系統工程概論（1060132010-01）

1-8周,綜-260：周一第1-2節,周四第5-6節

榮莉莉系統工程研究所大連理工大學管理與經濟學部llrong@84708073(o)第二章 系統工程方法第1節 系統思想系統的整體性、結構與功能第2節 系統工程方法論方法論概要、工作步驟、具體方法系統分析案例第二章 系統分析方法第1節 系統思想人類和各式各樣有形與無形的系統接觸，自然就需要研究系統，認識系統，因而逐漸形成了運用系統的觀點去分析和處理問題的思想方法，這就是系統思想。系統工程技術方法，第二位思想（學問、知識），第一位1、系統思想及系統觀中國古代有關陰陽、五行、八卦、經絡、臟腑以及天人相應等觀念，都體現了系統思想；古希臘的許多哲學家也提出過許多系統觀念。這些觀念和思想體現為對事物的整體、秩序和結構功能性的認識；德國古典哲學家康德曾經明確地指出系統的三個特性：內在目的性，自我建造性和整體在先性；黑格爾的系統思想突出表現在其有機進化整體觀的兩大原則：整體性的有機原則，即整體與部分有著內在的不可分割的聯系；整體性的進化原則，即有機體是一個不斷運動、發展、進化的過程。恩格斯認為一切事物與過程，乃至于整個世界，都是一個整體，從宏觀到微觀，從無機界到有機界，從自然界到人類社會，各種事物沒有不在相互聯系、相互作用之中的。他明確地提出了相當于系統范疇的“體系”概念，第一次提出自然界的系統整體的客觀模型，探討了整個世界的層次結構。我國系統學科的開創者錢學森在現代科學、技術、工程發展和國內外系統學科發展的基礎上，提出將整體論和還原論綜合集成為新的系統論的觀點，在處理復雜系統問題上開辟了新的途徑。系統觀系統思想：運用系統的觀點去分析和處理問題的思想方法系統觀：把事物作為一個有機整體來看待的一種視角系統思想的核心是把事物作為一個有機整體來考量，由此延伸到事物的各種系統整體特性什么是系統怎樣運用系統的觀點理解系統思想？系統的表示：系統內部、系統外部外部：環境、系統輸入/輸出、整體性內部：要素、結構、系統的秩序與組織外部與環境：功能、系統的自組織、演化內部與外部：結構與功能的關系系統與環境任何系統都是和系統之外的各種事物發生聯系的，這些系統之外的、和系統發生相互聯系、相互影響的事物總和，就是系統的環境。例如一個計算機局域網系統，系統本身包括計算機、網絡通信設備等，安放計算機和網絡設施的辦公室、敷設網線的地溝、向它供電的電力系統等等就是系統的環境；一個企業由總部、職能部門、生產和供銷部門等組成，它所存在的城市、向它供應電力、水資源的基礎設施等都是它的環境。系統和環境的關系有時候具有層次性。例如我們可以認為一臺計算機是一個系統，當它連在局域網上的時候，對計算機這一系統來說，局域網絡的其他計算機和網絡設備是它的環境。但是如果把局域網看作一個系統來說，單個計算機只是它的子系統，而它所連向的廣域網則是它的環境了。所以在討論到系統和環境的關系的時候，需要首先明確我們關注的是哪個層面的系統。系統和環境是由系統的邊界隔開的。一般說來邊界應該是明晰的。由于系統和環境都是在發展的，有些間接聯系會變成直接聯系，所以邊界也可能是會變化的。例如全球互聯網每時每刻都有網絡節點加入或退出，邊界隨時都在變化，所以對環境的認定需要有動態的觀點。我們在研究或者構建一個系統時，總是要求邊界是確定的，至少是在一定時段內是明確的。在進行系統分析和構建時，對于系統和環境之間的界面或者接口需要認真加以重視與考慮。系統和環境之間總是有物質、能量、信息在流動。例如對通信系統來說，外界環境中的發信者要把信息輸入系統，而收信者又從系統的輸出得到信息。一個熱力發電機組從外環境輸入煤炭的化學能，而向環境供應電能。系統和環境進行物質、能量、信息交換的特性，叫做系統的開放性，而系統本身抵制與環境的物質、能量、信息交換的特性，叫做系統的封閉性。系統的存在和發展是離不開對外界開放、和外界進行交換的，特別是生命系統、社會系統、思維系統。一般說來，系統越開放就越有活力。如何預測系統的行為？如果你希望從整體上理解、進而能夠預測、影響，并最終控制系統的行為，僅僅依靠對系統中各個部分的了解能實現這一點嗎？過去的四個世紀中，人們大量采用化整為零、各個擊破的科學研究方法，在科學研究中取得了成功，因此，無論什么時候遇到問題，我們都會試圖使用同一的方式解決它。然而，確實存在很多這種方法不能發揮作用的場合。彼得?圣吉在《第五項修煉》中指出“將一頭大象分成兩半，并不能造出兩頭小象”就形象地闡明了這一點。將大象切成兩半這一舉動本身只會將一個良好運作的系統變成兩個無法運轉的系統。系統的本質是連接系統由一系列相互連接的部分組成。大象的后半部分和前半部分之間具有密不可分的聯系，在你將大象切成兩半的同時，這種聯系也被破壞掉了。系統的對立面可理解為“堆”，盡管“堆”也由很多部分構成，但它們沒有相互連接。一堆人，一群人，隨機的群體——游客；在一起工作的一堆人，一群人——為了一個任務，相互之間建立了連接，隨時都會出現一種非常特殊的，可以稱之為高效團隊的系統。對系統的研究實際上就是對系統構成組件之間的連接的研究。系統中可以包含人、部門、業務……如果你希望了解一個系統，并進而能夠預測它的行為，那么，就非常有必要將系統作為一個整體來研究。將系統各部分割裂開來研究，很可能會破壞系統內部的連接，從而破壞系統本身。如果你希望影響或控制系統的行為，你必須將系統作為一個整體來采取行動。在某些地方采取行動并希望其他地方不受影響的想法注定要失敗——這也是連接的意義所在。比如，你所管理的部門是一個相互之間具有高度復雜聯系的系統的一部分，有些連接局限在你的組織內部，而很多連接則超出了組織的邊界。一個在你部門內看起來非常合理的決策，對于組織整體而言可能未必是最優的。2、系統的整體性思想系統整體性是系統的重要特征之一，所以整體性思想和原則是系統思想的重要組成部分一般來說，所有方式顯示的整體，并不是其部分的總和（亞里士多德）任何事物都是由各種要素以一定方式構成的統一整體，整體性主要表現在整體聯系的統一性，即整體與部分、部分與部分之間、系統與環境聯系的統一性系統整體存在的特征：有機性；組合效應有機性：1）存在于整體中的單個部分，不論是能獨立存在的，還是不能獨立存在的，都只有在整體中，才能體現它具有的部分的意義，離開整體就失去部分的意義2）整體特性只有在系統的運動中，整體與部分、部分與部分、系統與環境以及不同層次之間，按一定規律，進行一定程度的物質、能量、信息的交換，才能以一定的性質和功能體現系統的有機性程度，就是整體的組織化程度。組合效應：整體與部分的聯系方式：1）部分在整體中保持著相對的對立性。齒輪2）部分在整體中必須改變自己原來的形態，才能與其他部分結合，在整體中不能保持相對對立性。如H2、O2與H2O3）部分在整體中只是名義上存在，不可能轉化為獨立物。如手臂不論哪一種聯系形式，部分只是整體制約下的相對獨立部分，離開整體就喪失了作為該整體一部分的品格。如鋼鐵工業與國民經濟加和性與非加和性：整體是部分的集合，對某些性質和度量來說，整體與部分之間存在著加和性如公司的總產值等于下屬各分公司的產值之和同時，還存在著非加和性。如2H2+O2=2H2O，兩邊質量守恒，是加和性，氫、氧與水則存在著非加和性系統整體性能的涌現系統形成整體后，產生了系統性能，是一種質變，這種性能是形成系統前所沒有的，是涌現出來的。如一個電力系統是由水力發電廠、火力發電廠組成的整體，它具有一些單獨電廠不具備的功能：如在檢修時可以互為備用，水電火電各盡所長分別承擔基荷與峰荷，可以錯開用戶高峰而節約容量，局部事故可以不間斷電力供應等。這些都是電力系統形成后涌現的系統性能、整體性能。另一方面，整體雖是由部分所構成的，具有孤立部分所不具有的特性，但整體同時又喪失了組成部分在孤立狀態所具有的某些部分的特性。如原子化合成分子。系統整體性思想的表述一方面是由于質的不同，另一方面又是有得有失，所以單純地說整體大于部分的總和是不夠確切的。還是用亞里土多德的原意：“一般說來，所有的方式顯示的整體并不是其部分的總和”來表述整體性原理較為確切。系統的整體性原理可表示為：P[∑(E1，E2，……EN)]≠P（E1）∪P（E2）……∪P（EN）其中Ei表示各部分∑(E1，E2，……EN)表示整體P表示性質、功能。因此，如果你想理解一個系統，并試圖進一步影響它的行為，甚至控制它，你必須從整體上理解它。這可能需要詳細了解所有組成部分的行為，也可能不需要；可以肯定的是，關于組件的知識對于從整體上理解一個系統，作用非常有限——在某些情況下，這些知識甚至具有相反的效果。從系統的層次性理解涌現現實世界的系統都具有層次結構，即使是最簡單的系統也有兩個層次，即系統層次和要素層次。系統所展現出來的特征通常是作為一個整體所擁有的特征，而不是任何一個部件所具有的特征。由于這些特征僅僅在系統層次上存在，因此，無論怎樣研究部件，都無法識別出系統特征的存在。層次結構思想對我們進一步理解涌現性是有幫助的。凡是低層次不具備而高層次具有的特性，就是涌現出來的特性。反之，如果把系統中的某一層次按子系統拆散，高一級的性能不復存在，那么這一性能就是系統的涌現特性。涌現和自組織都是系統在作為系統時才能觀察到的屬性。對學習與工作的啟發在應用整體性思想于系統工程時，首先要明確：系統整體性能是在各組成部分結合成系統之后所產生的，是從質的方面不同于各部分性能的。對于人造的技術系統，我們正是為了獲取這種性能才建立這個系統的，整體性能反映為系統的功能。各個組成部分恰當的結合，促使這種整體性得以形成。1)

