三论”。

控制论是由美国人维纳创立的一门研究系统控制的学科。

其观念是通过一系列有目的的行为及反馈是系统受到控制。

控制论研究的重点是带有反馈回路的闭环控制系统，并不是任意的控制系统。

反馈有两类：正反馈和负反馈。

如果输出反馈回来放大了输入变化导致的偏差，这就是正反馈；如果输出反馈回来弱化了输入变化导致的偏差，这就是负反馈。

系统的结构是指要素在系统范围内的秩序，亦即要素之间的相互联系，相互作用的内在方式。

任何系统都具有一定的结构，系统结构的特点是：1、层次性是系统结构较为普遍的形式；2、结构具有相对性；3、各层次都有其自身的最佳规模；四、结构具有稳定性；五、结构具有动态性和开放性。

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。

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。

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。

4）整体性。

系统不是各个要素的简单拼凑，而是根据特定的统一性要求协调存在于系统整体之中。

是具有整体的特定功能和特性。

整体性强调要素间的协调与综合，这样才能获得具有良好功能的系统。

5）功能性。

功能性是系统的基本特性之一：它表明系统具有的作用和效能，系统的功能以系统的结构为基础。

系统的特定结构决定系统的特定功能，系统不同，其功能也不同、这正是区别一个系统和另一个系统的主要标志。

人造系统是根据系统目的来设定功能，而自然系统虽无目的但却有功能。

6．环境适应性。

任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，它必然与环境不断地进行物质、能量、信息的交换。

外界环境的变化对系统内部要素产生干扰，使要素和要素关系发生变化，从而可能引起系统功能的波动。

所以系统必须适应外部环境的变化，这样的系统才更有生命力。

系统的分类：自然系统与人造系统，实体系统与概念系统，动态系统与静态系统，开放系统与封闭系统系统工程的定义：系统工程是一门研究大规模复杂系统的交叉学科，它是根据整体协调的需要，综合运用各种现代科学思想、理论、技术、方法、工具，对系统进行研究分析、设计制造和服务，使系统整体尽量达到最佳协调和最满意的优化。

系统工程的研究对象：不限于物质系统，还包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。

系统工程理论基础1一般系统论1.1一般系统论的历史背景系统的存在是客观事实，但人类对系统的认识却经历了漫长的岁月,对简单系统研究得较多,而对复杂系统则研究得较少。

直到20世纪30年代前后才逐渐形成一般系统论。

一般系统论来源于生物学中的机体论，是在研究复杂的生命系统中诞生的。

1924～1928年奥地利理论生物学家L.von贝塔朗菲多次发表文章表达一般系统论的思想,提出生物学中有机体的概念，强调必须把有机体当作一个整体或系统来研究，才能发现不同层次上的组织原理。

他在1932年发表的《理论生物学》和1934年发表的《现代发展理论》中提出用数学模型来研究生物学的方法和机体系统论的概念，把协调、有序、目的性等概念用于研究有机体，形成研究生命体的三个基本观点，即系统观点、动态观点和层次观点。

1945年他发表《关于一般系统论》的文章,但不久毁于战火,没有引起人们的注意。

1947～1948年贝塔朗菲在美国讲学和参加专题讨论会时进一步阐明了一般系统论的思想，指出不论系统的具体种类、组成部分的性质和它们之间的关系如何，存在着适用于综合系统或子系统的一般模式、原则和规律，并于1954年发起成立一般系统论学会(后改名为一般系统论研究会),促进一般系统论的发展,出版《行为科学》杂志和《一般系统年鉴》。

虽然一般系统论几乎是与控制论、信息论同时出现的，但直到60～70年代才受到人们的重视。

1968年贝塔朗菲的专著《一般系统论──基础、发展和应用》，总结了一般系统论的概念、方法和应用。

1972年他发表《一般系统论的历史和现状》，试图重新定义一般系统论。

贝塔朗菲认为，把一般系统论局限于技术方面当作一种数学理论来看是不适宜的，因为有许多系统问题不能用现代数学概念表达。

1.2一般系统论的基本观点(1)系统的整体性系统是若干事物的集合，系统反映了客观事物的整体性，但又不简单地等同于整体。

因为系统除了反映客观事物的整体之外，它还反映整体与部分、整体与层次、整体与结构、整体与环境的关系。