系統工程概論普通高等教育“十一五”國家級規劃教材21世紀高等院校教材工業工程系列主講教師：周志華電話：137862445151系統工程概論普通高等教育“十一五”國家級規劃教材主講教師：周第2章系統工程的歷史與現狀一、系統工程的產生與發展二、系統工程的概念三、系統工程的學科基礎2第2章系統工程的歷史與現狀一、系統工程的產生與發展2一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與發展第一階段：古代樸素的唯物主義自然觀第二階段：近代形而上學自然觀第三階段：19世紀辯證唯物主義自然觀第四階段：二十世紀中期形成的系統觀第五階段：現代系統理論3一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與發展第一階段一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與發展系統思想從經驗到哲學到科學，從思維到定性到定量的發展過程。即：

第一階段:古代農事、工程、醫藥、天文方面的實踐成就，以及建立在這些成就之上的古代中國和古希臘樸素的唯物主義自然觀（以抽象的思辨原則來代替自然現象的客觀聯系）；

第二階段:近代自然科學的興起，以及由此產生的形而上學自然觀（把自然界看作彼此不相依賴的各個事物或各個現象的偶然堆積）；

4一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與

第三階段:19世紀自然科學的偉大成就，以及建立在這些成就基礎之上的辯證唯物主義自然觀（以實驗材料來說明自然界是有內部聯系的統一整體，其中各個事物、現象是有機地相互聯系、相互依賴、相互制約著的）；

第四階段:20世紀中期現代科學技術的成就，為系統思想提供了定量方法和計算工具；5第三階段:19世紀自然科學的偉大成就，以及建立在這些

現代科學技術對系統思想方法的貢獻現代科學技術對于系統思想方法來說，第一個貢獻在于使系統思想定量化，成為一套具有數學理論、能夠定量處理系統各組成部分相互聯系的科學方法；第二個貢獻在于為定量化系統思想的實際應用提供了強有力的計算工具——電子計算機。這兩大貢獻都是在20世紀中期實現的。運籌學（數學規劃、排隊論、博弈論）計算機（1946年出現并廣泛應用）6現代科學技術對系統思想方法的貢獻現代科學技術第五階段：現代系統理論信息論、控制論、耗散結構理論、協同學、突變論、非線性系統理論的迅速發展，系統工程不僅涉及到工程技術領域，還涉及到社會經濟、醫療衛生等人類社會各方面緊密聯系起來。7第五階段：現代系統理論7

二、系統工程的發展歷史系統概念來源于古代人類社會實踐。人類自有生產活動以來，無不在同自然系統打交道。（一）我國古代樸素的系統思想“協同學”創始人哈肯評論“系統科學的概念是中國學者較早提出的”8二、系統工程的發展歷史系統概念來源于古代人類社會實（一）我國古代樸素的系統思想1、春秋末期老子—用自發的系統概念觀察自然現象，認為自然界是統一的。道可道，非常道。名可名，非常名。老子：約公元前571～公元前471,道教中老子被尊為道祖。著有“道德經”。唐皇武后封為：太上老君認為道是事物之本原，又是事物的法則，天地人都是道的產物。“道生一，一生二，二生三，三生萬物”9（一）我國古代樸素的系統思想1、春秋末期道可道，非常道。老子2、西周——五行觀念《易經》——陰陽五行和八卦學說五行指：金、木、水、火、土。認為大自然由五種要素所構成，隨著這五個要素的盛衰，而使得大自然產生變化，不但影響到人的命運，同時也使宇宙萬物循環不已。

木－好華美，且具有風雅的個性。仁，慈愛，行善。火－性情急躁，而富有自尊心。禮，就是為人謙讓謹慎，敬上而不欺下。

土－性情溫厚篤實，而具有自信心。信，就是又誠實又溫厚誠懇之意。

金－性情剛強，而具有自尊心。義，就是崇善棄惡，事事都順理。

水－聰明，并能推測事物。智，觀察事物詳細，能預知前兆，善理權謀術事。102、西周——五行觀念《易經》——陰陽五行和八卦學說木－好華美陰陽五行學說:是中國古代樸素的唯物論和自發的辯證法思想，它認為世界是物質的，物質世界是在陰陽二氣作用的推動下孳生、發展和變化；并認為木、火、土、金、水五種最基本的物質是構成世界不可缺少的元素。

陽—運動、外向、上升、溫熱、明亮的陰——相對靜止、內守、下降、寒冷、晦暗的11陰陽五行學說:是中國古代樸素的唯物論和自發的辯證法思想，它認3、東漢——地動儀地動儀:地動儀是東漢科學家張衡的傳世杰作--候風地動儀。八個龍頭，按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向布列，每個龍頭嘴里都銜有一個銅球。當某個地方發生地震時，發生地震方向的龍頭張開嘴，吐出銅球，落到銅蟾蜍的嘴里，發生很大的聲響。所以人們就可以知道地震發生的方向。張衡還用銅制造了一種測量天文的儀器——“渾天儀”。

地動儀-我國歷史上最早的系統模型123、東漢——地動儀地動儀:地動儀是東漢科學家張衡的傳世杰作-4最早的醫學經典-黃帝內經它分別從陰陽五行、天人相應、五運六氣、臟腑、經絡、病機、診法、治則、針灸等方面來闡述。

主張不治已病，而治未病，同時主張養生、攝生、益壽、延年。將“自然現象、生理現象、精神活動”三者結合分析疾病根源。整體觀、矛盾觀、經絡學、臟像學、病因病機學、養生和預防醫學、診斷治療等。134最早的醫學經典-黃帝內經它分別從自然界、人體由五種要素相生相克、相互制約所組成的有秩序、有組織的整體。看病——望聞問切“藏象、病機、氣血、津液、經絡”講究內觀、體悟、直覺，與西醫的靠儀器、化驗、解剖不同。14自然界、人體由五種要素相生相克、相互請問：我國古代的三大經書（奇書）是什么？《易經》、《道德經》、《黃帝內經》15請問：我國古代的三大經書（奇書）是什么？《易經》、《道德經》5春秋末期—《孫子兵法》問：《孫子兵法》為誰所著？以系統思想研究戰爭，從“道、天、地、將、法”五個方面分析戰爭。道—內修德政、戰爭是否有理。有道乃勝利之本。天時、地利將—將領的才智、威信狀況、士兵是否訓練有素。“得到多助、失道寡助”法—法度。“紀律是否嚴明、賞罰是否分明”。將領要做到“智、信、仁、勇、嚴”。

