管理系统工程 张晓冬 李英姿 编著 内 容 简 介 本书从系统思想和知识综合的角度，以企业系统为研究对象，介绍了管理系统工程的概念、知识框架、 方法论、定性和定量分析方法、具体的应用案例，以及与学习内容配套的分析软件。主要内容包括系统 与系统工程、管理系统工程综述、管理系统工程方法论、管理系统分析、管理系统评价、管理系统决策、 网络计划技术、管理系统仿真等。 本书可作为高等院校管理科学与工程、工业工程、机械工程、工商管理等专业本科生、研究生和 MBA的教材和参考书，也适合于从事企业系统规划、开发和运用管理的有关人员阅读参考。 本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。 版权所有，侵权必究。侵权举报电话：010-62782989 13701121933 图书在版编目(CIP)数据 管理系统工程 / 张晓冬, 李英姿编著. — 北京：清华大学出版社，2017 （21世纪经济管理精品教材. 管理科学与工程系列） ISBN 978-7-302-46478-5 Ⅰ. ①管… Ⅱ. ①张… ②李… Ⅲ. ①管理系统理论高等学校教材 Ⅳ. ①C93 中国版本图书馆CIP数据核字(2017)第024638号 责任编辑：吴 雷 封面设计：李召霞 版式设计：方加青 责任校对：宋玉莲 责任印制：宋 林 出版发行：清华大学出版社 网　　址：http://www.tup.com.cn，http://www.wqbook.com 地　　址：北京清华大学学研大厦A座 邮　　编：100084 社 总 机：010-62770175 邮　　购：010-62786544 投稿与读者服务：010-62776969，c-service@tup.tsinghua.edu.cn 质　量　反　馈：010-62772015，zhiliang@tup.tsinghua.edu.cn 课　件　下　载：http://www.tup.com.cn，010-62770175-4506 印 装 者：清华大学印刷厂 经　　销：全国新华书店 开　　本：185mm×260mm 印　　张：15.25 字　　数：337千字 版　　次：2017年3月第1版 　 印　　次：2017年3月第1次印刷 印　　数：1～3000 定　　价：39.00元 ————————————————————————————————————————————— 产品编号：068822-01 前 言 在人类社会的发展史上，系统思想被不断地应用于社会活动和生产活动中，其应用领 域几乎遍及工程技术和社会经济的各个方面。管理系统工程就是以企业系统为研究对象， 对系统的构成要素进行分析和配置、对系统的功能结构进行设计和组织、对系统的运作过 程进行控制和优化、对系统的运行环境进行分析和适应，从而对企业系统进行合理化设计、 分析、控制和改善的系统化程序、方法和技术。 随着科学技术的日新月异，尤其是管理技术、信息技术、互联网技术的迅速发展，管 理系统工程的研究和应用也在发生着深刻的变化，新思路、新理念、新方法不断涌现。本 书就是从系统思维和知识综合的角度，介绍管理系统工程的概念、知识框架、定性和定量 分析方法，以及管理系统工程的具体应用。读者在阅读过程中，应注意掌握管理系统工程 的总体构架，结合先进的管理方法以及本书提供的大量练习和案例来进行学习。本书同时 还提供了与学习内容配套的分析软件，读者可以通过大量的实际操作，掌握管理系统工程 的分析、评价、决策和仿真等实战方法。通过上述努力，本书期望能够使读者了解管理系 统工程的基础理论和方法论，掌握系统建模、分析、评价、预测及决策的科学方法，从而 适应现代管理科学与工程、工业工程等专业发展的需要。 本书的前五章由张晓冬编写，后三章由李英姿编写。硕士研究生朱宇朦、梁昊、翟璐 璐、任晓琳、王露露等同学进行了大量的文献整理、资料翻译、案例收集和计算工作。 本书的编写及出版得到了北京科技大学“十二五”教材建设经费的资助。本书所涉及 的部分案例来自编者的科研成果，这些研究工作得到了国家自然科学基金项目（批准号： 70971146、71171019）的资助，在此表示衷心感谢！ 本书的编写过程中参考了大量文献和网络资源，已尽可能地列在书后的参考文献中， 但其中仍难免有遗漏；特别是一些资料经过反复引用已难以查实原始出处，这里特向被漏 列文献和网络资源的所有者表示歉意，并向所有作者表示诚挚的谢意！ 本书是管理科学与工程专业和工业工程专业本科的专业课教材，也可供机械工程、机 电工程、企业管理、工商管理等专业选用，并可供企业管理人员和技术人员参考。 由于管理系统工程是一门正在发展的综合性交叉学科，编写此书涉及面广，技术难度 较大，加上作者水平的局限，因此书中不妥之处在所难免，敬请广大读者批评指正。 编 者 2016年12月 目 录 第1章 系统与系统工程 ·································································1 1.1 系统 ···················································································1 1.1.1 系统的定义及属性 ·····························································1 1.1.2 系统的分类 ······································································5 1.1.3 系统的结构与功能 ·····························································7 1.1.4 系统思想的演变与发展 ·······················································8 1.2 系统工程 ············································································10 1.2.1 系统工程的产生与发展 ·····················································10 1.2.2 系统工程的定义 ······························································11 1.2.3 系统工程的学科特点 ························································12 1.3 系统工程的基础理论 ·····························································13 1.3.1 控制论 ··········································································15 1.3.2 信息论 ··········································································18 1.3.3 新三论 ··········································································20 1.3.4 运筹学 ··········································································22 1.3.5 复杂适应系统理论 ···························································25 1.4 系统工程的应用 ···································································28 1.4.1 系统工程的应用领域 ························································28 1.4.2 系统工程的应用案例 ························································29 第2章 管理系统工程综述 ·····························································35 2.1 企业的系统描述 ···································································35 2.1.1 企业系统的整体性 ···························································35 2.1.2 企业系统的目的性 ···························································37 2.1.3 企业系统的功能性 ···························································38 2.1.4 企业系统的结构性 ···························································39 2.1.5 企业系统的环境性 ···························································42 2.2 管理与管理系统工程 ·····························································44 2.2.1 管理的定义 ····································································44 2.2.2 管理学发展史 ·································································46 2.2.3 管理的特征 ····································································48 2.2.4 管理系统工程的定义 ························································50 2.2.5 管理系统工程的学科体系 ··················································51 2.3 管理系统工程的应用 ·····························································52 第3 章管理系统工程方法论 ·························································· 55 3.1 系统工程方法论概述 ·····························································55 3.2 