不一定追求各個部分完美，應在總體性能上追求2)從全局考慮，提高系統中的部分的性能命題1(系統是否良好？)

一個良好的系統，其整體功能一定“大于”各要素功能的“總和”。一個不好的系統，其整體功能一定“小于”各要素功能的“總和”。臭1臭2臭3=

諸葛亮30303010030+30+30=90<100壯1壯3壯2100100100=沒水喝100+100+100=300>00良好系統

1+1>2不好系統

1+1<2強強聯合不一定強。弱弱結合不一定弱。

在一個系統中，要素并不是最重要的，關系才是最重要的。系統中建立起了良好的關系，才能

1+1>2.命題2(要素應否存在?)

一個要素在系統中的存在價值,不應該以其本身的優劣作為評價標準,而應視其能否優化整體作標準.什么是“用人得當”?當你把某人安排到部門的某個崗位上工作時,他能優化這個部門的工作,

這就是:

用人得當!3、系統的結構與功能系統的結構是系統保持整體性以及具有一定功能的內在根據客觀事物都具有一定的結構。如人體結構、分子結構、企業結構結構：系統內部各組成要素之間在空間或時間方面的有機關聯和相互作用的方式與順序（相互作用的序）結構是有層次的功能：系統與外部環境相互作用的序；是把一定的輸入變換成一定的輸出的能力功能體現了一個系統與外部環境之間的物質、能量和信息的交換能力二者的關系：F=f（E，C，S）F——功能；E——環境；C——要素；S——結構同構異功同功異構同功同構異功異構結構是功能的內在根據，功能是結構的外在表現，一定的結構總是表現一定的功能，一定的功能總是有一定的結構系統產生系統的結構決定系統的功能，功能對結構有反作用，兩者相互作用相互轉化結構和功能不是一一對應的，功能具有相對的獨立性系統結構與功能的關系系統的功能比結構有更大的可變性，功能變化是結構變化的前提如企業，市場對其產品的需求有變化，即功能變化了，就有調整生產，適應市場，導致結構改變結構分析：解析建模的基礎。科學研究功能分析：辨識建模的基礎。黑箱、中醫理論結構和功能的關系F=f（E，C，S）F——功能；E——環境；C——要素；S——結構1）要素不同，則功能不同；2）要素相同，結構不同，則功能不同；人的勞動分工；同分異構體3）要素不同，結構不同，功能有可能相同；不同結構可有相同的功能，故可選擇，設置不同的方案4）同一結構，可有多種功能。同一結構，在不同環境下發揮的作用不同。1、相同的要素可以組成不同的系統。2、相同的要素如果結構不合理，就會組成不好的系統；如果結構合理，就會組成良好的系統。3、每個要素都好，如果結構不合理，就會組成不好的系統；每個要素都差，如果結構合理，仍會組成良好的系統！例1甲、乙兩家都有一個讀小學二年級的孩子。晚飯后安排孩子復習功課和休息系統要素語文、數學、休息30分30分45分甲：語文休息數學休息30303015乙：語文數學休息303045例2（齊王）

