工业工程概论课件IE与系统工程学.ppt

1★★工业工程概论•第 1 章 工业工程的概念与意识 2 • 第 2 章 工业工程的发展与应用 2 • 第 3 章 工业工程的学科构成 2 • 第 4 章 IE与运筹学 OS 2 • 第 5 章 IE与系统工程学 SE 2Date工业工程2★★ 第5章 IE与系统工程• 5.1 系统的概念• 5.2 系统科学的体系• 5.3 系统工程的内涵• 5.4 系统工程的方法• 5.6 系统工程的应用Date工业工程3★★5.1 系统的概念5.1.1 古代系统思想5.1.3 系统的定义5.1.2 系统的分类Date工业工程4★★5.1.1 古代系统思想 图1 伏羲古太极图 • 伏羲古太极图蕴涵了古代中国人的 系统思想（见图1-1）《易经》试 图用阴阳五行八卦论来说明统一的 世界，或把五行（金木水火土）作 为构成万物的基本要素，或把八卦 （从自然界中找出的8种事物：天地 雷风水火山泽）看作万物之源战 国时的子思、孟子提出了“天人合一” 的思想这些学说都把宇宙看作一 个整体 • 古希腊思想家亚里士多德提出了著 名论点“整体大于它的各部分的总和” 。

图1 伏羲古太极图Date工业工程5★★5.1.2 系统的定义• 1994年我国《系统科学大辞典》的系统（System）定义：系统是由相互联系、相互作用的要素组成的，具有一定结构 和功能的有机整体 • 1986至1998年汪应洛院士给出的系统定义是： • 系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构 成的一个整体 • 构成一个系统必须具备三个条件：①系统由两个以上的要素组成；②要素之间存在着相互联系、相互作用（interaction）；③系统具有不同于各个组成要素的整体功能 Date工业工程6★★5.1.2 系统的定义• 系统包含了以下6个基本概念：图4（1）要素又称元素是系统的组成部分，又称为子系统2）结构系统各个要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式（3）功能系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力（4）边界系统所包含的要素的界限，结构表明须有确定边界（5）环境存在于系统外与系统发生作用的各种因素的总体功能表明系统需要与环境发生关系6）输入通过边界进入到系统的事物通过边界进入到环境的事物 Date工业工程7★★图4 系统的概念 • （1）ElementsComponents Subsystem • （2）Structure • （3）Function • （4）Boundary • （5）environment • （6）Input/Output边界要素 联系系统环境输出输入图4 系统的概念功能：转换结构Date工业工程8★★5.1.3 系统的分类• 系统形态的分类如表1所示。

• 复合系统（Compound systems）是指几种类型的系统互相重合和嵌套所组成的系统 • 大多数系统是自然系统与人工系统的复合系统 • 在多数情况下物质系统和概念系统是结合的生产系统既有物质系统（设备），也有概念系统（知识） Date工业工程9★★表 1 系统的分类 划分依据系统类 型实实例系统起源自然系统统 Natural systems 海洋系统，天体系统，生物系统人工系统统 Artificial systems工程系统，社会系统，管理系统要素性质物质质系统统 Physical systems矿藏系统，生物系统，技术系统概念系统统 Conceptual systems法律系统，文学系统，艺术系统要素数量简单简单 系统统 Simple systems原子系统，简单工具复杂杂系统统 Complex systems生命系统，生产系统，社会系统与时间 关系动态动态 系统统 Dynamic systems气象系统，生物系统，生产系统静态态系统统 Static systems建筑物，地图与外界作用孤立系统统 Island systems宇宙飞船的密封仓封闭闭系统统 Closed systems外加磁/电场中的磁/电介质系统开放系统统 Open systems生命系统，经济系统，社会系统认识论黑色系统统 Black systems银河系外遥远星座，待设计产 品白色系统统 Whitening systems可拆卸的机器，已解决的问题灰色系统统 Grey systems农业系统，人体系统Date工业工程10★★1.1 系统的基本概念1.1.1 系统的定义与分类1.1.2 系统科学与系统工程1.1.3 人工系统的分类★Date工业工程11★★5.2 系统科学的体系• 系统科学（System science）• 它是以系统为研究和应用对象的一个科学技术的门类。

• 它是现代科学技术体系中的一大门类• 中国著名科学家钱学森于20世纪70年代末提出了系统科学体 系的三个层次结构，如图5所示①工程技术层次是直接优化客观世界的知识②技术科学层次是指导工程技术的理论③基础科学层次是研究系统的基本属性与一般规律的学科• 系统科学通向哲学的桥梁是系统论Date工业工程12★★图5 系统科学的体系 图5 系统科学的体系系统学运筹学控制论系统工程自动化技术信息论通信技术←技术科学←工程技术←基础科学系统科 学Date工业工程13★★5.3 系统工程的内涵• 现代IE与系统工程功能十分相似，国外有的大学把IE系改名为 I&SE(工业与系统工程)，但两者也是有区别的 • 系统工程（System engineering）中的系统与工程均有其特殊的含义 系统是只包括属于人工系统及复合系统这类性质的系统，不包括 自然系统工程是指造物的学问，是“工程学”的简称不是指造物的工作过程 • 1971年日本寺野寿郎认为系统工程学就是使从无到有的创造过程合理化的科学 • 1975年美国科学技术辞典的定义是：系统工程是研究彼此密切联系的许多要素所构成的复杂系统的设 计的科学。

