全國工程管理專業學位研究生教育核心課程規劃教材系統工程第1章

緒論課程的知識結構2胡祥培，蘇秦，于明、吳鋒等，《系統工程》，重慶大學出版社，2024年4月第1版王眾托，《系統工程引論》（第四版），電子工業出版社，2012汪應洛，《系統工程（第五版）》機械工業出版社，2017譚躍進等，《系統工程原理（第二版）》科學出版社，2017教材與參考書01.系統工程的典例02.03.04.目錄CONTENTS系統工程基本概念系統工程的發展歷程系統工程特點與原則【知識架構】05.系統工程應用第一章

緒論01.系統工程的典例02.03.04.目錄CONTENTS系統工程基本概念系統工程的發展歷程系統工程特點與原則【知識架構】05.系統工程應用第一章

緒論一、系統工程的應用舉例身邊的系統工程燒水沏茶

生活中經常需要泡茶招待客人，如果當時的情況是：開水壺、茶壺和茶杯都很長時間沒有用了，沒有開水。朋友來了，你如何準備安排？一、系統工程的應用舉例身邊的系統工程——燒水沏茶甲：先做好準備工作，洗開水壺、茶壺、茶杯，一切就緒后，灌水，燒水，等水開了泡茶給朋友喝乙：洗凈開水壺后，灌水燒水，等水開了之后，洗茶壺、茶杯，拿茶葉，泡茶水給朋友喝丙：洗凈開水壺后，灌水、燒水。利用等待水開的時間，洗茶壺、茶杯，拿茶葉，等水開了，泡茶水給朋友喝。哪種辦法更節省時間？顯然是辦法丙，因為前兩種辦法都“窩工”了。可看出系統工程：（1）多個子任務之間存在關聯，需要協調，以優化任務安排（2）實現總體花費時間最短一、系統工程的應用案例古代的系統工程岷江出岷山山脈，從成都平原西側向南流去，對整個成都平原是地道的地上懸江，而且懸得十分厲害。成都平原的整個地勢從岷江出山口玉壘山，向東南傾斜，坡度很大，都江堰距成都50km，而落差竟達273m。在古代每當岷江洪水泛濫，成都平原就是一片汪洋；一遇旱災，又是赤地千里，顆粒無收。岷江水患長期禍及西川，鯨吞良田，侵擾民生，成為古蜀國生存發展的一大障礙。都江堰水利工程巴、蜀在統一中國中特殊的戰略地位，“得蜀則得楚，楚亡則天下并矣”（秦相司馬錯語）一、系統工程的應用案例古代的系統工程

修建都江堰水利工程，包括三大工程及120多項配套工程，在防洪、灌溉、航運等多個方面發揮了重要作用，體現了系統工程的思想。都江堰水利工程一、系統工程的應用案例古代的系統工程都江堰水利工程寶瓶口(引水)魚嘴分水堤(分流)飛沙堰(防淤)巧妙地通過系統工程實現了分流分沙、泄洪灌溉等多個功能的協調統一一、系統工程的應用案例古代的系統工程都江堰水利工程寶瓶口(引水)魚嘴分水堤(分流)飛沙堰(防淤)巧妙地通過系統工程實現了分流分沙、泄洪灌溉等多個功能的協調統一可看出系統工程：（1）將人工系統與自然系統結合（2）多個子任務之間存在關聯，需要協調，以優化調度啟示：系統的思想，整體考慮，綜合尋優。一、系統工程的應用案例古代的系統工程丁渭修皇城通過系統工程解決了建筑材料來源、建筑材料運輸和建筑垃圾清理三大難題一、系統工程的應用案例古代的系統工程丁謂修皇城通過系統工程解決了建筑材料來源、建筑材料運輸和建筑垃圾清理三大難題可看出系統工程：（1）追求系統總體最優（2）選擇最優的目標的具體實現方法和途徑啟示：丁渭工程體現了系統的思想，使重建工程各個工序在時間、空間上彼此協調，環環相扣。一、系統工程的應用案例60年代的系統工程兩彈一星“兩彈一星”的偉大事業,是二十六個部委,二十多個省區市,一千多家單位協同參與的系統工程。一、系統工程的應用案例當代的系統工程C919大飛機（1）多個國家參與、多個部件組成的系統工程（2）以航電系統為例，其集成了多項功能：綜合顯示飛行管理通信無線電導航綜合監視大氣數據測量慣性導航飛行記錄機載維護一、系統工程的應用案例當代的系統工程C919大飛機（1）多個國家參與、多個部件組成的系統工程（2）以航電系統為例，其集成了多項功能：綜合顯示飛行管理通信無線電導航綜合監視大氣數據測量慣性導航飛行記錄機載維護可看出系統工程：涉及許多不同的學科及交叉學科一、系統工程的應用舉例當代的系統工程高速鐵路高速鐵路的6大系統：工務工程系統牽引供電系統列車運行控制系統高速列車系統運營調度系統客運服務系統一、系統工程的應用舉例當代的系統工程高速鐵路高速鐵路的6大系統：工務工程系統牽引供電系統列車運行控制系統高速列車系統運營調度系統客運服務系統可看出系統工程：（1）日漸依賴于計算機技術（2）強調信息交換與反饋機制一、系統工程的應用案例當代的系統工程北斗衛星導航系統北斗系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成：空間段地球靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星、中圓地球軌道衛星地面段主控站