（田忌）

上馬上馬中馬中馬下馬下馬田忌賽馬的故事小結1.不要過分重視要素!2.應該注意系統:(1)明確目的;(2)不要追求“十全十美”，應強調“滿意”；(3)適應環境及其變化;(4)分析相關性,尋求自己的“可控要素”;(5)注意整體性,努力建立良好關系:1+1>23.尋求合理結構!問題任務系統良好系統4、系統的組織與自組織組織作為一個動詞，表示的是一種形成有序結構的過程。在組織過程中從事組織工作的主體是組織者，如果組織者處于系統外部，則整個系統是被組織的，這種情況就屬于他組織。如果組織者也是系統的一個部分，系統的其余部分是被組織者，這就是自組織。自組織和他組織是對立的概念。人們認識了客觀規律，形成了行動的計劃、方案、方法、理論，按照一定的目標去研究、開發、規劃、設計、施工、運行、維護、改造，形成了各種類型的工程、流程、產品等等，都是他組織的行動。各類工程系統就是最為典型的他組織系統。系統的自組織系統的自組織就是系統的自我組織、自行組織，靠自己去形成、完善、改變自己的結構、功能、屬性。系統的自組織性是指系統自動調節自身的結構、活動，以適應環境變化的特性。這種能力，首先在于系統結構的有機性，其次是反饋功能。從動態的觀點去理解，所謂系統的組織，就是系統的要素按照特定的指令，形成特定的功能和結構的過程。該指令可能來自系統內部，也可能來自系統外部。系統的自組織不是按照系統或外部指令完成的，而是根據事物運動變化的規律和特定條件完成的，是系統的要素按彼此的相關性、協同性或某種默契而形成特定的結構和功能。5、系統的復雜性隨著社會經濟的發展和科技文化的進步，出現了大量極其復雜的系統，大到像巨型計算機、現代的大飛機、飛船系統等大型技術設備，城市交通系統、互聯網這樣的基礎設施，小到人體甚至人腦系統，都是由大量要素按照極其復雜的關系連在一起，其中出現的現象有很多都是出乎意料的。一個系統中組成單元的多少代表了系統的規模，規模不同帶來系統性質的差異，反映為規模效應。但整體涌現性主要還是由組成單元按照系統的結構方式相互作用、相互制約而產生的，結構不同結果也不同，因此表現為結構效應。復雜性是復雜系統的行為特性。復雜系統與簡單系統不僅有著量的差別，而且有著質的差別。復雜性的特征多樣性：系統總是由性質不同的要素組成的。多層次性：任何復雜系統都是由許多子系統按照一定層次組成的，層次性使得系統或子系統的整體性能得以涌現，并且具有多種性能。整體性：對于復雜系統來說，由于具有較多層次，各層的子系統具有由于下一層集成而涌現的新功能，而子系統向上集成又使得上一層涌現出新的性能，這些新性能不但不是其組成部分性能的簡單加和，而且匯聚有完全不同的特性。開放性：復雜系統是開放的系統，與環境有著密切的聯系。復雜系統由于本身的多樣性多層次性，與復雜的環境存在著多樣的聯系。非線性：這是系統產生復雜性的主要根源。非線性意味著無窮的多樣性、差異性、可變性、非均勻性、奇異性、創新性。復雜系統中一般存在著各式各樣的非線性。只有在非線性的條件下才有可能出現不同狀態產生同樣結果，同一系統在不同初始條件下產生完全不同的結果。動態演化性：復雜系統總是不斷地從一種狀態變化到另一種狀態。平衡和穩定是一種趨勢，但不平衡、矛盾、波動才是系統的常態。復雜系統的結構、功能、行為是在不斷變化的過程之中的。通過自適應、自組織作用，系統進行演化，總的趨勢是進化，但是也有一些性能是在退化。不確定性：不確定性來源于某些因素的隨機性。特別是由于系統的非線性作用，系統的參數、環境、初始條件的微小變化會引起系統行為的巨大差異。更由于復雜系統的內外因素和條件都是在變化著的，所以系統就呈現出多種形態。不穩定性：在新結構代替舊結構的突變過程中，只有舊結構失穩，系統才能經過一系列不穩定的中間態，進入新的穩定狀態。不可逆性：生命系統就是不可逆的，成長過程不能倒轉。可逆過程不會有真正的演化，不會帶來新舊交替。自組織性：復雜系統作為開放系統，在大量子系統的合作下，不斷調節適應，出現宏觀上的新結構，這是自組織作用的結果。理解系統之例1：

扔硬幣與產品降價假如你手中握著一枚硬幣，如果你松開手，結果會怎樣？答案：只有一種結果：它會掉到地上。作為對比，想象一下，假如你扔的不是一枚硬幣，而是將你的一種產品的價格降低了5%，又會發生什么？答案：可能會引發無數不同的結果。可能會引發無數不同的結果：從導致銷售量的增長，到觸發一場“價格戰”；從讓一些顧客因為花費更少而高興，到讓另外一些顧客因為失去了奢侈品的感覺而疏遠這一產品；從因為你達到本季度的目標而得到晉升，到公司三年后的破產；……扔一枚硬幣和降低價格之間的差異在哪里？扔一枚硬幣和降低價格之間的差異就在于，扔掉一枚硬幣所發生的環境非常簡單，而降價這一舉動所處的環境卻極端復雜——一種由連接所引發的復雜。當你扔一枚硬幣時，這一事件所涉及的要素僅僅包括你自己、那枚硬幣和地面，其他的任何人、任何事物都沒有直接牽涉其中，這一事件所發生的環境非常有限；當你降低產品價格時，整個環境卻迥然相異，很多要素被牽涉其中，它們都被這樣或那樣的聯系連接在一起：你的客戶和產品價格因他們的購買習慣而連接在一起；你的競爭對手和產品價格因市場行為而連接在一起；你的同事和價格因降價對業務本身的沖擊，以及你因此而獲得的地位優勢而連接在一起；政府和價格因宏觀調控而連接在一起；……降價這件事情所牽涉的環境幾乎是沒有邊界的，它以波紋效應的形式在近乎無限的時間和空間里傳播著。這種波紋效應就是牽涉其中各種不同實體之間連接的直接后果。如果不存在連接，這一因果事件鏈就會受一定的邊界所限而很快停下來。然而由于連接的存在，因果事件鏈就近乎無限地擴張下去，使人們很快就難有任何信心來估計降價這一小小的動作能夠引發出什么樣的后果。因此，降價的后果比扔一枚硬幣難解釋多了。歸根到底，這都是因為連接的存在。那些難以預測的事情通常都涉及很多緊密連接的實體。理解系統之例2：

鳥群、颶風、人騎自行車一群鳥，規模較小的鳥群通常會排成V字形隊列，頭鳥飛在V字形的頂點，其他鳥兒整齊地排在后面；大一些的鳥群會形成更接近球形的隊列。無論鳥兒怎樣在天空中高飛或盤旋，鳥群的整體的形狀卻基本保持不變。這些復雜的鳥群系統是如何保持隊形不變的？是頭鳥告訴那些跟隨著的鳥兒？是否存在著一種持續的指令流，從而讓鳥兒保持秩序？鳥兒可以在彼此之間進行交流，因此不能排除形成某種形式指令的可能性。這種解釋對于其他系統而言基本上就是“天方夜譚”。颶風颶風，盡管它們由分離的實體構成，卻仍然表現出大規模的、一致的結構性。颶風是由海洋中蒸發、在空氣中混合的水分子組成的。盡管水分子沒有主動交流的方法，可颶風卻形成了巨大的漩渦，這些巨型漩渦由微小的單個水分子組成，卻通過機理不明的行為，共同形成了一致的、威力驚人的宏觀結構。這些系統的一個重要特征就是它們不是靜止的，而是動態的，表現出強烈的生機。人騎自行車考察一個由騎車人和自行車構成的系統。自行車不能自我平衡，而且在靜止的情況下，自行車和騎車人在一起也不能平衡。但是，當系統啟動起來之后，當騎車人為系統注入動力，從而讓自行車前進的時候，自行車和騎車人就在突然之間與地面垂直，而且沒有任何的搖擺。因此，即使沒有明顯的外力干涉，動態系統仍然能夠展示出某種穩定的結構。這種穩定的動態結構就稱為自組織。是很多復雜系統的一個重要屬性。對于一個外部觀察者而言，自組織系統最明顯的屬性之一就是高度的有序。與隨機的人群相比，鳥群具有更好的秩序；颶風的形成具有一種特定的而不是隨意的結構；運動中的自行車和騎車人保持豎立的姿態，而不是在地面上隨機地倒臥。這種高度有序的結構通常會保持很長的時間。自組織系統能夠保持這種高度有序狀態的原因，在于它們之中都存在著能量流——一股將給定系統與周圍環境聯系起來的能量流。當你騎自行車時，你用腿將能量注入系統，這些能量來自于和吸入氧氣相關的活動；颶風通過與它周圍環境之間的熱量傳遞，來維持自己的結構；鳥群中的鳥兒則根據相鄰的鳥兒引起的氣流而做出相應動作。是系統中的組件彼此之間的連接，以及作為整體的系統和周圍環境的連接，構成了維持、創造這種秩序的主要原因。自組織系統都和周圍的環境交換能量，因此他們都被稱為“開放系統”。因此，如果你想創造一個能夠維持一定秩序、不會分解的系統，那么這個系統必然是一個開放系統，就需要為它注入能量，并讓其在系統中流動以維持這種秩序。當能量停止的時候，系統就開始退化。理解系統之例3：

