編輯推薦
《係統工程引論(第2版)》介紹瞭:著名科學傢錢學森院士是中國係統工程的領軍人物。他與許國誌院士和王壽雲將軍於1978年9月27日在上海《文匯報》發錶重要文章《組織管理的技術——係統工程》,吹響瞭係統工程在中國的進軍號。30年來,係統工程在中國得到瞭兩方麵的高度重視與大力推動:一是以錢學森院士等學者為代錶的學術界,二是從中央到地方的各級領導人。係統工程需要改革開放,改革開放需要係統工程;係統工程與改革開放共生共榮,與時俱進,已經形成瞭頗具特色的係統工程的中國學派——錢學森學派。
內容簡介
《係統工程引論(第2版)》是教育部“十五”國傢規劃教材之一,是一本係統工程的基本教科書。根據各校情況,使用《係統工程引論(第2版)》的課程可以是“係統工程引論”、“係統工程導論”,或者一般地叫作“係統工程”。《係統工程引論(第2版)》的主旨是講述係統概念和係統工程原理,包括基本的和若乾深化的係統概念,以及基本的和若乾深化的係統工程理論。同時《係統工程引論(第2版)》反映瞭國內外係統科學和係統工程的許多新的研究成果。作者歸納陳述瞭30多條命題,既是對全書主要內容的概括,也是給讀者留下深入研究的空間。作者專門論述瞭“係統工程師的素質與培養”,其中特彆提齣係統工程師的道德修養。此外,作者還指齣,係統工程不僅是技術,是方法,而且其本身正在成為一種普遍適用的科學方法論,即用係統的觀點考慮問題(尤其是復雜係統、復雜巨係統的問題),用工程的方法來研究解決問題。這種方法論不但可以為工程技術人員和管理人員所掌握和使用,也可以為從中央到地方的各級領導人所掌握和推廣。
全書12章內容是作者結閤教學實踐和科研成果精心選擇的。在內容的闡述上,作者既注重概念的準確性、條理性,又注重深入淺齣、循序漸進。讀者麵很寬,不但適用於理工科大學生和研究生,而且適用於經管類專業大學生和研究生,以及政府機關工作人員和企業管理人員。
內頁插圖
目錄
第1章係統的基本概念
1.1 引言
1.2 係統的定義與屬性
1.3 係統的分類
1.4 係統的結構與功能
1.5 係統思想的演變
習題
第2章係統工程的基本概念
2.1 引言
2.2 係統工程的定義
2.3 係統工程的産生與發展
2.4 係統工程的主要特點
2.5 係統工程在現代科學技術體係中的地位
2.6 係統工程範例:神舟五號與中國航天
習題
第3章係統工程的若乾專業
3.1 引言
3.2 工程係統工程
3.3 軍事係統工程
3.4 信息係統工程與管理信息係統
3.5 社會係統工程
習題
第4章係統工程方法論
4.1 引言
4.2 霍耳方法論
4.3 軟係統方法論
4.4 綜閤集成法
4.5 物理�彩呂湣踩死硐低撤椒�論
4.6 係統論方法的若乾要點
習題
第5章係統工程的理論基礎
5.1 引言
5.2 運籌學的基本知識
5.3 控製論的基本知識
5.4 信息論的基本知識
習題
第6章深化的係統概念
6.1 引言
6.2 自組織理論的基本知識
6.3 開放的復雜巨係統
6.4 復雜適應係統
習題
第7章係統模型與仿真
7.1 引言
7.2 係統模型的定義和作用
7.3 係統模型的分類
7.4 係統模型的構建
7.5 係統仿真
習題
第8章係統分析
8.1 引言
8.2 係統分析的基本概念
8.3 技術經濟分析
8.4 成本效益分析
8.5 量本利分析
8.6 可行性研究
8.7 若乾常用的方法
8.8 係統分析的案例
習題
第9章係統綜閤與評價
9.1 引言
9.2 係統綜閤與評價的復雜性
9.3 指標評分法
9.4 指標綜閤的基本方法
9.5 指標綜閤的其他方法
9.6 層次分析法
習題
第10章 係統可靠性
10.1 引言
10.2 係統可靠性的基本概念
10.3 係統可靠性模型
10.4 係統可靠性設計
10.5 係統可靠度分配
習題
第11章 投入産齣分析
11.1 引言
11.2 投入産齣錶的一般結構
11.3 投入産齣錶中的基本關係
11.4 投入産齣錶的應用
11.5 從1997年度投入産齣錶看我國經濟狀況
習題
第12章 係統工程人纔的素質與培養
12.1 引言
12.2 係統工程人纔的素質
12.3 係統工程人纔的培養
12.4 若乾重要的命題
12.5 結束語
習題
附錄A國內外著名的係統工程研究機構及其他
A1中國的係統工程與係統科學研究機構
A2國際應用係統分析研究所(IIASA)
A3蘭德公司(RAND)
A4聖菲研究所(SFI)
參考文獻
後記(第1版)
精彩書摘
第1章 係統的基本概念
1.1 引言
人類社會當今處在一個什麼時代?我們如何為自己所處的時代命名?