、監測站用戶段芯片、模塊、天線等基礎產品，終端設備、應用系統與應用服務一、系統工程的應用案例當代的系統工程港珠澳大橋港珠澳大橋的組成——三座通航橋一條海底隧道四座人工島梁式橋港珠澳三地陸路聯絡線/video/av711178916//video/BV15A411J74Z/?spm_id_from=333.788.recommend_more_video.3一、系統工程的應用案例當代的系統工程2025.05.07印巴空戰一、系統工程的應用舉例其他的系統工程：企業的長遠規劃新產品開發區域規劃糧食價格調整燃料能源價格調整銀行利率調整美元利率的調整一、系統工程的應用舉例對上述案例的總結：工程的本質——通過一個人類活動系統（工程活動系統）把人工系統嵌入自然系統。人工系統中包含多個子系統，相互協調，達到總體目標（常常是多目標）。完成一項工程任務，涉及多個子任務，需要彼此協調，子任務之間存在關聯，可以優化調度——項目管理本身是系統性的活動。追求系統總體最優以及實現目標的具體方法和途徑的最優著重研究系統的構成要素、組織結構、信息交換與反饋機制研究具有系統意義的問題強調定量分析與定性分析的有機結合很大程度上依賴于電子計算機是研究系統所需的一系列思想、理論、程序、技術、方法的總稱是涉及許多學科的邊緣學科與交叉學科是一種方法論，是一種組織管理技術研究對象是具有普適意義的系統，特別是大系統什么是系統工程?系統工程系統工程的問題與方案現實系統特點：多種要素結合多個組成部分彼此相互作用，彼此影響對這種系統進行建造和改造往往包含多重目標系統工程一系列理論、方法和技術目標系統：經過改造的現實系統01.系統工程的典例02.03.04.目錄CONTENTS系統工程基本概念系統工程的發展歷程系統工程特點與原則【知識架構】05.系統工程應用第一章

緒論

什么是系統工程？

系統工程=系統+工程

？系統工程的特征、原則是什么？學術界和工程界對系統工程給出了不同的定義系統工程的定義“系統工程是組織管理系統的規劃、研究、設計、制造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有系統具有普遍意義的科學方法。”“系統工程是一門組織管理的技術。”錢學森等，《組織管理的技術——系統工程》，1979“系統工程學是為了研究由多數子系統構成的整體系統所具有的多種不同目標的相互協調，以期系統功能的最優化，最大限度地發揮系統組成部分的能力而發展起來的一門科學。”切斯納，《系統工程學的方法》，1967系統工程的定義“系統工程與其他工程學的不同之處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邊緣學科。因為系統工程的目的是研究系統，而系統不僅涉及工程學領域，還涉及社會、經濟和政治等領域。為了圓滿解決這些交叉領域的問題，除了需要某些縱向的專門技術以外，還要有一種技術從橫的方向把它們組織起來。這種橫向技術就是系統工程，也就是研究系統所需的思想、技術、方法和理論等體系化的總成。”三浦武雄學術界和工程界對系統工程給出了不同的定義系統工程的定義

“系統工程是從整體出發，合理開發、設計、實施和運用系統的工程技術。它是系統科學中直接改造世界的工程技術。”《中國大百科學術·自動控制與系統工程卷》

“系統工程是研究彼此密切聯系的許多要素所構成的復雜系統的設計科學。在設計這種復雜系統時，應有明確的預定功能及目標，而在組成它的各要素之間及各要素與系統整體之間又必須能夠有機地聯系，配合協調，致使系統總體達到最優目標。在設計時還要考慮到參與系統中人的因素和作用。”美國《科學技術辭典》，1976

“系統工程是為了更好地達到系統目標，而對系統的構成要素、組織結構、信息流動和控制機制等進行分析與設計的技術。”日本工業標準學術界和工程界對系統工程給出不同的定義

系統工程=系統+工程？

什么

是

系統

？出處概念錢學森院士極其復雜的研制對象稱為“系統”，即由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的具有特定功能的有機整體，而且這個‘系統’本身又是它所從屬的一個更大系統的組成部分。《中國大百科全書·自動控制與系統工程卷》由相互制約、相互作用的一些部分組成的具有某種功能的有機整體。《韋氏大辭典》有組織的或被組織化的整體；結合著的整體所形成的各種概念和原理的結合；由有規則的相互作用、相互依賴的形式組成的諸要素集合。日本工業標準許多組成要素保持有機的秩序向同一目的行動的集合體。《蘇聯大百科全書》一些在相互關聯與聯系之下的要素組成的集合，形成了一定的整體性、統一性。系統是由多個要素（或元素）構成。系統的內部與外部要有一定的秩序。系統是由一些元素（要素）通過相互作用、相互關聯、相互制約而組成的具有一定功能的整體。系統的特性系統系統是由兩個以上的可以相互區別的要素所組成。組成系統的各要素之間具有相互聯系、相互作用、相互依賴的特定關系。某—要素若發生變化則會影響其他要素的狀態變化。一個系統可分解為若干子系統，而子系統還可以分解為亞子系統等，以致最終可分解為要素，這樣就可構成具有特定的空間層次結構。系統不是各個要素的簡單拼湊，而是根據特定的統一性要求協調存在于系統整體之中。是具有整體的特定功能和特性。整體性強調要素間的協調與綜合，這樣才能獲得具有良好功能的系統。任何一個系統都存在于一定的物質環境之中，它必然與環境不斷地進行物質、能量、信息的交換。系統必須適應外部環境的變化，這樣的系統才更有生命力。層次性集合性相關性環境適應性整體涌現性系統的分類動態系統靜態系統系統分類實體系統抽象系統閉環系統開放系統按成因劃分人造系統復合系統自然系統按構成要素性質劃分按系統狀態與時間關系劃分按系統與環境的關系劃分系統的描述系統的集合論描述：S＝（E,R），其中