兵圣孫武公元前535~165春秋末期—《孫子兵法》問：《孫子兵法》為誰所著？以系統在山東臨沂銀雀山發掘的兩座漢代墓葬中同時發現了用竹簡寫成的《孫子兵法》和《孫臏兵法》。

《孫子兵法》全書共十三篇——孫武所著。以《兵法》十三篇見吳王闔閭hélǘ，闔閭說：“子之十三篇，吾盡觀之矣。”即用孫武為將，與伍子胥率吳軍攻破楚國,率兵6萬打敗楚國20萬大軍。著名論點：“知己知彼，百戰不殆”“以我之長，功敵之短”17在山東臨沂銀雀山發掘的兩座漢代墓葬中同時發現了用竹簡寫成的《《孫臏兵法》

《孫臏兵法》又名《齊孫子》，系與《孫子兵法》區別之故。《漢書·藝文志》稱《齊孫子》八十九篇，圖四卷。

知名典故：“田忌賽馬”

孫臏約公元前380年至公元前320

孫臏乃孫武后人，有人說是玄孫。孫臏和龐涓拜鬼谷子為師，出仕后到魏國做官，被龐涓陷害，受到臏刑。生死關頭，他向齊國使者求助，被救到齊國，指揮齊軍兩次擊敗魏軍，設伏殺死龐涓。孫臏繼承并發揚了孫武的軍事思想，他的《孫臏兵法》也是兵學寶庫的瑰寶。

18《孫臏兵法》

《孫臏兵法》又名《齊孫子》，系與《孫子兵法》區三十六計勝戰計：瞞天過海、圍魏救趙、借刀殺人、以逸待勞、趁火打劫、聲東擊西敵戰計：無中生有、暗渡陳倉、隔岸觀火、笑里藏刀、李代桃僵、順手牽羊攻戰計：打草驚蛇、借尸還魂、調虎離山、欲擒故縱、拋磚引玉、擒賊擒王混戰計：釜底抽薪、混水摸魚、金蟬脫殼、關門捉賊、遠交近攻、假道伐虢并戰計：偷梁換柱、指桑罵槐、假癡不顛、上屋抽梯、樹上開花、反客為主敗戰計：美人計、空城計、反間計、苦肉計、連環計、走為上19三十六計勝戰計：瞞天過海、圍魏救趙、借刀殺人、以逸待勞、趁火6戰國時期—“都江堰”水利工程戰國時期秦國李冰父子設計修建的都江堰水利工程，它包括“魚嘴”岷江分水工程，“飛沙堰”分洪排沙工程，“寶瓶口”引水工程三大主體工程和120個附屬渠堰工程，工程之間的聯系處理得恰到好處，形成一個有機整體，兼有防洪、排沙、灌溉、漂木、行舟等多種功能，渠道上設置了水尺，根據測得的水位，多級分水，合理控制分水流量，使洶涌急流的岷江化害為利，灌溉了成都平原上14個縣的幾百萬畝糧田。工程完工后，又建立了一套歲修養護制度，每年按規定淘沙修堤，因此，雖然該工程經歷二千多年，至今仍發揮著效益，該工程堪稱我國古代運用系統思想解決實際問題的典范。206戰國時期—“都江堰”水利工程戰國時期秦國李冰父子飛沙堰

21飛沙堰212222飛沙堰特寫

23飛沙堰特寫237：丁渭修皇宮北宋年間，汴都（今河南開封）的宮室在遭到火災以后，大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木材等建筑材料都需從郊外由旱道運到建筑現場，另外，完工后的建筑廢棄物又要從旱道運出城外。這在當時是需要花費大量的人力、物力和材力的，丁渭根據工程實際，設計出了一套方案，就是在工地前面的大街上挖取泥土使用，幾天以后，大街被挖成了巨溝，并通過護城河與汴河相通，河水流入溝中，船只可直接由汴河駛入工地，于是便可從四面八方運來建筑材料，再也不需經過郊區碼頭起卸，然后用陸運搬到工地的繁重手續了，在工程將要結束時，再把廢棄的瓦礫、灰土等投入巨河，平土以后，重新成為大街。這一設計方案由于系統解決了取土、運輸、清除廢料和修復街道等多項任務，因此節省了大量的人力、物力和財力，并使工程提前完工。

247：丁渭修皇宮北宋年間，汴都（今河南開封）的宮室在遭總結：古代樸素系統思想的特點“耗散結構”創始人普利高津《從存在到演化》中說：“著重于研究整體性和自發性、研究協調與協和”即強調對自然界整體性、統一性的認識，缺乏對細節的認識能力。25總結：古代樸素系統思想的特點“耗散結構”創始人普利高津《從存(二）系統工程的發展歷史——世界文明第二節系統工程的產生與發展2.1930年前后，一般系統論的創始人貝塔朗菲指出了自然界和社會的各種表面上極不相同的領域中存在著某種共性，提出了一般系統論，為系統工程的產生作好了準備。系統工程是工業生產和科學技術發展的必然產物。1.系統概念的最早提出：美國人泰勒——“管理之父”在1911年出版的《科學管理原理》提出了工業管理系統，包括“合理安排工序、動作分析、提高工作效率等”。26(二）系統工程的發展歷史——世界文明第二節系3.系統工程的首次提出二十世紀40年代，美國貝爾電話公司在發展微波通訊網絡時首先應用系統方法，并提出了“系統工程”這個名詞。美國貝爾電話公司——馬利娜G.Molina丹麥哥本哈根電話公司——厄朗A.Erlang研究整個電話通訊系統，不能只注意電話機和交換臺站，首次提出“系統工程”，運用了排隊論原理。273.系統工程的首次提出美國貝爾電話公司——馬利娜G.4.二次世界大戰(1939-1945)，產生和發展了“運籌學”OperationResearch1）英國為防御德國的突然空襲，研究了雷達報警系統、飛機排隊降落系統，廣泛采用了數學規劃、排隊論、博弈論等方法。2）1945年，美國軍事部設立蘭德公司（政府和軍方的最大智囊團），開發了許多系統分析方法。3）1942-1945年，美國制造原子彈的“曼哈頓”計劃

