工業工程概論第1章工業工程概念與意識2第2章工業工程發展與應用2第3章工業工程學科組成2第4章IE與運籌學OS2第5章IE與系統工程學SE2第1頁第5章IE與系統工程5.1系統概念5.2系統科學體系5.3系統工程內涵5.4系統工程方法5.6系統工程應用第2頁5.1系統概念5.1.1古代系統思想5.1.3系統定義5.1.2系統分類第3頁5.1.1古代系統思想

圖1伏羲古太極圖

伏羲古太極圖蘊涵了古代中國人系統思想（見圖1-1）。《易經》試圖用陰陽五行八卦論來說明統一世界，或把五行（金木水火土）作為組成萬物基本要素，或把八卦（從自然界中找出8種事物：天地雷風水火山澤）看作萬物之源。戰國時子思、孟子提出了“天人合一”思想。這些學說都把宇宙看作一個整體。古希臘思想家亞里士多德提出了著名論點“整體大于它各部分總和”。圖1伏羲古太極圖第4頁5.1.2系統定義1994年我國《系統科學大辭典》系統（System）定義：

系統是由相互聯絡、相互作用要素組成，含有一定結構和功效有機整體。1986至1998年汪應洛院士給出系統定義是：系統是含有特定功效、相互間含有有機聯絡許多要素組成一個整體。組成一個系統必須具備三個條件：①系統由兩個以上要素組成；②要素之間存在著相互聯絡、相互作用（interaction）；③系統含有不一樣于各個組成要素整體功效。第5頁5.1.2系統定義系統包含了以下6個基本概念：圖4（1）要素。又稱元素。是系統組成部分，又稱為子系統。（2）結構。系統各個要素相對穩定相互聯絡、相互作用方式（3）功效。系統整體在內部與外部聯絡中表現作用和能力（4）邊界。系統所包含要素界限，結構表明須有確定邊界（5）環境。存在于系統外與系統發生作用各種原因總體。功效表明系統需要與環境發生關系。（6）輸入。經過邊界進入到系統事物。輸出。經過邊界進入到環境事物。第6頁圖4系統概念

（1）ElementsComponentsSubsystem（2）Structure（3）Function（4）Boundary（5）environment（6）Input/Output邊界要素聯絡系統環境輸出輸入圖4系統概念功效：轉換結構第7頁5.1.3系統分類系統形態分類如表1所表示。復合系統（Compoundsystems）是指幾個類型系統相互重合和嵌套所組成系統。大多數系統是自然系統與人工系統復合系統。在多數情況下物質系統和概念系統是結合。生產系統現有物質系統（設備），也有概念系統（知識）。第8頁表1系統分類

劃分依據系統類型實例系統起源自然系統Naturalsystems海洋系統，天體系統，生物系統人工系統Artificialsystems工程系統，社會系統，管理系統要素性質物質系統Physicalsystems礦藏系統，生物系統，技術系統概念系統Conceptualsystems法律系統，文學系統，藝術系統要素數量簡單系統Simplesystems原子系統，簡單工具復雜系統Complexsystems生命系統，生產系統，社會系統與時間關系動態系統Dynamicsystems氣象系統，生物系統，生產系統靜態系統Staticsystems建筑物，地圖與外界作用孤立系統Islandsystems宇宙飛船密封倉封閉系統Closedsystems外加磁/電場中磁/電介質系統開放系統Opensystems生命系統，經濟系統，社會系統認識論黑色系統Blacksystems銀河系外遙遠星座，待設計產品白色系統Whiteningsystems可拆卸機器，已處理問題灰色系統Greysystems農業系統，人體系統第9頁1.1系統基本概念1.1.1系統定義與分類1.1.2系統科學與系統工程1.1.3人工系統分類★第10頁5.2系統科學體系系統科學（Systemscience）它是以系統為研究和應用對象一個科學技術門類。它是當代科學技術體系中一大門類。中國著名科學家錢學森于20世紀70年代末提出了系統科學體系三個層次結構，如圖5所表示。①工程技術層次是直接優化客觀世界知識。②技術科學層次是指導工程技術理論。③基礎科學層次是研究系統基本屬性與普通規律學科。系統科學通向哲學橋梁是系統論。第11頁圖5系統科學體系

圖5系統科學體系系統學運籌學控制論系統工程自動化技術信息論通信技術←技術科學←工程技術←基礎科學系統科學第12頁5.3系統工程內涵當代IE與系統工程功效十分相同，國外有大學把IE系更名為I&SE(工業與系統工程)，但二者也是有區分。系統工程（Systemengineering）中系統與工程都有其特殊含義。