E:系統要素，R：系統結構；系統的圖論描述：系統環境系統的矩陣描述：

ABCDABCD系統描述的等價性

ABCDABCDABCDE={A，B，C，D}R={(A,C),(B,C),(B,D)}系統的描述系統要素、結構、子系統：

E:系統要素，R：系統結構；子系統S’＝（E’，R’），E’是E的子集，R’是R的子集系統的層次性：層次結構有助于認識和處理系統。即使是最簡單的系統，也有兩個層次，包括系統層次和要素層次；

是自然界和人類社會在從簡單到復雜，從低級到高級的發展、進化過程中產生的；舉例：兩個鐘表匠裝表；系統的描述系統與環境系統的環境；系統邊界；系統的行為：系統相對于環境表現出來的變化系統的功能：系統行為對環境能夠產生的作用系統的功能由系統結構和環境共同決定系統環境系統的結構與功能系統的結構是由系統要素間相對穩定的關聯所形成的整體結構；結構可以理解為系統內部各組成要素之間或時間方面的有機關聯和相互作用順序；結構是有層次的；

系統的功能問題是系統的作用問題；系統作用于環境體現出來的“能力”。結構和功能的辯證關系：功能很大程度上由結構決定；而反過來，系統之所以形成特定的結構，往往又跟其所要實現的功能相關。40系統為什么能保持它的整體性？？？系統的結構和功能以汽車為例汽車的內部結構決定了汽車的外在功能但在設計、制造汽車時，是按照功能需求確定系統結構。41結構功能：速度油耗操縱性……系統的秩序42任何系統之所以能夠正常工作，是由于它具有一定的秩序。所謂秩序，可以理解為事物之間有規則的相互關系。

系統的有序性表現為它在結構和功能方面具有一定的規則。系統在結構上的有序性，是指它的要素或者子系統之間的聯系是確定的、有規則的；

系統在功能上的有序性，是在它的過程中包含許多階段、步驟、程序，需要有序地加以安排和協調。有序性：系統的一個關鍵狀態度量43系統從無序的狀態轉變為有序的狀態，往往意味著對稱性的降低對稱性破缺均勻分布的鐵屑：對稱性高，混亂度高，有序度低系統有序程度增加對稱性破缺按一定磁場分布的鐵屑“系統”與“系統工程”從“系統”的視角看，系統工程包含兩重含義SystemicEngineeringSystematicEngineering第一層含義：把工程實施的對象看做“系統”的工程第二層含義：按照系統性的方式和方法針對對象進行工程化實施的工程什么是工程？雙重含義工程實踐：十八世紀，“工程”（Engineering）的提法在歐洲出現，其本來含義是軍事目的的各項勞作，之后擴展到許多領域，如建筑、制造機器、架橋修路等。工程學：由于這些勞作需要科學知識和技術技藝，又出現了第二層含義。第一層含義：針對需要科學知識和技術技藝的勞作，通常是集體勞作。第二層含義：工程基本等同于“技術”——或者說在科學理論知識基礎上的某一領域的技術匯集。例如：機械工程、土木工程、建筑工……什么是工程？實踐的視角學科的視角狹義：某組設想的目標為依據，應用有關的科學知識和技術手段，通過一群人的有組織活動將某個（或某些）現有實體（自然的或人造的）轉化為具有預期使用價值的人造產品過程。廣義：由一群人為達到某種目的，在一個較長時間周期內進行協作活動的過程。王連成《工程系統論》工程是將自然科學原理應用到工農業生產部門中去而形成各學科的總稱。“工程”是科學的某種應用，通過這一應用，使自然界的物質和能源的特性能夠通過各種結構、機器、產品、系統和過程，是以時間最短的和精而少的人力做出高效、可靠且對人類有用的東西。

工程管理是新興的工程技術與管理學科交叉的復合性學科，主要包括：工程建設管理、國際工程管理、投資與造價管理等三個專業方向。從工程到系統工程丁謂修皇城系統工程傳統工程任務目標相關技術任務：完成皇宮修建考察對象：皇宮問題界定：皇宮修建的建筑設計與工程實施解決方案：設計、組織施工……大視角考察對象（修建皇宮）問題(木料、廢物、備料……)構造綜合方案只著眼于眼前的問題本身，沒有從更大的多要素、多成員相互關聯的系統的角度把握并解決問題。從更寬的視野考察

環境中的目標系統。從“物理”到“事理”

設計制造到“運籌帷幄”。從傳統工程到系統工程48

要說明什么是系統工程，先說明什么不是系統工程。

通常意義下的工程：用顯微鏡看問題，考察要建造的人工物本身，解決其中的技術問題。例如城市交通擁堵問題，通常解決方案某路段擁堵加寬該路段結果往往是：擁堵點轉移到另一位置問題提出方案方案實施：技術設計、施工管理特點：只著眼于眼前的問題本身，沒有從更大的多要素、多成員相互關聯的系統的角度把握并解決問題。這不是系統工程，也沒有很好的解決問題。從傳統工程到系統工程49基于系統工程的研究和實施路線：某路段擁堵該路線周圍由車輛、道路、行人、信號燈等組成的交通流系統問題研究

系統系統建模與分析提出系統解決方案系統實施01.系統工程的典例02.03.04.目錄CONTENTS系統工程基本概念系統工程的發展歷程系統工程特點與原則【知識架構】05.系統工程應用第一章