一個高水平運動團隊一支頂級的足球隊由11個配合默契、獨立思考、同時追求個人成功的球星組成，每個球星的價值都要比只“做好自己的事”要大。如果每個球星都真的只“做好自己的事”，控球但不傳球，只愿意自己站在聚光燈下，不愿隊友們得到機會，這樣的球隊肯定會輸得很慘。因此，為了使球隊這個整體聚合涌現出高水平，個體的行為就必須受到約束。這樣，每個球員在任何時刻準備進行選擇時（“我應該自己帶球通過，還是應該傳球？”），他所做出的選擇都會是從球隊的角度出發的最佳選擇（“我還是傳球吧”）。為了促成這種情況發生，每個球員應該怎么做？每個球員必須不停地接收和處理信息流：關于對方球員隊形的信息，以及自己隊友站位的信息。如果給一名球員戴上眼罩，讓他無法得知什么球員在什么位置，他就無法發揮作用。正是這種對信息的持續處理，結合各位球員自我約束的個人意愿，從而使得整個球隊能夠作為一支光芒四射的優秀球隊綻現輝煌。這種系統內部的信息流被稱之為“反饋”。在很多自組織系統中，反饋經常與另一種聚合屬性——自修正——關系密切。很多生物系統都是自修正的。理解系統之例4：

人類體溫調節人類有一系列的機制來維持我們的體溫穩定在大約36.9。C。如果太低，我們會打顫，從而使體內產生熱量；如果太熱，我們會開始出汗，從而帶走一些熱量。但是，這些天然的機制具有天然的極限：如果寒冷的時間過長，體溫就會降低；如果實在太熱了，我們就可能會犯心臟病。這些機制都是由反饋所驅動的：關于外界環境的信息被反饋到我們的內部生理過程；在把人體作為一個系統維持的時候，這一切都起到了自組織的作用。

小結構成系統的部分之間的連接是系統思考中非常重要、非常基礎的概念。系統所展示出來的特征通常是作為一個整體所擁有的特征，而不是任何一個部件所具有的特征。這些特征僅在系統層次上存在。涌現和自組織都是系統層次的屬性。復雜系統會出現一種特別的、與系統自身結構相關的涌現屬性。反饋、涌現和自組織密切相關。第2節 系統工程方法論創造系統，首先要有牢固的目的意識其次，掌握鑒定問題本質的分析方法第三，具有為達到目的而集結自己知識的綜合能力分析能力+知識+培養運用所具有的知識去創造解答的能力SE不一定具有固定的理論、方法，可以適當地選用各領域發展起來的方法——選擇已有要素（方法），重新組合系統工程既是一門方法性學科，所以首先側重方法。系統工程的方法包含兩方面的含義，一是指解決系統工程問題的手段和工具，一是指工作中的辦法和步驟，后者又是和工作程序聯系在一起的。系統工程考慮的是合理推進大規模系統的開發特征：使已有的要素很好地組合，以創造具有全新功能的系統舊元素，新組合1、系統工程的方法、工具體系需要3個方面的知識有關對象領域的知識有關系統共性方面的知識，即系統學科的知識經驗性的知識前兩類知識是可以用語言文字表達和傳遞的顯性（言傳性）知識經驗型的知識的相當一部分是只可意會、不可言傳的隱性（意會性）知識系統工程的方法、工具體系自下而上，可分為四層：工具：計算機、算法、程序技術：使用工具的方法，優化技術、預測技術、仿真技術方法：選擇什么技術來達到目的的辦法，定量方法、定性方法、解析方法、實驗方法方法論：指處理系統工程問題的一整套思想、原則，是運用方法的方法當我們面臨系統工程任務時，必須在正確的方法論指導下，采取適當的方法，選擇適當的技術，借助于適當的工具去進行工作。只有這樣居高臨下地進行考慮，才能事半功倍。系統工程的各種方法、技術、工具的覆蓋面、內容、適用范圍不盡一致，它們都在不斷地改進發展，并且方法和技術兩個層次之間界線也不是很鮮明的。方法論是人們認識世界與改造世界的根本方法的哲學學說。方法論探索各種方法的共性內容、結構、作用、規律性、使用范圍、發展趨勢等。系統工程的方法論則是探索系統研究、開發、運行過程中各種方法的共同規律。它和系統思想密不可分。2、系統工程方法論概要由于系統工程涉及不同的知識，又有一定的工作階段和步驟，所以必須有一定的思考問題和處理問題的方法，各種方法的一般規律就包含在系統工程的方法論之中。系統工程的對象最初是一些與實物有關的系統，后來才逐漸涉及一些非實物的系統，而這兩類系統的主要對象不同，處理方法也就不同。人們把處理與實物有關的系統的方法論稱為硬系統方法論；而把處理實物層次以上的人類活動系統或者兩類系統交織在一起的系統的方法論，稱為軟系統方法論。

3、硬系統方法論系統工程三維形態圖：邏輯維（步驟維）、時間維、知識維知識維：工程學、商業、社會科學等步驟維：七步：問題的確定、評價系統的設計、系統綜合、系統分析、優化、決策、規劃行動時間維：七個階段：規劃制訂、初步設計、研制階段、生產階段、安裝階段、運行階段、更新階段該三維結構在上一世紀的60年代和70年代有過很大的影響，一些硬系統的開發大體上都遵循這一思路。系統工程的三維形態圖系統工程的每一項具體工作，在這個三維空間中對應一個區域，這個區域在三個坐標軸上對應的正是該項工作的位置如果去掉知識維，就可以表示為兩維表：活動矩陣在每一階段，都存在7個步驟也有將7步分為三個階段、五個環節（圖）活動矩陣系統工程的每一項具體工作，在這個三維空間中對應一個區域，這個區域在三個坐標軸上對應的正是該項工作的位置如果去掉知識維，就可以表示為兩維表：活動矩陣在每一階段，都存在著7個邏輯步驟步驟維的一個變形工作步驟對具體工程來說更為重要，也有人將系統分析的7個步驟分為三個階段、五個環節。系統分析的實質三個階段：明確問題、分析研究、評價比較五個環節：明確問題、產生方案、預測未來環境、建模與估計后果、評價比較問題——方案——分析——后果——選擇客觀分析 主觀選擇基于客觀分析的主觀選擇4、系統工程的工作步驟

STEP1.明確問題(1)辨識主問題和子問題，以及構成問題的因素(2)建立所辨識問題的層次結構(3)把問題加以分解，分成要求、約束、可變更的因素、涉及的人與組織等(4)辨識主要的主觀考慮(5)辯明系統邊界(6)辯識影響主問題的未來條件STEP2.設置目標，建立評價準則

(1)辯識主要要求、目的、目標和子目標(2)對上述各因素建立一個層次結構(3)辯明目標、約束、可變因素、涉及人與組織這幾方面的相互關聯程度(4)辨明主要前提與假設(5)建立或確定目標的度量(6)建立初步的評價準則STEP3.生成方案(1)尋找為達到目標與子目標所有可能的方案(2)確定方案中活動與措施的度量(3)把方案聯到目標結構中去STEP4.為方案建模

