第二章信息與系統(tǒng)2.2系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

2.2系統(tǒng)與系統(tǒng)工程

2.2.1系統(tǒng)的概念

　　系統(tǒng)有眾多的定義，總的意思是：系統(tǒng)就是由多個(gè)元素有機(jī)的結(jié)合在一起，執(zhí)行特定的功能以達(dá)到特定目標(biāo)的集合體。說得更詳細(xì)一些，系統(tǒng)是由各個(gè)元素或子系統(tǒng)組成的；各個(gè)元素之間是相互作用或相互制約的；系統(tǒng)是有目標(biāo)的；系統(tǒng)和環(huán)境有關(guān)，要適應(yīng)環(huán)境的變化；系統(tǒng)有強(qiáng)烈的整體性，單元要服從整體。系統(tǒng)既然是由元素組成的，則至少應(yīng)有兩個(gè)元素，這是最小的系統(tǒng)。大的系統(tǒng)元素很多，有成千上萬個(gè)元素。

　　1.一般系統(tǒng)論概述

　　2.系統(tǒng)的分類

　　對(duì)系統(tǒng)有各種各樣的分發(fā)，一般的分類方法有5種

　　按復(fù)雜程度分：可分為3類9等

　　按系統(tǒng)抽象程度分：可分為3類：概念系統(tǒng)、邏輯系統(tǒng)、實(shí)體系統(tǒng)

　　實(shí)體系統(tǒng)是由實(shí)際上可見的一些物質(zhì)組成的系統(tǒng)，也可以稱為物理系統(tǒng)；邏輯系統(tǒng)只能說明從原理上可行的系統(tǒng)，但并不確定具體的實(shí)體性質(zhì)。概念系統(tǒng)是由概念、原理、原則、方法、制度、程序等非物質(zhì)實(shí)體組成的系統(tǒng)。

　　按系統(tǒng)的功能分：可分為經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，軍事系統(tǒng)，電力系統(tǒng)，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)等

　　按系統(tǒng)和外界關(guān)系分：可分為封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)，封閉系統(tǒng)是獨(dú)立于環(huán)境的系統(tǒng)，開放系統(tǒng)是指和外界不能分開的系統(tǒng)。

　　按系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形態(tài)分：可分為開環(huán)系統(tǒng)，閉環(huán)系統(tǒng)；靜態(tài)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)；線性系統(tǒng)，非線性系統(tǒng)；確定系統(tǒng)，隨即系統(tǒng)等。開環(huán)系統(tǒng)是指系統(tǒng)輸入不對(duì)輸出產(chǎn)生影響，閉環(huán)系統(tǒng)是指系統(tǒng)輸出反過來作為輸入。靜態(tài)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)變量不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，如物理系統(tǒng)中的框架；動(dòng)態(tài)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時(shí)間變化的系統(tǒng)，社會(huì)系統(tǒng)都是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。確定性系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)變量都是確定的，一組唯一的輸入可以得到一組唯一的書櫥；而隨機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)變量具有隨機(jī)的性質(zhì)，只要有一個(gè)變量是隨機(jī)的，系統(tǒng)就是一個(gè)不確定系統(tǒng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)一般都是隨機(jī)系統(tǒng)。

　　3.系統(tǒng)的特性

　　系統(tǒng)具有如下的特性：

　　整體性：組成系統(tǒng)的各個(gè)元素不是簡(jiǎn)單的集合在一起，而是有機(jī)的組成一個(gè)整體，每個(gè)元素都要服從整體，追求整體最優(yōu)。這就是所謂全局觀點(diǎn)。

　　層次性：系統(tǒng)是有層次的。系統(tǒng)的每個(gè)元素仍可以看作是一個(gè)系統(tǒng)，例如社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)下屬工業(yè)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、交通系統(tǒng)等，而工業(yè)系統(tǒng)又可以分為機(jī)械工業(yè)系統(tǒng)、冶金工業(yè)系統(tǒng)... ...還可以繼續(xù)分下去。

　　相關(guān)性：系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)元素（或各個(gè)子系統(tǒng)）是有聯(lián)系和相互作用的。

　　目的性：任何一個(gè)系統(tǒng)都有一定的目的或目標(biāo)。

　　環(huán)境適應(yīng)性：任何系統(tǒng)都處于特定的環(huán)境中。

　　在系統(tǒng)中，稱有意義的元素為實(shí)體（Entity），表示實(shí)體特征的稱為屬性（Attribute），實(shí)體在特定時(shí)間的運(yùn)動(dòng)叫做活動(dòng)（Activity），描述系統(tǒng)在任何時(shí)間的必要變量叫狀態(tài)變量或簡(jiǎn)稱狀態(tài)（State），表示狀態(tài)變化的出現(xiàn)稱事件（Events）。

