系统工程 概述.doc

上篇系统工程 概述 绪 论 “煤矿开采技术”专业是煤矿主体专业，也是一个技术管理型专业，有些专业技术和管理密不可分，如井巷施工技术、采煤工艺设计等。学生毕业后所从事的技术工作，大部分都寓于管理过程中。因此，管理和决策就成为采矿工程师日常技术活动的重要组成。管理依赖于决策，决策是为了管理，决策必须依赖于科学的方法，系统工程便是进行科学决策的基础。系统工程的发展促进了决策水平的提高，从而使得人们对事物的管理更加有效。管理的发展、技术的进步，使得人们需要探讨更加科学、更加系统的方法进行决策，系统工程便成为探讨新的科学决策方法的基本指导思想。管理、决策与系统工程之间相互促进、相互影响，共同促进了采矿技术的进步和发展。 1．管理 近百年来，在管理理论或学说的演进过程中，存在着一种颇为引人注目的倾向，即管理的理论越来越有利于实行决策方法科学化与决策控制有效化。目前国际上关于管理的理论和学派众说纷纭，莫衷一是，在此仅择其与构成决策观念紧密相关的几个问题扼要予以说明。 1管理的含义管理的含义有广、狭之分，且因时代不同、观点不同而有不同的解释。 就广义而言，管理是指导人类达成目标的一种有意识的行为。 就功能而言，有几个不同的学派 1“五功能学派”认为管理就是组织人力，运用计划、组织、调节、监督、控制的功能，充分发挥资源和技术的作用，以达到预期的目标。①“计划功能”是管理的基本功能，其任务是在分管范围内，安排一个严密、完整的关系体系，以保证劳动时间和资源的优化分配。②“组织功能”是保证系统各种因素都赋有特定的明确目标，并保持系统内部过程发展的平衡。③“调节功能”是保证系统按照计划发展，消除计划脱节现象，并保证关系体系之间有最适宜的相互关系。④“监督功能”是监视系统的发展过程，发现实际情况与预定计划间的“偏差”及其形成原因。⑤“控制功能”是搜集被管理系统动态过程的信息，与系统的总目标加以比较，然后采取相应的校正措施。狭义的控制有时被称做考核，其大意是通过对系统经营结果进行核算，从数量和质量上评价执行计划的结果，并随时或者在下一生产周期予以校正、 2“四功能学派”认为管理应归纳为计划、组织、指导和控制四项功能；“三功能学派”则认为管理可简化为计划、组织与控制三项功能；“二功能学派”则主张把管理归结为计划与控制两项功能。无论怎样划分，只是功能含义的广、狭之异而已。 管理的五功能解释，有利于对问题研究的细化与深入，应用较广。 自从出现了管理信息系统与自动化管理系统，管理的含义又有了新的内容，即管理就是一种按反馈回路而进行的情报处理系统。 2管理的实质管理是社会化大生产的客观要求和直接产物。马克思在资本论中对管理做了如下定义“管理是一种生产劳动，是每一种结合在生产方式中必须进行的劳动。”这就是说，管理之所以必要，是因为由共同劳动决定。凡是有许多人在一起相互配合、共同劳动，就必须要有管理工作，其职责就是尽可能地使每一个人都能对集体的目标做出最好的贡献。所以，要管理，一定存在一个集体。另外，还需要有该集体的共同目标。当这种共同劳动的分工越细致，规模越大，技术越复杂时，管理就显得越重要。这说明了管理是面向集体、面向共同劳动的，这是一个最重要的特征。 随着管理工作的发展和深入，许多人从不同的角度对管理下过定义。其中，美国管理学家孔茨H．Koontz的表述最具代表性“管理就是创造和保持一种环境，使置身于其中的人们能在集体中一道工作以完成预定的使命和目标。”其他学者又在这一定义的基础上做了进一步的发展和完善。归纳这些定义得出，管理有如下五方面的要点。 1）管理的重要特征面向集体。这个集体可以大至国家、军队，也可以小至企业、学校和某一个具体的组织机构。 2）管理的重要任务创造和保持一种环境。对于企业，从一开始就是要通过规划和设计来创造一种环境，然后则是如何保持这种环境。当然，这种保持也不是静态的，而是具有再创造的性质，只有这样才能始终使这个组织处于良好的状态。具体来说，就是要通过各项管理职能，将各种管理要素有机地结合起来，发挥各自的作用，实现组织的目标。 对于不同的组织，其管理要素各不相同，应该有所侧重和区别。对于工业企业而言，其基本的管理要素包括人Men、资金Money、机器设备Machines、物资Materials、市场Market、方法s和工作精神Morale。