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《系统工程引论(第2版)》介绍了:著名科学家钱学森院士是中国系统工程的领军人物。他与许国志院士和王寿云将军于1978年9月27日在上海《文汇报》发表重要文章《组织管理的技术——系统工程》,吹响了系统工程在中国的进军号。30年来,系统工程在中国得到了两方面的高度重视与大力推动:一是以钱学森院士等学者为代表的学术界,二是从中央到地方的各级领导人。系统工程需要改革开放,改革开放需要系统工程;系统工程与改革开放共生共荣,与时俱进,已经形成了颇具特色的系统工程的中国学派——钱学森学派。
内容简介
《系统工程引论(第2版)》是教育部“十五”国家规划教材之一,是一本系统工程的基本教科书。根据各校情况,使用《系统工程引论(第2版)》的课程可以是“系统工程引论”、“系统工程导论”,或者一般地叫作“系统工程”。《系统工程引论(第2版)》的主旨是讲述系统概念和系统工程原理,包括基本的和若干深化的系统概念,以及基本的和若干深化的系统工程理论。同时《系统工程引论(第2版)》反映了国内外系统科学和系统工程的许多新的研究成果。作者归纳陈述了30多条命题,既是对全书主要内容的概括,也是给读者留下深入研究的空间。作者专门论述了“系统工程师的素质与培养”,其中特别提出系统工程师的道德修养。此外,作者还指出,系统工程不仅是技术,是方法,而且其本身正在成为一种普遍适用的科学方法论,即用系统的观点考虑问题(尤其是复杂系统、复杂巨系统的问题),用工程的方法来研究解决问题。这种方法论不但可以为工程技术人员和管理人员所掌握和使用,也可以为从中央到地方的各级领导人所掌握和推广。
全书12章内容是作者结合教学实践和科研成果精心选择的。在内容的阐述上,作者既注重概念的准确性、条理性,又注重深入浅出、循序渐进。读者面很宽,不但适用于理工科大学生和研究生,而且适用于经管类专业大学生和研究生,以及政府机关工作人员和企业管理人员。
内页插图
目录
第1章系统的基本概念
1.1 引言
1.2 系统的定义与属性
1.3 系统的分类
1.4 系统的结构与功能
1.5 系统思想的演变
习题
第2章系统工程的基本概念
2.1 引言
2.2 系统工程的定义
2.3 系统工程的产生与发展
2.4 系统工程的主要特点
2.5 系统工程在现代科学技术体系中的地位
2.6 系统工程范例:神舟五号与中国航天
习题
第3章系统工程的若干专业
3.1 引言
3.2 工程系统工程
3.3 军事系统工程
3.4 信息系统工程与管理信息系统
3.5 社会系统工程
习题
第4章系统工程方法论
4.1 引言
4.2 霍耳方法论
4.3 软系统方法论
4.4 综合集成法
4.5 物理�彩吕愍踩死硐低撤椒�论
4.6 系统论方法的若干要点
习题
第5章系统工程的理论基础
5.1 引言
5.2 运筹学的基本知识
5.3 控制论的基本知识
5.4 信息论的基本知识
习题
第6章深化的系统概念
6.1 引言
6.2 自组织理论的基本知识
6.3 开放的复杂巨系统
6.4 复杂适应系统
习题
第7章系统模型与仿真
7.1 引言
7.2 系统模型的定义和作用
7.3 系统模型的分类
7.4 系统模型的构建
7.5 系统仿真
习题
第8章系统分析
8.1 引言
8.2 系统分析的基本概念
8.3 技术经济分析
8.4 成本效益分析
8.5 量本利分析
8.6 可行性研究
8.7 若干常用的方法
8.8 系统分析的案例
习题
第9章系统综合与评价
9.1 引言
9.2 系统综合与评价的复杂性
9.3 指标评分法
9.4 指标综合的基本方法
9.5 指标综合的其他方法
9.6 层次分析法
习题
第10章 系统可靠性
10.1 引言
10.2 系统可靠性的基本概念
10.3 系统可靠性模型
10.4 系统可靠性设计
10.5 系统可靠度分配
习题
第11章 投入产出分析
11.1 引言
11.2 投入产出表的一般结构
11.3 投入产出表中的基本关系
11.4 投入产出表的应用
11.5 从1997年度投入产出表看我国经济状况
习题
第12章 系统工程人才的素质与培养
12.1 引言
12.2 系统工程人才的素质
12.3 系统工程人才的培养
12.4 若干重要的命题
12.5 结束语
习题
附录A国内外著名的系统工程研究机构及其他
A1中国的系统工程与系统科学研究机构
A2国际应用系统分析研究所(IIASA)
A3兰德公司(RAND)
A4圣菲研究所(SFI)
参考文献
后记(第1版)
精彩书摘
第1章 系统的基本概念
1.1 引言
人类社会当今处在一个什么时代?我们如何为自己所处的时代命名?