霍尔方法论·········································································56 3.2.1 时间维 ··········································································56 3.2.2 逻辑维 ··········································································57 3.2.3 知识维 ··········································································59 3.3 切克兰德方法论···································································60 3.3.1 切克兰德方法论的提出 ·····················································60 3.3.2 切克兰德方法论的方法步骤 ···············································61 3.3.3 切克兰德方法论的应用评价 ···············································63 3.4 系统工程方法论在企业管理中的应用案例 ··································64 3.4.1 采用线性规划方法的运作管理 ············································64 3.4.2 某家具制造企业产品协同设计水平的提升 ·····························65 第4 章管理系统分析 ··································································· 68 4.1 系统分析概述······································································68 4.1.1 系统分析的定义 ······························································68 4.1.2 系统分析的特点 ······························································69 4.1.3 系统分析的步骤 ······························································70 4.2 管理系统环境分析································································72 4.2.1 宏观经营环境分析 ···························································73 4.2.2 竞争环境分析 ·································································73 4.2.3 战略环境分析 ·································································75 4.3 管理系统结构分析································································77 4.3.1 管理系统结构分析概述 ·····················································77 4.3.2 解释结构模型分析方法 ·····················································83 4.3.3 系统聚类分析方法 ···························································89 4.4 管理系统诊断分析································································93 4.4.1 管理系统诊断分析概述 ·····················································93 4.4.2 管理系统诊断分析的过程 ··················································94 4.4.3 企业系统的现场调查方法 ··················································97 4.4.4 企业系统的改善方法 ·······················································102 4.5 管理系统分析综合案例 ························································ 108 4.5.1 某服装制造企业PEST宏观环境分析····································108 4.5.2 某制鞋企业竞争环境分析 ·················································110 4.5.3 某制鞋企业SWOT战略环境分析········································113 4.5.4 解释结构模型分析案例 ····················································114 4.5.5 系统聚类分析的应用案例 ·················································116 4.5.6 某设计院企业设计流程诊断与优化·····································119 第5 章管理系统评价 ··································································125 5.1 系统评价概述···································································· 125 5.1.1 系统评价的概念 ·····························································125 5.1.2 系统评价的相关理论 ·······················································127 5.1.3 系统评价的步骤 ·····························································129 5.1.4 评价指标体系的建立 ·······················································130 5.2 德尔菲法 ·········································································· 131 5.2.1 德尔菲法的基本思想 ·······················································131 5.2.2 德尔菲法的程序步骤 ·······················································132 5.2.3 评价结果的处理 ·····························································133 5.2.4 德尔菲法的应用案例 ·······················································134 5.3 层次分析法······································································· 135 5.3.1 AHP的基本原理 ·····························································136 5.3.2 AHP的基本步骤 ·····························································136 5.3.3 AHP法应用算例 ·····························································143 5.4 模糊综合评价法································································· 145 5.4.1 模糊综合评价法概述 ·······················································145 5.4.2 模糊综合评价的基本概念 ·················································146 5.4.3 模糊综合评价法的一般步骤 ··············································148 5.4.4 模糊综合评价法的算例分析 ··············································148 第6 章管理系统决策 ··································································153 6.1 决策论概述······································································· 153 6.1.1 决策的基本概念与要素 ····················································153 6.1.2 决策的过程和原则 ··························································154 6.1.3 决策问题的分类 ·····························································155 6.2 不确定型决策···································································· 156 6.2.1 乐观准则 ······································································156 6.2.2 悲观准则 ······································································157 6.2.3 乐观系数准则 ································································158 6.2.4 等可能准则 ···································································158 6.2.5 最小机会损失准则 ··························································159 6.3 风险型决策······································································· 160 6.3.1 期望值准则 ···································································160 6.3.2 决策树法 ······································································163 6.4 用Excel 求解风险决策问题 ··················································· 167 第7 章网络计划技术 ··································································175 7.1 网络计划技术概述······························································ 175 7.1.1 关键路径法（CPM） ·······················································175 7.1.2 计划评审技术（PERT） ···················································176 7.2 网络图的编制···································································· 176 7.2.1 项目网络图的基本概念 ····················································176 7.2.2 编制网络图 ···································································178 7.2.3 网络图编制实例 ·····························································180 7.3 关键路径法······································································· 181 7.3.1 时间参数的计算 ·····························································181 7.3.2 时间参数的计算实例 ·······················································182 7.4 网络计划的优化与调整 ························································ 185 7.4.1 时间—成本控制 ·····························································185 7.4.2 资源的合理配置 ·····························································190 7.5 Project 软件应用 ································································· 192 第8 章管理系统仿真 ··································································199 8.1 管理系统仿真概述······························································ 199 8.1.1 系统仿真的概念与特点 ····················································199 8.1.2 系统仿真的步骤 ·····························································201 8.1.3 管理系统仿真 ································································202 8.2 服务系统仿真···································································· 203 8.2.1 随机服务系统的基本理论 ·················································203 8.2.2 服务系统仿真模型的构成 ·················································207 8.2.3 应用SimQuick软件进行服务系统仿真 ··································208 8.3 系统动力学仿真································································· 216 8.3.1 系统动力学概述 ·····························································216 8.3.2 系统动力学的基本概念 ····················································217 8.3.3 系统动力学的特点 ··························································219 8.3.4 系统动力学的仿真分析步骤 ··············································220 8.3.5 系统动力学应用案例 ·······················································221 8.4 管理系统仿真在生产管理中的应用案例 ··································· 223 参考文献 ·····················································································231 第1章 系统与系统工程 本章学习目的 . 掌握系统的定义及属性、系统工程的定义与特点； . 了解系统工程的理论体系构架及经典的系统工程理论； . 能结合实际，从系统工程的角度分析系统的属性并对系统进行改造。 1.1 系 统 1.1.1 系统的定义及属性 1.1.1.1 系统的定义 “系统”是系统理论、系统工程和整个系统科学的基本研究对象。从自然界到人 类社会存在着各种各样的系统，如生物系统、经济系统、管理信息系统、水力发电系 统、机械传动系统等。“系统”已成为人们熟悉并广泛应用的词汇。各种系统的组成 与功能虽然完全不同，但若抛开它们的具体物质组成、运动形态和功能，从整体和 部分间的关系与作用来看，则又存在着普遍的共性，而这些共性构成了一般系统论 的研究基点。 1967年，日本JIS工业标准中对系统的定义是：许多组成要素保持有机的秩序，向同 一目的行动的东西。 1968年，一般系统论的奠基者贝塔朗费（L.Von.Bertalanffy）给系统明确作出的定 义为：相互作用的诸要素的综合体。 1972年，美国著名学者阿柯夫（R.L.Ackoff）认为：系统是由两个或两个以上的相互 联系的任何种类的要素所构成的集合。 著名的科学家钱学森院士在回顾我国研制“两弹一星”的工作历程时说：“我们把 极其复杂的研制对象称为‘系统’，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成 的具有特定功能的有机整体，而且这个‘系统’本身又是它所从属的一个更大系统的组 成部分。” 上述定义虽有不同，但均从不同角度描述了系统的共性。在此，本书引用汪应洛院 士在《系统工程》（2003，机械工业出版社）一书中给出的定义：系统是由两个以上有 机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体。该定义有以下四 个要点。 1. 系统及其要素 系统是由两个以上要素组成的整体，构成这个整体的各个要素可以是单个事物（元素） ， 也可以是一群事物组成的分系统或子系统等。系统与其构成要素是一对相对的概念，取决 于所研究的具体对象及其范围。一个企业系统通常由技术分系统、制造分系统、物流分系 统、管理分系统等分系统组成，这些分系统又由各种有形资源（设备、工具）、无形资源 （技术）、人力资源等更基本的组成要素组成。这些分系统及要素相互联系、相互作用， 最终呈现为一个企业系统的整体形态。由此可见，对企业系统进行管理的重点就在于实现 企业既有资源的优化配置。 2. 系统的结构 在构成系统的诸要素之间存在着一定的有机联系，结构即组成系统的诸要素之间相互 联系的方式。系统的结构决定了系统的运作秩序和效率，对系统的绩效具有重要影响。例 如，企业系统的组织结构具有职能型结构、矩阵型结构和网络型结构等多种形式，不同的 结构形式适应于不同的生产或服务模式。通过对组织结构的优化重组，可以在不改变组织 要素的情况下使组织系统的整体发挥更大的效益。 3. 系统的目的和功能 任何系统都应有其存在的作用与价值，有其运作的具体目的，也都有为实现系统目的 而设置的特定功能。例如，企业系统的主要目的就是盈利，为实现这一目的而开展多层次 的功能活动，如在战略层的规划及管理活动，管控层的计划及人、财、物的组织活动，执 行层的生产及物流活动。 4. 系统和环境 任一系统又是它所从属的一个更大系统（环境或超系统）的组成部分，并与其相互作 用，保持较为密切的输入、输出关系。一方面，系统通过向其所在的环境输出系统产物， 从而影响和改变其环境；另一方面，系统输入所需的资源又来自于环境，直接受到环境 的制约和影响。因此，在研究系统时，必须重视系统和环境之间的相互作用，二者互利， 才能实现可持续发展。例如，企业系统的外部环境主要包括政治环境、经济环境、社 会环境、技术环境。在研究企业系统时，一方面要根据外部环境制定企业的战略规划， 并做到根据环境的变化及时调整企业运营战略，才能保持盈利；另一方面要及时评估企 3 第1章 系统与系统工程 业系统对外部环境造成的影响，避免资源过度消耗或不正当竞争引起外部环境恶化而无法 持续发展。 