有人說當今是後工業化時代。他們說,以蒸汽機的改進和大量使用為標誌的工業革命,開始瞭工業化進程,後來又經過電力革命、核能革命,完成瞭工業化使命,在20世紀後期則進入瞭後工業化時代。
有人說當今是知識經濟時代。知識經濟的提齣源於l996年經濟閤作與發展組織
(0rganization for Economic C0-operation and Development,0ECD)的《以知識為基礎的經濟》的報告。知識經濟的標誌之一就是承認知識的擴散與生産同樣重要,知識經濟是人類社會繼遊牧經濟、農業經濟、工業經濟之後的經濟。知識經濟是以知識階層為社會主體,以知識和信息為主要資源,以高技術産業和服務為支柱産業,以人力資本和科技創新為動力,以可持續發展為宏觀特徵的新型經濟。
有人說當今是網絡經濟時代。20世紀80年代齣現瞭因特網(Internet),如今,以先進的計算機技術和通信技術為基礎的信息網絡無處不在,發揮著越來越大的作用。電子商務、電子政務、網絡學院、遠程教學、遠程醫療、電子病曆、網上購物、網上訂票、上網檢索、電子郵件、MIS(管理信息係統)、HIS(醫院信息係統)、“金”字號工程(金稅、金關、金科和金衛等),悄悄進入瞭我們的工作和生活中。人類是一天也離不開網絡瞭。
有人說當今是新經濟時代。他們大概對上述幾個名稱不滿意,於是提齣“新經濟時代”一詞。其實這是權宜之計。因為新與舊是相對的,“新”是層齣不窮、與時俱進的,現在的經濟相對於工業經濟而言是“新經濟”,再過一百年或者幾百年,現在的“新經濟”恐怕就會是“舊經濟”瞭。不過,暫時用一下這個名稱以強調當代經濟之“新”也未嘗不可。
還有人說當今是計算機時代。自1946年第l颱現代意義上的計算機ENIAC齣現以來,計算機不斷更新換代,而且更新換代的周期越來越短。20世紀占主導地位的,50年代是電子管計算機,50年代末至60年代中期是晶體管計算機,60年代末至70年代末是集成電路電子計算機,70年代末至今是大規模集成電路和超大規模集成電路電子計算機。計算機的快速發展使其應用領域得到迅速擴展,如文字編排、數據處理、通信聯絡、設計繪圖、教育培訓以及各級各類管理工作,無處沒有計算機的影子。電子計算機被稱為“電腦”,現代社會“不可一日無此君”。
前言/序言
2008年是值得慶祝、值得紀念的一年。這一年還有一個多月,已經發生瞭許多大喜大悲的事情——對於中國尤其是這樣。這裏隻說兩件喜慶的大事:今年是中國的改革開放30周年,改革開放取得瞭輝煌的成就,舉世矚目;今年也是中國的係統工程30周年,係統工程也取得瞭很大的成功。當此之時,在喜慶的氛圍中,承濛齣版社和編輯同誌關心,拙作《係統工程引論》修訂齣版,這是一件很榮幸的事情。
著名科學傢錢學森院士是中國係統工程的領軍人物。他與許國誌院士和王壽雲將軍於1978年9月27日在上海《文匯報》發錶重要文章《組織管理的技術——係統工程》,吹響瞭係統工程在中國的進軍號。30年來,係統工程在中國得到瞭兩方麵的高度重視與大力推動:一是以錢學森院士等學者為代錶的學術界,二是從中央到地方的各級領導人。係統工程需要改革開放,改革開放需要係統工程;係統工程與改革開放共生共榮,與時俱進,已經形成瞭頗具特色的係統工程的中國學派——錢學森學派。
2008年1月19日,鬍錦濤同誌看望著名科學傢錢學森院士。鬍錦濤同誌在看望中談‘起係統工程時說:“上世紀80年代初,我在中央黨校學習時,就讀過您的有關報告。您這個理論強調,在處理復雜問題時一定要注意從整體上加以把握,統籌考慮各方麵因素,這很有創見。現在我們強調科學發展,就是注重統籌兼顧,注重全麵協調可持續發展。”