(1)為每一方案建立描述型或預測型的模型，或者為整個系統建立模型，以便對各種方案下的整個系統進行分析(2)對模型進行鑒定(3)改進并且合并模型(4)尋求模型運行的結果STEP5.對方案進行評價：(1)按照主要準則（包括效果、風險、成本），對各方案在各種條件下進行評價(2)估計各種條件出現的概率STEP6.選擇一個方案：(1)客觀地或主觀地對每個準則的重要性進行排隊，給出權重(2)把評價信息集中起來(3)評選出一個方案STEP7.規劃實施：(1)根據所選方案擬訂實施計劃(2)制訂意外情況下的應急措施5、系統工程各步驟實現方法1）明確問題的方法正確提問題是非常重要的。著名的系統科學家R.Ackoff指出：我們由于解決錯誤的問題而造成的失誤，要比錯誤地解決正確的問題所造成的失誤多得多。A.創造工程學為了整理雜亂無章的想法，或制定替代方案，或產生解決方案，把考慮的經驗和直觀方法加以歸納就稱為創造工程學有：集體創造性思考法、K.J法、5W1H法、矩陣表示法、水平思考法，等兩種明確問題的方法一種方法是把與問題有關的信息片斷逐個記錄在卡片或紙條上，把它們攤在桌面上全面進行審視，把有關聯的放在一堆，這樣就逐漸形成一些局部情況和子問題給它們再命名，作為一個單元，和其它類似單元再進行聚類，找它們之間的關聯，這樣就能逐步形成問題再一種方法是通過寫書面報告來清理思想，明確問題。例如在這一階段的開始撰寫問題剖析報告和結束時撰寫階段結果報告問題剖析報告問題剖析報告包括問題性質和問題條件兩部分。問題性質涉及問題的結構、過程，是通過大量調查研究以及與決策者或利益攸關的人員進行對話的基礎上明確的。一般提出的問題有：你認為存在什么問題?為什么這成為問題?問題是怎樣出現的?什么原因引起的?解決這個問題的重要性何在?對這問題進行系統分析會得出什么結淪?可能解決問題的方式是什么?這個問題和哪些問題相牽連，它是哪一個更大問題中的一個部分?等等。B.技術預測系統是未知的東西，所以必須預測和評價它對外部產生什么影響，能否適應未來的環境等有：直覺預測法、概要記述法、交叉分析法、時間系列分析法，等C.構造模型當整理那些比較復雜的問題而欲抽出其中本質的部分時，最好是利用圖解法，比較直觀有：結構模型法、圖解理論、關聯樹形法，等D.多變量解析法當現象過于復雜而很難抓住它的本質性特征時，用多變量解析最好有因式分解法、主成分分析法等E.其它的方法系統理論、模糊理論等2）建立評價體系的方法A．效用理論從公理出發用數學確立評價的理論體系就是效用理論B．數量化理論是從許多的實際數據中使感覺的量數值化的一種方法，往往在解決社會科學的各種問題中應用C．官能檢查色、香、味、美的感覺能憑人的感覺排出順序，但許多量沒有適當的測量儀器決定其尺度的是一些被稱為官能檢查的方法。應用統計的方法D．成本效益分析一直沿用的評價投資效果的方法E．安全評價是系統評價中最難的一種評價。利害混雜，難以評價，而且危險感憑個人的主觀來確定，尋找客觀的尺度很困難F．價值工程以產品的功能為主體去考慮其價值價值分析、價值管理3）系統綜合的方法A.以目標分級創造替代方案若將目標分級，從上一級目標來考慮，就便于創造替代方案B．結構模型的巨型化集中幾個結構模型的要素構作巨型結構，由于要素數目少，結構簡單，就容易綜合C．計算機輔助設計（CAD）4）分析和模型化的方法A．系統變量的選擇實際系統中有許多變量，從中選出主要的變量，將它區分為獨立變量、從屬變量B．物理模型要考慮物質平衡、能量平衡的法則、變量的制約和信息流等C．非物理模型（統計模型）利用輸入輸出數據，即使不知道系統的內部結構，也能求得這些數據之間的關系。多元回歸分析法、自回歸—平均移動模型，神經網絡算法等D．模擬若對系統的每個部分構作數學模型，就能用模擬求得全部動態。各種方便的模擬語言E．OR模型有時利用排隊論、對策論模型F．可靠性工程學系統的可靠性非常重要。大規模的系統由于要素眾多，容易發生故障，而且一旦系統功能發生衰退現象其影響很大可靠性工程學把要素的可靠性和整個系統的可靠性聯系起來人的過失對系統可靠性的影響的研究。G．大系統理論若對象復雜，通常的技術方法往往不好用。分散控制、階層控制理論、分解理論、網絡理論等5）最優化的方法A．數學規劃方法線性規劃法、動態規劃法。B．組合理論分支定界法、整數規劃法、遺傳算法，等C．其它方法如對策論的最小—最大解。6）決策的方法A．決策分析在不確定的狀況下被迫選擇時的決策的方法主觀效用、主觀概率。對難以測定的量提出定量的評價法B．形成統一意見的方法為了進行群體決策，必須考慮調整對立的意見，尋求統一的意見。C．關聯樹型法一種評價或決策的方法7）計劃的方法A．統一程序規劃B．日程安排法如網絡法C．經營設計6、軟系統方法論1）軟系統方法論的含義在系統工程的發展初期，人們遇到的多半是一些工程技術系統，這些系統的目標與約束明確具體，要解決的問題多半是“怎樣做”的類型，我們稱這類問題為結構清晰的“良結構化”問題或稱“硬”問題。后來系統工程涉及到社會、環境、公共事業等領域，遇到的問題涉及許多人或許多組織的利益，他們的要求與評價標準乃至信念和價值觀都是不相同的，各自又擁有不同的權力，使得目標與約束相混淆，這時首先要解決“做什么”的問題，也就是說，“什么是問題”倒成了問題。將這類問題不明確、結構不清晰的問題稱為“軟”問題或稱“不良結構化”問題，對它們來說，明確問題是首要任務。在上世紀的70年代，一種處理軟問題的軟系統方法論開始形成。這種方法不能像硬系統方法那樣，通過觀察和理論分析來理解系統，而是要超越觀察和理論分析，關注在一定的情景下人們頭腦中對問題情境的解釋。硬系統追求純粹的客觀性，力求避免把主觀性帶到對問題的分析中。軟系統的研究是要帶著一定的思想原則和概念去觀察和解釋問題，研究者的文化環境、世界觀和社會習俗都會產生影響。這種方法強調通過人的交流討論，對問題的實質有所認識，逐步明確系統的目標，經過不斷的反饋，逐步深化對系統的了解，得出滿意的可行解，而不是一上來就按照硬系統的一套思維方式按部就班地去處理問題，導致對問題的曲解和作出不符合實際的結論。

