系统工程理论
- 格式：doc
- 大小：254.00 KB
- 文档页数：33
天然辩证法
汗青唯物主义
（社会辩证法） 系统工程理论
第一节 体系科学的学科体系
我国有名科学家钱学森提出了一个清晰的现代科学技巧的体系构造，认为从应用实践到差不多理论，现代科学技巧能够分为四个层次：起首是工程技巧这一层次，然后是直截了当为工程技巧供给理论差不多的技巧科学这一层次，再确实是差不多科学这一层次，最后经由过程进一步综合、提炼达到最高概括的马克思主义哲学。如图2-1所示。在此差不多上他又进一步提出了一个体系科学的体系构造。他认为体系科学是由体系工程这类工程技巧，体系工程的理论方法（像运筹学、大年夜体系理论等）这一类技巧科学（统称为体系学），以及它们的理论差不多和哲学层面的科学所构成的一类新兴科学。如图2-2所示。
图2-1现代科学技巧体系
体系学重要研究体系的广泛属性和活动规律，研究体系演变、转化，协同和操纵的一样规律、体系间复杂关系的形成轨则、构造和功能的关系、有序、无序状况的形陈规律以及体系的仿确实基来源差不多理等，跟着科学的成长，它的内容也赓续在丰富。因为其尚属于起步时期，还不敷成熟，因而学者们对体系科学的学科体系的熟悉仍有较大年夜差别。体系工程是从实践中产生的，它用体系的思惟与定量和定性相结合的体系方法处理大年夜型复杂体系的问题，它是一门交叉学科。
体系工程是把天然科学和社会科学的某些思惟、理论、方法、策略和手段等依照总体调和的须要，有机地接洽起来，把人们的临盆、科研、经济和社会活动有效地组织起来，应用定量和定性分析相结合的方法和运算机等技巧对象，对体系的构成要素、组织构造、信息交换和反馈操纵等功能进行分析、设计、制造和办事，从而达到最优设计、最优操纵和最优治理的目标，以便最充分地发挥人力、物力和信息的潜力，经由过程各类组织治理技巧，使局部和整体之间的关系调和合营，以实现体系的综合最优化。
体系工程是一门工程技巧，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其它工程学的某些性质不尽雷同。上述各门工程学都有其特定的工程物质对象，而体系工程则不然，任何一种物质体系都能成为它的研究对象，同时还不只限于物质体系，它能够包含天然体系、社会经济体系、经营治理体系、军事批示体系等等。因为体系工程处理的对象主假如信息，因此体系工程是一门“软科学”。
体系工程在天然科学与社会科学之间架设了一座沟通桥梁。现代数学方法和运算机技巧，经由过程体系工程，为社会科学研究增长了极为有效的定量方法、
马克思主义哲学 天然科学
数 学
社会科学
工
程
技
术
技
术
科
学 模型方法、仿照实验方法和优化方法。体系工程为从事天然科学的工程技巧人员和从事社会科学的研究人员的互相合作开创了宽敞的门路。
图2-2 体系科学的体系
第二节 体系工程的理论差不多
体系工程是一门交叉学科，有其宽广的理论差不多。体系工程的理论差不多及对象的框架，大年夜致如图2-3所示。
正如钱学森同志所说：“我认为把运筹学、操纵论和信息论同贝塔朗菲（一样体系论）、普利高津（耗散构造理论）、哈肯（协同窗）、弗洛里希、艾肯等人的工作融合贯穿，加以整顿，就能够写出《体系学》这本书”，可见体系论、信息论、操纵论、运筹学是体系科学的重要理论差不多及对象。运筹学供给了定量分析的对象，三论为体系科学的成长注入了新的思惟。下面就这几方面内容进行扼要阐述。 马克思主义哲学 社会科学
数学科学 数 学
突变论
天然科学 差不多科物 理 学
生 物 学 其它技巧科学
系
统
学 运筹学
巨体系