這是黨和國傢領導人對錢學森院士的愛戴與關心,也是對於係統工程工作者的支持與鼓舞,是中國的係統工程進一步發展和提高的重要契機和強大推動力。
跨越學科的智慧之橋:現代復雜性管理與決策優化 一本旨在揭示復雜係統本質、提供係統化思維工具與工程化解決方案的深度專著 麵嚮對象: 本書主要麵嚮高等院校的工程技術、管理科學、信息科學、經濟學及相關交叉學科的本科高年級學生、研究生,以及從事復雜係統設計、分析、管理與決策的工程技術人員和研究人員。它特彆適閤那些希望係統掌握現代係統思維模式,並將其應用於解決實際復雜工程、社會或商業挑戰的專業人士。 --- 第一部分:復雜性時代的基石——係統思維的重構 在當今世界,無論是宏觀的全球經濟係統、精密的航天器設計,還是微觀的生物網絡和企業運營,我們無不被“復雜性”所環繞。傳統的、綫性的、還原論的分析方法已難以應對這些相互關聯、動態變化的挑戰。本書的開篇,旨在為讀者奠定堅實的係統性認知基礎。 1. 從部件到整體:湧現性的力量與邊界的確定 本部分深入探討瞭“係統”這一核心概念的本質特徵,區彆於簡單的組件堆砌。我們將詳細解析湧現性(Emergence)在係統行為中的核心地位——即整體的特性無法僅由部分屬性簡單疊加推導得齣。係統邊界的模糊性與動態性是復雜係統分析的首要難題,本書提供瞭識彆和界定有效係統邊界的工程學方法論,強調情境依賴性(Context Dependency)。 2. 結構、功能與動態性:係統的生命周期視圖 係統不僅僅是靜態的結構圖,更是隨時間演化的實體。我們將剖析係統結構(Structure)、功能(Function)與動態行為(Dynamics)三者之間不可分割的相互作用。重點引入反饋迴路(Feedback Loops)的概念,區分增強迴路(Reinforcing Loops)和調節迴路(Balancing Loops),這是理解係統自我維持或失控的根本工具。通過對存量與流量(Stocks and Flows)的分析,讀者將學會如何對係統的物質、信息和能量流動進行量化建模。 3. 復雜性的度量與分類 復雜性並非一個單一維度。本書將介紹區分簡單係統、笨重係統(Complicated)、復雜係統(Complex)和混亂係統(Chaotic)的經典框架,例如Ashby的“必要多樣性法則”(Law of Requisite Variety)。理解不同層級的復雜性,是選擇恰當分析工具的前提。我們將探討熵(Entropy)在信息係統和物理係統中的不同解釋和應用。 --- 第二部分:係統工程的通用方法論——從需求到集成 係統工程(Systems Engineering)並不僅僅是大型硬件項目的管理工具,它是一套跨越所有學科的通用流程和方法論,用於指導復雜係統的概念化、開發、部署和退役。 4. 需求工程:挖掘未言明的真實意圖 需求的獲取、分析和驗證是項目成敗的關鍵。本書摒棄瞭簡單的用戶故事羅列,轉而強調基於場景的(Scenario-based)和基於乾係的(Stakeholder-based)需求捕獲技術。我們將詳細介紹如何構建清晰、無歧義的需求模型,以及如何運用質量屬性(Quality Attributes)(如性能、安全性、可維護性)來指導架構設計,確保係統不僅僅“能用”,而且“好用”且“持久”。 5. 係統架構設計與權衡分析(Trade-off Analysis) 架構是係統的藍圖,決定瞭係統在生命周期內的成本、風險和適應性。本部分將介紹多種係統架構模式,如分層架構、模塊化架構和麵嚮服務的架構(SOA)的係統視角理解。核心內容在於設計空間探索(Design Space Exploration):如何使用多目標優化工具(如帕纍托前沿分析)在相互衝突的需求(如成本與可靠性)之間做齣理性且可追溯的決策。 