1.1.1.2 系统的属性 基于上述定义，系统具有如下重要属性。 1. 整体性 系统的整体性又称为系统的总体性、全局性，是系统最基本、最核心的属性。整体性 是指系统中具有独立功能的要素围绕系统的整体目标相互联系、相互作用，从逻辑上统一 和协调为系统的整体行为。这个整体的功能不等于各个要素功能之和，而是具有不同于各 组成要素的新功能。在一个系统整体中，即使每个要素都不是最优，但通过协调、综合 可以成为具有良好功能的整体系统；反之，即使每个要素都达到了最优，但作为整体无 法协调运行，也就不能构成功能良好的整体系统。因此，系统整体性要求我们对系统的 构成要素及其联系不能离开整体去考虑，必须在实现系统目标的前提下，使系统的总体 结合效果最佳。例如，在精益生产系统中，强调把生产中一切不增加价值的活动都视为 浪费，力求消除一切不增值的活动。为此，精益生产将业务流程作为整体进行分析，流 程上的每个活动都致力于为客户增加价值的整体目标，使得系统的总体呈现出协同一致的 高效运作形态。 2. 相关性 相关性是指系统各要素之间、系统与要素之间、系统与环境之间是相互联系、相 互作用的。系统的相关性构成了系统结构问题的基础。以人体系统为例，每一个器官 或小系统都不能离开人体这个整体而存在，各个器官和组织的功能与行为影响着人体 整体的功能和行为，而且它们的影响都不是单独的，而是在其他要素的相互关联中影 响整体的。如果不存在相关性，众多要素就如同一盘散沙，只是一个集合，而不是一 个系统。又如计算机CPU，只有在主板等其他元件的协同下，才能发挥其计算的功能。 企业系统作为一个复杂大系统，系统要素之间的协同配合对系统的整体绩效具有重要 影响，是对系统进行管理的重点，也是分析系统和改进系统的主要着力点。例如，操作 人员、维修人员和管理人员的协同，可以对生产现场出现的问题快速响应；设计人员、 工艺人员、销售人员和管理人员的协同，可以使并行工程得以实现，使新产品开发周期大 大缩短。 3. 环境适应性（动态性） 任何系统都存在于一定的环境中，并与环境之间产生物质、能量和信息的动态交换。 系统一直处于动态变化之中：环境的变化必定对系统及其要素产生影响，从而引起系统及 其要素的变化。系统要获得生存与发展，必须适应外部环境的动态变化，这就是系统的环 境适应性。系统这种自动调节自身的结构、活动以适应环境变化的特性，又称为系统的动 态性和自组织性。 系统的环境适应性提示我们，研究系统时必须注重系统的环境，只有在一定的环境中 考察系统，才能明晰系统的全貌；只有立足于动态的环境中去研究系统，才能有效地解决 系统中的问题。例如，对于企业系统，必须经常针对企业当前所处的技术环境、经济环境、 社会环境进行系统分析，才能及时调整企业战略，使企业实现可持续发展。 系统的环境适应性除了系统要适应环境的变化外，还包括系统对环境的改变作用。因 此，系统的构造和运行必须考虑对环境的影响，使系统和环境均维持在良好的状态，才能 实现二者的均衡发展。因此，企业除盈利外，还应该关注自身的社会影响和社会责任，例 如，尽量减少环境污染、解决地方就业问题等。 4. 目的性 目的性是指系统整体的特定功能，它提供了设计、建造或改造系统的目标与依据，反 映了系统整体行为的方向性。一个系统必须具有作为一个整体所体现的目的与功能，才具 有存在的意义。因此，明确系统的目的，是设计、建造或改造系统的首要工作。需要指出 的是，系统整体功能的目的不仅取决于现有状态，而且也依赖于系统未来的终极状态并受 其制约。例如，战争中交战双方的行为与决策不仅要考虑现有状态，而且更需服从“取胜” 这个终极状态，“不争一城一地的得失，消灭敌人有生力量”的战略思想便是从目的性出 发的范例。此外，一般系统大都是多目标系统，它们具有多层次的目标体系，因此要区分 主要目标与次要目标。例如，企业的运行与决策不应只考虑经济利益的唯一目标，更要围 绕“可持续发展”这个长远目标，追求股东、客户、员工、环境等多方利益的多目标优化 与平衡。 5. 层次性 一个复杂系统通常包含许多层次，上下层次之间具有包含与被包含的关系，或者是控 制与被控制的关系。一个系统可以分解为若干子系统，子系统又可再分成更小的子系 统直至要素，而每一个系统又往往隶属于一个更大的系统。例如，有机生命系统是按 照严格的等级组织起来的：生物细胞→大细胞→组织器官→生理子系统→个体→群 体→生态系统；行政系统包括国务院—省（自治区、直辖市）—市—县—乡镇；高校 系统包含大学—学院—系—班级；一个企业的功能可分为战略层、管控层、执行层三 个层次，各层次协调统一并且各司其职，才能实现企业盈利的主要目标。系统的层次 性表明，分析改进一个系统，应明确系统的等级及其内部结构，使其具有合理的层次 结构关系。 基于系统的定义和属性，我们可以得到基本的系统观点：要想对一个系统对象进行 研究，首先需要明确系统的要素、结构、功能、目的、环境分别是什么？这些系统的设 置是否合理？要素、结构、功能、目的、环境是否相互协调，即是否体现出高水平的整 体性、相关性、环境适应性、目的性和层次性？系统的基本观点告诉我们，对于系统的 提升，不能仅关注局部问题，而应更多地关注系统整体属性能否得到最大程度的提升， 如图1.1 所示。 要素 相互作用 目的 功能 结构 整体性 环境 相关性 目的性 层次性 分析系统应关注和 提升的系统属性 定义系统应 明确的要点 系统是由 两个以上 有机联系、 相互作用 的要素所 组成，具 有特定功 能、结构 和环境的 整体 系统的基 本概念 环境适应 性（动态 性） 图1.1 系统论的基本观点 1.1.2 系统的分类 按照不同的标准，可以将千差万别的系统按不同的标准进行如下分类。 1. 按自然属性分类 系统按自然属性可分为自然系统与人造系统。自然系统构成要素是自然物和自然现象， 如太阳系、海洋、气象、地质构造、原始森林。人造系统又称为社会系统，它的要素是人 造或在人参与下形成的系统。它们具有人为的目的性与组织性。人造系统（或人工系统、 社会系统）按其研究对象，可以分为经济系统、教育系统、行政系统、医疗卫生系统、交 通运输系统、科技系统、军事系统等。其中经济系统又可以进一步细分为工业系统、农业 系统、服务行业系统等，而工业系统又可以进一步细分为重工业系统、轻工业系统、化工 系统等。这种系统通常都具有经济活动，所以又常常称为社会经济系统。系统工程所研究 的大多数系统是自然系统和人造系统的复合系统。这两类系统是相互依存、相互制约的： 一方面，自然系统及其规律是人造系统的基础，影响和制约人造系统；另一方面人造系统 常常导致自然系统的破坏，造成各种公害，如环境污染、生物多样性破坏、温室效应、大 气层空洞出现等。科学地处理两者之间的关系（如控制环境污染、保护生态环境）是当代 系统工程的重要课题。大多数企业系统都属于典型的人造系统。 2. 按物质属性分类 系统按其物质属性可分为实体系统和概念系统。实体系统是由各类物质实体组成 的系统，如生物、建筑物、电子计算机、通信网络等；概念系统是由人的思维创造的， 由非物质的观念性东西（原理、概念、方法、程序等）所构成，如法律系统、信息系统、 知识系统等。实体系统可以是自然系统，也可以是人造系统，而概念系统一定是人造 系统。人们有时也将实体系统称为硬系统，而将概念系统称为软系统，如将一台机械 传动装置称为硬系统，而将计算机控制程序称为软系统。管理系统工程所研究的企业 系统通常既包含实体系统（如产品、设备、生产线等），也包含概念系统（如技术、 数据、制度等）。 3. 按变化属性分类 系统按其变化属性可分为静态系统和动态系统。所谓静态系统是其状态参数不随时间 显著改变的系统，没有输入与输出，例如静止不动的机器设备、停工待料的生产线等。如 果系统内部的结构参数随时间而改变，具有输入、输出及其转化过程，则称为动态系统。 又如正在行驶的汽车、开放的服务系统、活的生命系统等均是动态系统。系统的静态与动 态是相对划分的，严格的静态系统是难以找到的，但如果在我们所考察的时间范围内，系 统受时间变化的影响很小，为研究问题方便起见，忽略系统内部结构与状态参数的改变， 可将其近似地当作静态系统看待。在不断变化的经营环境下，企业系统必须具有对环境的 快速响应能力。因此，对企业系统的设计、分析、管理应重视其动态性，使之呈现出持续 的优化状态。 4. 按系统与环境的关系分类 根据系统与环境的关系，系统可分为开放系统和封闭系统。当系统与外界环境之间存 在着物质的、能量的、信息的流动与交换时，则称之为开放系统。如果系统与环境之间无 明显的交互作用，则称之为封闭系统。严格的封闭系统是难以找到的。但当上述的交互作 用很弱，可以忽略时，则视其为封闭系统。因此，封闭系统是开放系统的某种近似或简化， 目的是便于分析研究。 开放系统又可分为开环系统和闭环系统，如果系统的输出能反过来影响系统的输入， 则称该系统具有“反馈”特性，能增强原输入作用的反馈称“正反馈”；而削弱原输入作 用的反馈称“负反馈”。没有反馈的系统称开环系统，而具有反馈特性的系统称为闭环系 统，如图1.2 所示。 系统 输出输入 输入 系统 输出 (a) 开环(b) 闭环 图1.2 开环与闭环系统 反馈 由于系统与环境之间存在明显的交互作用，因此管理系统工程所研究的企业系统是典 型的闭环系统。企业管理就是通过对企业系统的经营绩效进行监控，不断调整系统的输入、 资源配置和运行方式，使系统的经营绩效处于可控的状态。 5. 按系统的复杂性分类 我国当代著名的科学家钱学森院士提出按照系统结构的复杂程度可以分为简单系统和 复杂系统。复杂系统可分为大系统和巨系统，其中根据系统规模、开放性和复杂性，巨系 统又可分为一般复杂巨系统、特殊复杂巨系统。一般来说，现代企业系统可划分为复杂系 统，这是由于企业系统涉及人、财、物各种资源的配置，以及供应、设计、生产、物流等 多职能部门的协同配合，从资源配置、系统结构、运作方式、环境交互等方面均呈现出复 杂性。但考虑到系统管理的复杂性会随着系统复杂性的增加而增加，企业系统的复杂性应 加以控制，否则容易在企业规模、组织结构、控制层级等方面造成管理混乱，严重时可能 导致系统崩溃。 1.1.3 系统的结构与功能 1. 系统的结构 系统的结构是指系统内部各组成部分之间在空间、时间等方面的有机联系，包括相互 作用的组织机构、方式和秩序。显然系统不是要素的简单组合，要素间只有存在一定的相 互关系（结构）才能构成系统。 各种系统的具体结构是大不一样的，许多系统的结构是很复杂的。从一般的意义上说， 系统的结构可以用以下式子表示： S＝{E，R} 式中，S表示系统（system）；E表示要素（elements）的集合；R表示建立在集合E 上的各种关系（relations）的集合。 由上式可知，作为一个系统，必须包括其要素的集合与关系的集合，两者缺一不可。 两者结合起来，才能决定一个系统的具体结构与特定功能。 要素集合E可以分为若干子集Ei，例如一个企业系统，其要素集合E可以分为人员 子集E1、设备子集E2、原材料子集E3、产品子集E4等；而人员子集E1又可分为工人子 集E11、技术人员子集E12、管理人员子集E13等，即 E＝E1∪E2∪E3… E1＝E11∪E12∪E13… 不同的系统，其要素集合E的组成有很大的差异。但在要素集合E之上建立的关系 集合R，对系统而言，却是大同小异的。