緒論系統工程的發展歷程1930事件：美國廣播電視的發展與研究理論：正式提出系統方法的概念1940事件：美國Bell公司微波通訊系統的開發理論：正式使用系統工程一詞二戰期間事件：英、美等國的反空襲軍事行動理論：產生軍事運籌學1942~1945美國的“曼哈頓計劃”實施過程中運用系統工程推動其發展1945事件：美國空軍研發與開發機構的建立理論：提出系統分析的概念……蘭德公司的前身系統工程的發展歷程美國實施的“阿波羅”計劃中使用了多種系統工程方法并獲得巨大成功，極大地提高了系統工程的地位20世紀40年代后期到50年代初期運籌學的廣泛運用與發展、控制論的創立與應用、電子計算機的出現為系統工程奠定了學科基礎古德和馬克爾出版第一部名為《系統工程》的著作，標志著系統工程學科正式形成1957事件：美國研制北極星導彈潛艇理論：提出計劃評審技術（PERT）1958馬克爾編著《系統工程手冊》表明系統工程的實用化和規范化；查德提出“模糊集合”概念，為現代系統工程奠定了重要的數學基礎19651961~1972系統工程的發展歷程1972國際應用系統分析研究所在維也納成立，標志著系統工程的應用重點從工程領域進入到社會經濟領域系統科學迅猛發展，系統工程的理論與方法日趨成熟，其應用領域不斷擴大，開始從分立狀態向整合方向發展。20世紀70年代系統工程方法發展到復雜系統工程，特別是復雜巨系統工程，如社會經濟系統工程20世紀80年代人-機結合的系統研究快速發展，系統工程在國內外呈現出社會化、特色化、專業化、集成化、精細化和實用化等特點20世紀90年代錢學森等著名學者提出了綜合集成法系統工程在中國的發展歷程第一階段始于20世紀50年代中期，以運籌學的研究與應用為主，代表性人物有錢學森、許國志、華羅庚60年代，隨著我國導彈和航天事業的發展，以計劃協調、組織管理為特色的系統工程技術得到了迅速的發展始于1978年，錢學森、許國志、王壽云聯名發表了《組織管理的技術——系統工程》掀起應用系統工程的熱潮。1980年，中國系統工程學會成立始于1986年，隨著全國軟科學研究工作座談會的召開，系統工程的研究和應用進一步擴大至科技、經濟及社會等領域第二階段第三階段01.系統工程的典例02.03.04.目錄CONTENTS系統工程基本概念系統工程的發展歷程系統工程特點與原則【知識架構】05.系統工程應用第一章

緒論整體性（系統性）關聯性（協調性）綜合性（交叉性）滿意性（最優化）整體性是系統工程最基本的特點，系統工程把所研究的對象看成一個整體系統，這個整體系統又是由若干部分（要素與子系統）有機結合而成的。因此，系統工程在研制系統時總是從整體性出發，從整體與部分之間相互依賴、相互制約的關系中去揭示系統的特征和規律，從整體最優化出發去實現系統各組成部分的有效運轉。系統工程的特點用系統工程方法去分析和處理問題時，不僅要考慮部分與部分之間、部分與整體之間的相互關系，而且要認真地協調它們的關系。因為系統各部分之間、各部分與整體之間的相互關系和作用直接影響到整體系統的性能，協調它們的關系便可提高整體系統的性能。系統工程以大型復雜的人工系統和復合系統為研究對象，這些系統涉及的因素很多，涉及的學科領域也較為廣泛。因此，系統工程必須綜合研究各種因素，綜合運用各門學科和技術領域的成就，從整體目標出發使各門學科、各種技術有機地配合，以達到整體最優化的目的。例如，把人類送上月球的“阿波羅”登月計劃，就是綜合運用各學科、各領域成就的產物，這樣一項復雜而龐大的工程沒有采用一種新技術，而完全是綜合運用現有科學技術的結果。系統工程是實現系統最優化的組織管理技術，因此，系統整體性能的最優化是系統工程所追求并要達到的目的。由于整體性是系統工程最基本的特點，所以系統工程并不追求構成系統的個別部分最優，而是通過協調系統各部分的關系，使系統整體目標達到最優。譚躍進等，《系統工程原理（第二版）》科學出版社，2017系統工程的原則適應性原則協調與優化原則動態性原則綜合性原則整體性原則目的性原則系統工程是人類社會的實踐活動，必定有它的目的。只有目的正確，有科學根據，符合客觀實際，才能建立和運轉具有預期效果的系統。因此系統工程特別強調目的性，自始至終需要有明確的目的。盡管實施的方案和道路是多種多樣的，但是必須達到統一目的，這就是所謂的異因同果。反過來說，如果目的不正確，方法手段措施越好，離原目的的希望就越遠。過去的方法性學科，比較多的是研究探討怎樣實現目的，比較少去研究如何明確目的，而系統工程首先要求明確目的，這是系統工程學科在方法論上有所突破的地方。系統工程要求人們處理問題首先要著眼于系統整體，不要見木不見林，而要先見林，后見木。現代社會和科學的發展使得系統性的問題越來越多，人們深感只重局部而忽視全局的觀點有很大缺陷，要求建立從全局、整體著眼的思考方式。更重要的是系統各部分組成整體之后，產生了（涌現出）總體功能，即系統的功能，而系統的功能要超越各部分功能的綜合，這不僅是量變，而且是質變，系統工程首先看重的就是這種整體功能。處理問題總是先看整體，后看部分；先看全局，再看局部；從宏觀到微觀，并把部分與局部放在整體與全局之中來考察，這便是整體性原則。這個原則有兩方面含義：一是指系統的屬性和目的是多方面的，相互關聯的，帶有綜合特點的。例如，發展生產需要兼顧經濟效益、社會效益和生態效益，而高產量、高質量又是和低消耗、低成本、低污染相矛盾的，每一項措施所引起的結果和影響力都是多方面的，都帶有綜合特點。二是指解決同一個問題可以有不同方案，有不同的方法和途徑，而各種方法和技術如果能加以綜合，取長補短，會得到意想不到的效果。在阿波羅登月計劃中，關鍵部分——登月艙所采用的單項技術都是成熟的，但是巧妙地把他們綜合集成起來，就起了卓越的作用，在綜合中得到新的成果。所以有人說，集成也是一種創造。系統工程強調綜合性原則，指出上述兩方面都要加以考慮，就不會顧此失彼，因小失大。系統工程強調在運動和變化過程中來掌握事物，關注系統的過程，而不是僅僅關注系統的某一狀態。系統的平衡有時是靜態的，而更多的時候是動態的平衡，至于平衡的破壞和不斷的轉化更是經常發生的。系統工程十分重視系統中的物質流、能量流和信息流的運動。從長遠來看，任何系統都有從孕育、產生、發展到衰退、消亡的生命周期，也需要用動態的觀點加以研究。客觀世界中的系統是復雜多變的，組成的部分為數眾多，互相制約，怎樣才能使他們相互配協作，使整個系統在協調的情況下運行，這是系統工程在處理復雜系統時需要考慮的。此外，在建立或改造一個系統、運轉一個系統時，總希望它在給定的條件下達到最優的效果，也就是說系統工程強調系統的優化。當然由于目標的多元化，優劣標準也是多樣化的，所以優化也是要統籌兼顧的。有時候由于人的認識和環境的限制，無法達到理想的最優結果，人們就比較現實地去追求滿意結果。由于系統是在外界環境中存在和發展的，所以它必須適應環境。系統工程不僅重視系統內部要素之間的關系，而且要考慮系統與環境的關系。現實中的系統都是開放的，與環境之間有物質、能量和信息的交換，當外界環境發生變化時，系統必須相應地調整自己以適應這種變化，否則系統就會喪失生存的條件。特別是現代社會經濟技術變化都很快，系統必須主動適應這種變化，這就是系統工程所要強調的。高級的系統有自動調節自身組織、活動的功能，這就是系統的自組織性，設計與建立高水平的復雜系統時，應考慮使系統具有自組織性，以達到適應環境的目的。胡祥培等，《工程管理系統工程》，重慶大學出版社，2024年出版01.系統工程的典例02.03.04.目錄CONTENTS系統工程基本概念系統工程的發展歷程系統工程特點與原則【知識架構】05.系統工程應用第一章