軟系統方法論是在上世紀80年代提出的，正是在硬系統處理大量工程問題取得成效而轉向人類社會活動的過程中遭遇挫折的時候。軟系統方法論由彼得?柴克蘭德提出，他明確認識到，幾乎在所有的真實情況下，人都是所感興趣的軟系統中固有的一部分。鑒于人們通常具有許多種不同且相互之間存在競爭關系的目標，而且這些目標有時還不清楚，軟系統方法論斷言，最佳的處理方式肯定是一種能夠豐富所有涉及者的知識，從而提高他們對系統和形式的理解方式，而不是去“科學”的尋找“最佳”答案。2）軟系統方法的步驟各步內容第一步是要對問題的情景加以考察。第二步是把問題情景的考察結果用問題情景描述來加以表達，這種描述還不是用系統語言，而是用自然語言或者各種圖像來生動地表述。第三步開始從現實世界進入思維世界。這時為了建立系統概念而建立一些“根定義”。第四步是建立概念模型。概念模型是以根定義為基礎建立的系統活動的描述，它不涉及實際系統的構成，只是對系統作概念上的說明。第五步則是將概念模型與現實情景相比較，發現差異，進行模型的修正。第六步是提出必要而又可能的變革方案。第七步是實現上述改革方案，得到新的情景，實際上就是系統的建立或者改造。問題情景所謂問題的情景，是人們認為有問題存在但還無法明確問題的某種環境。人們常常是急于解決問題而忽略了首先應該對問題情景做全面的了解，這種了解當然不是輕而易舉的，但缺乏了解而匆忙確定問題所在，常常會選不準問題，更不可能正確解決問題了。這時應該盡可能了解系統中的要素和系統中的過程，以及它們之間的關系。非常規突發事件應急響應，情景應對，情景，情境根定義根定義是從某一特定角度對一個人類活動系統做出的簡要描述。這些定義涉及下列幾方面：系統的利害承受者（Customer，簡寫為C）系統的執行者（Actors,簡寫為A）系統從輸入到輸出的變換過程（Transformationprocess，簡寫為T）世界觀（Weltranschauung，簡寫為W，這里指的是價值觀和倫理道德觀等）系統所有者（Owners，簡寫為O）系統的環境約束（Environmentalconstraints,簡寫為E）。利用上述六方面（CATWOE）的根定義，就把系統活動的要素、有關人員或組織的身份及其影響確定下來了。3）對軟系統方法的一些探討軟系統方法論適合于系統目標不明確、涉及多方面利益的場合，它強調人的活動和身份，首先從各方面的關系著眼，它不強調系統的精密分析、建模和優化，而是通過組織討論，聽取各方面有關人員的意見，反復比較和學習，尋求可能的滿意的結果。它主要依靠定性的方法，而不像硬系統方法論那樣重視定量方法。軟系統方法論不指望像硬系統方法論那樣一次完成，而強調在實施過程中不斷發現問題、不斷變革。軟系統方法論強調對人類活動系統的研究，反映了對于以人為本的重視。在建模工作中，重視了對于活動的分析。在分析各要素的關系時，重視使用動詞而不僅使用名詞來加以表述。在根定義中加入世界觀（簡稱W）時，考慮了人的價值觀不同，因而對事物的理解也就不同。無論是對問題情景的感受和理解、對方案的設計與選擇，都會反映出價值觀的影響。這就需要通過第五步中的討論來協調的。近來國外也有學者提出從多個維度來處理系統問題，這些維度包括：科學維度、邏輯與認識論維度、時間維度、文化/政治/行為維度、道德與倫理維度、社會維度、組織維度、經濟維度、技術維度我國的許多位資深學者已經提出過：在注意客觀實物的“物理”現象和性質的同時，還要注意人與物、活動與活動之間的“事理”，以及人際關系的“人理”。這三方面綜合起來就形成了“物理-事理-人理”方法論，要求“懂物理、明事理、通人理”，這三者是密不可分的。7、系統分析的3個例子例1：安排糧食和果樹的合理發展規模問題的系統分析例2：美國清除廢棄車輛的系統分析例3：能源輸送問題的系統分析例1----如何安排糧食和果樹的合理發展規模問題北方某地區是一個蘋果之鄉，當地有良好的發展果樹的條件，政府打算制訂一個發展蘋果基地的長遠規劃，但又要在有限的土地上保證糧食生產，因此希望利用系統工程的思想和方法做好規劃。經過組織當地干部，農業各領域專家和系統分析人員討論和調查，大家明確了我們所研究的不限于糧食作物和果樹這兩項的合理布局，而是涉及農、林、牧、果在內的大農業系統。因為這些生產環節共享著土地和水資源、當地的勞動力資源；系統的目標不僅要得到較大的經濟效益，還要保證生態效益和社會效益，這樣就明確了問題所在，并確定了系統的目標，這樣確定的問題，比原來想得更全面。

為了弄清楚各種因素之間的聯系和制約，在概念模型基礎之上，建立了結構模型，然后收集必要的數據，根據各種消耗和產出之間的關系，建立了數學模型。然后，根據政府機關對5年后的一定目標設想，設定了五個方案，每個方案都有一定預期目標，如糧食自給、盡可能發展水果生產等等。在每個方案已知的約束下，進行該方案的優化，最后再把五個方案的各項指標列表，供領導選擇。這樣做既保證了充分利用資源和保持生態良性循環，又可得當良好的經濟效益，使大農業系統得到最好的運行。例2--美國怎樣清除廢棄車輛的系統分析美國每年有數以百萬計的車輛被廢棄，這些廢車多半是車主覺得不值得拖回去修理。這樣到處亂丟，破壞了環境，成為引發其它事故的嚴重隱患。經過分析，知道造成這種大量堆棄的原因是從現場搬運開存在著問題。盡管美國政府每年在這一項上的開支就有幾億美元，旦仍存在著這種局面。為了解決這一難題，把研究內容限制在每年怎樣把600萬輛廢車以適當的方式搬走。在研究解決問題的方案時，先考察了原方案。原來是用吊車和平板拖車進行吊運，占地大，移動慢，有時還需要交通部門特許。每套設備成本98000美元，每年要4615套才能搬完600萬輛廢車，因此設備總成本為45000萬美元。如折舊期3年，則設備年度成本15000萬美元，加上運行費7000萬美元，勞動力費用38400萬美元，總共需60400萬美元。花費很大。為了解決問題，需要新的方案。新方案是使用更簡單、迅速、靈巧、經濟的設備，新發明了一種特殊的“鏟運卡車”，把卡車與鏟車結合在一起，可以大大提高效率。每年搬運600萬輛廢車只要2564輛鏟運卡車，此車成本為2萬美元，折舊期也是三年，這樣設備年度成本為1700萬美元，加上運行費2000萬美元，勞動力費用l0800萬美元，總共14500萬美元，只有原方案的四分之一。原方案和新方案相比，顯然應采納新方案。之后要設計、試制并投入生產。整個開發需要200萬美元。生產則有兩種方案：委托有生產能力的廠去生產，或是新建一組裝廠生產成品，而零部件委托外廠加工。如果全美國開始需要12000輛，價值24000萬元。最后的結論是：使用鏟運卡車，可以從多萬面得到效益，是一個很好的方案。例3---能源輸送問題我國某內陸地區有一個煤田待開發，它的煤質適合發電，而沿海地區由于經濟迅速發展，缺少電力。這里就有一個把火力發電廠建在哪里的問題。一種辦法是電廠建在礦口，就地用煤，而把電力通過高壓輸電線送到用電地區；一種辦法是把電廠建在用電地區，而通過鐵路運煤到電廠。乍看起來，這只是一個能源輸送方式的研究，看哪一種方式最經濟。但在進行系統分析的一開始，著手調查時，就發現并不這么簡單。如果采取“輸電”方案，就得把電廠建在礦區附近，這就要看這一帶有沒有建廠條件，特別是水資源和灰碴排放地點。這不僅涉及技術條件，還涉及環境保護的要求。如果采取“輸煤”方案，電廠建在用電區，同樣也得看當地有無建廠條件。此外，不同的方案，給不同地區在其它方面也帶來效益和損害。所以一開始在明確問題前先要把目標（能源輸送經濟效益、其它經濟效益、生態影響、就業等涉及多個利益主體）理清楚，對于眾多目標需要分清輕重緩急。然后進行方案設想，除了輸電、輸煤兩種單一方案外，也可以采用部分輸煤部分輸電方案。可以為每種方案建立數學模型，分析計算費用、效益、影響，把各方案的各項指標列出來。顯然有些方案是各有利弊的，這就需要決策者根據需要與可能、主要與次要加以選擇確定。8、系統工程的隊伍1）隊伍類型從事系統工程工作的隊伍中，有兩種類型的人：有一類工作，如總體規劃、綜合計劃、總體設計、總調度以及其它一些需要“抓總”的工作，本身帶有系統工程的性質，從事這類工作的人，他們是“一身而二任”，既是自己行業內的專家，又擔負起系統工程師、系統分析專家的任務，他們是推廣應用系統工程思想與方法的關鍵人物。他們是總工程師、總經濟師、總設計師、綜合計劃處長、總調度員等“總”字號的人物，當然也包括管總體的領導、“長”字號人物。但是，當系統變得愈來愈龐大、愈來愈復雜時，單靠一個“拿總”的人，無論從他的知識和能力來說都無法完成這種組織、協調工作，這就需要有專門的人員——系統工程專業人員來協助他完成，因此就出現了第二種類型的人員。第二種類型的人員就是專業系統工程師或系統分析人員。他們專門從事從整體、全局進行分析籌劃的工作，有時候這個工作是由一個小組來做的，小組由系統工程師、具體領域的專家、計算機工作人員組成，彼此配合默契地工作。工作場所系統工程師或系統分析人員，有的工作在政府、社會、企業各部門相應的領導機關，或者專門設立的總體設計部門，或系統分析部門、綜合研究部門如發展研究中心；也有的工作在專門的系統工程研究或咨詢機構，例如國際應用系統分析研究所(IIASA)，美國的蘭德公司，日本的野村綜合研究所、我國中國科學院、各部委、各高校所設立的系統科學或系統工程研究所，這些研究機構接受政府、機關、企業的委托進行系統分析，并從事系統工程的基礎性研究。2）系統工程師的職業特點具有能從整體、全局考察與駕馭工作的能力和習慣，善于統籌策劃；對新事物敏感，敢于并善于探索；善于和上級、下級、左右的機構與同志聯系工作，溝通思想，能團結不同專業、不同觀點的專家一道工作；在知識結構上，要求他們是“T”型人物，T這個字母的一橫表示廣博的知識，一豎表示在某一專業方面有精深的造詣。現在又有人提出，要求系統工程工作者是∏型人物，這第二豎表明它在系統科學與系統工程的專業上也要有較深的造詣；要有較好的人際關系和溝通技巧；系統工程工作者要有廣闊的視野和遠大的抱負。國際系統工程委員會（INCOSE）曾經提出系統工程師的道德規范：（一）基本原則要誠實公正；保持高度的廉潔；努力提高工程職業的能力和聲望；支持本學科的教育機構、職業協會和技術學會。（二）對社會和公共設施的基本責任和義務捍衛公眾利益和保護環境、安全和福利免受工程活動和技術產物的影響；對自己的活動和工程結果承擔責任，包括接受道德的檢查和評估；主動減少和避免不安全的實踐；利用系統整體觀點和對系統接口理解所賦予的知識來處理風險；對慎重的系統工程措施要促進人們去理解、執行和接受。（三）實際的守則要合法、講政治、誠實和負責地行動；尊重、保護和維護別人的知識產權；遵守全部法定的合同與協議；公平地對待所有委托人；給出慎重的建議，要真實、客觀，要保持你職業和技術上的威信；要盡你的能力來提供努力的和充分的服務；要尊重對你的信任和賦予你的權力；要避免利害沖突的出現。3）普及系統工程知識的必要性在當前社會經濟高度發展的形勢下，不但專業系統工程師和實際擔任系統工程師工作的規劃和總體設計人員要掌握系統工程的知識，就是一般的領導人員和專業技術人員和基層管理人員，也有掌握一些系統工程知識、最起碼掌握系統工程的常識的必要。一方面由于它們也都是生活在各種系統交織的環境內，掌握系統工程的思想會有助于他們更自覺地處理復雜的問題，即使它們處于基層、局部的位置上，也有一個了解全局、適應全局的需要。另一方面，現在的社會、技術環境日趨復雜，即使是一個小的局部也是一個子系統，也得按照系統的思路去處理問題。現在許多學科已經引入了系統工程思想和方法，說明這方面的迫切性。思考題-21、你怎樣理解系統整體性的涌現？并舉幾個例子。2、從你自己的學習或者專業領域中舉出一個不同結構而能完成同樣功能的例子。3、一個原本好用的系統為什么會變得不好用甚至失效？4、列舉一些身邊的他組織與自組織的實例。5、在你自己的專業范圍內的開發或者設計工作中，哪些可以用硬系統方法論、那些需要軟系統方法論來解決？試各舉1~2個例子。第三章系統的描述與模型建立第1節 系統的描述1、描述：包括從開始的問題剖析報告，直到具體的數學模型、公式、程序、圖等自然語言：報告、說明書；形象、富于表現，一詞多義，一義多詞；當認識深入，由定性到定量時，要求高度精確，自然語言含義不準確。同一句話可有不同的解釋，造成表達上的混亂。自己無能嫁禍私車“限私”別玩文字游戲那些常發言的人士記性不好，語文水平卻個個了得，說出話來比錢鍾書的《管錐編》還深奧。北京市某局的人士說：“我們既不控制私家車的發展，也不限制私家車的發展，但要抑制私家車的發展。”這充分證明了漢語的博大精深———雖然到底也沒弄明白，這“控制”、“限制”、“抑制”的區別在哪里！