在不失一般性的情况下它可以表示为： R＝R1∪R2∪R3∪R4 其中， R1——要素与要素之间、局部与局部之间的关系（横向关系）； 8 管理系统工程 R 2——局部与全局（系统整体）之间的关系（纵向联系）； R 3——系统整体与环境之间的关系； R 4——其他各种关系。 根据系统的整体性、关联性等属性，在系统要素给定的情况下，调整这些关系可以提 高系统的功能和整体性能。因此，对系统的结构关系进行分析和改进是系统工程的一项主 要任务。 2. 系统的功能 功能是指系统诸要素在一定结构下形成的效应或作用。系统功能是由系统要素及其关 系所决定的，并通过系统整体的行为表现出来。 一方面，“结构”表示系统构造形式的特征，而“功能”表示系统的行为特征，并主 要由系统内部的结构所决定；另一方面，系统功能体现了系统与外部环境相互联系和作用 的能力，描述了它们之间的物质、能量和信息的输出、输入关系。 所以，系统功能可以理解为是一种处理与转换机构，它把输入转变为实现其目的所需 要的输出。因此，也可将系统功能看成一种函数关系，用数学公式表示为 Y=F（X） 式中：自变量X 是来自环境的输入，因变量Y 是向环境的输出。X 与Y 都是矢量，也 就是说是多种输入、多种输出的；F 也是矢量函数，即系统具有多种处理和转换功能。 一个企业系统的功能就是接受环境的输入（如原材料、能量、信息），在系统内部进 行处理和转换（如加工、组装），再向环境输出（如产品或服务）。管理系统工程的任务 就是提高企业系统的功能和输出性能，特别是提高系统处理和转换的效率，即在一定的输 入条件下，使得输出多、快、好；或者在一定的输出要求下，使得资源配置尽可能节约。 1.1.4 系统思想的演变与发展 系统思想及其实践可以追溯到古代。古希腊的唯物主义哲学家德谟克利特曾提出“宇 宙大系统”的概念，并最早使用“系统”一词；辩证法奠基人之一的赫拉克利特提出“世 界是包括一切的整体”；亚里士多德提出“整体大于部分的总和”，就是系统论的基本原 则之一。我国春秋末期的思想家老子强调自然的统一性，指出“道生一、一生二、二生三、 三生万物”。西周时代，出现了世界构成的“五行说”，即世界由金、木、水、火、土 五种要素构成；东汉时期，张衡就提出了“浑天说”，并造出了我国历史上最早的系统模 型——地动仪。 虽然古代还没有提出明确的系统概念，但对客观世界的系统性及整体性却已有了一定 程度的认识，并能把这种认识运用到改造客观世界的实践中，中国在这方面尤为突出。例 如，公元前6 世纪，中国古代著名的军事家孙武在他的《孙子兵法》中，阐明了不少朴素 的系统思想和运筹方法。该书共十三篇，讲究行军打仗要把道（义）、天（时）、地（利）、 将（才）、法（治）五个要素结合起来考虑。 秦汉之际成书的中国古代最著名的医学典《内经》，包含着丰富的系统思想。它根据 阴阳五行的朴素辩证法，把自然界和人体看成由金、木、水、火、土五种要素相生相克、 相互制约而形成的有秩序、有组织的整体。朴素的系统观念在我国古代的军事理论和军事 活动方面也有充分的体现。春秋时期军事家孙武所著的《孙子兵法》就是从系统整体观念 出发，对不同层次及系统与环境进行了全面分析，是我国古代深刻的军事思想最好的体现。 时至今日，《孙子兵法》仍是中国乃至世界许多热衷系统思想的学者、军事家、管理专家 研究的对象。 但是客观上讲，由于缺乏观测和实验手段，科学技术理论又很贫乏，所以，古代朴素 的系统思想不可能建立在对系统具体剖析的基础上，对很多事物只能看到一些轮廓及表面 现象，往往是“只见森林，不见树木”。 15世纪下半叶之后，随着近代科学技术的兴起，力学、天文学、物理学、化学、生 物学等学科逐渐从浑然一体的古代哲学中分离出来，获得了与时俱进的发展。近代自然科 学发展了研究自然界的方法论及一整套分析方法，包括实验、解剖、观察及数据的收集、 分析与处理，把自然界的细节从总的自然联系中抽检出来，分门别类地加以研究。这比古 代朴素的系统思想前进了一大步，但具有“只见树木”和具体化的特点。 到了19世纪，自然科学取得了伟大成就，特别是能量转化、细胞和进化论的发现， 使人类对自然过程相互联系的认识有了很大的提高。在此基础上，马克思、恩格斯的辩证 唯物主义认为，物质世界是由许多相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的事物和过 程所形成的统一整体，逐渐形成了辩证唯物主义的科学系统观。 进入20世纪后，现代科学技术对于系统思想的发展具有重大贡献。现代社会实践活 动的大型化和复杂化，不仅要求用系统论的思想来观测问题，还要求运用系统分析方法对 问题进行定性分析与定量分析。1946年，美国学者莫尔斯（P. M. Morse）和金博尔（G. E. Kimball）编写了《运筹学的方法》一书。1948年，美国科学家维纳（Norbert Wiener） 编写了《控制论（或关于在动物和机器中控制和通信的科学）》一书。同年，香农（C. E. Shannon）编写了《通信的数学理论》一书。它们分别标志了运筹学、控制论和信息论学 科的诞生。在这一时期，系统理论在管理科学和工程实践中的进一步应用，推动了系统工 程学的创立和发展。 从20世纪60年代中后期开始，又出现了许多新的系统理论。比利时物理化学家普利 高津于1969年提出了耗散结构理论。同年，德国物理学家哈肯（H. Haken）提出了《协同论》。 耗散结构理论和协同论从宏观、微观以及两者的联系上回答了系统自动走向有序结构的基 本问题，其成果被称为自组织理论。法国科学家托姆（R.Thom）于1972年发表了《结构 稳定性与形态发生学》，对突变理论做出深刻的系统阐述，创建了突变论。20世纪80年 代以来，非线性科学和复杂性系统理论研究的兴起，对系统科学的发展起到了非常积极的 推动作用。 21世纪以来，系统理论和图式逻辑一样，正逐渐成为思维的一种形式，其发展已经 呈现出了几个值得注意的趋势和特点。首先，系统论与控制论、信息论、运筹学、系统工 10 管理系统工程 程、电子计算机和现代通信技术等新兴学科相互渗透、紧密结合的趋势将日益明显；其次， 系统论、控制论、信息论，正朝着“三归一”的方向发展，并且系统论将作为其他两论的 基础；再次，随着耗散结构论、协同学、突变论、模糊系统理论等新的科学理论和发展， 必将从各方面丰富和发展系统论的内容，使得一门支撑系统科学发展的基础科学——“系 统学”的产生成为必要；最后，系统科学的哲学和方法论问题也将日益引起人们的重视。 正如我国著名科学家钱学森院士指出：系统思想和系统方法是进行分析和综合的辩证 思维工具，其在辩证唯物主义那里取得了哲学的表达形式，在运筹学、控制论、信息论及 其他系统科学那里取得了定量的表达形式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容。这一 论断精辟地说明了系统论思想经历了从经验到哲学又到科学，从思辨到定性再到定量的发 展过程。 1.2 系统工程 1.2.1 系统工程的产生与发展 从宏观上，一切将系统作为研究对象，对系统进行规划、研究、设计、评价、改造、 运行的工程实践活动，均可视为系统工程。纵观系统工程的产生和发展，是一个由系统理 论、运筹学、经济控制论、管理科学等学科相互渗透、交叉发展的历程。 在20 世纪40 年代，美国贝尔电话公司在发展通信网络时，为缩短科学技术从发明到 投入使用的时间，认识到不能只注意电话机和交换台站等设备，更需要研究整个系统，于 是采用了一套新方法，首次提出“系统工程”一词。 第二次世界大战期间，由于战争的需要，产生和发展了运筹学。运筹学的广泛应用是 系统工程产生和发展的重要因素。美国在研制原子弹的“曼哈顿”计划的实践中，运用系 统工程方法取得显著成效，对推动军事系统工程的发展取得了一定的作用。 第二次世界大战以后，定量化系统方法被广泛地用来对工程、经济、社会领域的大型 复杂系统问题进行分析，突破了第二次世界大战前着重对军事系统问题进行定量化系统分 析的应用。很多横向联系的学科分支，如信息论、控制论等为系统工程的发展奠定了理论 基础。而电子计算机的出现和应用，则为系统工程的实施提供了重要的技术基础。在这些 因素的作用下，系统工程作为面向实践应用的工程技术已是呼之欲出。 1957 年，美国密执安大学的哥德（H.Goode）和麦科尔（R.E.Machal）两位教授合作 出版了第一部以“系统工程”命名的书，标志着系统工程学科的正式形成。1958 年美国 海军特种计划局在研制“北极星”导弹的实践中，用到了系统技术、系统数学、系统环境 等内容。至此，系统工程初步形成了一个较为完整的理论体系。 1969年，“阿波罗”登月计划的实现，是系统工程的光辉成就，它标志着人类在组 织管理技术上迎来了一个新时代。在此实施计划过程中，提出并采用了“计划评审技术 （PERT）”，从而把系统工程引进到管理领域。1965年，麦科尔又编写了《系统工程手册》 一书，比较完整地阐述了系统工程理论、系统方法。 进入20世纪70年代以后，系统工程发展到解决大系统的最优化阶段，其应用范围已 超出了传统工程的概念。从社会科学到自然科学、从经济基础到上层建筑、从城市规划到 生态环境、从生物科学到军事科学，无不涉及系统工程。至此，系统工程经历了产生、发 展和初步形成阶段。但是，系统工程作为一门新兴的综合性的边缘科学，无论在理论上、 方法上、体系上都处于发展之中，它必将随着生产技术、基础理论、计算工具的发展而不 断发展。 系统工程在我国的应用始于20世纪60年代初期。当时，在著名科学家钱学森教授的 倡导和支持下，在国防尖端技术方面应用系统工程方法取得了显著成效。自20世纪70年 代后期以来，系统工程在我国的研究和应用进入了一个前所未有的新时期：系统工程作为 重点学科被列入了全国科学技术发展规划；在高等学校设置了系统工程专业，培养本科生、 硕士和博士研究生；中国自动化学会系统工程专业委员会和中国系统工程学会相继宣告成 立。从此，系统工程在我国的研究工作便由初期的传播系统工程的理论、方法到独立开展 系统工程的理论方法研究。在系统工程的应用方面，注重结合我国实际情况，开发系统工 程的应用研究，已在能源系统工程、军事系统工程、社会系统工程、人口系统工程、农业 系统工程的研究和应用方面取得显著成效。 1.2.2 系统工程的定义 系统工程作为一门新兴学科，与其他学科相互渗透、相互影响，不同专业领域的人对 其的理解不尽相同。因此，要给出一个统一的定义比较困难。下面列举国内外学术和工程 界对系统工程的一些较有代表性的定义。 1967年，美国著名学者切斯纳（H.Chestnut）指出：“系统工程是按照各个目标进 行权衡，全面求得最优解（或满意解）的方法，并使各组成部分能够最大限度地互相适应。” 1967年日本工业标准 JIS定义：“系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的 构成要素、组织机构、信息流动和控制机构等进行分析与设计的技术。” 1978年我国著名科学家钱学森教授指出：“系统工程是组织管理系统的规划、研究、 设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。” 1993年出版的《中国大百科全书·自动控制与系统工程卷》指出：“系统工程是从 整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术。它是系统科学中直接改造世界的 工程技术。” 