交通与汽车工程学院系统工程讲义

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1、西华大学——系统工程讲义交通与汽车工程学院系统工程讲义第1章系统与系统工程§1.1系统§1.1.1系统的定义系统是由相互联系、相互作用的诸多要素组成的具有一定功能的有机整体。对系统的理解：(1)系统是由两个以上的要素组成的整体。(2)系统的诸要素之间、要素与整体之间、以及整体与环境之间存在有机联系。(3)系统要素之间的联系与作用必产生一定的功能。系统与要素的关系(1)系统通过整体作用支配和控制要素（例：综合运输系统对各子系统的支配和控制）(2)要素通过相互作用决定系统的特性和功能（例：金刚石和石墨都是由碳元素组成，但其物理特性和功能却不同）(3)系统与要素的概念是相对的

2、（例：综合运输系统的构成）§1.1.2系统的一般属性(1)整体性（例：三个臭裨将等于一个诸葛亮）(2)关联性（例：世界上任何两个人通过若干次联系都能认识）(3)环境适应性（例：达尔文的“进化论”）§1.1.3系统思想的产生与发展一．朴素的系统思想及其初步实践阶段1.世界：·古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特曾提出“宇宙大系统”的概念，并最早使用“系统”一词。·辨证法奠基人之一的赫拉克利特认为“世界是包括一切的整体”。·亚里士多德的名言——“整体大于部分的总和”，是系统论的基本原则之一。2.中国：·西周时代，出现了世界构成的“五行说”(金、木、水、火、土)。·春秋战国时代的

3、军事家孙武，在他的《孙子兵法》中，阐明了打仗要把道(义)、天(时)、地(利)、将(才)、法(治)等五个要素结合起来考虑。·秦汉之际成书的医学典籍《内经》，把自然界和人体看成由金、木、水、火、土五种要素相生相克、相互制约而形成的有秩序、有组织的整体。3.四川——都江堰水利工程·都江堰于公元前256年由蜀郡太守李冰父子组织建造，至今仍发挥着重要作用。该工程由鱼嘴(岷江分流)、飞沙堰(分洪排砂)和宝瓶口(引水)等三大设施组成，整个工程具有总体目标最优化、选址最优和自动分级排沙、利用地形并自动调节水量、就地取材及经济方便等特点。二.科学系统思想的形成1.15世纪下半叶以后·第7

4、0页共70页西华大学——系统工程讲义力学、天文学、物理学、化学、生物学等相继从哲学的统一体中分离出来，形成了自然科学。从此，古代朴素的唯物主义哲学思想就逐步让位于形而上学的思想。这时的系统思想具有“只见树木”和具体化的特点。2.19世纪·自然科学取得了巨大成就，尤其是能量转化、细胞学说、进化论这三大发现，使人类对自然过程相互联系的认识有了质的飞跃，为辩证唯物主义的科学系统观奠定了物质基础。这个阶段的系统思想具有“先见森林、后见树木”的特点。§1.1.4系统理论的产生与发展一．20世纪40年代的“老三论”1.一般系统论奥地利生物学家贝塔朗菲于1947年提出，其主要观点是:

5、(1)系统观点一切有机体都是一个整体(系统)，这个整体是由部分结合而成的，其特性和功能不只是各部分特性和功能的简单相加。(2)动态观点一切有机体本身都处于积极的运动状态，并与环境不断地进行物质、能量的交换，以使有机体能够有组织地处于活动状态，并保持其有活力的生命运动。(3)等级观点各种有机体都按严格的等级组织起来，并通过各层次逐级的组合.形成越来越高级、趁来越庞大的系统。2.控制论美国数学家维纳在总结前人经验的基础上，于1948年创立，其主要内容为:(1)最优控制理论是现代技术的核心。这一理论是通过数学的方法，科学、有效地解决大系统的设计和控制问题的，并强调采用动态的控

6、制方式和方法，以满足各种输入和多种输出系统的控制要求，实现系统的最优化。(2)自适应、自学习和自组织系统理论自适应系统是能够按照外界条件的变化，自动调整其自身结构或行为参数，以保持系统原有的功能的系统。自学习系统是能够按照自己运行过程中的经验来改进控制系统的能力的系统，是自适应系统的延伸和发展。自组织系统是能够根据环境的变化和运行经验来改变自身结构和行为参数的系统。(3)模糊理论是在模糊数学的基础上形成的一种理论。在现实问题中，存在着大量的不够明确的信息和含糊不清的概念，很难用确定的数学模型来描述，因此，就必须借助于模糊数学来解释这一类问题。(4)大系统理论是现代控制论

7、的一个新的研究领域。它是以规模庞大、结构复杂、目标多样、功能综合、因素繁多的各种大系统作为研究的对象。其研究的主要问题是大系统分析及大系统优化。3.信息论信息论于20世纪40年代末由美国的数学家申农和维纳创立。第70页共70页西华大学——系统工程讲义信息论是研究信息传输和信息处理系统的一般规律的学科、其基本思想是完全撇开系统物质与能量的具体运动形态，而把系统的有目的的运动抽象为一个信息变换的过程，来探求信息的一般特征、传进规律和原理。二．20世纪70年代的“新三论”1.耗散结构理论耗散结构理论是20世纪70年代由比利时物理学家普利高津提出