系统工程学概览课件.ppt

系统科学的产生 系统科学包括： 系统工程与运筹学 系统 由相互联系、相互制约的若干部分结合在一起组成的具有特定功能的整体。 系统工程 系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术的总称。 并不是指通常土木、水利、建筑等这一类具体 的工程，是一个广义的概念。 系统工程的实例： 北宋皇宫重建 系统工程与运筹学 运筹学 关于决策的科学，系统工程的基础理论与数学工具 “以君之下驷为彼上驷” 系统工程与运筹学的产生 现代生产力的必然产物 第一次世界大战期间 英国数学家,工程师兰切斯特(F.W.Lanchester)对空战进行过 数学分析,给出了作战格局的简化数学模型 发明家爱迪生用博弈方法设计了商船回避潜艇攻击的最优航行 方法 美国教授莫尔斯(P.M.Morse)研究过护航队的损失模型 美国生理学教授希尔(A.V.Hill)研究过高射炮的实效问题,并领导 了英国国防部的防空实验小组 第二次世界大战期间 战争初期盟国在军事上处于劣势, 为了对付德国的军事优势不得 不采取一套科学的对策方法, 系统工程与运筹学应运而生. 根据系统工程的基本思想,要从整体出发来考虑敌我双方现有的 和后备的人员情况,使得雷达系统、防空系统、后勤系统、护航系统 、军事指挥系统统一协调起来以达到最高效率，取得战争胜利。 战争初期英国研究了雷达系统与其它防空部门的协同作战问题， 战斗机编队对付轰炸机编队的控制技术等。 1942年英国在反对德国的潜水艇作战中，由于研究了深水炸弹最 优起爆深度，使得击沉率提高4－7平倍。 系统工程与运筹学诞生的标志 在总结战争期间的研究成果与实践经验的基础上，1946年美国的Morse和Kimball在内部发表了保密文献，1950年才公开出版《运筹学方法》(Methods of operations reserach) 1957年H.Goode 与R.E.Machol出版了《系统工程学》(Systems engineering) 近代系统工程实例 阿波罗登月计划 参加人员约42万，120所大学实验室，耗资240亿美元，1969年实现登月。在这个高科技系统下面，有众多的分系统，如：飞船系统、通讯系统和测试系统等等。这些分系统下面又包含无数小系统。实现总体最优。 三峡工程 1993年开始施工准备，历经10年，涉及防洪、发电、航运、移民安置、生态环境、国防安全、区域经济发展等各个方面。 系统工程在我国的发展 1955年，计划经济的需要，引进系统工程、运筹学 1956年中科院力学所建立了我国第一个运筹学研究组 1960年中科院力学所与数学所成立数学与运筹学研究所 1962年钱学森开始倡导系统工程思想 1965－1975华罗庚在我国大力推广“统筹法”，“优选法”。 文化大革命期间几乎停顿 1977年正式将系统工程列入国家重点研究项目 系统工程的基本概念与特点 钱学森曾经引用恩格斯的一句话“一个伟大的基本思想即认为世界不是一成不变的事物的集合体，而是过程的集合体”。 贝塔朗菲认为“系统是处于一定联系中的与环境发生关系的各组成部分的整体”。 一些主要特点： 全局性，关联性，择优性，综合性，实践性 系统工程方法 系统工程方法示意框图 运筹学研究的主要问题 分配问题 对抗问题 排队问题 库存问题 更新问题 顺序问题 路径问题 搜索问题 运筹学研究的主要问题 分配问题 对有限的资源、人员、设备、时间等因素构成的系统，为了最有效地实现某种目标或任务，如何统筹规划，以最优的方式对有关因素加以安排或分配，使得耗费最小，效益最大而风险最小。相关的运筹学分支包括线性规划、非线性规划与动态规划，通称规划论。 满足约束条件式(1), (2)的解称为可行解，一个可行解使目标函数J达到极值时，则称为最优解。规划问题就是在一组约束条件下求目标函数的极值问题。 一个简单例子 某纺织厂用棉、毛、人造纤维作原料，生产甲乙两种布。甲种布每米产值5元，乙种布每米产值7元，生产每种布所需原料： 甲种布（米）：棉0.4斤，毛0.3斤，人造纤维0.18斤 乙种布（米）：棉0.1斤，毛0.9斤，人造纤维0.15斤 问题是现有100斤棉，270斤毛，人造纤维660斤，该厂如何安排生产，产值最大？ 运筹学研究的主要问题 对抗