理论 操纵论
信息论 各门体系工程
主动化技
术
通信技巧 （体系不体系科学
人体科学
思维科学
哲 学 差不多科技巧科学 工程技巧 一样体系论
控 制 论
信 息 论 成长
（理论差不运 筹 学 系
统
工
程
理
论
基
础
及
工
具
耗散构造理论
协同窗
突变论
线性筹划
动态筹划
列队论
储备论
计策论
图论
……
概率论、数理统计
高等代数
模糊数学
集合论
数理逻辑
运算机科学
仿照技巧
工程技巧
经济学
心理学
哲学
社会科学
……
图2-3 体系工程理论差不多及对象
一、操纵论
（一）操纵论的产生与成长
1947年由美国人维纳（Norbert Wiener）创建的操纵论（Cybernetics）是一门研究体系的操纵的学科。维纳于1948年出版了《操纵论》一书，他对操纵论的定义是：“关于动物和机械中操纵和通信的科学。”明白地指明这门新科学既冲破了动物和机械地界线，又冲破了操纵工程与通信工程地学科界线。因而维纳的操纵论阐述着两个全然不雅念：① 一切有生命、无生命体系差不多上信息体系。操纵的过程也能够说是信息活动的过程。不管是机械照样生物，在构成操纵体系的前提下，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、无生命体系差不多上操纵体系。一个体系，必定有它的特定输出功能，而要具有这种输出功能，必须有响应的一套操纵机制。操纵必须要有目标，没有目标，则无所谓操纵。经由过程一系列有目标的行动及反馈使体系受到操纵。人们依照维纳的定义形成的比较公认的看法是：“操纵论是以研究各类体系合营存在的操纵规律为对象的一门科学。”钱学森认为其是二十世纪上半叶最庞大年夜的三项理论（相对论、量子论、操纵论）之一。 操纵论的成长已大年夜致经历了三个时代。从40年代末到50年代是第一个时代，即经典操纵理论时代。在这一时代，重要的研究对象是单身分操纵体系，重点是反馈操纵，借以实现的对象是各类各样的主动调剂器、伺服机构及其有关的电子设备，侧重解决单机主动化和局部主动化问题。如用主动调剂器来操纵锅炉水位，用伺服机构使雷达主动跟踪目标，操纵火炮主动对准等。然则这些差不多上单变量主动操纵，只解决单输入与单输出体系的操纵问题，在应用上有必定局限性。
操纵论成长的第二个时代为60年代，即现代操纵理论时代。跟着导弹体系、人造卫星、航天体系等科学技巧的灵敏成长，提出了多输入、多输出、高精度和参数时变体系的分析和设计问题，以往经典操纵论已不克不及知足须要了。因而这一时代，操纵论的重要研究对象就成了多身分操纵体系，研究重点是“最优操纵”，研究借助的对象是电子运算机。美国科学家卡尔曼（Kalman）等人将量子力学等内容引入到了操纵论中，扩大了经典操纵论的内容，将操纵论从“经典操纵论”推向“现代操纵理论”，从单变量的主动调剂成长到多变量的最优操纵。
进入70年代今后，是大年夜体系操纵理论时代。在这一时代，重要研究对象是身分浩渺的大年夜体系，重点是大年夜体系多级递阶操纵，借助的对象是电子运算机联机和智能机械，应用范畴重要为社会体系、经济体系、生态体系、治理体系、情形体系等。这些大年夜体系是大年夜范畴复杂体系，其范畴宏大年夜、构造复杂、环节数量大年夜或层次较多，其间关系错综复杂，阻碍身分浩渺，并常带有随机性质的体系。研究大年夜体系的构造筹划、稳固性、最优化、建立模型的模型简化等问题成为大年夜体系理论。分化与调和的方法是大年夜体系优化的全然方法。
（二） 操纵论的全然概念
1. 操纵体系的构成
