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系统工程学
第一章 系统工程概述
第一节 系统工程的产生、发展及应用
1 系统工程虽然形成于20世纪50年代，但是初步实践可以追溯到古代；
2 古希腊唯物主义哲学家德谟克利特最早使用“系统”一词；亚里士多德名言：整体大于部分之和，这是系统论的基本原则之一。
3 都江堰由鱼嘴（岷江分流）、飞沙堰（分洪排沙）、和宝瓶口（引水）三大设施组成；
4 早期的系统思想有“只见森林”和比较抽象的特点；15世纪下半页以后，有“只见树木”和具体化的特点；
5 19世纪以后，有“先见森林，后见树木”的特点；
6 辩证唯物主义认为，世界有无数相互关联、相互依赖、相互制约和相互作用的过程所形成的统一整体。这种普遍联系和整体性的思想，就是科学系统思想的实质。
7 一般系统论、控制论、信息论耗散结构理论协同论及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。
8 系统论或者狭义的一般系统论，是研究系统的模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。其代表人物是爱地理理论生物学家贝塔朗菲。
9 系统工程的发展概况
Ø 1957年，发表第一部名为《系统工程》的著作，系统工程学形成的标志；
Ø 1965年，提出模糊集合的概念，为现代系统工程奠定了重要的书数学基础
Ø 1961-1972年，美国实施阿波罗登月计划，使用多种系统工程方法并获得巨大的成功，极大地提高了系统工程的地位
Ø 1972年，国际系统分析研究所（IIASA）在维也纳成立，系统工程的应用重点开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一个重要的阶段
10 中国系统工程研究主要标志和集中代表是钱学森的《工程控制论》、华罗庚的《统筹法》和许国志的《运筹学》
11 中国大规模的研究系统工程是从20世纪70年代末、80年代初开始的。1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文汇报》上发表了题为“组织管理的技术——系统工程”
第二节 系统工程的研究对象
1 系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统（规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人机系统、经济性突出等）
2 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；
3 系统的一般属性：
Ø 整体性，整体性是系统最基本、最核心的特性；
Ø 关联性，构成系统的要素是相互联系、相互作用的；所有要素均隶属于系统整体，并具有互动关系；
Ø 环境适应性，区分为不同环境：（技术环境、经济环境、社会环境等）和不同的环境域：（外部环境、内部环境）等
Ø 目的性、层次性
4 大规模复杂系统的特点：
Ø 系统的功能和属性多样，由此带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系
Ø 系统通常由多维且不同质的要素所构成
Ø 一般为人机系统，而人及其组织或群体所表现出的固有的复杂性
Ø 由要素间相互关系所形成的系统结构所形成的系统结构日益复杂化和动态化
Ø 规模庞大和经济性突出等
5 系统的类型
自然系统和人造系统：多数是其复合系统
实体系统与概念系统，通常研究的是这两类的复合系统
动态系统和静态系统：系统工程研究的是一定时期、一定范围内和一定条件下具有某种程度稳定性的动态系统
封闭系统和开放系统：研究有特定输入、输出的相对孤立系统
第三节 系统工程概念与特
1 系统工程是从总体出发，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。（书上）
2 所谓的系统工程，是用来开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想，程序、方法的总称（PPT）
3 系统工程学是以大规模复杂系统问题为研究对象，在运筹学、系统理论、管理科学等学科的基础上逐步发展和成熟起来的一门交叉学科；
4 系统工程强调以下基本观点：
在运用系统工程方法来分析和解决现实复杂系统问题时，
Ø 需要确立系统的观念（系统工程工作的前提）
Ø 总体最优及平衡协调的观点（系统工程的目的）
Ø 综合运用方法与技术的观点（系统工程解决问题的手段）
Ø 问题导向和反馈控制的观点（系统工程有效性的保障）
这些集中体现了系统工程方法的思想及应用要求
5 系统工程学的特征：
Ø 系统工程一般采用先决定整体框架，后进入内部详细设计的程序
Ø 系统工程试图通过将构成事物的要素加以适当配置来提高整体功能，其核心思想是“综合即创造”
Ø 系统工程属于软科学。软科学的基本特征是人（决策者、分析人员等）和信息的重要作用；
Ø 多次反馈和反复协商；科学性与艺术性的二重性及其有机结合。
第二章 系统工程方法论
系统工程方法论，就是分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法
第一节 系统工程的基本工作过程
一 霍尔三维结构
1 霍尔在1969年提出，集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点，是系统工程方法论的重要基础内容
