《系统工程》复习资料

第一章 系统工程概述

（一）系统工程的产生、发展及应用

识记：系统理论的形成与发展

控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论，“信息”与“控制”等是其核心概念。它是继一般系统论之后，由数学家维纳在20世纪40年代创立的。

信息论是研究信息的提取、变换、存储与流通等特点和规律的理论 （二）系统工程的研究对象 识记：系统的定义

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。有以下四个要点：

（1）系统及要素。系统是由两个以上要素组成的整体，构成这个整体的各个要素可以是单个事物（元素），也可以是一群事物组成的分系统、子系统等。

（2）系统和环境。任一系统又是它所属的一个更大系统（环境或超系统）的组成部分，并与其相互作用，保持较为密切的输入输出关系。

（3）系统的结构。在构成系统的诸要素之间存在着一定的有机联系，这样在系统的内部形成一定的结构和秩序。

（4）系统的功能。任何系统都应有其存在的作用和价值，在其运作的具体目的，也即都有其特定的功能。

识记：系统的类型 认识系统的类型，有助于人们在实际工作中对系统工程对象系统的性质有进一步的了解并进行分析。

（1）自然系统与人造系统

自然系统是主要由自然物（动物、植物、矿物、水资源等）所自然形成的系统，像海洋系统、矿藏系统等。人造系统是根据特定的目标，通过人的主观努力所建成的系统，如生产系统、管理系统等。实际上，大多数系统是自然系统和人造系统的复合系统。近年来，系统工程越来越注意从自然系统的中探讨和研究人造系统。 （2）实体系统与概念系统

凡是以矿物、生物、机械和人群等实体为基本要素所组成的系统称之为实体系统；凡是由概念、原理、原则、方法、制度、程序等概念性的非物质要素所构成的系统称为概念系统。在实际生活中，实体系统和概念系统在多数情况下是结合在一起的。实体系统是概念系统的物质基础；而概念系统往往是实体系统的中枢神经，指导实体系统的行动或为之服务。系统工程通常研究的是这两类系统的复合系统。 （3）动态系统和静态系统

动态系统就是系统的状态随时间而变化的系统；而静态系统则是表征系统运行规律的模型中不含有时间因素，即模型中的量不随时间而变化，它可视作动态系统的一种特殊情况，即状态处于稳定的系统。系统工程研究的是在一定时期、一定范围和一定条件下具有某种程度稳定性的动态系统。 （4）封闭系统与开放系统

封闭系统是指该系统与环境之间没有物质、能量和信息的交换，因而呈一种封闭状态的系统；开放系统是指系统与环境之间具有物质、能量与信息的交换的系统。这类系统通过系统内部各子系统的不断调整来适应环境变化，以保持相对稳定状态，并谋求发展。开放系统

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一般具有自适应性和自调节的功能。系统工程研究有特定输入、输出的相对孤立系统。

理解：系统的一般属性

（1）整体性。整体性是系统最基本、最核心的特性，是系统性最集中的体现。在整体功能的基础上展开各要素及相互之间的活动，这种活动的总和形成了系统整体的有机形为。 （2）关联性。构成系统的要素是相互联系、相互作用的；同时，所有要素均隶属于系统整体，并具有互动关系。关联性表明这些联系或关系的特性，并且形成了系统结构问题的基础。 （3）环境适应性。任何一个系统都存在于一定的环境之中，并与环境之间产生物质、能量和信息的交流。 除以上三个基本属性之外，很多系统还具有目的性、层次性等特征。 根据系统的属性，可以归纳出若干系统的思想或观点。比如，综合系统的整体性和目的性，可以归纳出整体最优的思想等。 （三）系统工程的概念和特点 识记：系统工程的概念

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、方法和技术的总称，属于一门综合性的工程技术。

识记：系统工程方法的特点

系统工程作为开发、改造和管理大规模复杂系统的一般方法，与各类专门的工程学（如机械工程、电气工程等）相比，有许多明显的差异，表现了相应的特征，主要有：（1）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；（2）系统工程试图通过将构成事物的要素加以适当配臵来提高整体功能，其核心思想是“综合即创造”；（3）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；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等。

总体来看，系统工程方法具有如下比较明显的特点及相应的要求：科学性与艺术性兼容，这与系统工程主要作为组织管理的方法论和基本方法，在逻辑上是一致的；多领域、多学科的理论、方法与技术的集成；定性分析与定量分析有机结合；需要各有关方面（人员、组织等）的协作。

第二章 系统工程方法论 （一）系统工程的基本工作过程

理解：霍尔三维结构的内容

霍尔三维结构是由美国学者A.D.霍尔等人在大量工程实践的基础上，于1969年提出的。其内容反映在可以直观展示系统工程各项工作内容的三维结构图中，具体如下图所示。霍尔三维结构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。

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知识维 ……运筹学 控制论 社会科学 工程技术 规划阶段 设计阶段 分析阶段 运筹阶段 实施阶段 运行阶段 更新阶段 逻辑维

