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1、第二講系統(tǒng)工程理論李剛西安交通大學管理學院第二講:系統(tǒng)工程理論第一節(jié)：系統(tǒng)工程的理論基礎第二節(jié)：系統(tǒng)工程理論的新發(fā)展系統(tǒng)工程的理論基礎一、控制論1、控制論的產生與發(fā)展1947年由美國人維納（NorbertWiener）創(chuàng)立的控制論（Cybernetics）是一門研究系統(tǒng)的控制的學科。維納于1948年出版了《控制論》一書，他對控制論的定義是：“關于動物和機器中控制和通信的科學?！毕到y(tǒng)工程的理論基礎控制論的發(fā)展已大致經歷了三個時期。從40年代末到50年代是第一個時期，即經典控制理論時期。在這一時期，主要的研究對象是單因素控制系統(tǒng)，重點是反饋控制，借以

2、實現(xiàn)的工具是各種各樣的自動調節(jié)器、伺服機構及其有關的電子設備，著重解決單機自動化和局部自動化問題。控制論發(fā)展的第二個時期為60年代，即現(xiàn)代控制理論時期。這一時期，控制論的主要研究對象就成了多因素控制系統(tǒng)，研究重點是“最優(yōu)控制”，研究借助的工具是電子計算機。系統(tǒng)工程的理論基礎進入70年代以后，是大系統(tǒng)控制理論時期。在這一時期，主要研究對象是因素眾多的大系統(tǒng)，重點是大系統(tǒng)多級遞階控制，借助的工具是電子計算機聯(lián)機和智能機器，應用領域主要為社會系統(tǒng)、經濟系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)等。系統(tǒng)工程的理論基礎控制論的基本概念控制系統(tǒng)由施控器、受控器和控制

3、作用的傳遞者三者組成，形成一個整體的控制功能和行為，但這又是相對于某種環(huán)境而言。因而可以把施控器、受控器和控制作用的傳遞者三個部分所組成的、相對于某種環(huán)境而具有控制功能與行為的系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)輸入偏差控制輸出反饋施控器受控器檢測器比較器環(huán)境閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工程的理論基礎系統(tǒng)穩(wěn)定性負反饋正反饋系統(tǒng)的結構層次性相對性較高層次具有較高的復雜性。系統(tǒng)與要素是相對于系統(tǒng)的等級和層次而言的。一般說來，高一級的結構層次對低一級的結構層次有著制約性，而低一級結構又是高一級結構的基礎，低一級結構層次反作用于高一級結構層次，它們之間的關系是辨證的。系統(tǒng)工程的理

4、論基礎各層次都有其最佳規(guī)模結構穩(wěn)定性結構開放性和動態(tài)性系統(tǒng)工程的理論基礎控制論對系統(tǒng)工程方法論的啟示黑箱—灰箱—白箱法黑箱永遠有，白箱永不白功能模擬法形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法系統(tǒng)工程的理論基礎控制論對系統(tǒng)工程方法論的啟示功能模擬法功能模擬方法，就是以功能和行為的相似性為基礎，用模型模仿原型的功能和行為的一種方法。電子計算機的創(chuàng)造就是功能模擬法應用成功的一個例子，早期的計算機就是從模擬人的計算功能開始的，但這種模型在外形和結構上與原型已很不一樣。系統(tǒng)工程的理論基礎控制理論分支與系統(tǒng)研究各方面的對應關系控制論分支與系統(tǒng)工程研究的分類表結構方面行為方

5、面反饋性能能控性、能觀性可靠性大系統(tǒng)理論穩(wěn)定性最優(yōu)化濾波、隨機控制魯棒性自適應、自組織、自學習人工智能和模式識別系統(tǒng)工程的理論基礎信息論信息論于本世紀40年代末產生，其主要創(chuàng)立者是美國的數(shù)學家申農（C.E.Shannon）和維納人們根據(jù)不同的研究內容，把信息論分成三種不同的類型狹義信息論：即申農信息論。主要研究消息的信息量、信道（傳輸消息的通道）容量以及消息的編碼問題一般信息論：主要研究通訊問題，但還包括噪聲理論、信號濾波與預測、調制、信息處理等問題廣義信息論：不僅包括前兩項的研究內容，而且包括所有與信息有關的領域系統(tǒng)工程的理論基礎信息申農將信息

6、定義為“兩次不定性之差”，即“不定性的減少的量”。從通訊角度看，信息是數(shù)據(jù)、信號等構成的消息所載有的內容。消息是信息的“外殼”，信息是消息的“內核’。在同樣一條消息中，對不同的人來講，可能信息量很大，也可能信息量很小，甚至為零。從實用角度看，信息是指能為人們所認識和利用的，但事先又不知道的消息、情況等。也就是說信息對于收信者來說，應該是有用的和未知的東西。維納則認為：信息不是物質也不是能量，在信息與物質、能量之間劃了一條界限；信息是控制系統(tǒng)進行調節(jié)活動時，與外界相互作用、相互交換的內容；信息是系統(tǒng)的組織性的量度。系統(tǒng)工程的理論基礎信息的特點信息源

7、于運動信息可以被感知、處理和利用信息具有知識秉性，能消除不確定性信息依賴于物質并在物質上傳遞、存儲，但有不同于物質信息的使用價值具有相對性信息具有時效性信息不守恒系統(tǒng)工程的理論基礎信息論的啟示信息論研究運用了類比方法和統(tǒng)計方法信息論運用了科學抽象和類比方法，將消息、信號、情報等不同領域中的具體概念，進行類比、抽象出了信息概念、抽象出了信息論模型針對信息的隨機性特點，運用了統(tǒng)計數(shù)學（概率論與隨機過程）解決了信息量問題。并擴展了信息概念，壯大了語義信息、有效信息、主觀信息、相對信息、模糊信息等方面的內容系統(tǒng)工程的理論基礎系統(tǒng)工程的理論基礎信息論的啟示

8、運用信息的方法處理問題把系統(tǒng)題有目的的運動抽象為一個信息交換過程信息輸入信息存儲信息處理信息輸出信息反饋系統(tǒng)工程的理論基礎表現(xiàn)形式變化過