2 时间维，表示系统工程的工作阶段或进程。可分七个阶段：
规划阶段、设计阶段、分析或研制阶段、运筹或者生产阶段、系统实施或“安装”阶段、运行阶段、更新阶段
3 逻辑维，指系统工程每阶段工作缩影遵从的逻辑顺序和工作步骤

4 知识维或专业维，表征从事系统工程工作所需要的知识（如运筹学、控制论、管理科学等），也可反应系统工程的专门应用领域（如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等）
5 霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，应用定量分析手段，求得最优解答。该方法论具有研究方法上的整体性（三维）、技术应用上的综合性（知识维）、组织管理上的科学性（时间维与逻辑维）和系统工程上的问题导向性（逻辑维）等突出特点。
6 切克兰德方法论：切克兰德提出软系统工程方法论。
7 根底定义的目的是弄清系统问题的关键要素，为系统的发展及其研究确立各种基本的看法，并尽可能选择出最合适的基本观点。
8 切克兰德方法论的主要工作内容和工作过程

认识问题、根底定义、建立概念模型、比较及探寻、选择、设计与实施、评估与反馈
9 切克兰德方法论的核心是比较与探寻，它强调从理想模式（概念模型）与现实状况的比较中探寻改善现状的途径，使决策者满意化。
10 两种方法论的比较
两种方法论均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程。主要有以下不同点：
霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法更适合对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究；
前者（霍）的核心内容是优化分析，而后者的核心内容是比较学习；
前者更多的关注定量分析方法，而后者比较强调定性与定量有机结合的基本方法。
第二节 系统分析原理
1 系统分析是在系统问题现状及目标充分理解的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统的各有关方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或者满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。
2 系统分析的六要素：问题、目的及目标、方案、模型、评价、决策者
3 系统分析的基本过程

4 在初步系统分析阶段，至少围绕六方面：WHAT研究什么问题，对象系统的要素是什么（问题与哪些因素有关）、WHY（为什么要研究该问题，目的和希望是什么）、WHERE（系统边界和环境如何）、WHEN（分析的是什么时候的情况）、WHO（决策者、行动者、所有者等关键主体是谁）、HOW（如何实现系统的目标状态）（5W1H）
5 环境分析几乎贯穿于系统分析的全过程，具有重要作用。
6 应用系统分析的原则：
1）坚持问题导向、系统分析人员要适应实际问题的需要，指定方案，选择方法。
2）以整体为目标，将问题作为一个整体来处理，全面考虑各主要因素及其相互影响，使投入产出比最大化。
3）多方案模型分析和优选，收集各种信息，寻找多个方案，尽可能求得定量化的分析结果。是系统分析的核心内容。
4）定量分析与定性分析相结合，根据数据结果和相关人员的直观判断和经验进行综合分析与判定。
5）多次反复进行，根据变化进行分析并进行多次反馈，逐步得到与系统目标要求最接近、令决策者较为满意的答案。
第三章 系统模型与模型化
第一节 系统模型与模型化概述
1 模型：模型是现实系统的理想化抽象或者简洁表示，描绘了现实系统的某些主要特点，为了客观的研究系统而发展起来的。
2 模型的三个特征：是现实世界部分的抽象或模仿；是由那些与分析的问题有关的因素构成的；它表明了有关因素间的相互联系。
3 模型化就是为描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。简言之就是构造模型的过程。
4 模型分类：
模型：概念：思维、描述、字句
符号：图示、数学
形象：物理、图像
类比
仿真
5 构造模型的一般原则
（1）建立方框图；目的是简化对系统内部相互作用的说明。
（2）考虑信息相关性；模型中只应包括系统中与研究目的有关的那些信息
（3）考虑准确性；建模时，对所收集的用以构模的信息应该考虑其准确性。
（4）考虑结集性：建模时需要进一步考虑的因素是把一些个别的实体组成更大实体的程度
6 建模的基本步骤
1）明确建模的目的和要求，以便使模型满足实际需求，不至产生太大偏差；
2）对系统进行一般语言描述；系统的语言描述是进一步确定模型结构的基础；
3）弄清系统中的主要因素（变量）关系（结构关系和函数关系），以便使模型准确的表示现实系统
4）确定模型结构。这一步决定了模型定量方面的内容
5）估计模型参数；用数量表示系统中的因果关系
6）实验研究；检验模型与实际系统的符合性
7）必要修改。
第二节 系统结构模型化技术
1 结构模型：是定性表示系统构成要素以及他们之间存在本质上的相互依赖、相互制约和关联情况的模型。
2 结构模型化即建立系统结构模型的过程；该过程注重表现系统要素之间相互作用的性质，是系统认识、准确把握复杂问题并对问题建立数学模型、进行定量分析的基础。
