系统工程 现代管理的系统思维与系统分析方法

社会科学 数学科学
数学 突变论
自然科学
马
克
思
主
义 哲
（系统观）
学
系统科学
基础科学 物理学 生物学
系 统 学
人体科学 思维科学
哲学
基础科学
其它技术科学
运筹学
巨系统 理论
控制论
信息论
各门 系统 工程
自动 化技 术
通信 技术
技术科学
工程技术
图2-2 系统科学的体系
系统学主要研究系统的普遍属性和运动规律， 研究系统演化、转化、协同和控制的一般规律， 研究系统间复杂关系的形成法则、结构和功能的 关系、有序、无序状态的形成规律以及系统仿真 的基本原理等，随着科学的发展，它的内容也不 断在丰富。由于其尚属于起步阶段，还不够成熟， 因而学者们对系统科学的学科体系的认识仍有较 大差异。系统工程是从实践中产生的，它用系统 的思想与定量和定性相结合的系统方法处理大型 复杂系统的问题，它是一门交叉学科。
一、控制论 1、控制论的产生与发展
1947年由美国人维纳（Norbert Wiener） 创立的控制论（Cybernetics）是一门研究系统 的控制的学科。维纳于1948年出版了《控制论》 一书，他对控制论的定义是：“关于动物和机 器中控制和通信的科学。”
控制论的发展已大致经历了三个时期。从20 世纪40年代末到50年代是第一个时期，即经典控 制理论时期。在这一时期，主要的研究对象是单 因素控制系统，重点是反馈控制，借以实现的工 具是各种各样的自动调节器、伺服机构及其有关 的电子设备，着重解决单机自动化和局部自动化 问题。
系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电 子工程、水利工程等其它工程学的某些性质不尽相 同。上述各门工程学都有其特定的工程物质对象， 而系统工程则不然，任何一种物质系统都能成为它 的研究对象，而且还不只限于物质系统，它可以包 括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事 指挥系统等等。由于系统工程处理的对象主要是信 息，所以系统工程是一门“软科学”。
系统工程
（Systems Engineering, SE）
—现代管理的系统思维与系统分析方法
西安交通大学管理学院 袁治平
第二章 系统工程理论
第一节：系统科学的学科体系 第二节：系统工程的理论基础 第三节：系统工程理论的新发展 第四节：系统工程模型技术的新进展
第二章 系统工程理论
第一节 系统科学的学科体系
系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一 座沟通桥梁。现代数学方法和计算机技术，通过系 统工程，为社会科学研究增加了极为有用的定量方 法、模型方法、模拟实验方法和优化方法。系统工 程为从事自然科学的工程技术人员和从事社会科学 的研究人员的相互合作开辟了广阔的道路。
第二章:系统工程理论
第二节 系统工程的理论基础
我国著名科学家钱学森提出了一个清晰的现 代科学技术的体系结构，认为从应用实践到基 础理论，现代科学技术可以分为四个层次：首 先是工程技术这一层次，然后是直接为工程技 术提供理论基础的技术科学这一层次，再就是 基础科学这一层次，最后通过进一步综合、提 炼达到最高概括的马克思主义哲学。如图2-1所 示。
在此基础上他又进一步提出了一个系统科学 的体系结构。认为系统科学是由系统工程这类工 程技术，系统工程的理论方法（像运筹学、大系 统理论等）这一类技术科学（统称为系统学）， 以及它们的理论基础和哲学层面的科学所组成的 一类新兴科学。如图2-2所示。
马
技
工
克
自然科学
思
术
程
主
义
数学
科
技
哲
学
学
术来自百度文库
社会科学
图2-1现代科学技术体系
系统工程是把自然科学和社会科学的某些思 想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的 需要，有机地联系起来，把人们的生产、科研、 经济和社会活动有效地组织起来，应用定量和定 性分析相结合的方法和计算机等技术工具，对系 统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制 等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到 最优设计、最优控制和最优管理的目的，以便最 充分地发挥人力、物力和信息的潜力，通过各种 组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配 合，以实现系统的综合最优化。
2 、控制系统
控制系统由施控器、受控器和控制作用的 传递者三者组成，形成一个整体的控制功能和 行为，但这又是相对于某种环境而言。因而可 以把施控器、受控器和控制作用的传递者三个 部分所组成的、相对于某种环境而具有控制功 能与行为的系统，称为控制系统。
3 、控制论对系统工程方法论的启示
黑箱—灰箱—白箱法 功能模拟法 形式化、数量化、最优化方法 4 、控制理论分支与系统研究各方面的对应关系
控制论发展的第二个时期为60年代，即现代 控制理论时期。这一时期，控制论的主要研究对 象就成了多因素控制系统，研究重点是“最优控 制”，研究借助的工具是电子计算机。
进入70年代以后，是大系统控制理论时期。 在这一时期，主要研究对象是因素众多的大系 统，重点是大系统多级递阶控制，借助的工具 是电子计算机联机和智能机器，应用领域主要 为社会系统、经济系统、生态系统、管理系统、 环境系统等。
② 针对信息的随机性特点，运用统计数学（ 概率论与随机过程），解决了信息量问题，并 扩展了信息概念，充实了语义信息、有效信息 、主观信息、相对信息、模糊信息等方面的内 容。
狭义信息论：即申农信息论。主要研究消息 的信息量、信道（传输消息的通道）容量以及消 息的编码问题。
一般信息论：主要研究通讯问题，但还包括 噪声理论、信号滤波与预测、调制、信息处理等 问题。
广义信息论：不仅包括前两项的研究内容， 而且包括所有与信息有关的领域。
信息论研究运用了类比方法和统计方法
① 信息论运用了科学抽象和类比方法，将消 息、信号、情报等不同领域中的具体概念，进 行类比，抽象出了信息概念和信息论模型。
表2－1 控制论分支与系统工程研究的分类表
结构方面
行为方面
反馈性能 能控性、能观性 可靠性 大系统理论
稳定性 最优化 滤波、随机控制 鲁棒性 自适应、自组织、自学习 人工智能和模式识别
二、信息论
信息论于本世纪40年代末产生，其主要创立者 是美国的数学家申农（C.E.Shannon）和维纳。
人们根据不同的研究内容，把信息论分成三 种不同的类型。