No2-1null第二章 系统工程理论与方法论第二章 系统工程理论与方法论第一节:系统工程理论基础
第二节:系统工程方法论及发展
第三节:系统分析原理及应用第一节:系统工程理论基础第一节:系统工程理论基础(1)系统科学体系
(2)系统工程理论
(1)系统科学的科学体系(1)系统科学的科学体系系统科学定义:系统科学是一门从总体上研究(复杂)系统共同运动规律的学科。
系统科学属于基础科学层次,主要讨论系统的概念、特征、类型及演化(动态)规律,探讨系统分析的方法和系统逻辑的具体应用。
重点是复杂系统演化规律的研究,难点是整体与局部关系(结构...
null第二章 系统工程理论与方法论第二章 系统工程理论与方法论第一节:系统工程理论基础
第二节:系统工程方法论及发展
第三节:系统分析原理及应用第一节:系统工程理论基础第一节:系统工程理论基础(1)系统科学体系
(2)系统工程理论
(1)系统科学的科学体系(1)系统科学的科学体系系统科学定义:系统科学是一门从总体上研究(复杂)系统共同运动规律的学科。
系统科学属于基础科学层次,主要讨论系统的概念、特征、类型及演化(动态)规律,探讨系统分析的方法和系统逻辑的具体应用。
重点是复杂系统演化规律的研究,难点是整体与局部关系(结构)的研究。1、物性与系统性(个性与共性)1、物性与系统性(个性与共性)物性——描述研究对象的物质特征;
系统性——描述研究对象的整体特征,即整体性。
系统往往与一修饰词组成复合词,如自然系统、物理系统、生物系统、军事系统、经济系统。
( 物性+系统性)
传统科学研究物性:
数、理、化、天、地、生 ...
系统科学研究系统性:
如整体与局部的关系
结构与功能的关系 稳定与演化的关系2、整体与局部的关系:涌现性2、整体与局部的关系:涌现性涌现的定义(斯文森,1989)
涌现是一组元素(或广义粒子)在一个广义的“流场”作用下,从一种杂乱无章的状态向一种协调一致的状态的自发转变。从广义上讲,涌现包括了现实中所有新系统的出现、序的产生和层次复杂性的增加。涌现性的特点:
(1)微观不可预测性:即使对低层次元素有完备的知识,也不可能推断出高层次的结构。
(2)新质特性:涌现性对元素的性质而言是全新的,处在一种更宏观的层次上,是在微观层次不存在的新质。
(3)不变性:涌现性相对于微观层次的元素状态而言,有一定的不变性,元素总是处于微涨落不断变化的状态中,但整体的特性相对不变。
(4)宏观约束性:系统的整体性约束元素的行为,即元素间的相互作用产生了宏观层次上涌现的整体或约束,这种宏观约束又反过来支配元素的行为。 3、钱学森提出的系统科学体系结构(1981)3、钱学森提出的系统科学体系结构(1981)(2)SE理论(2)SE理论系统工程是一门交叉学科。理论基础涉及老三论、新三论、运筹学、数理统计、数学等诸多学科。
钱学森——我认为把运筹学、控制论和信息论同贝塔朗菲(一般系统论)、普利高津(耗散结构理论)、哈肯(协同学)、艾根(超循环理论)等人的工作融会贯通,加以整理,就可以写出《系统学》这本书了。
可见,系统论、控制论、运筹学的理论基础地位和重要性。
运筹学运筹学运筹学是应用分析、试验、量化的方法,对经营管理系统中的人、财、物等有限资源进行统筹安排,为决策者提供有依据的最佳化
,以实现最有效的管理
运筹学往往运用模型化的方法,将一个已确定研究范围的问题,依据预期的目标,将问题中的主要因素及各种限制条件间的因果关系、逻辑关系建立数学模型,通过模型求解来找出最佳方案
运筹学的分支
线性规划、非线性规划、动态规划、排队理论、决策理论等null一般系统论(general system theory)
1924-1928;奥地利理论生物学家L.VON 贝塔朗菲; 1945年发表《关于一般系统论》
研究复杂系统一般规律的学科
基本观点
整体性
开放性及目的性(有效性、适应性、寻的性)
动态相关性(动态性取决于相关性)
等级层次性
有序性(结构或空间;发展或时间)
启示:主张以整体论代替还原论。(
作用更大)
提出了系统的方法:核心在于优化,整体最优?。1、老三论还原论和整体论之争还原论和整体论之争20世纪基础科学的三大成就相对论、量子论和复杂科学的核心思想和结论分别从宇观(时空折叠、速度与应力)、微观(非连续性)和宏观尺度下证实了还原论的局限性:其中,量子论从根本上动摇了还原论。