摆明时间(阶段)维 问题 系划系统统设综计合目方标案及指标) ) ((模 型化 最 决 实 优策施化计划

霍尔三维结构示意图

1.时间维

时间维表示系统工程的工作阶段或进程。系统工程工作从规划到更新的整个过程或寿命周期可分为以下七个阶段：

（1）规划阶段。根据总体方针或发展战略制定规划。 （2）设计阶段。根据规划提出具体计划方案。

（3）分析或研制阶段。实现系统的研制方案，分析、制定出较为详细而具体的生产计划。

（4）运筹或生产阶段。运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件”，并提出详细而具体的实施和“安装”计划。

（5）系统实施或“安装”阶段。把系统“安装”好，制定出具体的运行计划。 （6）运行阶段。系统投入使用，为预期用途服务。 （7）更新阶段。改进或取消旧系统，建立新系统。

其中规划、设计与分析或研制阶段共同构成系统的开发阶段。 2.逻辑维

逻辑维是指系统工程每阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤，一般分为以下七步： （1）摆明问题。同提出任务的单位对话，明确所要解决的问题及其确切要求，全面收集和了解有关问题历史、现状和发展均势的资料。 （2）系统设计。即明确目标并据此设计评价指标体系。确定任务所要达到的目标或各目标分量，拟定评价标准。在此基础上，用系统评价等方法建立评价指标体系，设计评价算法。

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（3）系统综合。设计能完成预定任务的系统结构，拟定政策、活动、控制方案和整个系统的可行方案。 （4）模型化。针对系统的具体结构和方案类型建立分析模型，并初步分析系统各种方案的性能、特点、对预定任务能实现的程度以及在目标和评价指标体系下的优劣次序。 （5）最优化。在评价目标体系的基础上生成并选择各项政策、活动、控制方案和整个系统方案，尽可能达到最优、次优或合理，至少能令人满意。 （6）决策。在分析、优化和评价的基础上由决策者作出裁决，选定行动方案。 （7）实施计划。不断的修改、完善以上六个步骤，制定出具体的执行计划和下一阶段的工作计划。 3.知识维和专业维 该维的内容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），也可反映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）。 霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，并认为现实问题基本上都可归纳成工程系统问题，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（时间维和逻辑维）和系统工程工作的问题导向性（逻辑维）等突出特点。

理解：切克兰德方法论处理问题的思路

80年代中前期英国兰切斯特大学P.切克兰德认为，完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会问题或“软科学”问题，会碰到很多问题，他提出了软系统工程方法论。 1.认识问题 收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成或影响因素及其关系，以便明确系统问题的结构、现存过程及相互之间的不适应之处，确定有关的行为主体和利益主体。 2.根底定义 根底定义是该方法中较具特色的阶段。其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。根底定义所确立的观点要能经得起实际问题的检验。 3.建立概念模型 概念模型是来自于根底定义、通过系统化语言对问题抽象描述的结果，其结构及要素必须符合根底定义的思想，并能实现其要求。 4.比较及探寻 将第一步所明确的现实问题（主要是归纳的结果）和第三步所建立的概念模型（主要是演绎的结果）进行对比。有时通过比较，也需要对根底定义的结果进行适当修正。 5.选择 针对比较的结果，考虑有关人员的态度及其他社会、行为等因素，选择现实可行的改善方案。 6.设计与实施 通过详尽和有针对性的设计，形成具有可操作性的方案，并使得有关人员乐于接受和愿意为方案的实现竭尽全力。 7.评估与反馈 根据在实施过程中获得的新认识，修正问题描述、根底定义及概念模型等。 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）。

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问题及其环境的识别与表达 根底定义 建立概念模型(目标系统概念化) 比较 寻求改善途径 选择 设计 实施 评估 切克兰德方法论的主要内容和工作过程

（二）系统分析原理

识记：系统分析的定义

系统分析是运用建模及预测、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，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析过程。

在进行系统分析时，系统分析人员对与问题有关的要素进行探索和展开，对系统的目的与功能、环境、费用与效果等进行充分的调查研究，并分析处理有关的资料和数据，据此对若干备选的系统方案建立必要的模型，进行优化计算或仿真实验，把计算、实验、分析的结果同预定的任务或目标进行比较和评价，最后把少数较好的可行方案整理成完整的综合资料，作为决策者选择最优或最满意的系统方案的主要依据。 识记：系统分析的六要素 系统分析有六个基本要素：（1）问题。（2）目的及目标。（3）方案。（4）模型。（5）评价。（6）决策者。 （1）问题。在系统分析中，问题一方面代表研究的对象，或称对象系统，另一方面，问题表示现实状况（现实系统）与希望状况（目标状况）的偏差。 （2）目的及目标。目的是对系统的总要求，目标是系统目的的具体化。 （3）方案。方案即达到目的及目标的途径。 （4）模型。模型是由说明系统本质的主要因素及其相互关系构成的。在系统分析中常常通过建立相应的结构模型、数学模型或仿真模型等来规范分析各种备选方案。 （5）评价。评价即评定不同方案对系统目的的达到程度。进行系统评价时，不仅要考虑投资、收益这样的经济指标，还必须综合评价系统的功能、费用、时间、可靠性、环境、

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