管理的任务就在于通过计划Planning、组织Organizing、用人Staffing、领导Leading、控制Controlling等管理职能将上述管理要素充分地加以利用，发挥它们的综合作用。 3）管理的重要目的完成预定的使命和目标。这可以从以下几方面来剖析①无目标的活动也就无需管理的存在，要管理必须预先规定明确的奋斗目标。②目标的水平和完成程度是衡量管理水平高低的重要尺度和基本依据管理者可以根据企业内不同时期存在的不同问题，设置不同的指标，并对不同的指标设置不同的权数。同时把考核评价与奖励结合起来能起到指挥的作用，引导企业内部各单位不断地改进自己的工作。③企业既有总目标也有分目标，它们体现了内部上、下级之间的关系。在同一层次内又不是单一目标，而是需要协调的多个目标。因此，就形成了上下之间，由下至上层层保证，左右之间相互协调的多目标体系。④实现目标并非易事，存在着许多约束和限制条件。指标必须经过努力才能实现，才能起到动员作用，促进企业改进管理和克服内部的薄弱环节， 4管理的核心决策。正如有人指出的，“管理就是决策，决策贯穿于管理的全过程”。前半句话说明管理的核心就在于决策，后半句话则说明决策并非是高层领导人所独具的行为。各层次的管理人员都在不同程度上做决策，只不过在决策的范围上有大小之分，在重要性上有区别罢了。 5管理的性质两重性，即自然属性与社会属性。自然属性是社会化大生产所共有的，是属于生产力合理组织的客观要求，是与社会制度无关的。因此，这方面资本主义的先进管理经验与方法是完全可以借鉴的。社会属性是与社会制度紧密相关的，要认识两种社会制度的本质区别，结合本国的特点，充分发挥社会主义市场经济的优越性。 要认识管理既是科学，又是艺术，而且还与一个国家的民族文化传统有着千丝万缕、根深蒂固的联系。这也就是为什么要建立具有中国特色的现代化管理理论的理由。美国社会学家MK巴达威认为“管理理论是一门科学，管理的实践是一门艺术，对人进行有效的管理则是艺术的艺术，”这是对管理是科学又是艺术的很好总结。 2．决策 决策是与管理密切相连的一项活动。管理离不开决策，决策是为管理服务的；决策水平的高低将直接影响到管理的水平；同时决策也是领导者的最基本职能，管理活动中存在着一系列的决策问题。 1决策的含义 狭义的决策是指决策者针对预期目标，在一定的约束条件下，从诸多行动方案中选择一个，并付诸实施；广义的决策还应包括做出最后抉择前所进行的一切活动，也就是说，决策应该是一个过程。 从决策的含义中，可推知决策工作的特点为 1决策具有针对性。决策均是为了达到一定的预期目标，无目标即无决策，达不到目标的决策为失策。 2决策具有现实性。决策均是要付诸于实践，在实践前围绕目标而提出的各种实施方案都是决策的前奏对策。 3决策具有择优性。决策与优选的概念是并存的，无优选便无决策。 4决策具有风险性。决策应顾及到实践中将出现的各种可预测或不可预测的变化，对未来缺乏充分估计的决策是不完全的决策，更不是科学的决策。 决策的基本内容表明，决策在某种程度上是与决策者的水平紧密相连的。所以，行为科学在发展着一个专门研究决策者素质的分支效用理论。它将决策者分为三种类型①保守型对利益的反应比较迟钝，对损失的反应比较灵敏；②乐观型对损失的反应比较迟钝，对利益的反应比较灵敏；③客观型按期望值来进行决策行为科学的研究表明，同一客观事物对不同决策者产生的“效用”是不相同的、决策既然来自人的判断，也就难以避免主观臆断的影响。如何将此影响降至最低限度直至消除，就是人们在决策过程中希望解决的问题。决策科学化的观念就是在回答该问题的过程中发展起来的，这一新观念的出现经历了相当长的一段发展过程。 2决策科学化观念的发展 应该说，从人类有历史开始就有决策在这一漫长的历史阶段中人类采用了许多种协助做出决策的方法包括迷信和占卜，其中起主导作用的因素是依靠经验来进行决策。实际上，决策的发展经历了一个从经验到科学的漫长发展过程。随着科学技术的发展和决策对象的复杂化、多变化，决策越来越向科学化的方向发展。 实际上，“决策科学化”是相对“经验决策”而言的。传统的决策主要依赖于个人的经验，其决策成功与否主要取决于领导者的阅历是否丰富，知识是否渊博，智慧是否过人。所以说，传统的决策从本质上讲都是依靠人的经验，叫做“经验决策”。