系統(tǒng)工程導(dǎo)論no2-1

1、第二章 系統(tǒng)工程理論與方法論,第一節(jié)：系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)(自學(xué)）第二節(jié)：系統(tǒng)工程方法論及發(fā)展第三節(jié)：系統(tǒng)分析原理及應(yīng)用,第一節(jié):系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ),(1)系統(tǒng)科學(xué)體系(2)系統(tǒng)工程理論,(1)系統(tǒng)科學(xué)的科學(xué)體系,系統(tǒng)科學(xué)定義：系統(tǒng)科學(xué)是一門從總體上研究（復(fù)雜）系統(tǒng)共同運動規(guī)律的學(xué)科。系統(tǒng)科學(xué)屬于基礎(chǔ)科學(xué)層次，主要討論系統(tǒng)的概念、特征、類型及演化（動態(tài)）規(guī)律，探討系統(tǒng)分析的方法和系統(tǒng)邏輯的具體應(yīng)用。重點是復(fù)雜系統(tǒng)演化規(guī)律的研究，難

2、點是整體與局部關(guān)系（結(jié)構(gòu)）的研究。,1、物性與系統(tǒng)性(個性與共性),物性——描述研究對象的物質(zhì)特征；系統(tǒng)性——描述研究對象的整體特征，即整體性。系統(tǒng)往往與一修飾詞組成復(fù)合詞，如自然系統(tǒng)、物理系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)。 （ 物性+系統(tǒng)性） 傳統(tǒng)科學(xué)研究物性： 數(shù)、理、化、天、地、生 ... 系統(tǒng)科學(xué)研究系統(tǒng)性： 如整體與局部的關(guān)系

3、 結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 穩(wěn)定與演化的關(guān)系,2、整體與局部的關(guān)系：涌現(xiàn)性,涌現(xiàn)的定義（斯文森，1989） 涌現(xiàn)是一組元素（或廣義粒子）在一個廣義的“流場”作用下，從一種雜亂無章的狀態(tài)向一種協(xié)調(diào)一致的狀態(tài)的自發(fā)轉(zhuǎn)變。從廣義上講，涌現(xiàn)包括了現(xiàn)實中所有新系統(tǒng)的出現(xiàn)、序的產(chǎn)生和層次復(fù)雜性的增加。,涌現(xiàn)性的特點： （1）微觀不可預(yù)測性：即使對低層次元素有完備的知識，也

4、不可能推斷出高層次的結(jié)構(gòu)。 （2）新質(zhì)特性：涌現(xiàn)性對元素的性質(zhì)而言是全新的，處在一種更宏觀的層次上，是在微觀層次不存在的新質(zhì)。 （3）不變性：涌現(xiàn)性相對于微觀層次的元素狀態(tài)而言，有一定的不變性，元素總是處于微漲落不斷變化的狀態(tài)中，但整體的特性相對不變。 （4）宏觀約束性：系統(tǒng)的整體性約束元素的行為，即元素間的相互作用產(chǎn)生了宏觀層次上涌現(xiàn)的整體或約束，這種宏觀約束又反過來支配元素的行為。,3、錢學(xué)森提出的系統(tǒng)科學(xué)體系結(jié)構(gòu)

5、（1981）,(2)SE理論,系統(tǒng)工程是一門交叉學(xué)科。理論基礎(chǔ)涉及老三論、新三論、運籌學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科。錢學(xué)森——我認為把運籌學(xué)、控制論和信息論同貝塔朗菲（一般系統(tǒng)論）、普利高津（耗散結(jié)構(gòu)理論）、哈肯（協(xié)同學(xué)）、艾根（超循環(huán)理論）等人的工作融會貫通，加以整理，就可以寫出《系統(tǒng)學(xué)》這本書了?？梢?，系統(tǒng)論、控制論、運籌學(xué)的理論基礎(chǔ)地位和重要性。,運籌學(xué),運籌學(xué)是應(yīng)用分析、試驗、量化的方法，對經(jīng)營管理系統(tǒng)中的人、財、物等有限資

6、源進行統(tǒng)籌安排，為決策者提供有依據(jù)的最佳化方案，以實現(xiàn)最有效的管理運籌學(xué)往往運用模型化的方法，將一個已確定研究范圍的問題，依據(jù)預(yù)期的目標，將問題中的主要因素及各種限制條件間的因果關(guān)系、邏輯關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，通過模型求解來找出最佳方案運籌學(xué)的分支線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、排隊理論、決策理論等,一般系統(tǒng)論（general system theory) 1924-1928;奧地利理論生物學(xué)家L.VON 貝塔朗菲；

7、 1945年發(fā)表《關(guān)于一般系統(tǒng)論》 研究復(fù)雜系統(tǒng)一般規(guī)律的學(xué)科 基本觀點 整體性 開放性及目的性（有效性、適應(yīng)性、尋的性） 動態(tài)相關(guān)性（動態(tài)性取決于相關(guān)性） 等級層次性 有序性（結(jié)構(gòu)或空間；發(fā)展或時間）啟示：主張以整體論代替還原論。（思想作用更大）提出了系統(tǒng)的方法：核心在于優(yōu)化，整體最優(yōu)？。,1、老三論,還原論和整體論之爭,２０世紀基礎(chǔ)