緒論(1)社會系統工程(2)經濟系統工程(3)管理系統工程(4)區域規劃系統工程(5)環境生態系統工程(6)能源系統工程(7)水資源系統工程(8)交通運輸系統工程(9)農業系統工程(10)企業系統工程(11)工程項目管理系統工程(12)科技管理系統工程(13)教育系統工程(14)人口系統工程(15)軍事系統工程(16)信息系統工程(17)物流系統工程(18)知識系統工程…系統工程應用領域物流系統工程-1航空物流系統鐵路物流系統海運物流系統公路物流系統多式聯運物流運輸系統物流系統工程-2智能倉儲物流京東亞洲一號智能物流園區

（入庫、揀貨、復核、打包等多環節多人員協同調度優化）新零售物流菜鳥“智能物流骨干網”

不同快遞公司、線上線下多主體等集成物流系統優化智能制造系統工程人機一體化智能制造系統智能機器和人類專家共同協作，實現分析、推理、判斷、構思和決策，提高柔性化、智能化和高度集成化。智慧工廠設備、資源、人員等全方位協同運作，從傳統自動化向完全互聯和柔性系統的飛躍。交通運輸系統工程自動駕駛自動駕駛汽車依靠人工智能、視覺計算、雷達、監控裝置和全球定位系統協同合作。智慧交通系統多技術（物聯網、云計算、人工智能、自動控制、移動互聯網等）、多領域（交通管理、交通運輸、公眾出行等等交通領域）、多系統協同。醫療系統工程疫情防控防護物資：保障供應系統、應急物流運輸系統。醫療人員：配置、調度系統；交通出行：防控、監測系統；基層群眾：網格化管理系統…智慧醫療利用人工智能、傳感技術等高科技，實現患者與醫務人員、醫療機構、醫療設備之間的互動。電力系統電力系統(system)：發電、變電、輸電、配電和用電等環節。由于電源點與負荷中心多數處于不同地區，也無法大量儲存，故其生產、輸送、分配和消費都在同一時間內完成。系統有機整體，系統多環節協調，供需實時平衡。新能源電力系統的智能管理新能源為主體的供電體系監測與控制平臺發電側輸配電側用電側基于物聯網的設備實時監測用戶電能生產消費一體化分布式微電網傳感器輸配電網通信控制網絡能源物聯網新能源電網耦合雙炭目標如何實現？農業是一個“生物-自然環境-人類社會”的復雜系統農業系統工程從整體上研究解決軍隊的組織指揮、作戰行動、人員訓練、武器裝備、后勤保障等問題,從而為部隊首腦機關決策提供定量定性的科學依據。軍事系統工程介紹自己所在的部門以及從事的工作。選擇一個和自身行業相關領域的管理問題或管理目標，從系統角度出發，對相關影響因素進行系統描述與分析，并說明系統工程在該領域的可能應用及其前景。個人作業1針對某現實問題，描述各要素及相關方，分析導致問題發生原因。畫出因果關系圖給出可能的多種解決方案提出仿真模型設想或寫成案例形式個人作業2第2章系統工程相關理論全國工程管理專業學位研究生教育核心課程規劃教材系統工程胡祥培、蘇秦主編；