• 1994年我国《系统科学大辞典》的定义是：系统工程是—门统筹全局综合协调研究系统的科学技术，是系统开发、设计、实施和运用的工程技术 Date工业工程14★★5.3 系统工程的内涵• 钱学森指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研 究、设计、制造和使用的科学方法，是一种对所有系统都具 有普遍意义的科学方法 • 系统工程根据总体协调的需要，综合应用自然科学和社 会科学中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工 具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析、综合、 模拟、最优化，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最 优控制的目的 • 系统工程的原理和方法，适用于一切系统(包括物质的 和非物质的)，如自然系统、社会经济系统、经营管理系统 ……，而不限于某种特定的工程物质对象 • 系统工程作为最通用的工程技术，为现代工业工程及管 理工程、制造工程等提供了重要的方法论和基本方法Date工业工程15★★5.3 系统工程的内涵系统工程的研究对象主要是复杂的人工系统系统工程作为一种科学方法，最初是在20世纪40年代由美国贝尔公司在设计通讯网络时提出的系统工程作为一种工程技术，主要包括两大技术:系统分析是对已有的系统用系统方法进行定量分析以帮助进行有效决策。

系统设计是设计出能满足预定目标要求的新的系统Date工业工程16★★例 “阿波罗”载人登月• 系统工程的典型运用是美国阿波罗工程（Apollo project） • 工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次成功登月结束，历 时11年，耗资255亿美元，仅科研课题就有5万多项 • 在项目高峰期，参加研制的有2万多家企业、200多所大学和80 多个科研机构，总人数超过30万人，使用大型计算机600台 • 共发射了17枚飞船阿波罗飞船全部构件达300多万个 • 如此庞大而复杂的系统，如果有一个环节发生故障或延时完成 ，都会使登月飞船无法按期发射 • 正是由于采用了系统工程的方法，才顺利完成了计划它是复 杂系统工程的光辉典范Date工业工程17★★图6 人类首次登上月球 • 阿波罗在进行了6次不载人试验和 4次载人试验之后，1969年7月20 日，“阿波罗11号”宇宙飞船把两 名美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔 德林送上了遥远的月球，使“嫦 娥奔月”的神话成为现实人类 第一次在另外的星球上留下了足 迹两名宇航员在月球上漫游了2 小时31分钟，拍摄了月球景色、 装置了科学仪器、采集了月球的 岩石和土壤标本，安全返回地面 。

图6 人类首次登上月球 阿波罗11号飞船的航天员(1969.7.21)Date工业工程18★★ 5.4 系统工程的方法5.4.1 霍尔三维结构 5.4.2 工业工程方法论的体系5.4.3 系统方法的特点5.4.4 系统方法的类型• 系统分解• 系统分析 • 系统综合• 系统评价• 系统设计Date工业工程19★★5.4.1 霍尔三维结构 图7 •美国通信工程师、系统 工程专家霍尔（A.D. Hall）1969年提出了 “霍尔三维结构”已 成为广泛采用的方法论 •时间维系统工程活动 从开始到结束按时间顺 序排列的全过程，7个 阶段 •逻辑维时间维的每一 个阶段内所要进行的工 作内容和应该遵循的思 维程序， 7个步骤•知识维为完成这些阶 段和步骤所需要的各种 专业知识和技能图7 霍尔三维结构图时间知识逻辑明确问题确定目标系统综合系统分析优化实施规划 拟定方案更新研制 生产安装阶段艺术 社会科学 管理 法律 商业 建筑 医学 工程 …决策运行步骤知识和技能Date工业工程20★★5.4.2 工业工程方法论的体系 •IE专门技术与系统工程方法 相结合现代IE的标志之一 •在IE的研究与应用中，要充 分认识其方法论的意义和系 统工程在整个IE方法与技术 体系中的支配地位。

•参照系统工程中的霍尔三维 结构，可将IE方法论的形式 体系归结为图8图8 工业工程方法论体系系统工程 计算机技术 工业工程专门技术 管理科学社会及人文科学 应用数学 工程技术系统诊断与分析 系统规划与设计 系统实施与运行 系统评价和改善工作阶段知识方法 问题说明逻辑步骤┇目标探索方案综合分析权衡评价抉择Date工业工程21★★5.4.3 系统方法的特点• 系统方法(system method)，就是按照事物本身的 系统性，把研究对象放在系统的形式中加以考察 、认识和处理的一种方法• 即从系统的观点出发，着眼于系统与要素、要素 与要素、系统与环境之间的相互联系和相互作用 的关系中，综合地、精确地考察系统，以掌握系 统的本质与运动规律和达到满意地处理问题的一 种方法Date工业工程22★★5.4.3 系统方法的特点• 与传统方法相比，系统方法有如下的特点： (1)整体性系统方法特别强调对事物整体性的研究 (2)综合与分析的辩证统一系统方法采用综合→分析→综合的模式，把综合与分析通过反馈耦合成双向性思维 (3)优化确定系统优化目标，使系统结构合理、内外协调， 达到整体优化的目的 (4)定性研究与定量研究的有机结合。

系统方法不仅可以定性 地揭示系统的属性和机制，而且可以借助现代数学和计算 机定量地描述系统的运动状态和规律Date工业工程23★★5.4.4 系统方法的类型• 根据系统工程的原理，就系统设计的过程而言，系统方法包括： • 系统分解 • 系统分析 • 系统综合 • 系统评价 • 如图9所示 • 下面介绍这4种方法 ★图9 系统设计的过程系统综合Y设计结果系统分析系统的要求系统评价满意?N系统分解Date工业工程24★★5.4.4.1 系统统分解（1）系统分解 (Systems decompose)的定义• 系统分解是把系统整体分成多个部分的过程 • 即，把复杂的系统分解为若干个相互联系的、相。