系统工程的定义、基本定理和基本观点时间：2008-04-22发布者：阅读：6781.系统工程的定义和特点现代科学技术为系统思想的定量化创造了条件，它为系统思想定量化提供了数学理论和强有利的计算工具一一电子计算机，并推动了系统科学的发展。

到二十世纪六十年代，系统思想的定量化已发展成既有理论指导，又有科学方法和实践内容的新的工程技术学科一一系统工程。

系统工程作为一门学科问世以来，仅仅五十多年的时间，在各行各业、各个领域都得到了广泛的应用，收到了良好的效果，同时系统工程的实践也促进了本学科的继续发展与完善。

无容置疑，系统工程已成为当前最有前途的学科之一。

但是系统工程毕竟是一门非常年青的学科，它的理论和方法尚需在实践中进一步发展与完善。

到目前为止，关于系统工程的定义和研究的内容，国内外学者仍齐说不一，原因在于：（1）系统工程的理论和方法是在自然科学、社会科学和数学科学向纵深发展时产生一些需要协同解决的问题的情况下产生的，从事不同专业的人，出于专业兴趣，对系统工程有不同的理解；（2）由于系统工程是现代科学技术的产物，它综合地运用各学科的先进成果去解决面临的问题，因此很难划清系统工程的学科界限。

由于以上原因，从事不同专业的人为系统工程所作的定义也各不相同。

我们这里首先介绍一下钱学森教授对系统工程定义的说明。

钱学森教授在“系统思想与系统工程”一文中说：“二十世纪四十年代以来，国外对定量化系统方法的实际应用相继取了许多不同的名称：运筹学（OPERATIONS RESEARCH)、管理科学(MANAGEMENT SCIENCE )、系统工程(SYSTEMS ENGINEERING )、系统分析(SYSTEMS ANALYSIS )、系统研究(SYSTEMS RESEARCH)，还有费用效果分析(COST EFFECTIVENESS ANALYSIS) 等等。

他们所谓运筹学，指目的在于增加现有系统效率的分析工作；所谓管理科学，指大企业的经营管理技术；所谓系统工程，指设计新系统的科学方法；所谓系统分析，指对若干可供选择的执行特定任务的系统方案进行选择比较；如果上述选择比较着重在成本费用方面，即所谓费用效果分析；所谓系统研究，指拟制新系统的实现程序。

现在看来，由于历史原因形成的这些不同名称，混淆了工程技术与其理论基础即技术科学的区别，用词不够妥当，认识也不够深刻。

国外曾有人试图给这些名词的涵义以精确区分，但未见取得成功。

用定量化的系统方法处理大型复杂系统的问题，无论是系统的组织建立，还是系统的经营管理，都可以统一地看成是工程实践。

工程这个词十八世纪在欧洲出现的时候，本来专指作战兵器的制造和执行服务于军事目的的工作。

从后一涵义引伸出一种更普遍的看法：把服务于特定目的的各项工作的总体称为工程，如水利工程，机械工程……，如果这个特定的目的是系统的组织建立或者是系统的经营管理，就可以统统看成是系统工程。

国外称运筹学、管理科学、系统分析、系统研究以及费用效果分析的工程实践内容，均可以用系统的概念统一归入系统工程；国外所称运筹学、管理科学、系统分析、系统研究以及费用效果分析的数学理论和算法，可以统一地看成是运筹学。

”综合归纳上述意见，我们认为：系统工程是一门新兴的工程技术学科，是应用科学。

它不仅定性，而且定量地为系统的规划设计、试验研究、制造使用和管理控制提供科学方法的方法论科学。

它的最终目的是使系统运行在最优状态。

系统工程的研究内容具有以下特点：(1) 系统工程不同于一般的工程技术学科。

一般工程技术学科，如水利工程、机械工程等都与形成实物实体的对象有关，国外称这类工程为“硬”工程，而系统工程的研究对象除了这类“硬”工程之外，尚包括这种工程的组织与经营管理一类国外称之为“软”科学的各种内容。