于明、吳鋒副主編01.本章在整門課程中的定位02.03.04.目錄CONTENTS經典系統理論：一般系統論、控制論、信息論現代系統理論：耗散結構理論、協同學、突變論、混沌動力學系統理論的新發展：復雜適應性系統與復雜網絡本章的定位01本章在課程中的定位第一章：系統、系統思想、系統工程后續各章：系統工程方法論與系統工程具體方法與技術核心概念：系統第二章：以“系統”為中心的核心科學發展1.1經典系統理論：一般系統論、控制論、信息論021.1.1

一般系統論（GeneralSystemTheory）貝塔蘭菲（LudwigVonBertalanffy

)于1930年代開始倡導

“探索用于一般系統的原理，不管它們具有物理、生物還是社會學的性質”一般系統論的主要目的是為了說明：“1）綜合是各種科學（自然科學，社會科學）發展的趨勢

2）這種綜合可能以系統的一般理論為中心

3）這一理論可能是在非物理的科學領域建立精密理論的重要手段

4）這一理論研究貫穿各學科的統一理論，它有助于我們接近統一科學這一目標

5）這可能導致科學教育中日益迫切需要的綜合。”貝塔蘭菲（1901~1972）一般系統論核心貢獻——構建系統理論的關鍵概念體系結構：1.系統的定義與基本特征系統：定義為相互關聯、相互作用的要素（或子系統）構成的整體，具有邊界和特定功能。整體性（Wholeness）：系統的性質不能簡單還原為各要素的機械相加，即“整體大于部分之和”（非加和性）。關聯性：要素之間通過動態相互作用形成結構，系統的行為取決于這種關聯而非孤立要素。2.開放系統與動態平衡開放系統：系統與外界環境持續交換物質、能量和信息（如生物體、生態系統）。穩態（Homeostasis）：開放系統通過負反饋調節維持動態平衡（如體溫調節）。熵與負熵：開放系統通過輸入負熵對抗內部熵增，保持有序性（區別于封閉系統的熱力學第二定律）。3.等級性與層次化（Hierarchy）系統具有層次結構，高層次系統由低層次系統構成，但表現出新的涌現性質（EmergentProperties）。例如：細胞→組織→器官→生物體→生態系統。1.1.2控制論（Cybernetics）維納（1894-1964）核心貢獻——為基于信息（負熵）與反饋控制的一般系統運行一般規律提供了重要概念與理論框架為控制理論與控制工程、早期人工智能、系統理論的發展提供重要基礎。1948年，維納（NobertWiener）在《控制論》一書中提出“控制論”（Cybernetics）——現代的自動機器和人都是由感覺裝置(器官)、動作裝置(器官)、傳遞信息的系統(神經系統)所組成的一種系統。自動機器和人都是在接收、處理、傳遞和存貯信息，并利用信息去完成動作，實現與外界的聯系。在系統工作中，反饋控制給定控制信號使動作裝置(器官)動作。動作結果由感覺裝置(器官)檢測出來，并反饋回去與給定信號相比較。如果比較有偏差，偏差信號會繼續控制動作裝置(器官)動作，直到偏差信號消失為止。1.1.3信息論（Informatics）香農（1916-2001）源于通信技術發展的需要：把信號無失真地從源送到目的地，同時解決通信中的噪聲和干擾問題。Shannon1948;ShannonandWeaver1949《通信的數學理論》，熵的概念——信息的增加意味著熵的減少，也就意味著系統混亂度的減少。提出信息的測度方法。基于熵的概念提出信息編碼理論。描述了一個基本的信息模型：“信源—信道—信宿”模型。

一般系統論、控制論、信息論所共同構建的系統圖景系統環境1.特定系統中的開放系統，呈現有序性第一組核心概念：系統

層次性

涌現性2系統的層次性構造形態3涌現（以椋鳥群為例）一般系統論、控制論、信息論所共同構建的系統圖景第二組核心概念：信息與控制信息（消除不確定性）事物A事物B事物B向事物A傳遞信息實例：共享目標信號實施火力打擊控制：通過信息反饋引導系統行為1.2現代系統理論：自組織與混沌03動態系統的有序和無序問題無序有序系統的核心特征：有序性現實的隨機系統：自發走向無序（熱力學第二定律）但現實系統存在自發有序現象（自組織）如何理解自組織？自組織理論用確定性微分方程（組）描述的動態系統，傳統默認長期行為是可預測的（靜止或周期運動）確定性系統可能呈現類似隨機的行為：混沌1.2.1耗散結構理論伊利亞·普里高津（1917-2003）對開放系統，除diS外還有與外界能量或物質交換引起的熵變，稱為熵流開放系統總熵變──負熵流──正熵流若負熵流足夠強，以至耗散結構：在遠離平衡態的條件下，通過與外界環境進行物質和能量交換而形成并維持的有序結構。輸入負熵內部熵增耗散結構理論Xλ控制參量表征定態的某個參量分岔現象遠離平衡的非線性區不穩定的熱力學分支(b)(C)穩定的耗散結構分支穩定的耗散結構分支(C