系統是只包含屬于人工系統及復合系統這類性質系統，不包含自然系統。

工程是指造物學問，是“工程學”簡稱。不是指造物工作過程。1971年日本寺野壽郎認為

系統工程學就是使從無到有創造過程合理化科學。1975年美國科學技術辭典定義是：

系統工程是研究彼此親密聯絡許多要素所組成復雜系統設計科學。1994年我國《系統科學大辭典》定義是：系統工程是—門統籌全局綜合協調研究系統科學技術，是系統開發、設計、實施和利用工程技術。第13頁5.3系統工程內涵錢學森指出：“系統工程是組織管理系統規劃、研究、設計、制造和使用科學方法，是一個對全部系統都含有普遍意義科學方法。”

系統工程依據總體協調需要，綜合應用自然科學和社會科學中相關思想、理論和方法，利用電子計算機作為工具，對系統結構、要素、信息和反饋等進行分析、綜合、模擬、最優化，以到達最優規劃、最優設計、最優管理和最優控制目標。

系統工程原理和方法，適合用于一切系統(包含物質和非物質)，如自然系統、社會經濟系統、經營管理系統……，而不限于某種特定工程物質對象。

系統工程作為最通用工程技術，為當代工業工程及管理工程、制造工程等提供了主要方法論和基本方法。第14頁5.3系統工程內涵系統工程研究對象主要是復雜人工系統。系統工程作為一個科學方法，最初是在20世紀40年代由美國貝爾電話企業在設計電話通訊網絡時提出。系統工程作為一個工程技術，主要包含兩大技術:

系統分析是對已經有系統用系統方法進行定量分析以幫助進行有效決議。

系統設計是設計出能滿足預定目標要求新系統。第15頁例“阿波羅”載人登月系統工程經典利用是美國阿波羅工程（Apolloproject）。工程開始于1961年5月，至1972年12月第6次成功登月結束，歷時，耗資255億美元，僅科研課題就有5萬多項。在項目高峰期，參加研制有2萬多家企業、200多所大學和80多個科研機構，總人數超出30萬人，使用大型計算機600臺。共發射了17枚飛船。阿波羅飛船全部構件達300多萬個。如此龐大而復雜系統，假如有一個步驟發生故障或延時完成，都會使登月飛船無法按期發射。正是因為采取了系統工程方法，才順利完成了計劃。它是復雜系統工程光芒典范。第16頁圖6人類首次登上月球

阿波羅在進行了6次不載人試驗和4次載人試驗之后，1969年7月20日，“阿波羅11號”宇宙飛船把兩名美國宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林送上了遙遠月球，使“嫦娥奔月”神話成為現實。人類第一次在另外星球上留下了足跡。兩名宇航員在月球上漫游了2小時31分鐘，拍攝了月球景色、裝置了科學儀器、采集了月球巖石和土壤標本，安全返回地面。圖6人類首次登上月球阿波羅11號飛船航天員(1969.7.21)第17頁5.4系統工程方法5.4.1霍爾三維結構5.4.2工業工程方法論體系5.4.3系統方法特點5.4.4系統方法類型系統分解系統分析系統綜合系統評價系統設計第18頁5.4.1霍爾三維結構

圖7美國通信工程師、系統工程教授霍爾（A.D.Hall）1969年提出了“霍爾三維結構”。已成為廣泛采取方法論。時間維。系統工程活動從開始到結束按時間次序排列全過程，7個階段。邏輯維。時間維每一個階段內所要進行工作內容和應該遵照思維程序，7個步驟。知識維。為完成這些階段和步驟所需要各種專業知識和技能。圖7霍爾三維結構圖時間知識邏輯明確問題確定目標系統綜合系統分析優化實施規劃確定方案更新研制生產安裝階段藝術社會科學管理法律商業建筑醫學工程…決議運行步驟知識和技能第19頁5.4.2工業工程方法論體系

IE專門技術與系統工程方法相結合當代IE標志之一。在IE研究與應用中，要充分認識其方法論意義和系統工程在整個IE方法與技術體系中支配地位。參考系統工程中霍爾三維結構，可將IE方法論形式體系歸結為圖8。圖8工業工程方法論體系系統工程計算機技術工業工程專門技術管理科學社會及人文科學應用數學工程技術系統診療與分析系統規劃與設計系統實施與運行系統評價和改進工作階段知識方法

問題說明邏輯步驟┇目標探索方案綜合分析權衡評價抉擇第20頁5.4.3系統方法特點系統方法(systemmethod)，就是按照事物本身系統性，把研究對象放在系統形式中加以考查、認識和處理一個方法。即從系統觀點出發，著眼于系統與要素、要素與要素、系統與環境之間相互聯絡和相互作用關系中，綜合地、準確地考查系統，以掌握系統本質與運動規律和到達滿意地處理問題一個方法。第21頁5.4.3系統方法特點與傳統方法相比，系統方法有以下特點：(1)整體性。系統方法尤其強調對事物整體性研究。(2)綜合與分析辯證統一。系統方法采取綜合→分析→綜合模式，把綜合與分析經過反饋耦合成雙向性思維。(3)優化。確定系統優化目標，使系統結構合理、內外協調，到達整體優化目標。(4)定性研究與定量研究有機結合。系統方法不但能夠定性地揭示系統屬性和機制，而且能夠借助當代數學和計算機定量地描述系統運動狀態和規律。第22頁5.4.4系統方法類型依據系統工程原理，就系統設計過程而言，系統方法包含：系統分解系統分析系統綜合系統評價如圖9所表示下面介紹這4種方法