本书采用我国汪应洛院士主编的《系统工程》（2003，机械工业出版社）一书中给出 的宏观定义：系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需的 12 管理系统工程 思想、理论、方法论、方法和技术的总称，属于一门综合性的工程技术。它把自然科学和 社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起 来，把人们的生产、科研或经济活动有效地组成起来，应用定量分析和定性分析相结合的 方法和电子计算机等工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进 行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，以便最充 分地发挥人力、物力的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合， 以实现系统的综合最优化。 1.2.3 系统工程的学科特点 1. 系统性 系统性是系统工程最基本的特点。系统工程把所研究的对象及其对象看成一个整体系 统，这个整体系统又是由若干部分（要素与子系统）有机结合形成的。在分析和解决复杂 实际系统问题时，需要从整体性出发，从整体与部分之间相互依赖、相互制约的关系中去 揭示系统的特征和规律，从整体最优化出发去实现系统各组成部分的有效运转。系统工程 的系统性强调系统总体最优及平衡协调、综合运用各种方法与技术、问题导向、反馈控制、 环境分析等系统观念及技术方法。 2. 交叉性与综合性 首先，系统工程的交叉性体现在其理论基础上，它是在一般系统理论、大系统理论、 控制论、运筹学、管理科学等学科相互渗透、交叉发展中产生的，并在自然科学、社会科 学、数学之间架设了一座沟通的桥梁。 其次，系统工程以大型复杂的人工系统和复合系统为研究对象，这些系统涉及的因素 很多，涉及的学科领域也非常广泛。 最后，参与系统工程项目的成员来自多学科，从各学科的专业角度对系统进行协作研 究。因此，系统工程是综合研究各种因素，综合运用各学科和技术领域的成就，从整体目 标出发使各学科、各种技术有机地配合，综合运用，以达到整体最优化的交叉性与综合性 学科。 3. 实践性 系统工程既有广泛而厚实的理论和方法论基础，又具有很强的实用性特征。系统工程 强调针对实际问题进行系统分析，所提出的问题解决方案必须接受实践检验，不能脱离实 际，才能服务并造福于现实社会。 4. 系统工程的专业特点 系统工程作为新兴的一类工程技术，与其他工程技术具有共性，即直接与改造世界的 社会实践相联系。但与各类专门的工程技术相比，系统工程在内容和方法上表现出以下明 显的专业特点： （1）系统工程一般采用先决定整体框架，后进入内部详细设计的程序； （2）系统工程试图通过将构成事物要素的程序加以适当配置来提高整体功能，强调 多领域、多学科的理论、方法与技术的集成，其核心思想是“综合即创造”； （3）系统工程属于“软科学”，强调人（决策者、分析人员等）和信息的重要作用、 多次反馈和反复协商、科学与人文的有机结合、定性分析与定量分析的有机结合。 为了对上述系统工程的方法特点有一个更深入的理解，下面以企业的新产品研发为例 来分析说明：企业要研发一项新产品，首先，必须从系统的角度设定产品研发的整体目标， 包括市场目标和产品的功能目标，再确定研发项目涉及的研发人员、设计技术、开发资源、 组织模式、研发流程等各种系统要素及其联系；其次，在研发过程中，需要将产品专业技 术、市场情报、计算机建模及仿真技术、最优化技术、多目标群体决策等多专业和学科进 行交叉综合，结合思维的综合性，才能保证产品创新的实现；最后，整个研发过程针对市 场需求，以顾客为中心，研制出的产品最终要服务于消费者和人类社会的进步，这反映了 系统工程的实践性。因此，新产品研发过程是一个典型的系统工程问题，体现了系统工程 方法的主要特点。 1.3 系统工程的基础理论 系统工程虽然是一门典型的实践性学科，但也离不开系统理论的指导与运用。系 统工程的理论基础主要来自现代系统科学和数学的基础理论。其中，系统论（system theory）、控制论（cybernetics）和信息论（information theory）是20世纪40年代先后创 立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。由于这三个理论得到了广泛应用，因此被 人们称为系统科学领域中的“经典三论”。人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母， 把它们称之为SCI论。耗散结构论（dissipative structure theory）、协同论（synergetics）、 突变论（catastrophe theory）是20世纪70年代以来陆续确立并获得极快发展的三门系统 理论的分支学科，被称为“新三论”，也称为DSC论。除了“新老三论”外，系统工程的 开展还离不开以运筹学和统计学为代表的数学理论及工具，以及以复杂巨系统理论和复杂 适应系统理论为代表的复杂系统理论。上述系统工程的基础理论构架可以用图1.3来描述。 1. 系统论（system theory） 系统论的创始人是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲（L.Von.Bertalanffy）。系统论要求 把事物当作一个整体或系统来研究，并用数学模型去描述和确定系统的结构和行为。所谓 系统，即由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体;而 系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。贝塔朗菲旗帜鲜明地提出了系统观点、 动态观点和等级观点，指出复杂事物功能远大于某组成因果链中各环节的简单总和，认为 一切生命都处于积极运动状态，有机体作为一个系统能够保持动态稳定是系统向环境充分 开放，获得物质、信息、能量交换的结果。系统论强调整体与局部、局部与局部、系统本 身与外部环境之间互为依存、相互影响和制约的关系，具有目的性、动态性、有序性三大 基本特征。 系统工程 系统工程的理论基础 复杂系统理论复杂巨系统理论复杂适应系统理论 “新三论 ” 耗散结构论协同论突变论 经典系统理论 （“老三论” ） 系统论控制论信息论 数学理论及工具运筹学统计学 图1.3 系统工程的基础理论框架 2. 控制论（cybernetics） 控制论是著名美国数学家维纳（Norbert Wiener ）同他的合作者为适应近代科学技术 中不同门类相互渗透与相互融合的发展趋势而创始的。它摆脱了牛顿经典力学和拉普拉斯 机械决定论的束缚，使用新的统计理论研究系统运动状态、行为方式和变化趋势的各种可 能性。控制论是研究系统的状态、功能、行为方式及变动趋势，控制系统的稳定，揭示不 同系统共同的控制规律，使系统按预定目标运行的技术科学。 3. 信息论（information theory） 信息论是由美国数学家香农（Shannon）创立的，它是用概率论和数理统计方法，从 量的方面来研究系统的信息如何获取、加工、处理、传输和控制的一门科学。信息就是指 消息中所包含的新内容与新知识，用来减少和消除人们对于事物认识的不确定性。信息是 一切系统保持一定结构、实现其功能的基础。狭义信息论是研究在通信系统中普遍存在着 的信息传递的共同规律，以及如何提高各信息传输系统的有效性和可靠性的一门通信理论。 广义信息论被理解为运用狭义信息论的观点来研究一切问题的理论。信息论认为，系统正 是通过获取、传递、加工与处理信息而实现其有目的的运动。信息论能够揭示人类认识活 动产生飞跃的实质，有助于探索与研究人们的思维规律并推动人们的思维活动。 4. 耗散结构理论（dissipative structure theory） 耗散结构理论的创始人是伊里亚·普里戈金（Ilya Prigogine ）教授。耗散结构理论可 概括为：一个远离平衡态的非线性的开放系统（不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、 经济的系统）通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的 阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种 在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏 观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”。 5. 协同论（synergetics） 协同论是20世纪70年代德国著名理论物理学家赫尔曼·哈肯（Hahan）在1973年创 立的。他认为自然界是由许多系统组织起来的统一体，这许多系统就称为小系统，这个统 一体就是大系统。在某个大系统中的许多小系统既相互作用，又相互制约，它们的平衡结 构由旧的结构转变为新的结构，并有一定的规律，而研究这一规律的科学就是协同论。协 同学理论是处理复杂系统的一种策略。协同学的目的是建立一种用统一的观点去处理复杂 系统的概念和方法。协同论的重要贡献在于通过大量的类比和严谨的分析，论证了各种自 然系统和社会系统从无序到有序的演化，都是组成系统的各元素之间相互影响又协调一致 的结果。它的重要价值在于既为一个学科的成果推广到另一个学科提供了理论依据，也为 人们从已知领域进入未知领域提供了有效手段。 6. 突变论（catastrophe theory） 突变论是法国数学家托姆（Thom）创立的。突变论是通过对事物结构稳定性的研究， 来揭示事物质变规律的学问。一个普通系统的质变，不仅仅是通过渐变，突变方式也能实 现质变。突变理论告诉人们，不是所有的自然、社会、思维状态都可以被控制者随意控制 的，而是只有那些在控制因素尚未到达临界值之前的状态是可控的，如果控制因素一旦达 到某一临界值，则控制为随机的，甚至会变成无法控制的突变过程。突变理论告诉人们， 事物的质变方式除渐变方式之外，还有一种突变方式。如何掌握突变方式问题，是一个科 学思维问题，而由突变方式引起的质变，自然时效要高。创造者如何求得这种时效，关键 在于树立突变观念和掌握突变思维的方法与艺术。 由于系统论在本章第1.1节和第1.2节已有介绍，本节将重点介绍“经典三论”的控制论、 信息论和“新三轮”的内容。此外，本节还将简要介绍系统工程的数学基础——运筹学， 以及近年来迅速发展并得到广泛应用的复杂适应系统理论。 1.3.1 控制论 1.3.1.1 控制论的产生与发展 控制论作为一门独立的学科，产生于20世纪中叶。1948年，美国学者维纳出版了《控 制论》一书，阐述了两个基本观点。 （1）一切系统都是信息系统。控制的过程也可以说是信息运动的过程。无论是机器 还是生物，在构成控制系统的前提下，都存在着对信息进行接收、存取和加工的过程。 （2）一切系统都是控制系统。一个系统一定有它的特定输出功能，而要具有这种输 出功能，必须有相应的一套控制机制。控制必须要有目标，没有目标，则无所谓控制。通 过一系列有目的的行为及反馈使系统受到控制。 人们根据维纳的定义形成的比较公认的看法是：“控制论是以研究各种系统共同存在 的控制规律为对象的一门科学”。因此，控制论为系统工程实践中对各种系统采取有效的 控制策略提供了基础理论和方法。 