经验决策是与小生产方式相适应的，它不能适应社会化大生产发展的要求。 在我国古代的军事著作中很早就有关于定量化、信息化、体制化的决策概念，但把这一概念发展成一门科学的设想，一直到1806年国外才提出来。当时普鲁士军事改革家香霍斯特创建了参谋本部体制，他期望把军事决策从一种“艺术”提高为一门科学法国物理学家安培在1845年出版的一本书中，也提出应该有一门研究国家管理的科学近两百年来，人们努力改进决策的方法，使决策摆脱传统的“艺术”概念而逐步地演变成为一门科学。 军事指挥是最早采用科学决策方法的领域。历史上，有许多科学家如阿基米德、伽利略、兰切斯特、爱迪生等，都曾进行过用自然科学方法分析作战行动的努力。这些关于作战分析的早期了作酝酿着一种新的思想把自然科学、工程技术的模型方法和模拟实验方法，应用于决策定量化。第二次世界大战期间终于诞生了一门为领导机关对其指挥下的事务活动采取对策、提供定量根据的科学运筹学。 与此同时，为决策需要而建立的信息系统也获得了迅速的发展。在20世纪初期便建立了无线电通信技术的大本营指挥系统，50年代末期发展了电子计算机和数据传输网络的现代指挥控制系统。 关于决策体制方面，19世纪初，普鲁士军队创建了比较完善的参谋本部体制，标志着军事统帅的决策过程已经需要以参谋的集体智慧来支持，这是参谋一决策体制的第一个重大发展。第二次世界大战中，交战双方在先进技术的发展、布置和运用方面开展了广泛斗争，迫切需要科学家和工程师参加决策过程，当时英、美、加等国投入战术研究的科学家和工程师近千人。他们的工作对战后科学家与工程师参与决策活动，产生了深远影响。这是参谋决策体制的第二个重大发展。 1948年由美国空军创建的兰德公司以及50年代由我国国防尖端技术部门建立的系统工程总体设计机构，就是代表这一发展的两种有效形式。这两种形式连同常规式的参谋部，都是一个完善的参谋决策体制所不可缺少的部分。 兰德公司是为战略决策提供技术服务的研究机构。它研究实现最优决策的新概念、新思想、新理论和新方法，它以自身的研究成果来丰富决策机关的智慧。它的研究成果深深影响着美国战略理论、国防政策的形成和发展，被称为“思想库”。 20世纪50年代，我国着手进行国防尖端技术发展计划时，建立了一种新型的参谋机构，即系统工程的总体设计机构，它为我国人造卫星和导弹计划的成功发展做出厂重大贡献；这种总体设计机构是为战术性决策提供技术服务的。它把实现特定计划目标所需采取的一系列行动过程，作为组织结构严密的系统来规划、设计、实施和协调，确保决策系统中的每一个策略在技术、经济上是可行的，相互之间是协调的，整体上能够按照某种衡量准则以最佳方式实现计划或目标。它设计的是实现特定计划的技术途径、技术方案和目标系统的体系结构。决策机关根据这样设计的行动策略，做出抉择，付诸实施。 随着社会的进步、科技的发展，现代社会所遇到的决策情况更加不同，社会化大生产带来了社会活动的一系列根本变革，主要表现在以下三个方面 1 社会活动越来越大型化。以经济与科技领域为例，出现厂“大科学”、“大工程”、“大企业”等以大为特色的庞大系统，它们规模庞大，结构复杂，功能综合，因素众多，从而形成了形形色色的各种现代社会大系统。 2 社会活动越来越复杂化。从性质上判断，现代社会大系统具有广博性、多结构性、多分支性和综合性，其参变量之多，活动规律之复杂，输入／输出信息量之巨大是过去小生产、自然经济所无法比拟的。因此，当对之决策时，就要从战略到战术、从宏观到微观、从全局到局部、从经济价值到社会效果进行全面而复杂的论证。 3 社会活动越来越多变化。现代社会科学技术日新月异，社会化竞争日益加剧，信息瞬息万变。社会活动的这种变化，使得领导者不断面对层出不穷的新问题，这就要求他们审时度势、统观全局，于千头万绪之中找出关键所在，权衡利弊，及时做出可行、有效的决策。 以上三个方面的特点，使得决策者仅仅依赖自身的经验进行决策是不够的，它要求现代领导者必须实行以科学决策代替经验决策的转变，决策从经验上升到科学就势在必行。科学决策包括以下三个方面的内容 ① 严格实行科学决策的程序。 ② 依靠专家运用科学的决策技术和决策方法。 ③ 决策者用科学的思维方法做出决策。 毫无疑问，一个领导者要掌握科学决策，必须具有足够的科学素养，同时，科学决策也离不开领导者个人的阅历、知识、智慧和胆略，它们包含在决策者的科学素养之中，并对它们提出更高的要求。