《系统工程基本理论》

1、系统工程根本理论系统工程根本理论2.1 系统论根底系统论根底2.2 控制理论根底控制理论根底2.3 信息论根底信息论根底1整理ppt2.1 系统论根底系统论根底 为系统工程提供理论和方法的技术科学主要有为系统工程提供理论和方法的技术科学主要有系统论，控制论和信息论、最优化理论等其中，系统论，控制论和信息论、最优化理论等其中，系统论、信息论、控制论简称系统论、信息论、控制论简称“三论，是系统科三论，是系统科学的重要理论根底及工具。学的重要理论根底及工具。系统论是系统科学的主体理论根底。系统论是系统科学的主体理论根底。2整理ppt一般系统论一般系统论 贝塔朗菲是美籍奥地利生物学家，1945年，他在?德国哲学周刊?第18期上发表了?关于一般系统论?，这是系统科学的奠基之作，标志着系统科学的诞生。一般系统论用相互关联的综合性思维来取代分析事物的分散思维，概括了整体性、关联性、动态性、有序性、终极性目的性等系统的共性，突破了以往分析方法的局限性。3整理ppt一般系统论的延伸一般系统论的延伸 一一般般系系统统论论的的研研究究领领域域十十分分广广阔阔，几几乎乎包包括括一一切切与与系系统统有有关关的的

2、学学科科和和理理论论，如如管管理理理理论论、运运筹筹学学、信信息息论论、控控制制论论、科科学学学学、哲哲学学、行行为为科科学学等等。它它给给各各门门学学科科带带来来新新的的动动力力和和新新的的研研究究方方法法，沟沟通通了了自自然然科科学学与与社社会会科科学学、技技术术科科学学与与人人文文科科学学之之间间的的联联系系，促促进进了了现现代代科科学学技技术术开开展展的的整体化趋势，使许多学科面貌焕然一新。整体化趋势，使许多学科面貌焕然一新。4整理ppt系统的观点系统的观点-1 贝贝塔塔朗朗菲菲将将系系统统定定义义为为“相相互互作作用用的的诸诸要要素素的的复复合合体体。这这个个定定义义强强调调了了系系统统的的整整体体性性和和联联系系性，是系统科学的根本观点。性，是系统科学的根本观点。结结构构功功能能相相关关规规律律、信信息息反反响响规规律律、竞竞争争协协同同规规律律、涨涨落落有有序序规规律律、优优化化演演化化规规律律作作为为系系统统的五个重要规律。的五个重要规律。5整理ppt系统的观点系统的观点-2 1整体与涌现性整体与涌现性 系统观点首先是整体观点系统观点首先是整体观点 整整体体才才具具有有

3、而而孤孤立立的的局局部部及及其其总总和和不不具具有有的的特特性性，称称为为整整体体涌涌现现性性或或突突现现性性whole emergence。2结构、子系统、层次结构、子系统、层次 系系统统组组分分元元素素及及组组分分之之间间一一切切联联系系方方式式的的总和称为系统的结构总和称为系统的结构structure。子子系系统统subsystem相相对对于于系系统统整整体体而而言言就就是是系系统统的的局局部部或或组组分分，但但它它本本身身就就是是一一个个系系统统，具具有系统的根本特性。有系统的根本特性。层层次次是是系系统统由由元元素素整整合合为为整整体体过过程程中中的的涌涌现现等等级级，不不同同性性质质的的涌涌现现形形成成不不同同的的层层次次，不不同同层层次次表现出不同的涌现性。表现出不同的涌现性。6整理ppt系统的观点系统的观点-3 1 1系统的环境系统的环境 广广义义上上讲讲，一一个个系系统统之之外外的的一一切切与与它它相相关联的事物构成的集合，称为该系统的环境。关联的事物构成的集合，称为该系统的环境。2 2孤立系统、封闭系统和开放系统孤立系统、封闭系统和开放系统 依依据据系系统统与与环环

4、境境所所处处的的关关系系，可可将将系系统统分为孤立系统、封闭系统和开放系统。分为孤立系统、封闭系统和开放系统。3 3系统的行为系统的行为 行为是刻画系统与环境相互关系的概念。行为是刻画系统与环境相互关系的概念。4 4系统的功能系统的功能 功功能能是是刻刻画画系系统统行行为为，特特别别是是系系统统与与环环境境关系的重要概念。关系的重要概念。5 5系统的演化系统的演化 动动态态，暂暂态态，稳稳态态。演演化化性性是是系系统统的的普普遍性。遍性。7整理ppt2.2 控制理论根底控制理论根底 控制论控制论cyberneticscybernetics是在是在2020世纪世纪3030、4040年代自动控年代自动控制、电子计算机、通信技术和生物学、数学等学科蓬勃开制、电子计算机、通信技术和生物学、数学等学科蓬勃开展的背景下产生的。展的背景下产生的。19481948年，美国数学家维纳将机器与生年，美国数学家维纳将机器与生物的控制和通信机制进行类比，抽象出共同特征，创立了物的控制和通信机制进行类比，抽象出共同特征，创立了控制论。控制论。控制论提炼出的根本概念，诸如目的、行为、通信、控制论提炼出的根本概念，