复杂科学彻底动摇了还原论:混沌理论(蝴蝶效应)推动了复杂科学的诞生,排除了拉普拉斯决定论的可预见性的思想。因此,复杂科学的问世彻底动摇了还原论——能用还原论近似描述的仅仅是我们世界的很小的一部分。
整体性体现的是非还原性或非加和性。null*量子论从根本上动摇了还原论:描述微观世界最为成功的理论是量子论。量子论认为,我们的世界是一个非机械的、相互联系的、不可分割(还原)的世界。物质世界的根本元素就不是被分割的机械的原子、质子、中子,而是一个有机联系的整体。量子论问世导致了测不准原理的提出。测不准原理认为无法还原位置和速度两个基本量。这表明,在对待位置和速度这两个基本量上,还原论是失效的。微观层次上的还原论失效,导致了机械的决定论的失效。 null*复杂科学彻底动摇了还原论:混沌理论推动了复杂科学的诞生,排除了拉普拉斯决定论的可预见性的思想。因此,复杂科学的问世彻底动摇了还原论——能用还原论近似描述的仅仅是我们世界的很小的一部分。 null* 整体论把世界宇宙看作是一个统一的整体,各种事物之间相互联系,不可机械地分割。整体论思想是:整体的性质和功能不等同于其各部分(要素)的性质和功能的迭加;整体的运动特征只有在比其部分(要素)所处层次更高的整体层次上才能进行描述;整体与部分(要素)遵从不同描述层次上的规律。简言之整体性也就是非还原性或非加和性。 null控制论(Cybernatics)
维纳于1948年出版了《控制论》一书
经典控制论——现代控制论——大系统控制理论
研究大系统的结构方案、稳定性、最优化、建模及模型简化等。
对系统方法的启示:
黑箱-灰箱-白箱法
功能模拟法
反馈
形式化、数量化、最优化方法null信息论(不确定的减少)
美国数学家申农(C.E.Shannon)和维纳
(信息科学)以信息为主要研究对象,以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容,以计算机、光导纤维等为主要研究工具,以扩展人类的信息功能为主要研究目标。
启示:
类比方法
统计方法,概率论和随机过程
信息方法(运用信息的观点,把系统看作是借助于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的一种研究方法)------变量筛选、特征选择(熵)2、新三论2、新三论耗散结构理论(dissipative structure theory)
1969;比利时统计物理学家I.普利高津
所谓耗散结构就是包合多基元、多组元、多层次的开放系统,处于远离平衡态时,在涨落的触发下,从无序突变为有序,而形成的一种时间、空间或时间-空间的结构(非平衡不一定导致有序,平衡不一定是无序之本)
在耗散结构创立之前,世界被一分为二
一个是物理世界,这个世界是简单的、被动的、僵死的、不变的、可逆的、和决定论的量的世界
另一个世界是生物界和人类社会,这个世界是复杂的、主动的、活跃的、进化的,不可逆的,和非决定论的质的世界
耗散结构把这两个世界结合在一起共同思考,研究远离平衡态的开放系统从无序到有序的演化规律的一种理论null协同学(synergetics)
70年代初,联邦德国理论物理学家 H.哈肯(协同导致有序)
研究协同系统从无序到有序的演化规律的新兴综合性学科
突变论(catastrophe theory)--风险(飞机失事、信用失效、自然灾害等)(渐变)
60年代末,法国数学家 R.托姆
研究不连续现象的一个新兴数学分支,也是一般形态学的一种理论,能为自然界中形态的发生和演化提供数学模型。null20世纪40年代以后出现的部分系统学科分支 思考题思考题2-1.简述一般系统论、控制论和信息论对系统工程方法论的启示。
2-2.请设计适当项目,列表比较系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变论的特点。
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