同样要说明的是，科学决策也不是万能的，它的巨大作用只是弥补了经验决策的不足，使可能产生的决策失误减少到最低程度。 3决策的分类。任何经营决策均有一定的形成过程。该过程视其所采用“依据”或“技术方法”之不同而有区别。为便于归纳，可按“目标”、“环境”与“模型”三种方式来进行分类。 1按“目标”可分为日常业务型决策、战术型决策与战略型决策。①日常业务型决策以解决一个经常性业务问题为主，如生产调度优化问题、产品成本优化问题、产品分配优化问题和订货方式优化问题等，从出现的次数与发生的频率上来看这类决策问题是大量的；由于此类决策大多具有经常性和重复性，所以它们均已形成一定的决策模型，其中大部分已被各种相应的具体管理制度程序化了。②战术型决策以解决日常经营业务活动中所出现的“偏差”问题为主，这类问题的发生多数是由于设备、资金、资源等方面的约束造成。它们既有可控制的方面，也有不可控制的方面，但是所有这类问题的决策都在企业现有经营目标下进行这类决策发生的总次数与频率都比第一类少得多，其解决办法虽有“前车之鉴”可资遵循，但没有一个普遍的程序可以套用，从而带有相当的灵活性与弹性。③战略型决策以解决企业生产经营活动中带有长远性与战略性的问题为主，大都是涉及企业全局性的问题，如企业的经营目标、新产品开发研究规划和投资决策等。这类决策问题的政策性很强，策略性也很强，而且往往难以建立其数学模型。这是企业经营决策的关键所在，只是这类决策并不需要经常进行，即出现的次数少，频率低。 2按“环境”可分为确定型决策、风险型决策和不确定型决策。①如果所面临的决策问题所依赖的未来环境的信息是明确已知的，则为确定型决策。②如果所面临的决策问题所依赖的未来环境可能有几种不确定状态，但其概率是可以预测的，则为风险型决策。③如果所面临的决策问题所依赖的未来环境难以预测，甚至连可能出现的状态和相应的后果都不知道，则为不确定型决策。 3按“模型”可分为具有结构化模型问题的决策、具有非结构化模型问题的决策和具有边际模型问题的决策。①企业决策中符合下列三项条件的为具有结构化模型问题的决策简称结构化问题的决策问题的结构能够用数学模型表示；有明确定义的一元目标函数；有能导出最佳解的方程式。这类决策问题的结构明确，问题中的各种变量和相互关系均以计量的形式来表达。如存储管理与资源约束下的生产计划安排等均属此类问题。②企业中待决策的问题缺乏上述三条之一者即为具有非结构化模型问题的决策。非结构化问题的决策复杂，变量甚多，且因各种原因而无法以计量的形式表达；例如，企业中有关发展新产品的战略决策即属此类问题。这时除要考虑利润目标外，还要考虑企业总体发展目标、用户服务和投资等③企业中决策问题虽具有多元目标，但可归结为一元目标函数从而可以构造数学模型者，属于具有边际模型问题的决策简称边际问题的决策。 可以看出，按“目标”的分类方法基本上是面向待决策问题的；按“环境”的分类方法基本上是面向决策条件的；而按“模型”的分类方法基本上是面向决策手段的。究竟应以哪种方法为主，将取决于研究问题的特征。 4决策的最优化原则。在研究工程技术的优化问题时，“最优化”的概念通常意味着计算其“极值”。而在研究决策优化问题时，往往希望按“最优化”原则来构造其数学模型。注意，最优化的决策模型往往受到一系列实际因素的限制而难以建立，所建立的决策模型也依赖于一定的假设简化条件。同时，决策模型的复杂性使得求解最优解较为困难。通常所求的“最优解”实际上是一个接近最优解的满意解。例如，管理决策多属非结构化问题 1当构造的决策模型不能恰当地反映出管理制度的结构时，所导出的最优解未必最优。对这样的决策模型，为求其最优解的近似值，须由决策者进行判断。当应用计算机时，应以人与计算机的交互作用来发现其最优解的近似值。 2在致力于构造最优模型时，不要忽视管理制度改革的影响，假如不重视企业的整体计划，就不能导出最优解。 3计算机化的决策体制对处于市场迅速变化环境中所发生新问题的反应，往往也有误时之虞。 4重要的是思想工作。像预算、生产计划、销售计划这一类决策问题的实行者是人，因此决策的优化效果与人的思想工作密切相关。 所以，决策常以“满意化”与“适用化”的原则来代替“最优化”的原则。 