操纵体系由施控器、受控器和操纵造用的传递者三者构成，形成一个整体的操纵功能和行动，但这又是相关于某种情形而言。因而能够把施控器、受控器和操纵造用的传递者三个部分所构成的、相关于某种情形而具有操纵功能与行动的体系，称为操纵体系。
操纵体系按照有无反馈回路而分为闭环操纵体系和开环操纵体系两大年夜类。没有反馈回路的操纵体系叫开环操纵体系。具有反馈回路的操纵体系叫闭环操纵体系。与开环体系比拟，它不仅多了一条把输出回输到本来的操纵器的反馈回路及反馈装配，还多了一个比较器。如图2-4所示。因为开环操纵体系是由体系的输入直截了当操纵着它的输出的，因而对情形的适应才能差，只有当外界干扰较小或干扰恒准时，这种操纵体系才能正常发挥感化。闭环操纵体系因为带有反馈回路，因此它的输出是由输入和输出的回输合营操纵的，因而其对情形有较大年夜的适应性。
输入 误差 操纵 输出
反馈 施控器 受控器
检测器 比较器
环 境
图2－4 闭环操纵体系框图
操纵论研究的重点是带有反馈回路的闭环操纵体系，并不是随便率性的操纵体系。操纵论重要的不雅点是反馈，从反馈的不雅点看，反馈（负反馈）确实是操纵的调剂行动，因而多把操纵论体系局限于带反馈回路的闭环操纵体系。操纵论的另一个重要不雅点是信息。从信息的不雅点动身，能够认为操纵论所说的反馈是指信息反馈。因而操纵论体系是经由过程信息的传输、变换和反馈来实现主动调剂的操纵体系。
2. 体系的稳固性
体系处于情形之中，受到内、外部的干扰（即把体系从一种状况变迁到另一种状况的感化），要包管体系确信的性质和功能，就必须具有抗干扰的稳固性。稳固性分为第一类稳固性和第二类稳固性。当外界的变更不致使体系产生明显变更时，也确实是说随便率性给定一个0，必存在一个0使得exx0时（0x为体系的肇端状况，ex为安稳状况），称为第一类稳固性。当体系所受到干扰偏离正常的状况时，在干扰消掉后能主动复原其正常状况时，也确实是说随便率性给定一个0，必存在一个0，当恢tt（恢t体系复原正常的时刻），使得exx0时，称为第二类稳固性。
3. 体系的稳固机制及操纵方法
稳固机制中的全然机制是负反馈。“一切有目标的行动都能够看作须要负反馈的行动。”因此，机械和生物一样都经由过程负反馈来达到操纵的目标的。这是操纵论的全然理论不雅点。维纳等人指出：人的“随便活动中的一个极端重要的身分确实是操纵工程师们所谓的反馈感化。”技巧体系与生物体系在构造上都具有反馈回路，在功能上则表示为它们都具有主动调剂和操纵功能。反馈有两类：正反馈与负反馈。假如输出反馈回来放大年夜了输入变更导致的误差，这确实是正反馈；假如输出量反馈回来弱化了输入变更导致的误差，这确实是负反馈。正反馈的感化是用来放大年夜某种感化或效应；使有直截了当接洽关系的体系互相促进，调和成长。负反馈的感化是保持体系行动的稳固；使体系的行动偏向趋势一个目标。
此外，操纵过程的实现，离不开体系要素间的信息接洽和活动。因此，操纵的过程也能够说是信息活动的过程。
维纳提出了同构理论。这种理论认为，尽管机械与动物在质上相差甚大年夜，但从机械操纵的动作和人的行动过程来看，它们都具有一种共通的性质：同构性。在这种“同构理论”的差不多上，维纳从伺服机构理论中引入了“反馈”概念，从无线电通信工程中引入了“信息”概念，提出依附信息与反馈活动实现操纵是在机械和动物中广泛存在的一种活动方法。
4. 体系的构造构造是指要素在体系范畴内的秩序，亦即要素之间互相接洽、互相感化的内涵方法。任何体系都具有必定的构造，没有无构造的体系。体系的有序性越高，体系构造也就越严密。
体系构造的特点是：
（1）层次性是体系构造的广泛情势。全部宇宙能够算作一个体系，那个体