8、科學(xué)的三大成就相對論、量子論和復(fù)雜科學(xué)的核心思想和結(jié)論分別從宇觀(時空折疊、速度與應(yīng)力)、微觀（非連續(xù)性）和宏觀尺度下證實了還原論的局限性：其中，量子論從根本上動搖了還原論。復(fù)雜科學(xué)徹底動搖了還原論：混沌理論（蝴蝶效應(yīng)）推動了復(fù)雜科學(xué)的誕生，排除了拉普拉斯決定論的可預(yù)見性的思想。因此，復(fù)雜科學(xué)的問世徹底動搖了還原論——能用還原論近似描述的僅僅是我們世界的很小的一部分。整體性體現(xiàn)的是非還原性或非加和性。,量子論從根本上動搖了還原論：

9、描述微觀世界最為成功的理論是量子論。量子論認為，我們的世界是一個非機械的、相互聯(lián)系的、不可分割（還原）的世界。物質(zhì)世界的根本元素就不是被分割的機械的原子、質(zhì)子、中子，而是一個有機聯(lián)系的整體。量子論問世導(dǎo)致了測不準原理的提出。測不準原理認為無法還原位置和速度兩個基本量。這表明，在對待位置和速度這兩個基本量上，還原論是失效的。微觀層次上的還原論失效，導(dǎo)致了機械的決定論的失效。,復(fù)雜科學(xué)徹底動搖了還原論：混沌理論推動了復(fù)雜科學(xué)的誕生，排除了拉

10、普拉斯決定論的可預(yù)見性的思想。因此，復(fù)雜科學(xué)的問世徹底動搖了還原論——能用還原論近似描述的僅僅是我們世界的很小的一部分。,整體論把世界宇宙看作是一個統(tǒng)一的整體，各種事物之間相互聯(lián)系，不可機械地分割。整體論思想是：整體的性質(zhì)和功能不等同于其各部分（要素）的性質(zhì)和功能的迭加；整體的運動特征只有在比其部分（要素）所處層次更高的整體層次上才能進行描述；整體與部分（要素）遵從不同描述層次上的規(guī)律。簡言之整體性也就是非還原性或非加和性。,控制論（C

11、ybernatics） 維納于1948年出版了《控制論》一書 經(jīng)典控制論——現(xiàn)代控制論——大系統(tǒng)控制理論研究大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、穩(wěn)定性、最優(yōu)化、建模及模型簡化等。 對系統(tǒng)方法的啟示： 黑箱-灰箱-白箱法 功能模擬法 反饋 數(shù)量化、最優(yōu)化方法,信息論（不確定的減少） 美國數(shù)學(xué)家申農(nóng)（C.E.Shannon）和維納（信息科學(xué)）以信息為主要研究對象，以

12、信息的運動規(guī)律和應(yīng)用方法為主要研究內(nèi)容，以計算機、光導(dǎo)纖維等為主要研究工具，以擴展人類的信息功能為主要研究目標。啟示： 類比方法 統(tǒng)計方法，概率論和隨機過程 信息方法（運用信息的觀點，把系統(tǒng)看作是借助于信息的獲取、傳遞、加工、處理而實現(xiàn)其有目的性的運動的一種研究方法）------變量篩選、特征選擇（熵）,2、新三論,耗散結(jié)構(gòu)理論（dissipative structure theory) 1969；比

13、利時統(tǒng)計物理學(xué)家I.普利高津所謂耗散結(jié)構(gòu)就是包合多基元、多組元、多層次的開放系統(tǒng)，處于遠離平衡態(tài)時，在漲落的觸發(fā)下，從無序突變?yōu)橛行?，而形成的一種時間、空間或時間-空間的結(jié)構(gòu)(非平衡不一定導(dǎo)致有序，平衡不一定是無序之本)在耗散結(jié)構(gòu)創(chuàng)立之前，世界被一分為二一個是物理世界，這個世界是簡單的、被動的、僵死的、不變的、可逆的、和決定論的量的世界另一個世界是生物界和人類社會，這個世界是復(fù)雜的、主動的、活躍的、進化的，不可逆的，和非決定論的

14、質(zhì)的世界耗散結(jié)構(gòu)把這兩個世界結(jié)合在一起共同思考，研究遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的一種理論,協(xié)同學(xué)（synergetics） 70年代初，聯(lián)邦德國理論物理學(xué)家 H.哈肯（協(xié)同導(dǎo)致有序） 研究協(xié)同系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的新興綜合性學(xué)科突變論（catastrophe theory）--風(fēng)險（飛機失事、信用失效、自然災(zāi)害等）(漸變) 60年代末，法國數(shù)學(xué)家 R.托姆