負責人L.R.格羅夫斯和R.奧本海默應用了系統工程的思路和方法，大大縮短了工程所耗時間。1945年7月15日,世界上第一顆原子彈試驗成功。8月6日和9日，美國分別在日本的廣島和長崎投下了原子彈，直接導致第二次世界大戰結束。

284.二次世界大戰(1939-1945)，產生和發展了“運籌（二）系統工程的發展歷史—世界文明7.進入70年代后，由于電子計算機的迅速發展和普及，系統工程得到了廣泛地應用。5.1957年首部《系統工程》著作出版美國密執安大學古德H.Goode馬喬爾R.Machol合著6.1961-1969年“阿波羅”登月計劃—系統工程的光輝成就。工程系統社會經濟系統行為科學+思維科學政策研究作為一門交叉學科解決復雜大系統研究非線性系統理論迅速發展29（二）系統工程的發展歷史—世界文明7.進入70年代后，由于電（三）現代系統工程在中國的發展(1)第一階段：1950S中期—1970S中期，以運籌學的研究為主1）錢學森、許國志等學者大力提倡運籌學2）1960S華羅庚大力發展優選法與統籌學，取得較好效果3）我國導彈和航天事業的發展，系統工程技術得到迅猛發展——以錢學森為代表30（三）現代系統工程在中國的發展(1)第一階段：1950S中（2）第二階段：1978——1980S初推廣應用系統工程的熱潮1）1978年，錢學森、許國志、王壽云在《文匯報》發表“組織管理的技術—系統工程”，推廣系統工程新局面。最優化方法圖論、排隊論對策論可靠性分析等普及應用、取得顯著成果2）1980年中國系統工程學會正式成立3）20世界70年代末、80年代初—學術理論遍地開花鄧聚龍教授——灰色系統理論吳學謀——泛系理論蔡文——物元分析31（2）第二階段：1978——1980S初推廣應用系統工程的（3）第三階段：1986年系統工程的研究和應用擴大至科技、經濟、社會等領域。1）系統工程作為一門軟科學，日益受重視。物理——事理——人理（WSR系統方法論）硬件—軟件—斡件—人件2）錢學森等致力于開放復雜系統的研究方法：定性與定量的綜合集成技術、綜合集成工程專家系統統計技術信息化與計算機技術以人為主的高度智能化的人機結合系統32（3）第三階段：1986年系統工程的研究和應用擴大至科技、經3）2003年10月15日，中國首次載人航天——“神州五號”上天大規模復雜系統的設計、優化、管理等取得重大突破。綜合：系統工程作為一門綜合應用性學科、交叉學科、一門新學科，未來發展靠大家。2011年11月1日清晨5時58分，中國“長征二號F”遙八運載火箭，將“神舟八號”飛船成功送入預定軌道。2011年11月3日凌晨，神舟八號與天宮一號對接環接觸成功。中國成為繼美、俄之后第三個掌握空間交會對接技術的國家。可以在地球軌道上長期滯留工作的空間站，對于探索宇宙奧秘、造福人類有著重要意義。

333）2003年10月15日，中國首次載人航天——“神州五號”錢學森提出的現代系統技術的四個層次：系統論（系統觀）基礎科學技術科學工程技術哲學歷史唯物主義社會科學數學哲學數學科學自然辯證法自然科學馬克思主義哲學系統學控制論運籌學信息論各門系統工程自動化技術通信技術圖1-6系統科學體系結構第二節系統工程概念34錢學森提出的現代系統技術的四個層次：系統論（系統觀）基礎科學第二節系統工程概念一.系統工程的研究對象和領域1.研究對象系統人工系統或復雜系統大系統（多層次）復雜系統（總系統+分系統）組織化的系統（有共同目標）（1）系統工程的研究領域成果顯著（2）系統工程呈現多學科性自然環境、生物醫學、工業、農業、社會、國家管理等35第二節系統工程概念一.系統工程的研究對象和領域1.研究對系統工程的應用領域：第二節系統工程概念1）社會系統工程2）經濟系統工程3）區域規劃系統工程4）環境生態系統工程5）能源系統工程6）水資源系統工程7）交通運輸系統工程8）農業系統工程9）航天系統工程36系統工程的應用領域：第二節系統工程概念1）社會系統工程的應用領域：第二節系統工程概念10）工程項目管理系統11）科技管理系統工程12）教育系統工程13）人口系統工程14）軍事系統工程15）信息系統工程16）物流系統工程等37系統工程的應用領域：第二節系統工程概念10）工程2.系統工程研究對象的具體特征（1）系統工程是一門工程技術，可研究任何一種物質系統，可跨越各專業領域。如：機械工程、電子工程水利工程、采礦工程等以專門的技術領域為對象系統工程跨專業，研究系統的開發、運用等問題。（2）還涉及社會經濟、環境生態、經營管理、軍事指揮等非工程系統（3）系統工程更注重事理，注重計劃、組織、安排、優化。系統工程處理的對象主要是信息。382.系統工程研究對象的具體特征（1）系統工程是一門工程技術二、系統工程的的定義第二節系統工程概念

（1）1967年美國學者切斯納定義

按照各個目標進行權衡，全面求得最優解的方法，并使各組成部分能最大限度地互相適應。

（2）1976年美國科學技術辭典注釋系統工程是研究許多密切聯系的元素所組成的復雜系統設計的科學。

（3）1977年日本學者三浦武雄指出系統工程與其它工程學的不同之點在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的一種邊緣學科。39二、系統工程的的定義第二節系統工程概念第三節系統工程概念

（4）日本工業標準“運籌學術語”中的定義系統工程是為了最優地達到系統目標，而對系統的構成要素、組織結構、信息流通和控制機構進行分析的技術。

（5）我國學者錢學森認為

系統工程是組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗與使用的科學方法，是一種對所有系統都具有普遍意義的方法。40第三節系統工程概念（4）日本工業標準“運籌學術語綜述：系統工程定義第三節系統工程概念

1.系統工程是一門交叉學科協調：自然科學和社會科學的思想、理論、方法、策略、手段等組織：生產、科研或經濟活動應用：定量分析和定性分析相結合的方法和計算機等技術三最優：實現最優設計、最優控制和最優管理（達到綜合最優化）2.一門工程技術、一門軟科學41綜述：系統工程定義第三節系統工程概念1.系統工一、系統工程的理論和技術基礎第三節系統工程的學科基礎系統工程是一門交叉學科，有其寬廣的理論和技術基礎。它們主要是一般系統論、信息論、控制論、運籌學、耗散結構理論、協同學、突變論等，通常把一般系統論、信息論，控制論稱為“老三論”，而把耗散結構理論、協同學、突變論稱為“新三論”。1.一般系統論

一般系統論是由美籍奧地利生物學家貝塔朗菲（1901—1972）首先提出并發展的.