控制论的发展大致经历了三个时期。从20 世纪40 年代末到50 年代是第一个时期， 即经典控制理论时期。在这一时期，主要的研究对象是单因素控制系统，重点是反馈控制， 借以实现的工具是各种各样的自动调节器。例如，用自动调节器来控制锅炉水位，用伺服 机构使雷达自动跟踪目标，控制火炮自动瞄准等。但是这些都是单变量自动控制，只解决 单输入与单输出系统的控制问题，在应用上有一定局限性。 控制论发展的第二个时期为20 世纪60 年代，即现代控制理论时期。随着导弹系统、 人造卫星、航天系统等科学技术的迅速发展，不少专家先后提出了多输入、少输出，高精 度和参数时变系统的分析和设计问题。这一时期控制论的主要研究对象是多因素控制系统， 研究重点是“最优控制”，研究借助的工具是电子计算机。美国科学家卡尔曼（Kalman） 等人将量子力学的内容引入到了控制论中，扩展了经典控制论的内容，将控制论从“经典 控制论”推向“现代控制理论”，从单变量的自动调节发展到多变量的最优控制。 进入20 世纪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网络和智能机器， 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。这些大系统是 大规模复杂系统，其规模庞大、结构复杂、环节数量大、层次较多。其间关系错综复杂， 影响因素众多，并常带有随机性。分解与协调的方法是大系统优化的基本方法。 1.3.1.2 控制系统的构成 控制系统按照有无反馈回路可分为闭环控制系统和开环控制系统两大类。没有反馈回 路的控制系统叫开环控制系统。具有反馈回路的控制系统叫闭环控制系统。与开环系统相 比，它不仅多了一条把输出口输到原来的控制器的反馈回路及反馈装置，还多了一个比较 器，如图1.4 所示。因为开环控制系统是由系统的输入直接控制着它的输出的，因而对环 境的适应能力差，只有当外界干扰较小或干扰恒定时，这种控制系统才能正常发挥作用。 闭环控制系统由于带有反馈回路，所以它的输出是由输入和输出的回输共同控制的，因而 其对环境有较大的适应性。 比较器 环境输入偏差 控制 输出 施控器受控系统 反馈 检测器 图1.4 闭环控制系统框图 1.3.1.3 控制任务与控制方式 控制任务必须借助控制系统才能完成。控制任务可分以下四种类型。 （1）定值控制。这是一种最简单的控制任务，而且广泛地存在于自然界、生命体、 机器与仪器、社会系统中。在这类控制问题中，控制任务是使受控制量y稳定地保持为预 定的数值y0。在实际控制过程中，并不要求严格保持y=y0，而只要求y对y0的偏差值Δy 不超过允许范围δ即可，它的数学表达为： =|- |<,0yy y0Δδδ≥ 在系统执行定值控制任务时，要随时克服或排除干扰，使系统尽快恢复并稳定在原确 定的状态。 （2）程序控制，是使被控制量y按照某个预先设定的程序进行的控制方式，称为程 序控制。在系统结构上，将受控量预定的变化规律ω（t）表示为程序，存储于专门的程 序机构中，在系统运行过程中，由程序机构给出控制指令，通过控制器执行指令，保证受 控量按照程序变化。 （3）随动控制。在多数情况下，控制任务是使受控量y（t）随着某个预先不能确定 而只能按照系统在运行过程中实时测定的变化规律u（t）来变化。这种情况下的控制任务 是保证y随着u的变动而变动，故称为随动控制，或叫跟踪控制。 （4）最优控制。上述三类控制的控制任务可以统一表述为：保证系统的受控量与预 定要求相符合。但是，许多实际过程关于受控量的预定要求不仅不能作为固定值在系统中 标定出来，或者作为已知规律引入系统成为程序，甚至无法在系统运行中实时获取。这类 过程的控制任务是使系统的某种性能达到最优，即实现对系统的最优控制。 系统在给定控制任务后，还需要选择适当的控制方式或控制策略。通常可见的控制方 式有以下四种。 （1）简单控制。这种控制方式是根据实际需求和对于受控对象在控制作用下的可能 结果的预期，制定适当的控制指令，作用于对象以实现控制目标。鉴于控制过程中信息流 通是单向的，所以这种控制方式又称为开环控制。 （2）补偿控制。一般而言，外界对系统的干扰总是存在的，而且不能忽略不计，因 而在制定控制策略时着眼于预先防患干扰的影响，即通过预测干扰作用的性质程度，计算 和制定出足以抵消干扰影响的控制作用，设计补偿装置，借助它监测干扰因素，并准确地 反映在控制计划中，施加于受控对象。这种控制称为补偿控制，也是开环控制。 （3）反馈控制。在许多情况下，需要采取反馈控制策略，即实时监测受控对象在干 扰影响下的行为，通过量化并与控制任务预期的目标值相比较，找出误差，根据误差的性 质和程度制订控制方案，实施控制，以便消除误差，达到控制目标。由于比较结果是以反 馈信息（即误差）通过反馈环节和通道进入控制机构从而达到修正误差的目的，故称为反 馈控制。 （4）递阶控制。对于大系统而言，通常采用的控制方式是集中与分散相结合的递阶 18 管理系统工程 控制，分为多级控制和多层控制两种。 1.3.2 信息论 1.3.2.1 信息论与信息的概念 客观世界是由物质、能量、信息三大要素组成的。世界中任何系统的运行，都离不开 信息的传递和交换。信息论是研究信息的采集、度量、传输、识别和处理中的一般规律的 新兴学科，是系统工程的理论基础之一。现在，信息论已远远地超越了通信的范围，经济、 管理和社会的各个领域对信息论都开展了研究和应用。 对于“信息”这个概念，不同的学科有不同的解释。从通信角度来看，信息是关于客 观事物可通信的知识，并可从以下几个角度进行理解。 （1）信息源于运动，无运动则无信息。世界上没有静止的事物，因而它们都具有信 息的表征。 （2）信息可以被感知、处理和利用，其符合人们认识事物的规律。 （3）信息具有知识秉性，它能用以消除人们对事物运动状态或存在方式的不确定性。 信息的共享性有其自身特性，不同于实物的交流。在实物交流中，一方得到的正是另一方 失去的。而在信息的交流中，一方得到了新的信息而另一方并无损失。 （4）信息依赖于物质而存在并在物质上传递、存储，它又不同于物质，可以脱离产 生者而被传递。但信息的变化、传递需要能量，如印刷书籍、刻录光盘都要消耗能量。 （5）信息的使用价值具有相对性。由于人的知识素养与思维方法不同，以及理解处 理问题的能力不同，对于同一信息，可以得出截然不同的价值观。 （6）信息具有时效性。由于客观事物的不断发展变化，使反映其变化规律的信息源 源不断地产生。信息活动是动态的，信息是有寿命、有时效的。 （7）信息不守恒，可以放大、缩小、湮灭。信息不遵守能量守恒定律，常常由于传 递过程中所受到的干扰，造成信息的损失。随着事物的发展变化，信息会出现“老化”现 象，因此人类应不断认识新事物，开发新信息。在科学的历史上，一个新的发现往往会触 发多种可能的信息。 1.3.2.2 信息的度量 不同信息所含的信息量是有大小之分的。信息量就是用来度量信息大小的量。例如， 反常的事件比正常的事件所含信息量大、稀有事件比正常事件所含信息量大等。为了精确 度量信息所含信息量的大小，香农（Shannon）提出了度量信息的科学方法，使通信理论 由定性阶段进入定量阶段，对信息的研究也得以广泛展开。 在香农的信息论中，信息被看作系统不确定性的减少。如果事物只有一种可能性，是 不存在不确定性的。在数学上，这些可用概率来度量。事实上，信源产生的通信信息，正 是概率论中所研究的随机现象。很自然，信息的定量描述就可用概率的方法来实现。各消 息的信息量不一样，概率小的事件发生时所提供的信息量大。如p（i）=1/10所含的信息 量很低，p（i）=1/10 000所含的信息量很高。作为一个极端情况，如果事先知道某事情肯 定会发生，此时其出现概率为l，如果有消息告诉我们这件事的确发生了，对于我们来讲 并没有消除任何不确定性，所得信息量为0。采用对数作为信息的度量，若某事件出现概 率为p，则这一事件所具有的信息量为： h=-log2p 这是以2为底的对数，单位为比特（bit），是信息量最常用的单位。如上抛一质地均 匀的硬币，它只有两种可能性状态：正面朝上或反面朝上，每种状态出现的概率为0.5， 每种状态所具有的信息量为h=-log212=1（bit）。所以1（bit）就是含有两个独立等概率 可能状态的事件，择其中之一时所具有的信息量。 信息源一般以符号的形式发出信息，它是一系列符号的集合。信息源可能发出的全部 符号所包含的信息量之和，就是信源所具有的总信息量。为了更好地表征信源的总体特征， 就需取其平均值，即计算出信源发出的每一个符号所包含的平均信息量，这个平均值就是 信源平均信息量，即信息熵。整个信源的各状态（x1，x2，…，xn）所具有的平均不定性数 量就是h（xi）的数学期望，即平均信息量： 2ii=1-logniHpp=Σ 这就是香农计算信源信息量的一般方法，即信息熵公式。香农信息熵的公式，与物理 学中熵的计算公式仅差一个负号。因此，维纳说：“信息量是一个可以看作几率量的对数 之负数，它实质上就是负熵。”信息熵与熵的这种关系并不是偶然的巧合，它们之间存在 着非常密切的内在联系。熵是系统紊乱程度的表征，系统越“乱”，熵就越大；系统越有 序，熵就越小，而信息是表示系统不定性的减少。一个系统所获信息量越大，系统就越有 序，熵就越小。反之，所获信息量越小，系统就越无序，熵就越大。由此可知，信息与熵 是互补的，它们的这种互补关系，表现在计算公式上仅差一个负号。它表明负熵与熵描述 的是同一事物的两个相反方向。 1.3.2.3 信息方法 信息方法，就是运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传送、加工、处 理而实现其有目的性的运动的一种研究方法，如图1.5所示。 信息输入 信息反馈 信息输出信息处理信息存储 信息信息 图1.5 信息方法中的信息处理过程 20 管理系统工程 信息方法以信息为基础，把系统有目的的运动抽象为一个信息变换过程。这与传统方 法不同：传统方法注重的是物质和能量在事物运动变化过程中的作用，而信息方法是以信 息的运动作为分析和处理问题的基础，在分析和处理问题时，它完全撇开系统的具体运动 形态，把系统的运作抽象为信息变换过程。如企业进行信息系统设计时，要摆脱信息系统 对组织机构的依从性，着眼于企业过程，而不是围绕每一部门来进行，这样设计出来的信 息系统才具有较高的应变能力。 信息方法的意义就在于它指示了系统的信息过程和信息联系，有利于系统管理、沟通、 和决策科学化。例如，制造系统的信息制造观，即强调从信息方法的角度对制造系统进行 研究。该观点包含以下3 个要点： （1）制造过程实质上是一个使模糊的客户需求逐步清晰，使产品的信息确定化的过程， 最终形成的产品可看作信息的物质表现； （2）制造系统中的信息是制造系统中与设备等同等重要的制造资源，如同能量一样 是驱动制造系统运行的重要驱动源； （3）信息是连接系统的各要素，从而使系统协调高效运行的纽带。因此，提高系统 的信息获取、加工和处理能力，建立起与系统功能相适应的制造信息系统，是系统工程的 重要发展方向。 1.3.3 新三论 “新三论”是指耗散结构论、协同论、突变论，是在一般系统论、控制论、信息论的 基础上，从20 世纪70 年代开始发展起来的现代系统理论。 