《系统工程导论》PPT课件.ppt

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系统工程导论系统工程导论系统工程导论2清华大学本科限选课程胡坚明胡坚明副教授副教授自动化系系统工程研究所自动化系系统工程研究所办公地点办公地点:

中央主楼中央主楼806电话电话:

62794355,13683278978E-Mail:

hujmtsinghua.edu赵志强赵志强助教助教实验室：

中央主楼实验室：

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zhaozq03mails.tsinghua.edu王王音音助教助教实验室：

中央主楼实验室：

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yin-wang04mails.tsinghua.edu主讲教师主讲教师系统工程导论3清华大学本科限选课程课程时间安排n序言（3学时）n系统分析方法（2学时）n解释性结构建模（3学时）n黑箱建模（4学时）n主成分分析法（2学时）n因子分析法（2学时）n聚类分析方法（3学时）n决策分析方法概论（2学时）n不确定性决策分析（3学时）n多目标决策（2学时）n群决策（1学时）n工程管理初步（1学时）n现代优化方法（2学时）n期末考试（2学时）系统工程导论4清华大学本科限选课程参考文献n梁军等，梁军等，系统工程导论系统工程导论，化学工业出版社，化学工业出版社，2019n梁迪，梁迪，系统工程系统工程，机械工业出版社，机械工业出版社，2019n岳超源，岳超源，决策理论与方法决策理论与方法，科学出版社，科学出版社，2019n黄燕等，黄燕等，SAS统计分析及应用统计分析及应用，机械工业出版社，机械工业出版社，2019n汪应络，系统工程理论方法与应用，高教社，2019n高志亮，系统工程方法论，西北工业大学出版社，2019n孙东川，系统工程引论，清华大学出版社，2019系统工程导论5清华大学本科限选课程需要学习和使用的软件nSPSS、SAS、STATISTICA等统计分析软件等统计分析软件nMATLAB等计算软件等计算软件nVC等程序设计软件等程序设计软件系统工程导论6清华大学本科限选课程第一章：

序言本节内容本节内容历史回顾历史回顾基本概念基本概念与数学的关系与数学的关系课程内容、要求及考核方式课程内容、要求及考核方式重点重点理解系统的概念、系统的特性和分类以及系理解系统的概念、系统的特性和分类以及系统工程的概念统工程的概念理解与数学的关系理解与数学的关系难点难点强化系统意识强化系统意识注意补充和复习数学知识注意补充和复习数学知识系统工程导论7清华大学本科限选课程1.1历史回顾突然崛起突然崛起迅速扩张迅速扩张返璞归真返璞归真源远流长源远流长系统工程导论8清华大学本科限选课程第一阶段：

源远流长第一阶段：

源远流长大禹治水大禹治水都江堰工程都江堰工程丁渭工程丁渭工程田忌赛马田忌赛马几个生动的实例几个生动的实例系统工程导论9清华大学本科限选课程大禹治水大禹治水4000多年前，舜帝派大禹治水。

大禹多年前，舜帝派大禹治水。

大禹经过调查研究，认为其父采取经过调查研究，认为其父采取“湮湮”的方的方法是错误的，决定采用法是错误的，决定采用“导导”的方法。

的方法。

他率领群众挖了他率领群众挖了9条大川，放田水入条大川，放田水入川，放川水入海。

川，放川水入海。

同时，他把全国分成同时，他把全国分成12州州5大区，分大区，分派派5个首领掌管。

个首领掌管。

治水过程中还注意调运物资，救济灾治水过程中还注意调运物资，救济灾荒，调动百姓积极性。

荒，调动百姓积极性。

13年后，治水成功！

年后，治水成功！

启示启示系统思想系统思想“治水治水”与与“治人治人”并重。

并重。

系统工程导论10清华大学本科限选课程战国时期，齐国的田忌和齐威王赛马，田战国时期，齐国的田忌和齐威王赛马，田忌参赛的上中下马分别劣于齐王的上中下马，孙忌参赛的上中下马分别劣于齐王的上中下马，孙膑教田忌分别以下、上、中马对齐王的上、中、膑教田忌分别以下、上、中马对齐王的上、中、下马，从而赢得比赛的总体胜利下马，从而赢得比赛的总体胜利田忌赛马田忌赛马系统的要素不变（比赛双方及六匹马）策略系统的要素不变（比赛双方及六匹马）策略不同，总体效果不同。