42一、系統工程的理論和技術基礎第三節系統工程的第三節系統工程的學科基礎1.一般系統論

一般系統論所包含的主要內容和基本觀點有：系統的整體性系統的開放性系統的動態性（生長—衰老—死亡）系統的等級性（分為結構等級與功能等級）系統的有序性

一般系統論用相互關聯的綜合性思維來取代分析事物的分散思維，突破了以往分析問題的局限性，為系統工程的發展奠定了基礎。作用：43第三節系統工程的學科基礎1.一般系統論

2.信息論

第三節系統工程的學科基礎

信息論于20世紀40年代末產生，其主要創立者是美國的數學家香農和維納。信息論是一門研究信息的獲取、傳送和處理等一般規律的科學。人們根據不同的研究內容，把信息論分成三種不同類型。

狹義信息論：即申農信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。

442.信息論第三節系統工程的學科基礎創始人：美國數學家香農，美國貝爾研究所研究員。

解決通信技術中信息編碼問題，把發射信息和接收信息作為一個整體的通信來研究。克勞德·香農(ClaudeElwoodShannon）信息論及數字通信時代的奠基人

信息論誕生的標志：1948《通信的數學理論》1949《噪聲中的通信》（濾波理論、信號預測理論）還對加密理論有開創性貢獻維納提出了信息量的統計數學公式45創始人：美國數學家香農，美國貝爾研究所研究員。香農的通信系統模型信息編碼信道譯碼信宿信源信號噪聲信號+噪聲消息電、器、聲空間編碼轉換人、機人、機器、物46香農的通信系統模型信息編碼信道譯碼信宿信源信號噪聲信號+噪第三節系統工程的學科基礎

一般信息論：主要研究通信問題，但還包括噪聲理論、信號濾波與預測、調制、信息處理等問題。

廣義信息論：不僅包括前兩項的研究內容，而且包括所有與信息有關的領域。

信息論中運用信息的觀點，把系統看作是借助于信息的獲取、傳達、加工、處理而實現其有目的性的運動的一種研究方法。圖1-3便是信息方法的圖示。47第三節系統工程的學科基礎一般信息論：主要研究通信第三節系統工程的學科基礎2.信息論

信息信息信息反饋信息輸入信息存儲信息處理信息輸出圖1-3信息方法48第三節系統工程的學科基礎2.信息論信息信

3.控制論第三節系統工程的學科基礎

1947年美國人維納創立了控制論。維納的控制論闡述了兩個根本觀念：

①一切有生命、無生命系統都是信息系統。控制的過程也可以說是信息運動的過程。無論是機器還是生物，在構成控制系統的前提下，都存在著對信息進行接收、存取和加工的過程。

493.控制論第三節系統工程的學科基礎第三節系統工程的學科基礎②一切有生命、無生命系統都是控制系統。一個系統一定有它的特定輸出功能，而要具有這種輸出功能，必須有相應的一套控制機制。控制必須要有目標，沒有目標，則無所謂控制。研究生命系統、非生命系統以及社會經濟內部通信、控制、調節、組織、平衡、計算或反饋等問題。應用于工程技術、生物、經濟、社會等各領域

將自然科學與社會科學，物質世界與非物質世界聯系了起來。50第三節系統工程的學科基礎②一切有生命、無生命系第三節系統工程的學科基礎4.運籌學運籌學的定義

據《大英百科全書》釋義，“運籌學是一門應用于管理有組織系統的科學”，“運籌學為掌管這類系統的人提供決策目標和數量分析的工具”。

線性規劃非線性規劃動態規劃整數規劃排隊論、對策論、存儲論、網絡與圖論等51第三節系統工程的學科基礎4.運籌學運籌

5.耗散結構理論(新三論之一）比利時布魯塞爾自由大學教授普里高津在1969年一次理論物理和生物學國際學術會議上作了題為《結構、耗散和生命》的報告，提出了耗散結構理論。孤立系統總是朝著均勻和無序的平衡態發展，此時系統的熵最大。開放系統總是與外界進行物質、能量的交換。dS=diS+deSDissipativeStructureTheory1977年獲諾貝爾化學獎525.耗散結構理論(新三論之一）比利時布魯塞爾自由耗散結構——系統與外界交換能量與物質，吸進負熵。當外界條件達到一定閾值時，系統從原來的混亂無序發展成為一種在時間上、空間上或功能上新的有序結構，稱為耗散結構。53耗散結構——系統與外界交換能量與物質，吸進負熵。當外界條件達耗散結構的形成條件遠離平衡態的開放系統，不斷與外界交換物質、能量。進入遠離平衡態的非線性區域。有漲落的觸發