(2) 系统工程涉及各种学科、各个领域的各种内容。

把一个工程项目作为系统来处理，必须涉及其它工程技术的内容。

如果把一般工程学科作为一条代表专业的纵线，则系统工程则是跨越各条纵线的一条横线。

它通过横向的综合，提出解决问题的方法和步骤，因此它是跨越不同学科的综合性科学。

如建筑工程是专业技术工程学科，它主要研究建筑设计和施工技术，而建筑系统工程则是综合社会、经济、生态及其他工程技术系统等进行城市的规划、设计与管理、建筑物的设计、施工组织等问题，开展以规划、设计、施工及管理为主线，以社会学、经济学、生态经济学、美学、工业工程学、电子学等为基础的综合地、系统地研究，以实现城市系统社会、经济、生态效益的统一和优化（3）系统工程在研究问题时，概念、原则、方法是主要的、本质的，而在系统工程中应用的具体数学方法和计算技术是处理和解决系统问题的手段和工具，是为系统工程的概念、原则和方法服务的。

这个观点是辩证唯物论的系统观的重要原则之一。

（4）任何系统都是人、设备和过程的有机组合，其中人是最主要的因素。

因此在应用系统工程的方法处理系统问题时，要以人为中心。

应用系统工程的方法解决问题，必须运用下述基本定律和基本观点2、基本定律——系统性能、功效不守恒定律系统性能、功效不守恒定律是指：当系统发生变化时，物质、能量守恒，但性能和功效不守恒，且不守恒性是普遍的和无限的。

定律中系统的变化是指：（1）由子系统合成系统（由部分组成整体）；（2）系统分解成子系统（整体分解成部分）；（3）系统内部结构的变化。

“不守恒”是指：（1）产生新的性能和功效；（2）原有性能、功效的增强、减弱或消失。

“普遍性”是指：任何系统都具有这种性质。

“无限性”是指：低级层次子系统向高层次系统发展是无限的。

这种无限性体现出低层次子系统构成高层次系统时，系统性能、功效的复杂变化，即高层次系统具备低层次系统的基本属性，同时又产生低层次系统不具备的新的属性。

该定律成立的主要依据是：（1）由物质不灭定律和能量守恒定律可知，系统内物质、能量和信息在流动的过程中物质是不灭的、能量是守恒的，而反映系统性能和功效的信息，因可受干扰而失真、放大或缩小、以至湮灭，故是不守恒的。

（2）由于系统的变化，系统内物质、能量、信息在时间上和空间上发生叠加、互补和抵消，从而改变了系统的性能和功效。

这一定律在进行系统研究时，在处理系统与子系统、子系统与子系统、系统与环境的关系并使之定量化时是很重要的。

3、系统工程处理问题的基本观点（1）整体性观点所谓整体性观点即全局性观点或系统性观点，也就是在处理问题时，采用以整体为出发点，以整体为归宿的观点。

这种观点的要点是：①处理问题时需遵循从整体到部分进行分析，再从部分到整体进行综合的途径，首先要确定整体目标，并从整体目标出发，协调各组成部分的活动；②组成系统的各部分处于最优状态，系统未必处于最优状态；③整体处于最优状态，可能要牺牲某些部分的局部利益和目标；④不完善的子系统，经过合理的整合，可能形成性能完善的系统。