这里进行的讨论，并不否定计算机化与最优化原则，而是指出无论在采用哪一类的决策原则时，都要注意决策者的创造性与所做决策对环境的适应性。所以，应将最优化与适应性原则相结合，决策才能具有真正的生命力。 总之，在应用“最优化”原则对实际问题进行决策时，要注意决策问题毕竟与自然科学技术类问题不同在强调与大力发展定量化研究的同时也要重视加强定性研究的指导，实质上就是要坚持辩证唯物主义的指导，注重定性与定量方法的结合。 3．系统工程 要做出科学的决策就必须依赖于系统可靠性的科学决策方法。系统工程便是处理决策问题的基础理论指导，它将所处理的问题作为一个完整的系统进行处理，强调决策系统整体目标的综合最优化。系统工程借助于自然科学与工程技术的方法来处理各种系统，将人类在长期开发自然系统和改造社会系统的实践中所形成的整体最优化系统观念应用于其求解问题的全过程之中，从而保证了所解决问题的全面周到与科学合理。 1系统工程的含义 系统工程在系统科学结构体系中，属于工程技术类。它是一门新兴的学科，国内外许多著名学者对系统工程的含义都有过不少阐述，但至今仍无统一的定义。 1978年我国著名学者钱学森指出“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法。” 1977年日本学者三浦武雄指出“系统工程与其他工程学不同之处在于，它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的一种边缘学科。因为系统工程的目的是研制一个系统，而系统不仅涉及工程学的领域，还涉及社会、经济和政治等领域，所以为了适当地解决这些领域的问题，除了需要某些纵向技术以外，还要有一种技术从横的方向把它们组织起来，这种横向技术就是系统工程。” 1975年美国科学技术词典的论述为“系统工程是研究复杂系统设计的科学，该系统由许多密切联系的元素组成。设计该复杂系统时，应有明确的预定功能及目标，并协调各个元素之间及元素和整体之间的有机联系，以使系统能从总体上达到最优目标。在设计系统时，要同时考虑到参与系统活动的人的因素及其作用。” 从以上各种论点可以看出系统工程是以大型复杂系统为研究对象，按一定目的进行设计、开发、管理与控制，以期达到总体效果最优的理论与方法。 系统工程是一门工程技术，用以改造客观世界并取得实际成果，这与一般工程技术问题有共同之处。但是，系统工程又是一类包括许多类工程技术的一大工程技术门类。与一般工程比较，系统工程有三个特点 1研究的对象广泛，包括人类社会、生态环境、自然现象和组织管理等。 2系统工程是一门跨学科的边缘学科。不仅要用到数、理、化、生物等自然科学，还要用到社会学、心理学、经济学、医学等与人的思想、行为、能力等有关的学科，是自然科学和社会科学的交叉。因此，系统工程形成了一套处理复杂问题的理论、方法和手段，使人们在处理问题时，有系统的、整体的观点。 3在处理复杂的大系统时，常采用定性分析和定量计算相结合的方法。因为系统工程所研究的对象往往涉及人，这就涉及人的价值观、行为学、心理学、主观判断和理性推理，所以系统工程所研究的大系统比一般工程系统复杂得多，处理系统工程问题不仅要有科学性，而且要有艺术性和哲理性。 2系统工程的发展 系统工程作为一门科学技术虽然形成于20世纪中叶，但系统工程的思想方法和实际应用可追溯到远古时代。中华民族的祖先在了解和改造自然的辛勤实践和大量的社会活动中，早有许多朴素的系统概念和应用实例。 在军事方面，早在公元前500年的春秋时期，就有著名的军事家孙武写出了孙子兵法13篇，指出战争中的战略和策略问题，如进攻与防御、速决和持久、分散和集中等之间的相互依存和相互制约的关系，并依此筹划战争的对策，以取得战争的胜利。其著名论点，“知己知彼，百战不殆”，“以我之长，攻敌之短”等，不仅在古代，而且在当代的战争中都有指导意义；在当今激烈的国际市场竞争和社会经济各个领域的发展中，也有现实意义。战国时期，著名军事家孙膑继承和发展了孙武的学说，著有孙膑兵法。在齐王与田忌赛马中，孙膑提出的以下、上、中对上、中、下对策，使处于劣势的田忌战胜齐王，这是从总体出发制定对抗策略的一个著名事例。 在水利建设方面，战国时期，秦国太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。