為系統有序結構的穩定性提供了嚴密的理論根據，推動了其他學科的發展。經典熱力學統計物理學理論生物學54耗散結構的形成條件遠離平衡態的開放系統，不斷與外界交換物質、

6.協同學Synergetics

(新三論之二）協同學是20世紀70年代后期由原西德理論物理學家哈肯（HermannHaken）創立的。

研究系統如何自發地形成有序結構或功能的行為—自組織（1）激光的產生（2）貝納德花紋（3）電腦城、美食城、中心商業區的形成例子：556.協同學Synergetics(新貝納德花紋:1900年貝納德發現了對流有序現象，他在一個圓盤中倒入一些液體。當從下面加熱這一薄層液體時，剛開始上下液面溫差不太大，液體中只有熱傳導。但當上下液面溫差△T超過某一臨界值△Tc時，對流突然發生，并形成很有規律的對流花樣（液體中突現類似蜂房的六邊形網格）。從上往下俯視，是許多像蜂房那樣的正六角形格子。中心液體往上流，邊緣液體往下流。這是一種宏觀有序的動態結構。56貝納德花紋:1900年貝納德發現了對流有序現象(1)快變量：多數變量，在系統受到干擾而波動時，總是力圖使系統回到原先的穩定狀態。特點：衰減快，對系統結構性轉變無大影響。(2)慢變量：數量極少，在系統受到干擾而波動時，使系統偏離穩態走向非穩態，或進入新的穩態。特點：始終左右演化進程，決定其結構與功能。

“協同導致有序”——子系統的合作導致出現宏觀結構的自組織現象。基本觀點：57(1)快變量：多數變量，在系統受到干擾而波動時，總是力圖使

揭示不同系統通過子系統間的協同作用與自組織，從無序狀態向有序狀態轉變的共同規律和特征。在自然科學（如：物理、化學、生物）和社會科學（經濟學、管理學等）應用廣泛，推動了系統工程的發展。協同學的意義：58揭示不同系統通過子系統間的協同作用與

7.突變論——Catastrophetheory突變論是法國數學家勒內·托姆于1972年創立的。他于1972年發表的《結構穩定性和形態發生學》一書闡述了突變理論，榮獲國際數學界的最高獎---菲爾茲獎章。

例子：水的沸騰、巖石的破裂、橋梁的崩塌、地震、細胞的分裂、生物的變異、人的休克、情緒的波動、戰爭、市場變化、經濟危機等等。

突變論的本質:是系統從一種穩定狀態到另一種穩定狀態的躍遷。

(新三論之三）597.突變論——Catastrophetheory突變論8混沌理論-ChaosTheory

混沌理論的主導思想是：宇宙本身處于混沌狀態，在其中某一部分中似乎并無關聯的事件間的沖突，會給宇宙的另一部分造成不可預測的后果。

蝴蝶效應（TheButterflyEffect）：是指在一個動力系統中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應。這是一種混沌現象。蝴蝶在熱帶輕輕扇動一下翅膀，遙遠的國家就可能造成一場颶風。“蝴蝶效應”的概念，是氣象學家洛倫茲1963年提出來的。

608混沌理論-ChaosTheory混沌理論的主導思想本章到此結束！謝謝！61本章到此結束！61系統工程概論普通高等教育“十一五”國家級規劃教材21世紀高等院校教材工業工程系列主講教師：周志華電話：1378624451562系統工程概論普通高等教育“十一五”國家級規劃教材主講教師：周第2章系統工程的歷史與現狀一、系統工程的產生與發展二、系統工程的概念三、系統工程的學科基礎63第2章系統工程的歷史與現狀一、系統工程的產生與發展2一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與發展第一階段：古代樸素的唯物主義自然觀第二階段：近代形而上學自然觀第三階段：19世紀辯證唯物主義自然觀第四階段：二十世紀中期形成的系統觀第五階段：現代系統理論64一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與發展第一階段一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與發展系統思想從經驗到哲學到科學，從思維到定性到定量的發展過程。即：

第一階段:古代農事、工程、醫藥、天文方面的實踐成就，以及建立在這些成就之上的古代中國和古希臘樸素的唯物主義自然觀（以抽象的思辨原則來代替自然現象的客觀聯系）；

第二階段:近代自然科學的興起，以及由此產生的形而上學自然觀（把自然界看作彼此不相依賴的各個事物或各個現象的偶然堆積）；

65一、系統思想的形成過程第一節系統工程的產生與

第三階段:19世紀自然科學的偉大成就，以及建立在這些成就基礎之上的辯證唯物主義自然觀（以實驗材料來說明自然界是有內部聯系的統一整體，其中各個事物、現象是有機地相互聯系、相互依賴、相互制約著的）；

第四階段:20世紀中期現代科學技術的成就，為系統思想提供了定量方法和計算工具；66第三階段:19世紀自然科學的偉大成就，以及建立在這些

現代科學技術對系統思想方法的貢獻現代科學技術對于系統思想方法來說，第一個貢獻在于使系統思想定量化，成為一套具有數學理論、能夠定量處理系統各組成部分相互聯系的科學方法；第二個貢獻在于為定量化系統思想的實際應用提供了強有力的計算工具——電子計算機。這兩大貢獻都是在20世紀中期實現的。運籌學（數學規劃、排隊論、博弈論）計算機（1946年出現并廣泛應用）67現代科學技術對系統思想方法的貢獻現代科學技術第五階段：現代系統理論信息論、控制論、耗散結構理論、協同學、突變論、非線性系統理論的迅速發展，系統工程不僅涉及到工程技術領域，還涉及到社會經濟、醫療衛生等人類社會各方面緊密聯系起來。68第五階段：現代系統理論7

二、系統工程的發展歷史系統概念來源于古代人類社會實踐。人類自有生產活動以來，無不在同自然系統打交道。（一）我國古代樸素的系統思想“協同學”創始人哈肯評論“系統科學的概念是中國學者較早提出的”69二、系統工程的發展歷史系統概念來源于古代人類社會實（一）我國古代樸素的系統思想1、春秋末期老子—用自發的系統概念觀察自然現象，認為自然界是統一的。道可道，非常道。名可名，非常名。老子：約公元前571～公元前471,道教中老子被尊為道祖。著有“道德經”。唐皇武后封為：太上老君認為道是事物之本原，又是事物的法則，天地人都是道的產物。“道生一，一生二，二生三，三生萬物”70（一）我國古代樸素的系統思想1、春秋末期道可道，非常道。老子2、西周——五行觀念《易經》——陰陽五行和八卦學說五行指：金、木、水、火、土。認為大自然由五種要素所構成，隨著這五個要素的盛衰，而使得大自然產生變化，不但影響到人的命運，同時也使宇宙萬物循環不已。