★圖9系統設計過程系統綜合Y設計結果系統分析系統要求系統評價滿意?N系統分解第23頁5.4.4.1系統分解（1）系統分解(Systemsdecompose)定義系統分解是把系統整體分成多個部分過程。即，把復雜系統分解為若干個相互聯絡、相對比較簡單子系統，各子系統還可再分解為更小子系統，依次逐層分解，直至能進行適宜分析和設計為止。這是系統設計首要方法。

第24頁5.4.4.3系統分析

系統分析(Systemsanalysis)(1)系統分析定義。系統分析是從系統整體效益出發，采取建模、優化、仿真和評價等方法，對系統特定問題進行定性和定量分析，為選擇最優或滿意系統方案提供決議依據一個決議方法。系統分析目標是幫助決議。它不一樣于普通技術經濟分析，它不但要分析系統本身技術經濟方面相關問題，還要分析內、外系統之間及系統內部各子系統之間聯絡原因。因為系統中存在著許多矛盾和不確定原因，所以沒有一個通用系統分析方法。分析對象和目標不一樣，所用分析方法也不一樣。廣義上把系統分析等同于系統工程。？√√n螺旋傳動s第25頁5.4.4.3系統分析

（2）系統分析普通步驟：①明確系統目標、要求和目標。②搜集資料，確定方案。③建立系統模型。④進行優化計算或仿真試驗。把計算、試驗、分析結果同預定目標進行比較和評價。⑤給出推薦方案。把少數很好可行方案整理成完整綜合資料，作為決議者選擇最優或滿意系統方案主要依據。（3）系統分析基本要素：問題，目標或目標，方案，模型，評價和決議者。（4）系統分析特點：問題導向，以整體為目標，多方案模型分析和選優，定量分析與定性分析相結合，需屢次重復進行。

第26頁5.4.4.3系統綜合系統綜合(Systemssyntheses)系統綜合是不停將分解各個要素和它們相互關系加以綜合，形成一個對應小系統，再將各個小系統逐階綜合成為—個大系統過程。系統綜合不是將已經分解了要素按原來聯絡機械地重新拼接起來，使之復原成原來整體系統，而是依據系統分解得到各要素之間、要素與系統之間、系統與環境之間聯絡特征，在總目標支配下，尋求各要素之間新優化結構，重新把各種要素組織起來，創演出更適應于目標要求新系統整體。所以說系統綜合是一個復雜創新過程。系統綜合常是系統分析逆過程，二者互為因果，對立統一。？√√nX傳動s第27頁5.4.4.4系統評價系統評價(Systemsevaluation)對新設計系統或改進系統，依據預定目標要求，用系統分析方法，從技術、經濟、社會、生態等方面對系統設計各種方案進行評審和選擇，以確定最優或次優或滿意系統方案。系統評價分為：事前評價、中間評價、事后評價和跟蹤評價。對于不一樣系統，其評價項目、評價標準和評價方法也不盡相同。評價對象價值與評價人員主觀原因(經驗及其評價角度)相關，所以系統不存在絕正確價值。使用計算機評價程序，使系統評價速度加緊，結果愈加全方面、正確、可靠。

最優滿意第28頁5.4.4.4系統評價評價是IE基本功效之一。IE活動中充滿著對方案選擇，隨時隨地都需要系統評價方法支持。系統評價：是對新開發或改建系統，依據預定系統目標，從技術、經濟、社會等多方面對各種非劣系統方案進行評審和選擇，以確定滿意行動方案過程。系統評價應考慮基本問題：評價主體、評價對象、評價目標、評價時間、評價地點。有代表性系統評價方法：⒈費用－效益分析法⒉數據包絡分析法⒊含糊綜合評定法⒋層次分析法⒌關聯矩陣法⒍評分法第29頁5.4.4.5系統設計（1）系統設計概念與類型系統設計：是在系統分析基礎上，按照系統思想和優化要求，綜合利用各相關學科知識、技術和經驗，經過總體研究和詳細設計等步驟，落實到詳細工作或項目上，以創造出滿足設計目標人造系統。在系統開發過程或整個系統生命周期中，系統分析著重回答“干什么”問題，

系統設計主要處理“怎么干”問題。系統設計在IE實踐中廣泛應用，普通分為：工作系統設計(如生產系統、組織系統)信息系統設計(如MIS、DSS)

工程系統設計(如機