系统是由很多子系统相互关联而成的，而研究系统的目的是为了达成系统的整体目标。

以简单分解，简单相加的方法，从部分着手研究问题，必定会影响全局，使我们离开辩证法，陷入形而上学。

这里还必须强调的是：系统的整体性包含时间的整体性和空间的整体性两个方面，这是系统的时空观。

六、七十年代提出的“边设计、边施工、边生产” 这一貌似正确，实际错误方法，就是形而上学时空观的具体体现。

（2）综合性的观点所谓综合性的观点就是在处理系统问题时，把对象的各部分、各因素联系起来加以考查，从关联中找出事物规律性和共同性的研究方法。

这种方法可以避免片面性和主观性。

阿波罗登月计划总指挥韦伯曾指出，当前科学技术的发展有两种趋势，一是向纵深发展，学科日益分化；一是向整体方向发展，搞横的综合。

阿波罗计划中没有一项新发明的自然科学理论和技术，都是现成科学的运用，关键在于综合，综合是最大的科学。

系统工程就是指导综合研究的理论和方法。

韦伯的这段话说明了综合性的观点是系统工程处理问题时的基本观点。

（3）科学性的观点所谓科学性的观点就是要准确、严密、有充足科学依据地去论证一个系统发展和变化的规律性。

不仅要定性，而且必须定量地描述一个系统，使系统处于最优运行状态。

马克思曾明确指出，一种科学，只有当他成功地应用了数学的时候，才能达到完善的地步。

数学方法已成为解决系统工程问题的主要方法。

在强调采用定量方法的同时，有以下两个问题必须引起我们的注意：①必须在定性分析的基础上进行定量分析，定量分析必须以定性分析为前提。

过去我们善于应用定性的分析方法。

只进行定性分析，不能准确地说明一个系统，只有进行了定量分析之后，对系统的认识才能达到一定的深度，结论才能令人信服。

然而没有定性分析作指导，定量分析就失去了依据，就会成为“数学游戏”。

因此，我们强调要摆正定性分析和定量分析的辩证关系，在处理问题时，一定要在定性分析的基础上应用数学方法，建立模型，进行优化，从而达到系统最优化的目的。

如我们在安排生产计划时，可在各种资源的限制下制定一个使利润达到最大值的生产计划。

这就需要在约束组成、确定评价目标等方面进行定性分析，然后在定性分析的基础上应用数学规划等工具，建立模型，完成该项任务。

②合理处理最优和满意的关系。

在处理系统问题时，使系统达到最优比较困难，在个别情况下，“最优” 有时不被人理解和不愿意接受，因此有时利用满意的概念会使问题得到圆满的解决。

从数学上的最优，过渡到情意上的满意是西蒙的一大发现。

因此我们在处理问题时，要处理好满意和最优的关系。

这一原则也是不违背科学性的观点的，因为寻求满意解也是科学。

4）关联性的观点所谓关联性的观点是指从系统各组成部分的关联中探索系统的规律性的观点。

我们曾指出，一个系统是由很多因素相互关联而成的，正是这些关联决定了系统的整体特性。

因此在处理系统时，必须努力找出系统各组成部分之间的关系，并设法用明确的方式描述这些关系的性质，来揭示和推断系统整体特征，也只有抓住这些联系，用数学、物理、经济学的各种工具建立关系模型才能定量和定性地解决系统问题。

不然对一些复杂的问题会感到无从下手。

难怪钱伟长教授在介绍系统工程时曾风趣地称系统工程为“关系学”。

如美籍苏联经济学家列昂节夫在研究国民经济系统时，就是抓住各物质生产部门之间的联系并使其定量化，从而以投入产出模型揭示国民经济总体的发展变化规律。

揭示系统各组成部分之间的关联是靠分析和观察实现的，切忌凭空臆造和估计。

如达尔文曾发现英国有一种三叶草与村子中猫的数量有关，通过观察发现，三叶草靠土蜂传粉，田鼠以土蜂为生，猫又是鼠的天敌，因此构成了一串称之为食物链的联系：三叶草——土蜂——田鼠——猫。

猫多、鼠少、则蜂多、三叶草就茂盛，反之，猫少、鼠多、土蜂就少，三叶草必然就少。

把该关系定量化，即可得出猫与三叶草的关系。

就可通过控制猫的多少，实现对三叶草的控制。