木－好華美，且具有風雅的個性。仁，慈愛，行善。火－性情急躁，而富有自尊心。禮，就是為人謙讓謹慎，敬上而不欺下。

土－性情溫厚篤實，而具有自信心。信，就是又誠實又溫厚誠懇之意。

金－性情剛強，而具有自尊心。義，就是崇善棄惡，事事都順理。

水－聰明，并能推測事物。智，觀察事物詳細，能預知前兆，善理權謀術事。712、西周——五行觀念《易經》——陰陽五行和八卦學說木－好華美陰陽五行學說:是中國古代樸素的唯物論和自發的辯證法思想，它認為世界是物質的，物質世界是在陰陽二氣作用的推動下孳生、發展和變化；并認為木、火、土、金、水五種最基本的物質是構成世界不可缺少的元素。

陽—運動、外向、上升、溫熱、明亮的陰——相對靜止、內守、下降、寒冷、晦暗的72陰陽五行學說:是中國古代樸素的唯物論和自發的辯證法思想，它認3、東漢——地動儀地動儀:地動儀是東漢科學家張衡的傳世杰作--候風地動儀。八個龍頭，按東、南、西、北、東南、東北、西南、西北八個方向布列，每個龍頭嘴里都銜有一個銅球。當某個地方發生地震時，發生地震方向的龍頭張開嘴，吐出銅球，落到銅蟾蜍的嘴里，發生很大的聲響。所以人們就可以知道地震發生的方向。張衡還用銅制造了一種測量天文的儀器——“渾天儀”。

地動儀-我國歷史上最早的系統模型733、東漢——地動儀地動儀:地動儀是東漢科學家張衡的傳世杰作-4最早的醫學經典-黃帝內經它分別從陰陽五行、天人相應、五運六氣、臟腑、經絡、病機、診法、治則、針灸等方面來闡述。

主張不治已病，而治未病，同時主張養生、攝生、益壽、延年。將“自然現象、生理現象、精神活動”三者結合分析疾病根源。整體觀、矛盾觀、經絡學、臟像學、病因病機學、養生和預防醫學、診斷治療等。744最早的醫學經典-黃帝內經它分別從自然界、人體由五種要素相生相克、相互制約所組成的有秩序、有組織的整體。看病——望聞問切“藏象、病機、氣血、津液、經絡”講究內觀、體悟、直覺，與西醫的靠儀器、化驗、解剖不同。75自然界、人體由五種要素相生相克、相互請問：我國古代的三大經書（奇書）是什么？《易經》、《道德經》、《黃帝內經》76請問：我國古代的三大經書（奇書）是什么？《易經》、《道德經》5春秋末期—《孫子兵法》問：《孫子兵法》為誰所著？以系統思想研究戰爭，從“道、天、地、將、法”五個方面分析戰爭。道—內修德政、戰爭是否有理。有道乃勝利之本。天時、地利將—將領的才智、威信狀況、士兵是否訓練有素。“得到多助、失道寡助”法—法度。“紀律是否嚴明、賞罰是否分明”。將領要做到“智、信、仁、勇、嚴”。

兵圣孫武公元前535~775春秋末期—《孫子兵法》問：《孫子兵法》為誰所著？以系統在山東臨沂銀雀山發掘的兩座漢代墓葬中同時發現了用竹簡寫成的《孫子兵法》和《孫臏兵法》。

《孫子兵法》全書共十三篇——孫武所著。以《兵法》十三篇見吳王闔閭hélǘ，闔閭說：“子之十三篇，吾盡觀之矣。”即用孫武為將，與伍子胥率吳軍攻破楚國,率兵6萬打敗楚國20萬大軍。著名論點：“知己知彼，百戰不殆”“以我之長，功敵之短”78在山東臨沂銀雀山發掘的兩座漢代墓葬中同時發現了用竹簡寫成的《《孫臏兵法》

《孫臏兵法》又名《齊孫子》，系與《孫子兵法》區別之故。《漢書·藝文志》稱《齊孫子》八十九篇，圖四卷。

知名典故：“田忌賽馬”

孫臏約公元前380年至公元前320

孫臏乃孫武后人，有人說是玄孫。孫臏和龐涓拜鬼谷子為師，出仕后到魏國做官，被龐涓陷害，受到臏刑。生死關頭，他向齊國使者求助，被救到齊國，指揮齊軍兩次擊敗魏軍，設伏殺死龐涓。孫臏繼承并發揚了孫武的軍事思想，他的《孫臏兵法》也是兵學寶庫的瑰寶。

79《孫臏兵法》

《孫臏兵法》又名《齊孫子》，系與《孫子兵法》區三十六計勝戰計：瞞天過海、圍魏救趙、借刀殺人、以逸待勞、趁火打劫、聲東擊西敵戰計：無中生有、暗渡陳倉、隔岸觀火、笑里藏刀、李代桃僵、順手牽羊攻戰計：打草驚蛇、借尸還魂、調虎離山、欲擒故縱、拋磚引玉、擒賊擒王混戰計：釜底抽薪、混水摸魚、金蟬脫殼、關門捉賊、遠交近攻、假道伐虢并戰計：偷梁換柱、指桑罵槐、假癡不顛、上屋抽梯、樹上開花、反客為主敗戰計：美人計、空城計、反間計、苦肉計、連環計、走為上80三十六計勝戰計：瞞天過海、圍魏救趙、借刀殺人、以逸待勞、趁火6戰國時期—“都江堰”水利工程戰國時期秦國李冰父子設計修建的都江堰水利工程，它包括“魚嘴”岷江分水工程，“飛沙堰”分洪排沙工程，“寶瓶口”引水工程三大主體工程和120個附屬渠堰工程，工程之間的聯系處理得恰到好處，形成一個有機整體，兼有防洪、排沙、灌溉、漂木、行舟等多種功能，渠道上設置了水尺，根據測得的水位，多級分水，合理控制分水流量，使洶涌急流的岷江化害為利，灌溉了成都平原上14個縣的幾百萬畝糧田。工程完工后，又建立了一套歲修養護制度，每年按規定淘沙修堤，因此，雖然該工程經歷二千多年，至今仍發揮著效益，該工程堪稱我國古代運用系統思想解決實際問題的典范。816戰國時期—“都江堰”水利工程戰國時期秦國李冰父子飛沙堰