)（對應某種時空有序狀態）（穩定的非平衡態）偏離平衡的線性區CλC(a)穩定的熱力學分支平衡態λ0X0

1.2.2協同學1.2.3突變論協同學（Synergetics）：序參量：支配系統演化狀態，反應系統有序程度變化的狀態參量，取代“熵”作為處理自組織問題的一般判據。自組織是系統內部大量子系統協同的結果。突變論（CatastropheTheory）非線性系統某些參數的微小變化可以導致平衡態的出現或消失，或者從吸引變為排斥，又或相反，從而導致系統行為產生巨大而突然的變化。為研究復雜系統相變提供了重要的數學工具。哈肯（1927-）托姆（1923-2002）1.2.4混沌動力系統一個行星圍繞一個恒星旋轉的運動方程：三體問題開普勒第二定律：行星軌道可預測，沿著橢圓軌道圍繞恒星旋轉推廣到三體問題，呈現什么結果？混沌動力系統洛倫茲方程洛倫茲方程的一個相圖——充滿狀態空間的非周期曲線，即所謂“蝴蝶效應”混沌系統:如果一個接近實際而沒有系統內在隨機性的模型仍然具有貌似隨機的行為,那么這個系統是混沌的.

fromE.N.Lorenz《TheEssenceofChaos》1.3系統理論的新進展：

復雜適應系統與復雜網絡041.3.1復雜適應系統理論（ComplexAdaptiveSystemsTheory）輸入負熵內部熵增耗散結構理論、協同學等在理論上論證了復雜系統自組織的可能性復雜系統到底怎樣演化的？多個成員的系統中，如何通過成員之間的交互作用而出現自發組織？新的研究思路：按照自底向上的方式探究復雜系統如何由個體間的交互形成系統總體屬性——復雜適應系統IF-ThenIF-ThenIF-ThenIF-Then環境系統IF-ThenIF-ThenIF-ThenIF-Then環境系統適應與演化1.3.1復雜適應系統理論（ComplexAdaptiveSystemsTheory）

1984年，著名的SanteFeInstitute（SFI）成立，其創始人為諾貝爾獎獲得者

M.Gell-Mann,P.Anderson,K.Arrow

等。在圣塔菲研究所為代表的大量學者的推動下，復雜適應系統范式成為系統科學研究的重要新興研究范式。MurrayGell-Mann1969年Nobel物理學獎獲得者PhilipAnderson1977年Nobel物理學獎獲得者KennethArrow1972年Nobel經濟學獎獲得者1.3.2復雜網絡（ComplexNetworks）在復雜系統理論框架下，一個重要的問題是：如何刻畫一個大規模系統的結構從20世紀末期至今，興起復雜網絡的研究刻畫系統結構的基本工具：圖（將在課程后續結構模型部分進一步說明）大規模和超大規模圖結構：復雜網絡小世界網絡無標度網絡全國工程管理專業學位研究生教育核心課程規劃教材謝謝！第3章

系統工程方法論全國工程管理專業學位研究生教育核心課程規劃教材系統工程胡祥培、蘇秦主編；

于明、吳鋒副主編3.1經典方法論3.23.3目錄CONTENTS系統分析原理系統工程方法論進展本章教學內容、重點與難點教學內容系統工程方法論：霍爾方法論和切克蘭德方法論；系統分析原理：內涵、過程及原則；系統工程方法論進展。

重點與難點教學重點：系統工程方法論、系統分析原理與工作程序。教學難點：系統工程方法論的應用。

整體架構經典方法論3.13.1.1霍爾方法論霍爾三維結構知識維時間維邏輯維邏輯維強調處理并解決某項系統問題的邏輯過程、步驟，如問題確定、系統設計、系統綜合等。時間維表示系統工程的工作階段，涵蓋規劃、方案、研制、運籌、實施和更新六個階段。知識維涉及從事系統工程工作所需要的各種專業知識和應用領域，體現了系統工程的綜合性和多學科。該方法論集中體現了系統工程方法的系統化、綜合化、最優化、程序化和標準化等特點，是系統工程方法論的重要基礎內容。3.1.1霍爾方法論示意圖3.1.1霍爾方法論總結霍爾方法論強調明確目標，核心內容是最優化。它通過將現實問題歸納成工程系統問題，應用定量分析手段，尋求最佳的解決方案。該方法論具有研究方法整體性（三維）、技術應用綜合性（知識維）、組織管理科學性（時間維和邏輯維）、系統工程工作問題導向性（邏輯維）等突出特點。3.1.2切克蘭德方法論01020304050607解構問題情境表達問題情境對相關系統進行預層描述建立概念模型將現實場景與概念模型相比較實施可行、必要的變革

采取行動，改善問題情境3.1.2切克蘭德方法論概要過程許多實踐發現，有時候可能從任何一個階段開始，而且會在中途有所反復。甚至，可能在變革之后，結果仍不能令人滿意，需要反思繼續進行上述步驟。“工程系統”研究對象霍爾方法論社會和經濟管理等軟系統問題切克蘭德方法論3.1.3方法對比核心內容最優化分析比較學習分析方法定量分析方法定性、定量和定性分析相結合相同點：均為系統工程方法論，均以研究問題為起點，具有相應的邏輯過程。不同點：系統分析原理3.23.2.1系統分析內涵問題方案評價目的及目標模型決策者問題代表研究對象，與問題有關的要素及其關聯狀況，恰當地定義問題；問題表示現實狀況（現實系統）與希望狀況（目標系統）的偏差。目的是系統總要求，具有總體性和唯一性特點；目標是系統目的具體化，具有從屬性和多樣性特點。方案是實現目標的途徑。為了實現系統目標或目的，可以制定若干備選方案。系統模型是由系統本質的主要因素及其因素之間相互關系構成，是研究與解決問題的基本框架,評定不同方案對系統目的的達到程度，按照一定的評價標準，確定各種待選方案優先順序的過程。決策者是系統問題中的利益主體和行為主體系統分析要素3.2.1系統分析內涵