5、诸如目的、行为、通信、信息、输人、输出、反响、控制以及在这些概念根底上的信息、输人、输出、反响、控制以及在这些概念根底上的控制论系统模型，即输入一输出反响控制模型，具有广泛控制论系统模型，即输入一输出反响控制模型，具有广泛的普遍意义，并且紧密联系着根底理论和应用技术两头。的普遍意义，并且紧密联系着根底理论和应用技术两头。8整理ppt控制的含义控制的含义 广义地说，世间各种事件的因果关系都是控制，包括领导、指挥、支配、经营、管理、创作、设计、组建、制造、操纵、制裁、教育、调节、补偿、决策、优化，等等。狭义地说，控制仅指有控制的系统中施控者选择一定手段作用于受控者的主动行为过程。9整理ppt控制与信息控制与信息 控制过程是一种不断获取、处理、选择、传送和利用信息的过程。实施控制的前提条件是获取受控对象运行状态、环境状况、实际控制效果等信息，控制目标和手段都是以信息形式表现并发挥作用的。维纳强调说：“控制工程的问题和通信工程的问题是不能区分开来的，而且，这些问题的关键并不是环绕着电工技术，而是环绕着更为根本的消息概念，而不管这消息是由电的、机械的或神经的方式传递的。从信息掌握程度理解白箱、灰

6、箱和黑箱的涵义从信息掌握程度理解白箱、灰箱和黑箱的涵义 10整理ppt控制分类控制分类 一定的控制过程有一定的控制任务。控制系统是人们为完成一定的控制任务而设计制造的。按照控制任务的不同，可将控制系统主要分为以下几种类型：p 定值控制 p 程序控制 p 随动控制 p 最优控制 11整理ppt控制方式控制方式 1开环控制2补偿控制3反响控制12整理ppt大系统的控制大系统的控制 1集中控制2分散控制 13整理ppt大系统的控制大系统的控制 3分解一协调控制分级递阶控制14整理ppt大系统的控制大系统的控制 3分解一协调控制分层控制 15整理ppt大系统的控制大系统的控制 3分解一协调控制分层分段控制 16整理ppt2.3 2.3 信息论根底信息论根底 现代信息论是从20世纪20年代奈奎斯特NNyquist和哈特利LvRHartley的工作开始的，他们最早研究了通信系统传输信息的能力，并试图度量系统的信道容量。1948年，申农发表了具有里程碑性质的论文?通信的数学理论?。这是世界上首次将通信过程建立了数学模型的论文。这篇论文和1949年发表的另一篇论文奠定了现代信息论的根底。17整理ppt

7、信息的含义信息的含义 申农把信息定义为两次不确定性之差，即 信息通信前的不确定性通信后仍有的不确定性 对于信息给予下面的进一步解释：1所谓信号，包括光、一般电磁波、声波或任何其他物质流。这些物质流要称为信号必须是对某个主体而言包含某种信息，否那么就仅是一种物质流。2信息是包含在信号中的，并非信号或其一局部的本体，因而是需要主体从信号中提取的。3与信号和信息关联的另一个概念是“消息。消息是有语义的，它是物质系统的属性存在值在信号中的表达的语言形式。但消息能否成为信息，那么在于主体的加工效果及其对主体的意义。4所谓的有意义或有价值是指，在这些信息的指导下，主体作出了某些行为决定，或改变了某种思想认识，或从中导出了新的知识。信息在主体的行为或思想变化中起了某种限制或规定性的作用。18整理ppt信息的特征信息的特征 现代科学证明信息归根结底是物质的一种属性，信息不能离开物质而单独存在，客观世界和人的大脑中都不存在与物质相别离的信息。但信息又是一种非常特殊的物质属性，一种迄今为止自然科学尚无法全面解释的物质属性。与物质的其他属性不同，信息的功能是表征物质客体成分、结构、状态、特性、行为、功能、演

8、化趁势等。一个系统的信息只能在与其他系统的相互作用以及相互关系中表现出来。信息不同于物质和能量，具有不守恒性、共享性信息不同于物质和能量，具有不守恒性、共享性 19整理ppt信息的性质信息的性质 信息附着于一定的载体之上，具有下面一些性质：1信息具有整体性。2信息有多种多样的存在或储存方式。3信息具有可复制性。4信息存在变异风险。20整理ppt信息与系统信息与系统 客观世界是由物质、能量、信息三大要素组成的。信息概念对于系统研究具有更广泛的意义。自贝塔朗菲以来的系统科学代表人物都成认，必须也能够撇开对象有关物质、能量的特殊规定性，仅仅把对象当作系统来研究，但不能撇开信息来研究系统。系统作为诸多局部的统一整体要生存和开展，它的组分之间必须协调有序地相互作用，系统与环境之间也必须协调有序地相互作用。这种协调有序的相互作用，有赖于元素之间、子系统之间、层次之间、系统与环境之间合理有效的信息联系、信息交换、信息操作。21整理ppt信息度量信息度量 信息虽然有量，但是不是所有的量都需要定义和实际测量。对信息的可量化的传统定义是：信息就是通信中消除了的不确定性，亦即增加了确实定性。这是技术科学层次公认的信息定义。实际的通信可能完全消除了接收者对某种事物知识的不确定性，也可能只是局部地消除了不确定性，甚至完全没有消除不确定性。因此申农把信息定义为两次不确定性之差。22整理ppt通信系统模型通信系统模型 申农信息论的实质是通信理论。从通信工程角度看，人们感兴趣的只是信源的统计特性，关心的主要是信源的信息结构和数量特征。信息结构由信源的可能消息集合和概率分布决定。有了信源的信息结构，就可以计算信源的各种数量特性。通信系统模型 23整理ppt信息论对于系统工程方法的奉献信息论对于系统工程方法的奉献 1信息论运用科学抽象和类比方法，将信息、信号、情报等不同领域的具体概念进行类比，抽象出了信息概念和信息论模型；2针对信息的随机性特点，运用了统计数学概率论与随机过程解决了信息量问题，并扩展了信息概念，充实了语义信息、有效信息、主观信息、模糊信息等方面内容。24整理ppt结束结束25整理ppt

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