82飛沙堰218322飛沙堰特寫

84飛沙堰特寫237：丁渭修皇宮北宋年間，汴都（今河南開封）的宮室在遭到火災以后，大臣丁渭奉命修建，修建工程的泥土、石料、木材等建筑材料都需從郊外由旱道運到建筑現場，另外，完工后的建筑廢棄物又要從旱道運出城外。這在當時是需要花費大量的人力、物力和材力的，丁渭根據工程實際，設計出了一套方案，就是在工地前面的大街上挖取泥土使用，幾天以后，大街被挖成了巨溝，并通過護城河與汴河相通，河水流入溝中，船只可直接由汴河駛入工地，于是便可從四面八方運來建筑材料，再也不需經過郊區碼頭起卸，然后用陸運搬到工地的繁重手續了，在工程將要結束時，再把廢棄的瓦礫、灰土等投入巨河，平土以后，重新成為大街。這一設計方案由于系統解決了取土、運輸、清除廢料和修復街道等多項任務，因此節省了大量的人力、物力和財力，并使工程提前完工。

857：丁渭修皇宮北宋年間，汴都（今河南開封）的宮室在遭總結：古代樸素系統思想的特點“耗散結構”創始人普利高津《從存在到演化》中說：“著重于研究整體性和自發性、研究協調與協和”即強調對自然界整體性、統一性的認識，缺乏對細節的認識能力。86總結：古代樸素系統思想的特點“耗散結構”創始人普利高津《從存(二）系統工程的發展歷史——世界文明第二節系統工程的產生與發展2.1930年前后，一般系統論的創始人貝塔朗菲指出了自然界和社會的各種表面上極不相同的領域中存在著某種共性，提出了一般系統論，為系統工程的產生作好了準備。系統工程是工業生產和科學技術發展的必然產物。1.系統概念的最早提出：美國人泰勒——“管理之父”在1911年出版的《科學管理原理》提出了工業管理系統，包括“合理安排工序、動作分析、提高工作效率等”。87(二）系統工程的發展歷史——世界文明第二節系3.系統工程的首次提出二十世紀40年代，美國貝爾電話公司在發展微波通訊網絡時首先應用系統方法，并提出了“系統工程”這個名詞。美國貝爾電話公司——馬利娜G.Molina丹麥哥本哈根電話公司——厄朗A.Erlang研究整個電話通訊系統，不能只注意電話機和交換臺站，首次提出“系統工程”，運用了排隊論原理。883.系統工程的首次提出美國貝爾電話公司——馬利娜G.4.二次世界大戰(1939-1945)，產生和發展了“運籌學”OperationResearch1）英國為防御德國的突然空襲，研究了雷達報警系統、飛機排隊降落系統，廣泛采用了數學規劃、排隊論、博弈論等方法。2）1945年，美國軍事部設立蘭德公司（政府和軍方的最大智囊團），開發了許多系統分析方法。3）1942-1945年，美國制造原子彈的“曼哈頓”計劃

負責人L.R.格羅夫斯和R.奧本海默應用了系統工程的思路和方法，大大縮短了工程所耗時間。1945年7月15日,世界上第一顆原子彈試驗成功。8月6日和9日，美國分別在日本的廣島和長崎投下了原子彈，直接導致第二次世界大戰結束。

894.二次世界大戰(1939-1945)，產生和發展了“運籌（二）系統工程的發展歷史—世界文明7.進入70年代后，由于電子計算機的迅速發展和普及，系統工程得到了廣泛地應用。5.1957年首部《系統工程》著作出版美國密執安大學古德H.Goode馬喬爾R.Machol合著6.1961-1969年“阿波羅”登月計劃—系統工程的光輝成就。工程系統社會經濟系統行為科學+思維科學政策研究作為一門交叉學科解決復雜大系統研究非線性系統理論迅速發展90（二）系統工程的發展歷史—世界文明7.進入70年代后，由于電（三）現代系統工程在中國的發展(1)第一階段：1950S中期—1970S中期，以運籌學的研究為主1）錢學森、許國志等學者大力提倡運籌學2）1960S華羅庚大力發展優選法與統籌學，取得較好效果3）我國導彈和航天事業的發展，系統工程技術得到迅猛發展——以錢學森為代表91（三）現代系統工程在中國的發展(1)第一階段：1950S中（2）第二階段：1978——1980S初推廣應用系統工程的熱潮1）1978年，錢學森、許國志、王壽云在《文匯報》發表“組織管理的技術—系統工程”，推廣系統工程新局面。最優化方法圖論、排隊論對策論可靠性分析等普及應用、取得顯著成果2）1980年中國系統工程學會正式成立3）20世界70年代末、80年代初—學術理論遍地開花鄧聚龍教授——灰色系統理論吳學謀——泛系理論蔡文——物元分析92（2）第二階段：1978——1980S初推廣應用系統工程的（3）第三階段：1986年系統工程的研究和應用擴大至科技、經濟、社會等領域。1）系統工程作為一門軟科學，日益受重視。物理——事理——人理（WSR系統方法論）硬件—軟件—斡件—人件2）錢學森等致力于開放復雜系統的研究方法：定性與定量的綜合集成技術、綜合集成工程專家系統統計技術信息化與計算機技術以人為主的高度智能化的人機結合系統93（3）第三階段：1986年系統工程的研究和應用擴大至科技、經3）2003年10月15日，中國首次載人航天——“神州五號”上天大規模復雜系統的設計、優化、管理等取得重大突破。綜合：系統工程作為一門綜合應用性學科、交叉學科、一門新學科，未來發展靠大家。2011年11月1日清晨5時58分，中國“長征二號F”遙八運載火箭，將“神舟八號”飛船成功送入預定軌道。2011年11月3日凌晨，神舟八號與天宮一號對接環接觸成功。中國成為繼美、俄之后第三個掌握空間交會對接技術的國家。可以在地球軌道上長期滯留工作的空間站，對于探索宇宙奧秘、造福人類有著重要意義。