不同，总体效果不同。

该思想至今仍然在用，如：

博弈理论；体育该思想至今仍然在用，如：

博弈理论；体育比赛中的团体赛等。

比赛中的团体赛等。

启示启示baijiaji/New/index.htm系统工程导论11清华大学本科限选课程战国时期（公元前战国时期（公元前250年前后），年前后），秦国的秦国的李冰父子主持修建的四川都江堰水利工程，将李冰父子主持修建的四川都江堰水利工程，将分洪、引水和排沙等多种需求结合在一起进行分洪、引水和排沙等多种需求结合在一起进行考虑，使各部分组成一个整体，实现了防洪、考虑，使各部分组成一个整体，实现了防洪、灌溉、行舟、漂木等多种功能。

灌溉、行舟、漂木等多种功能。

都江堰水利工程都江堰水利工程启示启示系统的思想，整理考虑，综合寻优系统的思想，整理考虑，综合寻优系统工程导论12清华大学本科限选课程都江堰水利工程都江堰水利工程岷岷江江外外江江外外江江飞飞鱼嘴鱼嘴宝宝瓶瓶口口沙沙堰堰内内江江三大工程三大工程l鱼嘴岷江分水工程鱼嘴岷江分水工程l飞沙堰分洪排沙工程飞沙堰分洪排沙工程l宝瓶口引水工程宝瓶口引水工程系统工程导论13清华大学本科限选课程都江堰水利工程都江堰水利工程三大工程三大工程l鱼嘴岷江分水工程鱼嘴岷江分水工程l飞沙堰分洪排沙工程飞沙堰分洪排沙工程l宝瓶口引水工程宝瓶口引水工程系统工程导论14清华大学本科限选课程丁渭工程丁渭工程启示启示北宋真宗时期（北宋真宗时期（998-1022年），皇城失火，宫殿被年），皇城失火，宫殿被毁。

皇帝任命丁渭负责修复皇宫。

丁渭的方案是：

毁。

皇帝任命丁渭负责修复皇宫。

丁渭的方案是：

1、皇宫旧址前原有大街处挖一沟渠，挖沟的土烧、皇宫旧址前原有大街处挖一沟渠，挖沟的土烧砖，解决部分建筑材料问题。

砖，解决部分建筑材料问题。

2、开封附近的汴水引入沟内，形成航道，从外地、开封附近的汴水引入沟内，形成航道，从外地运输沙石木料。

运输沙石木料。

3、皇宫修好后，把沟水排掉，用建筑垃圾、废弃、皇宫修好后，把沟水排掉，用建筑垃圾、废弃杂物填入沟中，恢复原来大街。

杂物填入沟中，恢复原来大街。

皇宫修复全过程看成一个系统，并划分为若干并行皇宫修复全过程看成一个系统，并划分为若干并行和交叉作业的子系统。

蕴含了和交叉作业的子系统。

蕴含了“系统工程系统工程”思想。

思想。

系统工程导论15清华大学本科限选课程第二阶段：

突然崛起第二阶段：

突然崛起大体上形成于上世纪大体上形成于上世纪50、60年代年代经典成功案例（美国）经典成功案例（美国）阿波罗登月计划阿波罗登月计划北极星导弹核潜艇计划北极星导弹核潜艇计划计算机计算机客观需求客观需求关键原因关键原因系统工程导论16清华大学本科限选课程阿波罗登月计划工程涉及三百多万个部件、两阿波罗登月计划工程涉及三百多万个部件、两万多个企业、万多个企业、120个大学和研究机构，耗资个大学和研究机构，耗资244亿美亿美元，持续元，持续11年。

整个工程在计划进度、质量检验、年。

整个工程在计划进度、质量检验、可靠性评价和管理过程等方面都采用了系统工程方可靠性评价和管理过程等方面都采用了系统工程方法，创造了法，创造了“计划评审技术计划评审技术（PERT）”和和“图解评审技图解评审技术术（GERT）”，实现了时间进度、质量技术与经费管，实现了时间进度、质量技术与经费管理三者的统一，如期完成总体目标。

理三者的统一，如期完成总体目标。

阿波罗登月计划阿波罗登月计划系统工程导论17清华大学本科限选课程阿波罗登月计划阿波罗登月计划系统工程导论18清华大学本科限选课程问题明确、规模巨大、递阶结构问题明确、规模巨大、递阶结构第三阶段：

迅速扩张第三阶段：

迅速扩张经典案例的特点经典案例的特点大系统大系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统子系统非常适合处理这类问题非常适合处理这类问题系统工程导论19清华大学本科限选课程发展一般性的处理大系统问题的方法发展一般性的处理大系统问题的方法基本方法：