2005年某網站科學術語：用精練、濃縮的形式，集中表現大量的知識，單義性。術語和它所表達的思維內容之間，具有唯一確定的對應關系。在使用之前，要加以定義。科學術語從自然語言中分化出來的，精確性與明晰性仍受到限制。符號語言：更簡明、更抽象，符號的信息承載量大增，通用性好。圖形語言：路標、框圖、電路、三維圖2、問題以上描述，對硬系統好用。對軟系統，如社會、經濟、生態、教育等，有時會產生問題。如科學術語中的“力”：在物理中有明確的定義。但在社會生活中的人力、物力、才力，就非常籠統。原因：人的認識的局限性與客觀系統的復雜性之間的矛盾。人在認識能力上的差異；不確定性與信息的不完整性，給描述帶來的困難：隨機性——外部條件的不確定性；可以用概率、統計等方法模糊性——內部認識上的不確定性，內涵清楚，外延劃分不清，可用模糊理論來處理：語言變量、隸屬函數等。高個子、矮個子、年輕、年老…1965年，美國加里福尼亞大學，自控專家，L.A.Zadeh教授，在他的著名論文“FuzzySets”中首次提出了模糊的概念模糊思想，起源于美國，但發展不順直到1993年，才有了IEEETransFuzzySystem文化背景與經驗不知不覺地影響著人們的判斷對同樣長短的水平線與垂直線，哪個顯得更長？扎伊爾的蘇庫部落的人，絕對地認為垂直線長模糊概念的提出因為他們常年處于草沒肩的環境，看不見地平線，容易注意豎條的東西模糊思想，一開始，就受到了東方人的熱烈歡迎，好象本來就應該如此東方人習慣模糊思維，語言、行為模糊思想用的最好的國家是日本地鐵運行控制、家電產品美、歐開始重視。雜志，公司、產品、會議等東西方文化的差異：學做西洋菜；游泳池第2節系統的建模與方法1、建模——對系統的某些屬性加以描述（符號語言）系統是多屬性的，對同一系統，研究的問題不同，可建立不同的模型。如生產系統，從投入產出看，可建立計劃編制模型；從設備管理看，可建立設備更替模型。硬系統——如工程系統，關系確定，可定量描述。軟系統，或大型復雜系統——不一定能建立定量的模型，可建立定性、或隨機型、或模糊型模型。模型譜：黑箱、白箱；軟、硬系統之間無明顯的界限。2、建模的方法：解析法：結構分析，白箱辨識法：功能分析，黑箱3、建模的基本原則同構性同態性4、建模的過程——多次反復建模過程的基本流程1）明確建模的具體問題及模型的檢驗方法議題—問題，概念模型：大體上的系統輪廓，問題、邊界、目標、約束檢驗：結構上、功能上2）建立結構模型是實際系統與數學模型間的橋梁明確指標和措施的影響關系：方案（措施）——模型——后果（指標）3）選擇建模的方法：取決于對系統結構的了解、樣本數據的有無情況：4）建立數學模型解析法：確定變量、建立基本關系、確定模型類型：描述型（仿真）、規范型（優化，需要目標函數）辨識法：輸入/出變量關系、模型結構、辨識參數5）模型的正確性檢驗：正確性：結構由專家驗證；功能：運行樣本數據。可操作性：用戶友好、交互、可修改性。第四章