2.2.2系統(tǒng)與環(huán)境

　　一個(gè)系統(tǒng)之外一切與其相關(guān)聯(lián)的事物構(gòu)成的集合，稱為系統(tǒng)的環(huán)境。系統(tǒng)從環(huán)境中產(chǎn)生，又在環(huán)境中運(yùn)行、延續(xù)和演化。系統(tǒng)只有涌現(xiàn)出特定的整體性，才能適應(yīng)環(huán)境。

　　1.系統(tǒng)的能控與能觀

　　系統(tǒng)的能控與能觀也可稱為可控與可觀，這在控制系統(tǒng)中是很重要的概念。能控的意思是，在一個(gè)有限的時(shí)間間隔內(nèi)，比如從t0到t1的時(shí)間間隔內(nèi)，可以用一個(gè)無約束的控制量（標(biāo)量或向量），使得系統(tǒng)的狀態(tài)由x(t0)轉(zhuǎn)移到x(t1)，則系統(tǒng)在時(shí)間t0是能控的。所謂能觀性是指系統(tǒng)狀態(tài)x(t0)可以通過一個(gè)有限的時(shí)間間隔，有輸出值得觀測(cè)中確定，那么該系統(tǒng)在t0時(shí)刻是能觀的。

　　2.系統(tǒng)的接口與耦合

　　系統(tǒng)的接口是指系統(tǒng)與環(huán)境的結(jié)合點(diǎn)或者是子系統(tǒng)之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，在系統(tǒng)系統(tǒng)中接口的作用十分重要。系統(tǒng)的耦合就是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

　　3.系統(tǒng)的自組織性

　　對(duì)于一個(gè)由大量子系統(tǒng)所組成的系統(tǒng)來說，在一定的條件下，它的子系統(tǒng)之間自發(fā)地通過非線性的相互作用就能產(chǎn)生協(xié)同現(xiàn)象和相干效應(yīng)，并形成自己一定的組織功能和時(shí)空結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)表現(xiàn)出新的有序狀態(tài)，常把這個(gè)特性較系統(tǒng)的自組織性。

　　系統(tǒng)的自組織性在某種意義上意味著自足性、自律性和自我生成性，它強(qiáng)調(diào)要從整體系統(tǒng)的相互作用來考察事物。

2.2.3系統(tǒng)工程與系統(tǒng)方法

　　系統(tǒng)工程是系統(tǒng)科學(xué)在工程技術(shù)的應(yīng)用，其核心是組織管理與決策。

　　所謂系統(tǒng)工程，有兩層意思：作為科學(xué)，它是以研究大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)為對(duì)象的一門新興邊緣科學(xué)；作為工程，它又是一門工程技術(shù)，具有和一般工程技術(shù)相同的特征，但又具有本身的特點(diǎn)，它并不研究特定的工程物質(zhì)對(duì)象，而是物質(zhì)系統(tǒng)、概念系統(tǒng)。我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森指出“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法，是一種對(duì)所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法�！薄跋到y(tǒng)工程是一門組織管理的技術(shù)�！�

　　三維結(jié)構(gòu)由時(shí)間維、邏輯維和知識(shí)維組成一個(gè)立體結(jié)構(gòu)

　　時(shí)間維將系統(tǒng)分為7個(gè)時(shí)間階段，包括：

　　（1）規(guī)劃階段：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定義、確定目標(biāo)、制定開發(fā)規(guī)劃和策略。

　　（2）制定方案：提出具體方案

　�。�3）研制階段：實(shí)際系統(tǒng)地研制方案

　　（4）試運(yùn)行階段：將項(xiàng)目投入試運(yùn)行

　�。�5）安裝調(diào)試階段：將整個(gè)系統(tǒng)安裝好，擬定運(yùn)行維護(hù)規(guī)范和運(yùn)行計(jì)劃

　�。�6）運(yùn)行階段：按預(yù)期目標(biāo)運(yùn)行系統(tǒng)

　　（7）更新階段：改進(jìn)舊系統(tǒng)，使之成為新系統(tǒng)。

　　邏輯維是指系統(tǒng)開發(fā)過程中每個(gè)階段所經(jīng)歷的步驟

　�。�1）問題確定：通過收集數(shù)據(jù)弄清問題的癥結(jié)

　�。�2）目標(biāo)確定：確定目標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

　�。�3）系統(tǒng)綜合：研究達(dá)到目標(biāo)的各種策略

　�。�4）系統(tǒng)分析：通過建模，推斷可供選擇的各種方案的可能結(jié)果

　�。�5）最優(yōu)化：求出最優(yōu)系統(tǒng)方案

　�。�6）系統(tǒng)決策：選出最優(yōu)方案

　�。�7）計(jì)劃實(shí)施：將有選方案付諸實(shí)施

　　知識(shí)維是指完成各階段、各步驟所需知識(shí)