这一伟大水利工程巧妙地将分洪、引水和排沙结合起来，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。至今，该工程仍在发挥着重大的经济效益，是我国古代水利建设的一大杰出成就。 在医学、农业等方面，我国古代也有许多著名学者用朴素的系统思想和方法取得了伟大成就，这些都为我们今天研究和发展系统工程的理论体系，提供了宝贵的借鉴和重要的启示。 近代科学技术的发展，特别是计算机的出现和广泛使用，使系统工程在世界范围内迅速发展起来，许多国家有不少成功的重大研究成果。 第一次提出“系统工程”这一名词的是1940年在美国贝尔电话公司试验室工作的EC莫利纳E.C.Molina和在丹麦哥本哈根电话公司工作的AK厄朗A．K．Erlang。他们在研制电话自动交换机时，意识到不能只注意电话机和交换台设备技术的研究，还要从通信网络的总体上进行研究。他们把研制工作分为规划、研究、开发、应用和通用工程五个阶段，以后又提出了排队论原理，并应用到电话通信网络系统中，推动了电话事业的迅速发展。系统工程的萌芽时期可追溯到20世纪初的FW泰勒E W Taylor系统。为了提高工效，泰勒研究了合理工序和工人活动的关系，探索了管理的规律。1911年他的科学管理的原理一书问世后，工业界出现了“泰勒系统”。 在第二次世界大战时期，一些科学了作者以大规模军事行动为对象，提出了解决战争问题的一些决策和对策的方法与工程手段，出现了运筹学。当时英国为防御德国的突然空袭，研究了雷达报警系统和飞机降落排队系统，取得了很多战果。在这一时期中，英、美等国在反潜、反空袭、商船护航、布置水雷等军事行动中，应用了系统程方法，取得了良好的效果、19401945年，美国制造原子弹的“曼哈顿”计划，由于应用了系统工程方法进行协调，在较短的时间内取得了成功。1945年美国的兰德公司应用运筹学等理论方法研制出了多种应用系统，在美国国家发展战略、国防系统开发、宇宙空间技术和经济建设领域的重大决策中，发挥了重要作用。“兰德”又被誉为“思想库”和“智囊团”。50年代后期和60年代中期，美国为改变空间技术落后于前苏联的局面，先后制定和执行了北极星导弹核潜艇计划和阿波罗登月计划，这些都是系统工程在国防科研中取得成果的著名范例。阿波罗登月计划是一项巨大的工程，从1961年开始，持续了11年。该工程有300多万个部件，耗资244亿美元，参加者有2万多个企业和120个大学与研究机构。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法，并创造了“计划评审技术”PERT和“随机网络技术”[又称“图解评审技术”GERT]，实现了时间进度、质量技术与经费管理三者的统一。在实施该工程的过程中及时向各层决策机构提供信息和方案，供各层决策者使用，保证了各个领域的相互平衡，如期完成了总体目标。计算机的迅速发展，为该复杂大系统的分析提供了有力的工具、 20世纪70年代以来，随着微型计算机的发展，出现了分级分布控制系统和分散信号处理系统，扩展了系统工程理论方法的应用范围。近年来，社会、经济与环境综合的大系统问题日益增多，如环境污染、人口增长、交通事故、军备竞赛等。许多技术性问题也带有政治、经济的因素，如北欧跨国电网的供电问题。这个电网有水、火、核等多种能源形式，规模庞大，电网调度本身在技术上已相当复杂，而且还要受到各国经济利益冲突、地理条件限制、环境保护政策制约和人口迁移状况的影响，因此，负荷调度的目标和最佳运付方式的评价标准十分复杂，涉及多个国家社会经济因素。该电网的系统分析者要综合这些因素，对4500万kW的电力做出合理的并能被接受的调度方案，提交各国讨论、协调和决策，这是一个典型的系统工程问题。 我国近代的系统工程研究可追溯到20世纪50年代。1956年，中国科学院在钱学森、许国志教授的创导下，建立了第一个运筹学小组；60年代，著名数学家华罗庚大力推广了统筹法、优选法；与此同时，在著名科学家钱学森领导下，在导弹等现代化武器的总体设计组织方面，取得了丰富经验，国防尖端科研的“总体设计部”取得显著成效。1977年以来，系统工程的推广和应用出现了新局面，1980年成立了中国系统工程学会，与国际系统工程界进行了广泛的学术交流。近年来，系统工程在各个领域都取得了许多成果。 3系统工程一种科学的系统决策方法论。 