有人说当今是后工业化时代。他们说,以蒸汽机的改进和大量使用为标志的工业革命,开始了工业化进程,后来又经过电力革命、核能革命,完成了工业化使命,在20世纪后期则进入了后工业化时代。
有人说当今是知识经济时代。知识经济的提出源于l996年经济合作与发展组织
(0rganization for Economic C0-operation and Development,0ECD)的《以知识为基础的经济》的报告。知识经济的标志之一就是承认知识的扩散与生产同样重要,知识经济是人类社会继游牧经济、农业经济、工业经济之后的经济。知识经济是以知识阶层为社会主体,以知识和信息为主要资源,以高技术产业和服务为支柱产业,以人力资本和科技创新为动力,以可持续发展为宏观特征的新型经济。
有人说当今是网络经济时代。20世纪80年代出现了因特网(Internet),如今,以先进的计算机技术和通信技术为基础的信息网络无处不在,发挥着越来越大的作用。电子商务、电子政务、网络学院、远程教学、远程医疗、电子病历、网上购物、网上订票、上网检索、电子邮件、MIS(管理信息系统)、HIS(医院信息系统)、“金”字号工程(金税、金关、金科和金卫等),悄悄进入了我们的工作和生活中。人类是一天也离不开网络了。
有人说当今是新经济时代。他们大概对上述几个名称不满意,于是提出“新经济时代”一词。其实这是权宜之计。因为新与旧是相对的,“新”是层出不穷、与时俱进的,现在的经济相对于工业经济而言是“新经济”,再过一百年或者几百年,现在的“新经济”恐怕就会是“旧经济”了。不过,暂时用一下这个名称以强调当代经济之“新”也未尝不可。
还有人说当今是计算机时代。自1946年第l台现代意义上的计算机ENIAC出现以来,计算机不断更新换代,而且更新换代的周期越来越短。20世纪占主导地位的,50年代是电子管计算机,50年代末至60年代中期是晶体管计算机,60年代末至70年代末是集成电路电子计算机,70年代末至今是大规模集成电路和超大规模集成电路电子计算机。计算机的快速发展使其应用领域得到迅速扩展,如文字编排、数据处理、通信联络、设计绘图、教育培训以及各级各类管理工作,无处没有计算机的影子。电子计算机被称为“电脑”,现代社会“不可一日无此君”。
前言/序言
2008年是值得庆祝、值得纪念的一年。这一年还有一个多月,已经发生了许多大喜大悲的事情——对于中国尤其是这样。这里只说两件喜庆的大事:今年是中国的改革开放30周年,改革开放取得了辉煌的成就,举世瞩目;今年也是中国的系统工程30周年,系统工程也取得了很大的成功。当此之时,在喜庆的氛围中,承蒙出版社和编辑同志关心,拙作《系统工程引论》修订出版,这是一件很荣幸的事情。
著名科学家钱学森院士是中国系统工程的领军人物。他与许国志院士和王寿云将军于1978年9月27日在上海《文汇报》发表重要文章《组织管理的技术——系统工程》,吹响了系统工程在中国的进军号。30年来,系统工程在中国得到了两方面的高度重视与大力推动:一是以钱学森院士等学者为代表的学术界,二是从中央到地方的各级领导人。系统工程需要改革开放,改革开放需要系统工程;系统工程与改革开放共生共荣,与时俱进,已经形成了颇具特色的系统工程的中国学派——钱学森学派。
2008年1月19日,胡锦涛同志看望著名科学家钱学森院士。胡锦涛同志在看望中谈‘起系统工程时说:“上世纪80年代初,我在中央党校学习时,就读过您的有关报告。您这个理论强调,在处理复杂问题时一定要注意从整体上加以把握,统筹考虑各方面因素,这很有创见。现在我们强调科学发展,就是注重统筹兼顾,注重全面协调可持续发展。”