基本方法：

分解协调分解协调大系统大系统子系统子系统子系统子系统子系统状态变量子系统状态变量大系统协调变量大系统协调变量各子系统求解过程受协调变量影响，各子系统求解过程受协调变量影响，大系统调节协调变量实现自己目标。

大系统调节协调变量实现自己目标。

缺点：

缺点：

针对特殊结构有效，很难成为一般性方法！

针对特殊结构有效，很难成为一般性方法！

系统工程导论20清华大学本科限选课程系统中包括有主观意志的人系统中包括有主观意志的人用大系统方法处理社会经济问题时遇到用大系统方法处理社会经济问题时遇到新问题：

新问题：

基本手段：

基本手段：

在一些合理的假设下建立社会经济系在一些合理的假设下建立社会经济系统，包括人的行为方式在内的数学模型，统，包括人的行为方式在内的数学模型，一旦建立了这种模型，就可以直接应用处一旦建立了这种模型，就可以直接应用处理工程系统的方法，甚至发展决策支持系理工程系统的方法，甚至发展决策支持系统代替人做决策。

统代替人做决策。

局限性：

局限性：

假设合理与模型实用存在严重矛盾！

假设合理与模型实用存在严重矛盾！

系统工程导论21清华大学本科限选课程80年代年代掀起高潮掀起高潮广泛用于制定社会经济发展规划广泛用于制定社会经济发展规划上世纪上世纪50、60年代开始年代开始国防科研机构和大规模项目广泛应用国防科研机构和大规模项目广泛应用中国的发展中国的发展运筹学理论方法和应用研究运筹学理论方法和应用研究本质上是用集中控制方法处理社会经济问题！

本质上是用集中控制方法处理社会经济问题！

系统工程导论22清华大学本科限选课程载人航天是一项庞大的系统工程，包括：

载人飞载人航天是一项庞大的系统工程，包括：

载人飞船、运载火箭、航天员、测控通信网、发射场、着陆船、运载火箭、航天员、测控通信网、发射场、着陆场以及有效载荷等场以及有效载荷等7个分系统。

个分系统。

其中火箭又包含：

箭体结构、动力装置、控制、其中火箭又包含：

箭体结构、动力装置、控制、推进剂利用、故障检测处理、逃逸救生、遥测、外测推进剂利用、故障检测处理、逃逸救生、遥测、外测安全、地面设备和附加系统共安全、地面设备和附加系统共10个分系统。

个分系统。

载人航天载人航天11年（截止年（截止2019年）耗资年）耗资180亿元，亿元，“神五神五”一次发射耗资一次发射耗资10亿元。

亿元。

载人航天是中国航天史上的第载人航天是中国航天史上的第2个里程碑。

个里程碑。

中国的成功范例中国的成功范例载人航天工程载人航天工程系统工程导论23清华大学本科限选课程第四阶段：

返璞归真第四阶段：

返璞归真根本原因根本原因上世纪上世纪90年代以来年代以来系统工程的名称提的越来越少系统工程的名称提的越来越少系统工程的方法用的越来越多系统工程的方法用的越来越多信息处理能力和计算能力迅速发展信息处理能力和计算能力迅速发展导致定量处理问题的能力不断增强导致定量处理问题的能力不断增强交通、地理、制造、金融、服务、交通、地理、制造、金融、服务、系统工程导论24清华大学本科限选课程1.2基本概念1.2.1系统思想的演变系统思想的演变古希腊哲学家赫拉克利特：

世界是包括一切的整体。

古希腊哲学家赫拉克利特：

世界是包括一切的整体。

论自然界论自然界古希腊哲学家德谟克里特提出宇宙大系统的理念，认为古希腊哲学家德谟克里特提出宇宙大系统的理念，认为原子组成万物，形成不同系统层次的世界。

这是原子组成万物，形成不同系统层次的世界。

这是“系统系统”一次的最早出处。

一次的最早出处。

宇宙大系统宇宙大系统系统工程导论25清华大学本科限选课程中国春秋时期老子：

中国春秋时期老子：

“道生一、一生二、二生三、三生道生一、一生二、二生三、三生万物万物”中国西周时期：

用阴阳二气的矛盾来解释自然现象，产中国西周时期：

用阴阳二气的矛盾来解释自然现象，产生了生了“五行观念五行观念”，认为金、木、水、火、土是构成世，认为金、木、水、火、土是构成世界大系统的五种基本物质要