从系统工程的产生和发展来看，系统工程是与各种实际问题的科学决策紧密相连的。随着系统工程的发展和广泛应用，决策问题便逐渐从经验走向科学，系统工程为各种问题的科学决策提供了一种行之有效的科学方法论。 系统工程方法对于解决组织管理的问题应该说是极为有效的，因为任何管理都可被视为一个系统的管理。只有对管理对象系统的普遍规律充分了解并掌握后，才能运筹帷幄，得心应手，实现管理最佳化。因此，目前世界各国研究管理的学者们，纷纷从各个方面尝试把系统应用于管理科学上，力图把经营管理放在科学的基础上。目前，管理正处于由艺术向科学迈进的征途中，系统学与系统工程作为管理哲学，将对管理科学的发展起到指导和促进作用。 实际上系统工程就是一门方法论的科学，它给人们提供了一套处理问题和解决问题的系统方法论，它使得决策者在处理所面临的问题时，充分强调整体系统的综合最优化，而不是追求单一目标的最优化。 系统工程给管理决策者提供了一种处理问题的思路，就是以系统的观念和工程的观念处理所面临的社会问题。 系统的观念就是整体最优的观念，它是在人类认识社会、认识自然的过程中形成的整体观念，或者称之为全局观念。在今天，系统观念已被理解为，使具有多元目标的某一系统体，其整体指标最优或最满意、最适宜或最合情合理的观念，其已被广泛用来协助解决现代社会各种大型化和复杂化的问题。 工程的观念是在人们处理自然、改造自然的社会生产过程中所形成的工程方法论。系统工程将这一观念和方法应用于社会系统中，其所处理的对象不仅包含传统工程观念中的自然对象即硬件，而且在传统的工程观念的基础上增添了新的内容，即以软件为目标与对象。实际上，系统工程所讨论的工程是泛指一切有人参与的、以改变系统某一特征为目标的、从命题到出成果的工作过程。系统工程使得人们能够以工程的观念与方法研究和解决各种社会系统问题。 系统决策不同于业务决策，它是对社会系统工程开发的战略性决策，它强调系统的整体属性，强调工程系统与社会环境和自然环境的关系，力求为工程系统的实施确立正确和充分的依据。系统决策也是各种管理系统领导人最重要的职责之一，进行系统决策需要人的创造性和经验，又必须将它们与科学决策方法论及信息系统结合起来。也就是说，系统决策需要将素质决策与数量决策很好地结合起来。 系统工程作为一种科学的系统决策方法论，是进行各种管理决策的基本指导思想。它把定性分析和量化处理手段结合起来，把人和信息处理机器协调地结合起来，达到切合实际的、高效率的决策，这也是关于科学决策方法论的基本观念。 第一章 系统与系统理论概述 系统工程是研究系统的工程技术，是在系统和系统理论逐渐发展的基础上所形成的系统方法论。因此，在对系统工程讨论之前，首先应该学习和了解系统的概念及有关的系统基本理论。 第一节 系统的概念 自20世纪40年代以来，“系统”一词作为一个广泛的研究对象，已引起了很多研究工作者的注意。人们习惯于将所研究的对象视为一个完整的系统来对待，从而吸引了众多领域的专家从事“系统”方面的研究和应用工作，并逐步形成了一门新兴的学科体系系统论。 1.1.1 系统概念的形成 系统这一概念应该说是人类在认识客观世界的过程中，逐渐形成的一个观念。随着社会的进步和科技的发展，系统的概念也相应地不断变化。 系统概念最早来源于古代人类的社会实践和科学总结。系统这个词早在古希腊时代就已使用。公元前，古希腊的唯物主义哲学家德漠克利特Dem.cdtus就曾在物质构造的原子论基础上论述了“宇宙大系统”。他认为世界是由原子和虚空组成的，原子组成万物，从而形成了不同的系统和有层次的世界。古希腊的伟大学者亚里士多德Aristoteles关于整体性、目的性、组织性的观点，以及关于事物相互关系的思想，是古代关于系统的一种朴素概念。我国春秋末期，思想家老子就曾阐明自然界的统一性，用自发的系统概念观察自然现象。他用古代朴素的唯物主义哲学思想，描述了对自然界的整体性和统一性的认识。古代朴素唯物主义哲学思想强调对自然界整体性、统一性的认识，把宇宙作为一个整体系统来研究，探讨其结构、变化和发展，以认识人类赖以生存的大地所处的位置和气候环境变化规律对人类生活和生产的影响。如在西周时代，就出现了用阴阳二气的矛盾统一来解释自然现象，认为金、木、水、火、土“五行”是构成世界大系统的五种基本要素。