3 结构分析：是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。系统结构模型化是结构分析的基本内容。结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化分析、设计与管理的基础。尤其是在分析与解决社会经济系统问题时，对系统结构的正确认识与描述更具有数学模型和定量分析所无法代替的作用。
4 有向图表达P42；
5 常用系统结构模型化技术有：关联树法、解释结构模型化技术、系统动力学模型化技术等。第二种是最基本和最具特色的系统结构模型化技术。
6 ISM工作原理图P45
7 P52-53 建立递阶结构模型使用方法；可达矩阵之类。
8 状态和状态变量 P67
第四章 系统仿真及系统动力学方法
第一节 系统仿真概述
1 系统仿真：所谓系统仿真，就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质以及相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程，且具有一定逻辑关系或数学方程的仿真模型，据此进行试验或者定量分析，已获得正确决策所需的各种信息。
2 系统仿真的实质：
1）他是一种对系统问题求数值解的计算技术；
2）仿真是一种人为的实验手段，仿真试验不是依据实际环境、而是作为实际系统映像的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。这时仿真的主要功能。
3）仿真可以比较真实的描述系统的运行、演变及其发展过程。
3 系统仿真的作用
1）系统仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统的收集和积累信息的过程。尤其是对于一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。
2）对一些难以建立物理模型和数学模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。
3）通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶为若干子系统，以便于分析。
4）通过系统仿真，不仅能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。
4 系统仿真的方法：系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型，并将其转化为适合在计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿真实验。基本上分为两大类：连续系统仿真方法和离散系统仿真方法。
5 连续系统：是指系统中的状态变量随时间连续地变化的系统；
6 离散系统：是离散事件动态系统的简称，是指系统状态变量只在一些离散的时间点上发生变化的系统。
7 系统动力学是美国麻省理工学院J.W.弗雷斯特教授最早提出的。
8 SD（系统动力学）研究对象主要是社会（经济）系统。该系统的突出特点：社会系统存在着决策环节；社会系统具有自律性；社会系统的非线性。
9 模型特点：
1）多变量，主要由SD对象系统的动态特性和复杂性决定的。
2）定性分析与定量分析相结合。SD模型由结构模型和数学模型所组成。
3）以仿真实验为基本手段和以计算机为工具；
4）可处理高阶次、多回路、非线性的时变复杂系统问题。
10 系统动力学的工作程序：P85
第二节 系统动力学结构模型化原理
1 系统动力学的基本原理：
首先通过对实际问题系统进行观察，采集有关对象系统状态的信息，随后使用有关信息进行决策。决策的结果是采取行动。行动又作用于实际系统，使系统的状态发生变化。这种变化又为观察者提供信息，从而形成系统中的反馈回路。
2 SD的四个基本要素：状态或者水准、信息、决策或速率、行动或者实物流。
3 SD的两个基本变量：水准变量、速率变量
4 SD的一个基本思想：反馈控制。
5 因果关系图和流图P86-88
6 SD结构模型的建模步骤：
1）明确系统边界，即确定对象系统的范围；
2）阐明形成系统结构的反馈回路，即明确系统内部活动的因果关系链；
3）确定反馈回路中的水准变量和速率变量；
4）阐明速率变量的自解耦股或者完善、形成各个决策函数，建立起SD结构模型（流图）。
第三节 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
1 基本DYNAMO方程：水准方程、速率方程、辅助方程、赋初值方程、常量方程；
2 几种典型反馈回路及其计算P91-94.
第五章 系统评价方法
第一节 系统评价原理
1 系统平价就是全面评定系统的价值
2 系统评价问题由
评价对象：指接受评价的事物、行为或者对象系统；
评价主体：指评定对象系统价值大小的个人或者集体；
评价目的：即系统评价所要解决的问题和所能发挥的作用；
评价时期：系统评价在系统开发全过程中所处的阶段。：期初评价、期中评价、期末评价、反馈评价；
评价地点：一种是评价的空间或者评价的范围；另一种是评价的立场；
及评价方法等要素构成（5W1H）。
3 几种系统评价方法：以经济分析为基础的费-效分析法；以多指标的评价和定量与定性分析相结合为特点的关联矩阵法、层次分析法和模糊综合评判法。是主体方法；关联矩阵法是原理性方法；层次分析法和模糊综合评判法为实用性方法。
4 P114系统评价程序示意图
第二节 关联矩阵法
1 P114-120
第三节 层析分析法
1 P120-130
第四节 模糊综合评判法
1 P131-134
第六章 决策分析方法
P139-140