《系统工程理论》课件

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1、第二讲系统工程理论李刚西安交通大学管理学院第二讲:系统工程理论第一节：系统工程的理论基础第二节：系统工程理论的新发展系统工程的理论基础一、控制论1、控制论的产生与发展1947年由美国人维纳（NorbertWiener）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。”系统工程的理论基础控制论的发展已大致经历了三个时期。从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

2、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。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。系统工程的理论基础进入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。系统工程的理论基础控制论的基本概念控制系统由施控器、受控器和控制

3、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，称为控制系统输入偏差控制输出反馈施控器受控器检测器比较器环境闭环控制系统框图系统工程的理论基础系统稳定性负反馈正反馈系统的结构层次性相对性较高层次具有较高的复杂性。系统与要素是相对于系统的等级和层次而言的。一般说来，高一级的结构层次对低一级的结构层次有着制约性，而低一级结构又是高一级结构的基础，低一级结构层次反作用于高一级结构层次，它们之间的关系是辨证的。系统工程的理

4、论基础各层次都有其最佳规模结构稳定性结构开放性和动态性系统工程的理论基础控制论对系统工程方法论的启示黑箱—灰箱—白箱法黑箱永远有，白箱永不白功能模拟法形式化、数量化、最优化方法系统工程的理论基础控制论对系统工程方法论的启示功能模拟法功能模拟方法，就是以功能和行为的相似性为基础，用模型模仿原型的功能和行为的一种方法。电子计算机的创造就是功能模拟法应用成功的一个例子，早期的计算机就是从模拟人的计算功能开始的，但这种模型在外形和结构上与原型已很不一样。系统工程的理论基础控制理论分支与系统研究各方面的对应关系控制论分支与系统工程研究的分类表结构方面行为方

5、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系统工程的理论基础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系统工程的理论基础信息申农将信息

6、定义为“两次不定性之差”，即“不定性的减少的量”。从通讯角度看，信息是数据、信号等构成的消息所载有的内容。消息是信息的“外壳”，信息是消息的“内核’。在同样一条消息中，对不同的人来讲，可能信息量很大，也可能信息量很小，甚至为零。从实用角度看，信息是指能为人们所认识和利用的，但事先又不知道的消息、情况等。也就是说信息对于收信者来说，应该是有用的和未知的东西。维纳则认为：信息不是物质也不是能量，在信息与物质、能量之间划了一条界限；信息是控制系统进行调节活动时，与外界相互作用、相互交换的内容；信息是系统的组织性的量度。系统工程的理论基础信息的特点信息源

7、于运动信息可以被感知、处理和利用信息具有知识秉性，能消除不确定性信息依赖于物质并在物质上传递、存储，但有不同于物质信息的使用价值具有相对性信息具有时效性信息不守恒系统工程的理论基础信息论的启示信息论研究运用了类比方法和统计方法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、抽象出了信息论模型针对信息的随机性特点，运用了统计数学（概率论与随机过程）解决了信息量问题。并扩展了信息概念，壮大了语义信息、有效信息、主观信息、相对信息、模糊信息等方面的内容系统工程的理论基础系统工程的理论基础信息论的启示

8、运用信息的方法处理问题把系统题有目的的运动抽象为一个信息交换过程信息输入信息存储信息处理信息输出信息反馈系统工程的理论基础表现形式变化过