系統的結構模型第1節結構模型及表示第2節結構特征及判斷第3節結構模型的分解第4節結構模型的建立結構模型所謂結構模型，是在將系統分成少數幾個輔助系統時，表示輔助系統間相互如何關聯而構成整體的系統的模型。只表示有無關系，定性、簡單，反而能很好地表示系統的本質特征。輔助系統一般在10個左右。問題對象：用于處理處于以社會科學為對象的復雜問題和以自然科學為對象的簡單問題之間的那些問題。解釋性結構模型優點：不需要特別的知識和能力，無論誰都能容易地實施，在系統分析的所有階段可用。結構模型的種類：解釋性結構模型認知圖交叉影響矩陣。其中，解釋性結構模型應用最廣。解釋結構模型法（InterpretativeStructuralModeling)ISM方法是現代系統工程中廣泛應用的一種分析方法，能夠利用系統要素之間已知的零亂關系，用于分析復雜系統要素間關聯結構，揭示出系統內部結構。第1節結構模型及表示1、有向圖表示法節點——表示要素有向邊——表示其間的關系特殊點：1）只受其它要素的作用而不作用于其它要素，稱為匯點，是系統的輸出節點；

2）只作用于其它要素，而不受其它要素的作用，稱為源點，是系統的輸入節點。2、鄰接矩陣表示法鄰接矩陣A是一個方陣，每一行（列）表示一個組成要素。A=[aij]n×n，aij取0或1，布爾陣aij=0當i=jaij=1當i≠j，且i對j有作用 aij=0當i≠j，且i對j無作用aij表示的是行要素對列要素的作用。鄰接矩陣的特點：1）A表示的是要素間的直接作用關系2）A與有向圖一一對應3）A中全“0“行對應的是匯點4）A中全“0“列對應的是源點5）AK表示的是要素間的K步作用關系（間接的），直到AV=0（若無回路，v≤n）6）由A得到可達矩陣RR=I∪A∪A2….∪An=（I∪A）n（可達：有無作用關系，不管步長）第2節結構特征及判斷1、幾種主要的系統結構1）無回路系統：系統中任何兩個要素間均不同時存在相互作用關系2）有回路系統：系統中部分要素間存在相互作用關系3）強連接系統：系統中任何兩個要素間均同時存在相互作用關系強連接系統是不可分的利用R可判斷系統的結構特征2、判斷方法計算R∩RT：若R∩RT=I：則系統為無回路系統若R∩RT為滿陣，則系統為強連接系統若R∩RT既非I，又非滿陣，則系統為有回路系統。由結果矩陣R∩RT可找到系統中的所有回路：R∩RT任一行（列）中非“0”元素對應的要素處于同一回路中。第3節結構模型的分解分解的含義：1-2-3-4—2-3-1-4實際上是把A的行列的排列順序加以變換，使A變成分塊對角陣或分塊下三角陣A’。若A可變為分塊對角陣，則系統可分離；若A可變為分塊下三角陣，則系統可分級；要解決的問題：確定要素的重新排列順序按確定的位置構造P，使：PTAP=A’有回路系統與無回路系統的分解方法不同。1、無回路系統的分解容易，因必有輸出節點，即全“0”行。方法：對A陣，構造一個P陣。按確定的位置構造P——逐步找出頂層節點（匯點）。找出頂層節點的順序即是要素的正確排列順序。按照這一順序，同時對A進行行與列的變換，可得到分塊下三角矩陣A’。例——無回路結構模型的分解已知某系統的結構模型由A陣給出，試對該系統進行分解。 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0A=1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0解：由A判斷系統的結構特征，計算R，可知R∩RT=I，所以系統無回路。——首先，確定系統的匯點集合S1：S1={1，4}——其次，刪去A中S1對應的行與列，形成新系統，并找其匯點集合S2：S2={2，5}——同理，直到最后的SP。S3={3}，S4={6}正確的排序順序為S1，S2，……，SP。即S1，S2，S3，S4——1，4，2，5，3，6所以該系統共分為四個層次：1，4在最上層；其次是2，5；第三層是3；最下層是6。按照這一順序，同時對A進行行與列的變換，可得到分塊下三角矩陣A’。

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0A’=0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0正確的排序為：S1，S2，……，SP：i1 i4 i2 i5 i3 i6 1 2 3 4 5 6P陣的構成：P=[ei1ei4 ei2 ei5 ei3 ei6]eik=[0……010……0]T（第k行為1）

P= 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1所以A’=PTAP對小問題，可自己看；當問題較大時，如幾十個要素，得用計算機，必須用此法。2、有回路系統的分解有時找不到全“0”行，得變換一下方法：先找出所有回路，以某一元素替代，按無回路分解，再還原。例：A= 0 1 0 ①←→② 1 0 0↑ 1 0 0③1）確定系統中的回路及各回路中的要素，假定分別為S1，S2，……，SP；2）按回路S1，S2，……，SP中包括的要素的順序對A陣進行變換，形成新的鄰接矩陣A^：S1S2……SP S1A^11A^12。。。A^1PA^=S2A^21A^22。。。A^2P 。 。 。 。 。 。。 。 。 。 SPA^p1A^p2。。。A^pp3）以p個替代要素來替代各回路，形成一個由p個要素組成的系統，其鄰接矩陣為B：B=[bij]p×pbij=0 當i=j（由鄰接矩陣定義） 1 當A^ij≠0 0 當A^ij=0B所表示的系統必是一個無回路系統。（若S1、S2間有回路，則S1、S2本身就是一個回路）4）對無回路系統B進行分解，以確定回路S1，S2，……，SP的正確排序位置；5）最后，按各回路的正確排序，將各回路的要素替代回去，對A陣按此次序進行變換，得到一個分塊下三角陣A’。例2：A=0 0 0 0 01 0 0 0 01 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0R∩RT= 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1回路：S1={3，4}。排序順序：3，4，1，2，5（或1，5，3，4，2；1，2，3，4，5） 3 4 1 2 5

3 0 1 1 0 0 A^=4 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 2 0 0 1 0 0 5 1 0 0 0 0 1’ 2’ 3’ 4’ 1’ 0 1 0 0B=2’ 0 0 0 0

3’ 0 1 0 04’ 1 0 0 0對B分解，排序順序為：{2’},{1’,3’},{4’}。將原數目帶回，則正確的排序順序為：{1}，{3，4，2}，{5}。整個系統分為三層。 1 3 4 2 5 1 0 0 0 0 0A’=3 1 0 1 0 0 4 0 1 0 0 0 2 1 0 0 0 0 5 0 1 0 0 0第4節結構模型的建立對于一般工程系統，鄰接矩陣不難得到；對于復雜系統，特別是含有社會因素的系統，反而是可達矩陣容易得到：容易知道Si與Sj有無關系，至于是直接關系還是間接關系則并不清楚。可以通過人機對話，先構成可達矩陣，再經過一定處理，得出結構模型。1、結構模型建立的步驟：組成、相互關系——意識模型（不強求、不可能一致，求同存異）建立結構模型A、或R：對關系明確的，可建立A；對復雜的、因素多的系統，建立R更容易。結構模型的分解，R。由A→R唯一；由R→A不唯一。面對實際系統，進一步討論某些細節。具體步驟：1）組織小組；2）明確問題；3）選擇構成問題的要素；4）確定要素間的關系（最重要的一步）；5）構成可達矩陣；6）進行必要的變換，求出鄰接矩陣。2、系統可達矩陣R的建立方法基礎：意識模型，S={（要素）}，R是S×S的一個子集。對于一個有n個單元的系統，要構成nn可達矩陣，除已知Si對Si的n個關系外：還需要n（n-1）個關系。可以通過適當的方法，加以簡化，而不需要逐個考慮n（n-1）個關系。1）首先，在S中選擇一個典型要素Si相對于Si來分類其它要素。對于任何一個單元Si

，它和其它所有單元Sj（ji）之間，必定存在下列幾種關系中的一種：Si的上位集L（Si）：Si可以到達（可達）的要素的集合。L(Si)={Sj/SiRSj,SjS}(rij=1)Si的下位集D（Si）：可以到達（可達）Si的要素的集合。D(Si)={Sj/rji=1,r