这是党和国家领导人对钱学森院士的爱戴与关心,也是对于系统工程工作者的支持与鼓舞,是中国的系统工程进一步发展和提高的重要契机和强大推动力。
跨越学科的智慧之桥:现代复杂性管理与决策优化 一本旨在揭示复杂系统本质、提供系统化思维工具与工程化解决方案的深度专著 面向对象: 本书主要面向高等院校的工程技术、管理科学、信息科学、经济学及相关交叉学科的本科高年级学生、研究生,以及从事复杂系统设计、分析、管理与决策的工程技术人员和研究人员。它特别适合那些希望系统掌握现代系统思维模式,并将其应用于解决实际复杂工程、社会或商业挑战的专业人士。 --- 第一部分:复杂性时代的基石——系统思维的重构 在当今世界,无论是宏观的全球经济系统、精密的航天器设计,还是微观的生物网络和企业运营,我们无不被“复杂性”所环绕。传统的、线性的、还原论的分析方法已难以应对这些相互关联、动态变化的挑战。本书的开篇,旨在为读者奠定坚实的系统性认知基础。 1. 从部件到整体:涌现性的力量与边界的确定 本部分深入探讨了“系统”这一核心概念的本质特征,区别于简单的组件堆砌。我们将详细解析涌现性(Emergence)在系统行为中的核心地位——即整体的特性无法仅由部分属性简单叠加推导得出。系统边界的模糊性与动态性是复杂系统分析的首要难题,本书提供了识别和界定有效系统边界的工程学方法论,强调情境依赖性(Context Dependency)。 2. 结构、功能与动态性:系统的生命周期视图 系统不仅仅是静态的结构图,更是随时间演化的实体。我们将剖析系统结构(Structure)、功能(Function)与动态行为(Dynamics)三者之间不可分割的相互作用。重点引入反馈回路(Feedback Loops)的概念,区分增强回路(Reinforcing Loops)和调节回路(Balancing Loops),这是理解系统自我维持或失控的根本工具。通过对存量与流量(Stocks and Flows)的分析,读者将学会如何对系统的物质、信息和能量流动进行量化建模。 3. 复杂性的度量与分类 复杂性并非一个单一维度。本书将介绍区分简单系统、笨重系统(Complicated)、复杂系统(Complex)和混乱系统(Chaotic)的经典框架,例如Ashby的“必要多样性法则”(Law of Requisite Variety)。理解不同层级的复杂性,是选择恰当分析工具的前提。我们将探讨熵(Entropy)在信息系统和物理系统中的不同解释和应用。 --- 第二部分:系统工程的通用方法论——从需求到集成 系统工程(Systems Engineering)并不仅仅是大型硬件项目的管理工具,它是一套跨越所有学科的通用流程和方法论,用于指导复杂系统的概念化、开发、部署和退役。 4. 需求工程:挖掘未言明的真实意图 需求的获取、分析和验证是项目成败的关键。本书摒弃了简单的用户故事罗列,转而强调基于场景的(Scenario-based)和基于干系的(Stakeholder-based)需求捕获技术。我们将详细介绍如何构建清晰、无歧义的需求模型,以及如何运用质量属性(Quality Attributes)(如性能、安全性、可维护性)来指导架构设计,确保系统不仅仅“能用”,而且“好用”且“持久”。 5. 系统架构设计与权衡分析(Trade-off Analysis) 架构是系统的蓝图,决定了系统在生命周期内的成本、风险和适应性。本部分将介绍多种系统架构模式,如分层架构、模块化架构和面向服务的架构(SOA)的系统视角理解。核心内容在于设计空间探索(Design Space Exploration):如何使用多目标优化工具(如帕累托前沿分析)在相互冲突的需求(如成本与可靠性)之间做出理性且可追溯的决策。 