在东汉时期，古代天文学家张衡提出了“浑天说”，揭示了天体运行和季节变化的联系，编制出历法和指导农业活动的二十四节气。在北魏时期，著名学者贾思勰在其名著齐民要术一书中，叙述了气候诸因素与农业发展的关系，对农作物与种子、地形、耕种、土壤、水分、肥料、季节、气候诸因素的相互关系，都有辩证的叙述，并提出了如何根据天时、地利和生产条件合理地安排农事活动。周秦至西汉初年古代医学总集的黄帝内经，强调人体各器官的有机联系、生理现象与心理现象的联系，以及身体健康与自然环境的联系。但是，当时都缺乏对这一整体各个细节的认识能力。直到15世纪下半叶，近代科学开始兴起，近代自然科学发展了研究自然界的分析方法，包括实验、解剖和观察的方法，把自然界的细节从总的自然联系中抽出来，分门别类地加以研究。这就是在哲学史上出现的形而上学的思维方法。 从系统概念的产生和发展可以看出，系统的概念来源于人类长期的实践活动，但由于古代科学技术不发达，往往只能得到分散的认识，不够深化。古代朴素唯物主义哲学思想虽然强调对自然界整体性、统一性的认识，却缺乏对这一整体各个细节的认识能力，因而对整体性和统一性的认识也是不完全的。对自然界这个统一体各个细节的认识，是近代自然科学的任务。19世纪上半期，自然科学取得了伟大的成就，特别是能量守恒、细胞和进化论的发现，使人类对自然过程相互联系的认识有了很大的提高。恩格斯早在1836年就对系统的哲学概念做了精辟的论述。马克思、恩格斯的辩证唯物主义认为物质世界是由许多相互联系、相互制约、相互依赖、相互作用的事物和过程形成的统一整体，这也就是系统概念的实质。当然，现代科学技术对系统思想的发展是有重大贡献的，当代社会中的许多问题都受到人类活动和自然环境中诸多因素的影响。在社会发展和经济管理活动中，事物本身的模糊性或不稳定性，以及外界环境的不确定性而使事件的发展难以预料，再加上人们的社会目标和价值标准的差异，使许多决策者感到在做重大决策时越来越困难了。确实，复杂的客观事物因为在发展过程中的因果关系，往往难于用直觉、简单的经验或一般数理方法做出本质的描述。在决策时需要对所研究的系统对象的内部结构和外部环境有充分的了解，还需要对系统的运行机制和发展规律做深刻的剖析，为此推动了系统科学的发展，并产生了系统工程等交叉学科。 钱学森在系统思想和系统工程一文中指出“系统思想是进行分析和综合的辩证思维工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运筹学和其他系统科学那里取得了定量的表述形式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容。”他还说明“20世纪中期，现代科学技术的成就为系统思维提供了定量方法和计算工具，这就是系统思想如何从经验到哲学到科学，从思辨到定性到定量的大致发展情况。” 1.1.2 系统的定义 系统这个词来自拉丁语的systema，一般认为是“群”与“集合”的意思。随着科学技术的不断发展，系统的概念不断扩充。在不同的学科，系统的概念都略有不同，如有机械系统、电子系统、航天系统、卫星通信系统、企业系统、社会系统等。但是无论什么系统都有一个共，即各类系统都是由多个相互联系、相互作用的功能实体构成的。 在韦氏词典中，“系统”一词被定义为“有组织的或被组织化的整体”，是“形成集合整体的各种概念、原理的综合”，是“以有规律的相互作用或相互依存形式结合起来的对象的集合”。在日本的JIS标准中，“系统”被定义为“许多组成要素保持有机的秩序，向同一目的行动的集合体”。一般系统论的创始人LV贝塔朗菲L.V.Bertalanffy把“系统”定义为“相互作用的诸要素的综合体”。美国著名学者RL阿柯夫R.L .Ackoff认为“系统是由两个或两个以上相互联系的任何种类的要素构成的集合”。中国大百科全书自动控制与系统工程卷解释系统是由相互制约、相互作用的一些部分组成的具有某种功能的有机整体。 系统工程主要研究的是具有特定功能的系统，从这个意义上系统可以抽象的定义为由若干（两个或两个以上）相互作用和相互依从的组成部分（要素或子系统）结合而成的实现某种特定功能的有机整体。 由此可见，一台机器、一个部门、一项计划、一个研究项目、一种组织、一套制度都可看成一个系统。 在现实世界中，任何一个系统都是可分的。其组成部分中的任何一个部分都