系统工程第3版（系统工程-第一章）

第一章系统科学的形成及体系结构

第一节系统科学的产生和发展

系统科学( System Science )作为一门科学有它产生、发展、形成的过程，而且由于系统科学是一门横断科学,它既涉及自然科学、工程技术等领域，也与社会科学的很多学科有紧密联系,因此系统科学发展的历史与整个人类发展历史是紧密相连。

从总体上看来,系统科学的发展大体上经历了三个阶段，即系统思想产生和形成; 定量的系统科学方法的建立;综合的系统科学体系构建三个阶段。

一、系统科学产生的历史背景(系统思想产生和形成)

(一)客观世界是一个多层次、多因素、多过程的大系统

从结构上看----多层次

从内容上看-----多因素

从时间上看-----多过程

特点:相对独立，互相关联。

(二)大规模改造世界的斗争使人们逐渐认识到必须从系统的角度考虑和处理问题

1、中国古代朴素的系统思想及应用

(1)阴阳八卦说

《易》有太极，是生两仪,两仪生四象,四象生八卦。

太极:天地万物产生的本原

两仪:

阴:消极、退守、柔弱、地、秋、月、夜、女、黑、冷、降阳:积极、进取、刚强、天、春、日、昼、男、白、 热、.....四象:春夏秋冬、东西南北、阴阳刚柔、金木水火..

八卦:乾、坤、震、巽(xun)、坎、离、艮(gen)、兑

天、地、雷、风、 水、 火、山、 泽

实质:

a强调观物取象，不是孤立地看待各种现象;

b.强调万物交感;C.将阴阳作为事物变化根据的基本范畴，是对自然界变化中不同系统力量或功能的概括。

(2)阴阳五行说

五行:金、木、水、火、土

五音、五谷、五色、五脏、五....

木生火、火生土、土生金、金生水、水生木。

(顺次相生)水克火、火克金、金克木、木克土、土克水。

(3)老子

“天下万物生于有，有生于无”，“无， 名天地之始，有,名万物之母”，。

"道生一，一生二，二生三，三生万物。

(4)中医理论

我国中医理论也充分体现了系统科学的思想。

古代中医理论强调了人体各器官之间的联系、生理现象与心理现象的联系、身体状况与自然环境的联系,把人的身体结构看作是自然界的一个组成部分,认为人体的各个器官是一个有机的整体， 将治病看作一个系统的、动态的控制过程。

(5)丁谓盖皇宫

北宋真宗年间，皇城失火,宫殿烧毁，大臣丁谓主持了皇宫修复工程。他采用了一套综合施工方案 ，先在需要重建的大道上就近取土烧砖，在取土后的深沟中引入汴水，形成人工河，再由此水路运入建筑材料，从而加快了工程进度。皇宫修复后，又将碎砖废土填入沟中，重修大道。使烧砖、运输建筑材料和处理废墟三项繁重工程任务协调起来，从而在总体上得到了最佳解决，一举三得，节省了大量劳力、费用和时间。

(6)都江堰水利工程

都江堰水利工程在四川都江堰市城西，是全世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。2 2 00多年来，至今仍然连续使用, 发挥着巨大效益。

都江堰由"鱼嘴” 分水堤、“ 飞沙堰"溢洪道、“ 宝瓶口”引水口三大部分构成,科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题，消除了水患，使川西平原成为“天府之国”。目前灌溉面积已达40余县，超过一千万亩。

都江堰水利工程的三个子工程融为一个整体,巧妙配合，实现了彻底排沙、最佳水量的自动调节的作用。

2、外国古代朴素的系统思想

( 1)赫拉克里特---一世界是包括一切的整体

( 2)亚里士多德---一般来说，所有的方式显示,全体并不等于部分的总和。

( 整体大于部分的总和。)

3.人类改造世界过程中出现的问题

随着生产的不断发展，人类对自然界的认识越来越深刻, 此时却产生了忽略系统整体特性研究的倾向。

(1)随着物质生产的进一 步集约化、专业化、社会化、国际化，不同行业、不同部门、不同地区之间的联系越来越密切，相互影响和依赖越来越大。 (2 )随着人类改造自然的规模越来越大和程度的日益加深，人类和自然界之间的复杂关系也进一步 暴露出来。

(三)现代数学、计算技术和信息科学的发展为系统科学的产生和发展创造了条件

(定量的系统科学方法的建立) 主要体现在两个方面:一是使系统思想、系统方法定量化、科学化，使之成为具有坚实的数学理论基础的，能够定量地处理系统各组成部分联系关系的科学方法;二是计算机与信息技术的应用，为系统思想、系统方法的实际运用提供了强有力的工具。正是由于上述两个特征，才使得系统思想方法从一种哲学思维逐步形成了独特的系统理论，并在此基础上形成了一门专门的科学-----系统科学。

三、系统工程在我国的发展及应用

上世纪50至60年代，我国的- -些研究机构和著名学者为SC的研究与应用作了理论.上的探讨、应用上的尝试和技术方法上的准备。其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》

我国大规模地研究与应用SF是从上世纪80年代初开始的。_上世纪90年代以来，SE在与企业发展结合、与现代信息技术结合、与实施可持续发展战略结合、与思维科学结合等方面已具有显著结果和强劲势头。

第二节系统科学的研究对象和体系结构

(综合的系统科学体系构建)

一、系统科学的研究对象

系统科学是研究一般系统的类型、性质、相互关系以及运动机理和规律的科学。

系统科学就是从系统的着眼点和角度去研究整个客观世界。

二、现代科学技术的体系结构1.横向四个层次:哲学--基础科学--技术科学--工程技术

2.纵向六大部类:自然科学---社会科学-一数学科学--系统科学-- -思维科学---人体科学。

三、系统科学的体系结构1.系统科学的基础科学:-一般系统论(贝塔朗菲)，信息论(申农),控制论(维纳),耗散结构理论(普利高津)，协同学(哈肯)，突变论(托姆)。2.系统科学的技术科学:系统方法，运筹学，计算科学。

3.系统科学的工程技术:系统工程。

第三节研究系统科学的意义和作用

一、改变了人们的科学思维方式系统思想的出现,彻底改变了人们的思维方式,从以实物为中心转向以系统为中心，使人们在改造世界的活动中，逐步地认识并揭示出客观世界的本质联系和内部规律。二、在实践上对人类社会产生了巨大影响

1.商船高射炮问题

2.商船护航问题3.阿波罗登月计划( 1958-1969年)

4.治理污染5.引滦入津城市供水工程

6.人口规划

7.市政建设8.全面质量控制TQC ( Total Quality Control)

9.并行工程CE ( Concurrent Engineering )

10.企业经营过程再造IPR

11.计算机集成制造系统CIUS

12.可持续发展战略(Strategy for Sustainable Developing) 问题:人口快速增长，自然资源加速耗竭,环境污染加剧造成生态灾难,社会分配严重不公。 可持续发展:既满足当代人的需要，又不损害后代人满足需要的能力的发展。包括经济可持续发展、社会可持续发展、生态可持续发展。

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