6. 集成、验证与确认(IV&V):确保系统如预期工作 集成是一个迭代而非线性的过程。本书详细阐述了集成策略(如增量集成、冒烟测试集成)的选择依据。更重要的是,我们将区分“验证”(Verification,系统是否正确地构建了系统?)和“确认”(Validation,系统是否构建了正确的系统?)。我们引入了基于模型的系统工程(MBSE)的思想,强调通过数字孪生(Digital Twins)和高保真仿真进行系统行为的早期预测和测试。 --- 第三部分:动态系统的建模、仿真与控制 要管理复杂性,必须能够预测其未来行为。本部分聚焦于将抽象的系统概念转化为可计算、可分析的模型。 7. 系统行为的数学描述:状态空间与转换 我们将介绍描述系统动态演化的核心数学工具。对于线性系统,状态空间表示法是清晰的基础。对于更广泛的非线性系统,我们将探讨相空间分析的概念。重点放在如何使用事件驱动(Event-Driven)和时间步进(Time-Stepping)的仿真方法来捕捉系统的瞬态响应和长期稳定性。 8. 混合建模方法:连接不同尺度的洞察 现实世界的系统往往是异质的。例如,一个交通系统包含驾驶员的心理(基于智能体)和车辆的物理运动(基于微分方程)。本书倡导使用混合建模方法,如将基于事件的离散模型与基于连续的微分模型相结合,以全面捕捉系统的复杂性。读者将学习如何使用结构化建模语言(如SysML的活动图和状态机图)辅助仿真模型的构建。 9. 控制论视角:稳定、适应与鲁棒性设计 系统工程的终极目标之一是确保系统在扰动下的性能。我们将回顾经典的反馈控制理论,并将其扩展到高维、多输入多输出(MIMO)的复杂系统中。重点探讨鲁棒控制(Robust Control)的设计原则,确保系统在模型不确定性和外部干扰下依然能维持其关键功能。同时,引入自适应系统(Adaptive Systems)的概念,使系统具备在运行环境中自我调整和优化的能力。 --- 第四部分:系统生命周期管理与演化适应 系统一旦部署,就进入了漫长的运维和演化阶段。现代系统工程要求我们将“演化”视为设计的一部分。 10. 全生命周期成本(LCC)与可持续性 一个被低估但至关重要的领域是生命周期成本分析。本书将指导读者如何将初始开发成本与集成、维护、升级、退役成本纳入系统设计决策。此外,将系统环境影响纳入考量,介绍绿色工程(Green Engineering)原则,确保系统设计不仅经济可行,而且对环境和社会负责。 11. 系统的老化、退役与再利用 所有的系统都会退化。我们将分析可靠性工程中的故障模式与影响分析(FMEA)和故障树分析(FTA)如何应用于预测和管理复杂系统的潜在失效模式。更进一步,探讨如何设计具有可重构性(Reconfigurability)和可升级性(Upgradability)的架构,以最小化在面对技术过时和需求变更时的“沉没成本”。 12. 应对变革:系统韧性(Resilience)与敏捷系统开发 面对不可预测的外部冲击(如灾难、市场颠覆),系统需要具备韧性——即在遭受破坏后快速恢复或继续提供关键服务的能力。本书探讨了如何通过冗余、多样性、快速隔离和快速恢复机制来增强系统韧性。最后,将系统工程的严谨性与敏捷方法论(Agile Methodologies)相结合,探讨在快速迭代的环境中保持系统完整性和架构一致性的实践方案。 --- 总结: 本书力求摆脱特定领域(如航空航天或软件开发)的限制,提供一套普适的、以逻辑和数学为基础的思维框架和工程工具箱。它不是关于“如何做某一个项目”,而是关于“如何科学地、有组织地解决任何层级的复杂挑战”,培养读者成为能够驾驭现代工程与管理难题的系统思考者和实践者。