6. 集成、驗證與確認(IV&V):確保係統如預期工作 集成是一個迭代而非綫性的過程。本書詳細闡述瞭集成策略(如增量集成、冒煙測試集成)的選擇依據。更重要的是,我們將區分“驗證”(Verification,係統是否正確地構建瞭係統?)和“確認”(Validation,係統是否構建瞭正確的係統?)。我們引入瞭基於模型的係統工程(MBSE)的思想,強調通過數字孿生(Digital Twins)和高保真仿真進行係統行為的早期預測和測試。 --- 第三部分:動態係統的建模、仿真與控製 要管理復雜性,必須能夠預測其未來行為。本部分聚焦於將抽象的係統概念轉化為可計算、可分析的模型。 7. 係統行為的數學描述:狀態空間與轉換 我們將介紹描述係統動態演化的核心數學工具。對於綫性係統,狀態空間錶示法是清晰的基礎。對於更廣泛的非綫性係統,我們將探討相空間分析的概念。重點放在如何使用事件驅動(Event-Driven)和時間步進(Time-Stepping)的仿真方法來捕捉係統的瞬態響應和長期穩定性。 8. 混閤建模方法:連接不同尺度的洞察 現實世界的係統往往是異質的。例如,一個交通係統包含駕駛員的心理(基於智能體)和車輛的物理運動(基於微分方程)。本書倡導使用混閤建模方法,如將基於事件的離散模型與基於連續的微分模型相結閤,以全麵捕捉係統的復雜性。讀者將學習如何使用結構化建模語言(如SysML的活動圖和狀態機圖)輔助仿真模型的構建。 9. 控製論視角:穩定、適應與魯棒性設計 係統工程的終極目標之一是確保係統在擾動下的性能。我們將迴顧經典的反饋控製理論,並將其擴展到高維、多輸入多輸齣(MIMO)的復雜係統中。重點探討魯棒控製(Robust Control)的設計原則,確保係統在模型不確定性和外部乾擾下依然能維持其關鍵功能。同時,引入自適應係統(Adaptive Systems)的概念,使係統具備在運行環境中自我調整和優化的能力。 --- 第四部分:係統生命周期管理與演化適應 係統一旦部署,就進入瞭漫長的運維和演化階段。現代係統工程要求我們將“演化”視為設計的一部分。 10. 全生命周期成本(LCC)與可持續性 一個被低估但至關重要的領域是生命周期成本分析。本書將指導讀者如何將初始開發成本與集成、維護、升級、退役成本納入係統設計決策。此外,將係統環境影響納入考量,介紹綠色工程(Green Engineering)原則,確保係統設計不僅經濟可行,而且對環境和社會負責。 11. 係統的老化、退役與再利用 所有的係統都會退化。我們將分析可靠性工程中的故障模式與影響分析(FMEA)和故障樹分析(FTA)如何應用於預測和管理復雜係統的潛在失效模式。更進一步,探討如何設計具有可重構性(Reconfigurability)和可升級性(Upgradability)的架構,以最小化在麵對技術過時和需求變更時的“沉沒成本”。 12. 應對變革:係統韌性(Resilience)與敏捷係統開發 麵對不可預測的外部衝擊(如災難、市場顛覆),係統需要具備韌性——即在遭受破壞後快速恢復或繼續提供關鍵服務的能力。本書探討瞭如何通過冗餘、多樣性、快速隔離和快速恢復機製來增強係統韌性。最後,將係統工程的嚴謹性與敏捷方法論(Agile Methodologies)相結閤,探討在快速迭代的環境中保持係統完整性和架構一緻性的實踐方案。 --- 總結: 本書力求擺脫特定領域(如航空航天或軟件開發)的限製,提供一套普適的、以邏輯和數學為基礎的思維框架和工程工具箱。它不是關於“如何做某一個項目”,而是關於“如何科學地、有組織地解決任何層級的復雜挑戰”,培養讀者成為能夠駕馭現代工程與管理難題的係統思考者和實踐者。