內涵：系統分析是一個過程，它針對某個具體的系統問題，采用科學合理的技術方法（建模、預測、優化、方針、評價等）圍繞系統目的及目標探索可行的系統方案，并通過系統評價指標不斷對方案進行比較優化，幫助決策者擇優挑選出最優或滿意的系統方案。3.2.2系統分析過程基本過程3.2.2系統分析過程初步分析階段規范分析階段綜合分析階段定義問題、目標探尋、方案綜合三個過程。需要明確解決的問題并羅列出若干解決方案；也需重點關注環境分析的影響決策者需圍繞初步分析階段形成的不同的系統方案，模型化處理并進行優化或仿真分析。需要充分考慮到各主要環境條件對系統優化的約束。需要決策者運用合適系統評價方法對系統建模結果進行評價，通過決策分析方法來實現系統問題解決。通過靈敏度分析和風險分析等途徑，提高政策與策略的相對穩定性和環境適應性。0102030405堅持問題導向系統分析目的在于幫助決策者找出解決實際問題的方法與途徑。多方案模型分析和選優尋找多個方案，并對其進行模型化及優化或仿真計算，是系統分析的核心內容。多次反復進行需要根據對象系統及其所處環境的可能變化，反復與決策者對話，不斷修正分析過程及結果，逐步得到滿意的系統方案。以整體為目標以整體最優為核心的系統觀點是系統分析的前提條件。定量與定性分析相結合分析既要利用各種定量資模型化及優化或仿真計算的結果，又要充分利用相關人員的直觀判斷和經驗，進行綜合分析與判定。3.2.3應用系統分析的原則系統工程方法論進展3.33.3.1系統性創新思維與方法提問法（檢核表法）頭腦風暴法按檢核表內容的抽象程度和范圍可分為兩類：一類是針對某種特定要求制定的檢核表法，以“奧斯本檢核表法”最具代表性；另一類是對各種場合及各種對象適用的提問法，以“5W1H”方法最具代表性。頭腦風暴法有兩條基本原則：一是推遲判斷，避免束縛人的想象力，熄滅創造性思想的火花；二是“數量提供質量”，提出的設想方案越多，越有可能找出解決實際問題的途徑。1．系統性創新思維德爾菲法采用匿名方式、反復多次征詢專家的意見，進行背靠背的交流，以充分發揮專家的智慧、知識和經驗。步驟：（1）確定調查目的，制定調查提綱并挑選專家。（2）發出調查表，征詢意見。（3）資料匯總分析，持續反饋。情景分析法對未來情景，既要考慮正常的、非突變的情景，又要考慮各種受干擾的、極端的情景。通過有目的、有步驟的探索與分析，設想未來情景以及各種影響因素的變化，幫助決策者制定出對策。步驟：（1）明確決策焦點。（2）識別關鍵因素。（3）分析外在驅動力量。（4）選擇不確定的軸向。（5）發展情景邏輯。（6）分析情景的內容。3.3.1系統性創新思維與方法TRIZ當前對于TRIZ定義主要存在以下兩種觀點：（1）方法論。TRIZ是一種基于知識的創造性問題解決系統方法論。（2）工具觀。TRIZ可描述為一個工具包，其中包含了理解和解決問題的所有方面方法。3.3.1系統性創新思維與方法問題解決的TRIZ系統方法TRIZ3.3.1系統性創新思維與方法TRIZ的核心：矛盾、理想度、演化模式矛盾：由于系統中所需特性的明顯不兼容性而產生的創造性問題的指示，可分為技術矛盾和物理矛盾。理想度：反映了技術系統在進化過程中對于社會需求的適應程度。演化模式：強調有用的、良好的問題解決方案，并預測系統將如何運行進化。TRIZ的內容：九項基本內容進化法則、39個工程參數、40條發明原理、矛盾矩陣、分離原理、物一場模型、知識效應庫、ARIZ算法等。2.系統創新思維輔助工具2．系統創新思維輔助工具1）思維導圖英國學者Buzan在1970年前后創建思維導圖是輻射思維的一種表達方法，是一種強大的圖形技術可應用到生活的各個方面，通過改善學習和更清晰的思維，開啟人類大腦無限潛能。基本特征01020304（1）將注意力對象在中心意象中具體化；（2）將主題以分支的形式從中心意象輻射出來；（3）分支由打印在相關行上的關鍵圖片或關鍵文字組成。不重要的主題也可附屬于更高級別分支的分支（4）通過分支形成一個連接的節點結構。3.3.1系統性創新思維與方法2.系統創新思維輔助工具2．系統創新思維輔助工具1）思維導圖消費者購買心理問題的思維導圖3.3.1系統性創新思維與方法2.系統創新思維輔助工具2．系統創新思維輔助工具2）PMI思考法PMI思考法指一種分別從有利因素（Plus）、不利因素（Minus）、興趣點（Interesting）三個方面對某個問題觀點進行全面分析的思維方法。三個視角不利思維視角（Minus）有利思維視角（Plus）興趣思維視角（Interest）步驟包括：（1）清晰陳述討論的主題或問題。（2）運用頭腦風暴法對“增加”問題內容，即想法的有利因素部分；（3）運用頭腦風暴法對“刪減”