系统工程学 讲义3 系统工程理论.ppt

第二章 系统工程理论 §2-1 经典系统理论 （二）一般系统论的基本观点 二、控制论 三、信息论 （二）信息论的基本概念 3 物质、能量、信息的比较 4. 通信问题模型 5. 信息量和信息熵 §2-2 现代系统理论 （1）耗散结构理论 2. 耗散结构理论简介 自组织的典型现象 耗散结构的基本特点 （二）协 同 学 （三）小 结 突变论观点： （3）耗散结构的出现是由于远离平衡态的系统内部涨落被放大而诱发的。 synergetics研究协同系统从无序到有序状态的演化规律。 德国物理学家哈肯于1970’创立。 基本原理： （1）协同效用原理 （2）支配原理 （3）自组织原理 （1）耗散结构要求系统开放，远离平衡态，有物质、能量交换，以及内部的非线性机制。而协同学把研究从远离平衡态的开放系统扩展到近平衡态和平衡态系统。 （2）同外部的交换可产生负熵流，产生促协力。促协力与交换量成正比。 （3）子系统之间的协作力决定系统的未来走向。 （4）耗散结构惯性定理 （5）吞并溶合原理 * * 重要研究领域有耗散结构理论、协同学、突变理论、混沌与分叉理论、自组织系统、超循环理论和有序与无序。 一、一般系统论 （一）一般系统论产生过程 一维科学时代，还原论，解决孤立问题 二战爆发，复杂的战争组织、复杂的战争资源管理和后勤保障问题向还原论方法提出了尖锐的挑战。 系统论发展重要的标志：贝塔朗菲的一般系统论 现代系统论是在对生物学中的还原论和活力论的批判中诞生的。 1937年，贝塔朗菲在芝加哥大学提出了一般系统论的概念。 1945年，在《德国哲学周刊》上发表 《关于一般系统论》 直到1947年和1948年，一般系统论才形成为一门崭新的学科。 贝塔朗菲认为：生命首先是一个自我组织系统，作为有组织的复合体不断经历着发展和展开，向着更高层次的分化前进。作为整体它不能还原为部分，其发展了的形态与早先的形态有着质的区别。而且有机体不是静态的而是动态的，不是封闭的而是开放的，不是被动地等待反应，而是自动地主动地寻求刺激。 1. 系统的整体性 ① 要素和系统不可分割 ② 系统整体的功能不等于各组成部分的功能之和。 “非加和定律” ③ 系统整体的质不同于部分的质。 2. 系统的开放性 有机体之所以能够保持自身有序的、有组织的稳定状态，是由于系统与环境处于相互作用之中，系统与环境不断进行物质、能量和信息的交换，这就是开放系统。 等结果性原理。 开放系统可以保持自身的稳定结构和有序状态，这正是系统目的性的表现。 3. 系统的动态相关性 动态相关性的实质是揭示要素、系统和环境三者之间的关系及其对系统状态的影响。 4. 系统的层次等级性 结构越复杂，组织越有序，功能也越强。 5. 系统的有序性 结构有序性（空间）、发展有序性（时间）。 （一）控制论的产生与发展 1947年，维纳，控制论，Cybernetics 1948年， 《控制论》 定义控制论为“关于动物和机器中的控制与通信的理论”。 控制论的发展经历了三个时期： 经典控制理论时期。 研究单因素控制系统，重点是反馈控制。 现代控制理论时期。 研究多输入、多输出、高精度和参数时变，最优控制。 大系统理论控制时期。 大系统多级递阶控制。 （二）控制论的基本概念 （三）控制论对系统方法的启示 黑箱——灰箱——白箱法 黑箱法：人们无需或无法直接观测其内部结构，不打开系统“活体”，只能从外部的输入和输出去认识现实系统。 黑箱永远有，白箱永不白。 （一）信息论的产生与发展 1949年，C．E．香农的《通信的数学理论》 基本内容是研究信源、信宿、信道及编码问题。 分类： （1）狭义信息论：即申农信息论。 （2）一般信息论：通信问题。 申农信息论的局限性。 1 信息定义 两次不定性之差，即不定性的减少的量。 消息是信息的外壳，信息是消息的内核。 2 信息概念的特点 （1）信息具有知识秉性。 （2）信息的使用价值具有相对性。 （3）信息不守恒。 信息熵 不守恒 存储、传递 信号等 信息 热力学第二定律 能量守恒 能量转化、传递 引力、热等 能量 物质不灭 扩散、传递 电子、细胞等 物质 熵 守恒 变化过程 表现形式 反常的事件比正常的含信息量大，稀有事件比正常的含信息量大。 以概率p发生的可能消息所包含的信