第2章 系统工程理论基础.ppt

第二章 系统工程理论 一、运筹学 1、起源与发展 起源于二次大战的一门新兴交叉学科 与作战问题相关 如雷达的设置、运输船队的护航、反潜作战中深水炸弹的深度、飞行员的编组、军事物资的存储等 英国称为 Operational Research 美国称为 Operations Research 战后在经济、管理和机关学校及科研单位继续研究 1952年，Morse 和 Kimball出版《运筹学方法》 1948年英国首先成立运筹学会 1952年美国成立运筹学会 1959年成立国际运筹学联合会(IFORS) 我国于1982年加入IFORS，并于1999年8月组织了第15届大会 2、运筹学的特点及研究对象 运筹学的定义 为决策机构对所控制的业务活动作决策时，提供以数量为基础的科学方法——Morse 和 Kimball 运筹学是把科学方法应用在指导人员、工商企业、政府和国防等方面解决发生的各种问题，其方法是发展一个科学的系统模式，并运用这种模式预测，比较各种决策及其产生的后果，以帮助主管人员科学地决定工作方针和政策——英国运筹学会 运筹学是应用分析、试验、量化的方法对经济管理系统中人力、物力、财力等资源进行统筹安排，为决策者提供有根据的最优方案，以实现最有效的管理——中国百科全书 现代运筹学涵盖了一切领域的管理与优化问题，称为 Management Science 3、运筹学解决问题的方法步骤 明确问题 建立模型 设计算法 整理数据 求解模型 评价结果 4.运筹学的分支 数学规划：线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划、目标规划等 图论与网路理论 随机服务理论：排队论 存储理论 对策论（囚徒困境） 决策论 等 5、运筹学的发展趋势 运筹学的危机 脱离实际应用，陷入数学陷阱 运筹学与行为科学结合 群决策和谈判 对策理论 多层规划 合理性分析 5、运筹学的发展趋势 软计算 智能算法：模拟退火、遗传算法、人工神经网络、戒律算法等 系统仿真 后勤(Logistics) 全球供应链管理 电子商务 随机和模糊 OR 问题本身的不确定性 人类知识的局限性 控制 对一个系统进行控制，就是驱动此系统使有效地达到预定的目的。 控制的目的 保持系统原有的状态，使其不发生偏离； 引导系统的状态达到某种预期的新状态。 反馈 将已施行的控制作用的效果作为决定或修改下一步控制作用的依据。 控制论  定义：控制论是研究一般系统中控制和信息过程共同规律的科学，是一门涉及各个领域的综合性很强的科学。 控制论发展经历的时期 进入70年代以后，是大系统控制理论时期。在这一时期，主要研究对象是因素众多的大系统，重点是大系统多级递阶控制，借助的工具是电子计算机联机和智能机器，应用领域主要为社会系统、经济系统、生态系统、管理系统、环境系统等。 基本控制方式 反馈控制 定值控制 随动控制 程序控制 随机控制 控制论的基本方法 功能模拟方法：功能模拟方法是建立在对结构与功能关系的认识基础之上，对对象模型进行研究。 如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的，但二者的内部结构和物理过程是截然不同的，这就是一种功能模拟。功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。 黑箱方法：形成系统辨识的理论基础。 通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法。它是探索复杂大系统的重要工具。系统辨识是在输入、输出的基础上，从一类系统中确定一个与所测系统等价的系统。黑箱就是指那些不能打开箱盖，又不能从外部观察内部状态的系统。 黑箱方法也是控制论的主要方法。具体是：首先给黑箱一系列的刺激（系统输入），再通过观察黑箱的反应（系统输出），从而建立起输入和输出之间的规律性联系，最后把这种联系用数学的语言描述出来形成黑箱的数学模型。 黑箱方法不涉及复杂系统的内部结构和相互作用的大量细节，而只是从总体行为上去描述和把握系统、预测系统的 三、信息论 * * (1)运筹学 (2)控制论 (3)信息论 (4)一般系统论 (5)耗散结构理论、协同学、 突变论 (6)大系统与大系统理论 明确问题 建立模型 设计算法 整理数据 求解模型 评价结果 简化？ 满意？ Yes No No 记住：运筹学在结构清晰，目标明确，可建立数量模型的情景下是有效的。 二、控制论 1947年由美国人维纳（Norbert Wiener）创立的控制论（Cybernetics）是一门研究系统的控制的学科。维纳于1948年出版了《控制论》一书，他对控制论的定义是：“关于动物和机器中控制和通信的科学。” 正反馈能放大控制作用，实现自组织控制。但也使偏差愈益加大。 负反馈能纠正偏差，实现稳定控制，但它减弱控制作用、损耗能量。 控制论的发展已大致经历了三个时期。从2