943）2003年10月15日，中國首次載人航天——“神州五號”錢學森提出的現代系統技術的四個層次：系統論（系統觀）基礎科學技術科學工程技術哲學歷史唯物主義社會科學數學哲學數學科學自然辯證法自然科學馬克思主義哲學系統學控制論運籌學信息論各門系統工程自動化技術通信技術圖1-6系統科學體系結構第二節系統工程概念95錢學森提出的現代系統技術的四個層次：系統論（系統觀）基礎科學第二節系統工程概念一.系統工程的研究對象和領域1.研究對象系統人工系統或復雜系統大系統（多層次）復雜系統（總系統+分系統）組織化的系統（有共同目標）（1）系統工程的研究領域成果顯著（2）系統工程呈現多學科性自然環境、生物醫學、工業、農業、社會、國家管理等96第二節系統工程概念一.系統工程的研究對象和領域1.研究對系統工程的應用領域：第二節系統工程概念1）社會系統工程2）經濟系統工程3）區域規劃系統工程4）環境生態系統工程5）能源系統工程6）水資源系統工程7）交通運輸系統工程8）農業系統工程9）航天系統工程97系統工程的應用領域：第二節系統工程概念1）社會系統工程的應用領域：第二節系統工程概念10）工程項目管理系統11）科技管理系統工程12）教育系統工程13）人口系統工程14）軍事系統工程15）信息系統工程16）物流系統工程等98系統工程的應用領域：第二節系統工程概念10）工程2.系統工程研究對象的具體特征（1）系統工程是一門工程技術，可研究任何一種物質系統，可跨越各專業領域。如：機械工程、電子工程水利工程、采礦工程等以專門的技術領域為對象系統工程跨專業，研究系統的開發、運用等問題。（2）還涉及社會經濟、環境生態、經營管理、軍事指揮等非工程系統（3）系統工程更注重事理，注重計劃、組織、安排、優化。系統工程處理的對象主要是信息。992.系統工程研究對象的具體特征（1）系統工程是一門工程技術二、系統工程的的定義第二節系統工程概念

（1）1967年美國學者切斯納定義

按照各個目標進行權衡，全面求得最優解的方法，并使各組成部分能最大限度地互相適應。

（2）1976年美國科學技術辭典注釋系統工程是研究許多密切聯系的元素所組成的復雜系統設計的科學。

（3）1977年日本學者三浦武雄指出系統工程與其它工程學的不同之點在于它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的一種邊緣學科。100二、系統工程的的定義第二節系統工程概念第三節系統工程概念

（4）日本工業標準“運籌學術語”中的定義系統工程是為了最優地達到系統目標，而對系統的構成要素、組織結構、信息流通和控制機構進行分析的技術。

（5）我國學者錢學森認為

系統工程是組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗與使用的科學方法，是一種對所有系統都具有普遍意義的方法。101第三節系統工程概念（4）日本工業標準“運籌學術語綜述：系統工程定義第三節系統工程概念

1.系統工程是一門交叉學科協調：自然科學和社會科學的思想、理論、方法、策略、手段等組織：生產、科研或經濟活動應用：定量分析和定性分析相結合的方法和計算機等技術三最優：實現最優設計、最優控制和最優管理（達到綜合最優化）2.一門工程技術、一門軟科學102綜述：系統工程定義第三節系統工程概念1.系統工一、系統工程的理論和技術基礎第三節系統工程的學科基礎系統工程是一門交叉學科，有其寬廣的理論和技術基礎。它們主要是一般系統論、信息論、控制論、運籌學、耗散結構理論、協同學、突變論等，通常把一般系統論、信息論，控制論稱為“老三論”，而把耗散結構理論、協同學、突變論稱為“新三論”。1.一般系統論

一般系統論是由美籍奧地利生物學家貝塔朗菲（1901—1972）首先提出并發展的.

103一、系統工程的理論和技術基礎第三節系統工程的第三節系統工程的學科基礎1.一般系統論

一般系統論所包含的主要內容和基本觀點有：系統的整體性系統的開放性系統的動態性（生長—衰老—死亡）系統的等級性（分為結構等級與功能等級）系統的有序性

一般系統論用相互關聯的綜合性思維來取代分析事物的分散思維，突破了以往分析問題的局限性，為系統工程的發展奠定了基礎。作用：104第三節系統工程的學科基礎1.一般系統論

2.信息論

第三節系統工程的學科基礎

信息論于20世紀40年代末產生，其主要創立者是美國的數學家香農和維納。信息論是一門研究信息的獲取、傳送和處理等一般規律的科學。人們根據不同的研究內容，把信息論分成三種不同類型。

狹義信息論：即申農信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題。

1052.信息論第三節系統工程的學科基礎創始人：美國數學家香農，美國貝爾研究所研究員。

解決通信技術中信息編碼問題，把發射信息和接收信息作為一個整體的通信來研究。克勞德·香農(ClaudeElwoodShannon）信息論及數字通信時代的奠基人

信息論誕生的標志：1948《通信的數學理論》1949《噪聲中的通信》（濾波理論、信號預測理論）還對加密理論有開創性貢獻維納提出了信息量的統計數學公式106創始人：美國數學家香農，美國貝爾研究所研究員。香農的通信系統模型信息編碼信道譯碼信宿信源信號噪聲信號+噪聲消息電、器、聲空間編碼轉換人、機人、機器、物107香農的通信系統模型信息編碼信道譯碼信宿信源信號噪聲信號+噪第三節系統工程的學科基礎

一般信息論：主要研究通信問題，但還包括噪聲理論、信號濾波與預測、調制、信息處理等問題。

廣義信息論：不僅包括前兩項的研究內容，而且包括所有與信息有關的領域。

信息論中運用信息的觀點，把系統看作是借助于信息的獲取、傳達、加工、處理而實現其有目的性的運動的一種研究方法。圖1-3便是信息方法的圖示。108第三節系統工程的學科基礎一般信息論：主要研究通信第三節系統工程的學科基礎2.信息論

信息信息信息反饋信息輸入信息存儲信息處理信息輸出圖1-3信息方法109第三節系統工程的學科基礎2.信息論信息信

3.控制論第三節系統工程的學科基礎

1947年美國人維納創立了控制論。維納的控制論闡述了兩個根本觀念：

①一切有生命、無生命系統都是信息系統。控制的過程也可以說是信息運動的過程。無論是機器還