1.3.3.1 耗散结构论 耗散结构论（dissipative structure theory ）是1969 年比利时物理学家普利高津（Prigogine） 对非平衡态的不可逆过程进行研究时所提出的一种学说，该学说认为：一个远离平衡态的 开放系统（不管是力学、物理化学的，还是生命的），在外界条件发生变化达到一定阈值 时，量变可以发生质变（由无序到有序的突变）。突变后形成的有序状态称耗散结构。有 序的耗散结构与平衡结构不同，平衡结构虽稳定有序，但是一种“死”结构，它不需要靠 外界供应物质、能量来维持。而稳定有序的耗散结构是一种“活”结构，它要不断同外界 交换物质、能量来维持其有序状态。正是因为它要通过这种有序状态去耗散物质和能量， 所以被称为耗散结构。耗散结构的定量研究描述了无序向有序的转化，统一了非生命与生 命系统之间的联系。 耗散结构理论的意义在于它指出了化学、生态系统等许多复杂系统由无序转向有序的 规律是一般的，沟通了生命系统与非生命系统之间的联系。事物要寻求发展，就得保持其 系统是开放的，与外界有能量、物质、信息的交换。如现代企业管理系统必须是开放的， 一个封闭、没有竞争机制的企业难以存活。耗散结构理论的提出结束了科学界对时间可逆 与否、世界是进化了还是退化了的争论。它把经典力学与热力学，以及热力学与生物进化 论结合了起来。普利高津认为，时间不仅仅是力学方法中的一个运动参量，而且时间联系 着事物的过去、现在和未来。通过对系统演化史的考察，时间不再是系统外界的参数，而 成了非平衡系统内部进化的度量。时间观念能分为不同的层次，其中与经典力学相联系的 时间是可逆的，它仅仅是运动的几何参量，与热力学相联系的时间是不可逆的，与生物进 化论层次相联系的时间是与历史相联系的，这些不同层次的时间相互联系，并依据一定条 件而过渡。普利高津的这种认识统一了可逆与不可逆、进化与退化间的矛盾，为人类展现 了一种全新、科学的自然观和系统的方法论。耗散结构理论三十多年的发展取得了巨大成 就，成为了现代系统科学的一个重要理论分支。 1.3.3.2 协同论 协同论（synergetics）是20世纪70年代后期由德国理论物理学家哈肯（Hahan）创立 的。早在20世纪60年代初激光问世时，哈肯就积极从事激光理论研究，他发现激光呈现 出丰富的合作现象，从而得出了协同作用的重要概念。但协同论正式形成框架是在1977年。 协同论是一种研究各种不同系统在一定外部条件下，系统内部各子系统之间通过非线性相 互作用产生协同效应，使系统从混沌无序状态向有序状态。从低级有序状态向高级有序状 态，以及从有序状态向混乱状态转化的机理和共同规律的理论。它以信息论、控制论、耗 散结构理论、突变论等现代科学理论的新成果为基础，同时采用了统计学与动力学考查相 结合的方法，通过对比，对各学科中的从无序到有序的现象建立了一整套数学模型和处理 方案，从而可把在一门学科中所取得的成果很快推广到其他学科类似现象中去。 哈肯认为系统由无序到有序的关键不在于平衡、非平衡或者离平衡态有多远，而在于 组成系统的各子系统在一定条件下，相互之间的非线性作用、协同和合作，以及自发产生 有序结构，因此强调了协同现象的普遍性和重要性。协同论着重研究系统中各元素间的合 作，它不仅研究开放系统从无序到有序的演化规律，而且也研究其从有序到无序的演化规 律，真正统一了有序与无序。因而协同论较耗散结构理论来说有更广的适用领域，它把研 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。协同论的出现把非平衡系统的 自组织理论推向了一个新的发展阶段。 协同论所阐述的基本原理主要为协同效用原理、支配原理和自组织原理。 （1）协同效用原理即“协同导致有序”。系统的有序性是由系统要素的协同作用形成的， 协同作用是任何复杂系统本身所固有的自组织能力，是形成系统有序结构的内部作用力。 系统的这种自组织现象，只能在含有大量子系统的复杂系统中才能实现，只有在大量子系 统之间才会存在十分复杂的联系，才能产生系统整体的有序运动。 （2）支配原理。复杂系统在由不稳定点向新有序时空结构转变时，通常受到序参量 的决定。在复杂系统中有两类变量，即快变量与慢变量（即序参量），它们的地位不同， 起支配控制作用的变量是慢变量。快变量在系统受到干扰而偏离稳态时，总是倾向于使系 统重新回到原来的稳态，这种变量起到类似阻尼的作用，并且衰减得很快，所以叫快变量。 22 管理系统工程 慢变量在系统因涨落而偏离稳态时，总是倾向于使系统更加偏离原来的稳态而走向非稳态， 这种变量在系统处于稳态与非稳态的临界区时，呈现出一种无阻尼特征，并且衰减得很慢， 因而称为慢变量。利用绝热消去法，消去快变量，可以大大简化问题，易于求解。 （3）自组织原理。系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种 规则自动形成一定的结构或功能，它具有内在性和自生性。在外部能量和物质输入的情况 下，系统会通过大量子系统间的协同作用在自身涨落力的推动下，形成新的时空结构。 协同论作为一门横断科学和边缘科学，由于它研究和揭示了在一定条件下，不同系统 通过子系统间的协同作用与自组织，从无序向有序转变的共同规律和特征，因而在自然科 学和社会科学领域有着广阔的应用前景。 1.3.3.3 突变论 突变论（catastrophe theory ）是法国数学家勒内·托姆（Rene Thom）于1972 年创立的。 它是一个新的数学分支，也是系统科学发展中的一个重要分支。以往的数学只能解决连续 变化（离散连续）问题，对那些突然出现的非连续性变化显得无能为力，不能解释突变问 题。突变论从量的角度研究各种事物的不连续变化问题，进行从量变到质变的研究。它用 形象而精确的数学模型来模拟突变过程，其要点在于考察这一过程从一种稳态到另一种稳 态的跃迁。运用的数学工具主要为拓扑学、奇点理论和结构稳定性理论。 突变论以稳定性理论为基础，通过对系统稳定性的研究，阐明了稳定态与非稳定态， 渐变与突变的特征及其相互关系，揭示了突变现象的规律和特点。托姆的突变论观点主要 有以下几点。 （1）稳定机制是事物的普遍特性之一，是突变论阐述的主要内容，事物的变化发展 是其稳定态与非稳定态交互运行的过程。 （2）质变可以通过渐变和突变两种途径来实现，如水在常压下的沸腾是通过突变来 实现的，而语言的演变则是一个渐变过程。质变到底是以哪种方式来进行的，关键是要看 质变经历的中间过渡态是不是稳定的。如果是稳定的，那么就是通过渐变方式达到质变的； 如果不稳定，就是通过质变方式达到的。 （3）在一种稳定态中的变化属于量变，在两种结构稳定态中的变化或在结构稳定态 与不稳定态之间的变化则是质变。量变必然体现为渐变，突变必然导致质变，而质变则可 以通过突变和渐变两种方式来实现。 突变论从系统运行的机制上，广义地回答了为什么有的事物不变、有的渐变、有的突 变的问题，它另一方面深化了量变质变的思想。突变理论通过耗散结构论、协同论与系统 论联系起来，并推动系统论的进一步深化与发展。 1.3.4 运筹学 运筹学（operations research）一词起源于20 世纪30 年代。在《中国大百科全书》（1980 年版）中的释义为：用数学方法研究经济、民政和国防等部门在内外环境的约束下合理分 配人力、物力、财力等资源，使实际系统有效运行的技术科学，它可以用来预测发展趋势， 制订行动规划或优选可行方案。在《中国企业管理百科全书》（1984年版）中的释义为： 应用分析、试验和量化的方法，对系统中人力资源、资金资源、物质资源在有限的情况下 进行统筹安排，为决策者提供充分依据的最优方案，以实现最有效的管理。 运筹学中的规划论、排队论、存储论、对策论等，无不同管理的发展具有密切联系。 管理科学研究、总结经济管理的规律，都是运筹学研究提出问题和对问题进行定性分析的 依据和基础。但运筹学又在对问题进一步分析的基础上找出各种因素之间在数量上的联系， 并对问题通过建模和求解，使人们对管理问题的规律性认识进一步深化。例如，管理中有 关库存问题的讨论，对最高和最低控制限的存储方法，过去只从定性上进行描述，而运筹 学则进一步研究了在各种不同需求情况下最高与最低控制限的具体数值。又如计划的编制， 过去习惯采用的甘特图，只能反映各道工序的起止时间，反映不出工序之间的联系和制约。 而运筹学中通过编制网络计划，从系统的观点揭示了这种工序间的联系和制约，为计划的 调整优化提供了科学定量的依据。下面就运筹学的各个主要分支进行简要介绍。 1. 线性规划（linear programming） 运筹学中的规划论，主要研究如何有效地利用现有人力、物力完成更多的任务，或在 预定的任务目标下，如何耗用最少的人力、物力去实现目标。对于规划问题的建模，首先， 需要根据问题要达到的目标选取适当的决策变量，然后，将问题的目标用决策变量的函数 形式表示（称为目标函数），再将问题的限制条件用决策变量的等式或不等式进行表示（称 为约束条件）。当决策变量连续取值、目标函数和约束条件均为线性时，称这类规划模型 为线性规划模型。有关对线性规划问题的建模、求解和应用研究构成了运筹学中的线性规 划分支。经营管理中典型的线性规划问题包括运输问题、生产计划问题、下料问题、配料 问题、投资问题等。有些规划问题的目标函数是非线性的，但往往可以采用分段线性化等 方法，转化为线性规划问题。 2. 非线性规划（nonlinear programming） 若线性规划模型中目标函数或约束条件不全是线性的，对这类模型的研究就构成了运 筹学的非线性规划分支。由于大多数工程物理量的表达式是非线性的，因此非线性规划在 各类工程辅助优化设计中得到较多应用，它是优化设计的有力工具。 3. 动态规划（dynamic programming） 动态规划是研究多阶段决策过程最优化的运筹学分支。有些经营管理活动由一系列 相互关联的阶段组成，在每个阶段依次进行决策，而且上一阶段的输出状态就是下一阶段 的输入状态，各阶段决策之间互相关联，因而构成一个多阶段的决策过程。动态规划研究 多阶段决策过程的总体优化，即从系统总体出发，要求各阶段决策所构成的决策序列使目 标函数值达到最优。 4. 图论与网络分析（graph theory and network analysis） 生产管理中经常遇到工序间的合理衔接搭配问题，设计中经常遇到研究各种管道的通 过能力，以及仓库、附属设施的布局等问题。运筹学中把一些研究的对象用节点表示，对 象之间的联系用连线（边）表示，形成点、边的集合构成图。图论是研究节点和边所组成 图形的数学理论和方法。图是网络分析的基础，根据研究的具体网络对象（如铁路网、电 力网、通信网等），赋予图中各边某个具体的参数，如时间、流量、费用，距离等，规定 图中各点表示具体网络中任何一种流动的起点、中转点或终点，然后利用图论方法来研究 各类网络结构和流星的优化分析。网络分析还包括利用网络图形来描述一项工程中各项作 业的进度和结构关系，以便对工程进度进行优化控制。 5. 存储论（inventory theory） 存储论是研究最优存储策略的理论和方法。如为了保证企业生产的正常运行，需要有 一定数量原材料和零部件的储备，以调节供需之间的不平衡。在实际问题中，需求量可以 是常数，也可以是服从某一分布的随机变量。每次订货需一定费用、提出订货后货物可以 一批到达，也可能分批到达。从提出订货到货物的到达可能是即时的，也可能需要一个周 期（订货提前期）。在某些情况下允许缺货，但有些情况不允许缺货。存储策略研究在不 同需求、供货及到达方式等情况下，确定在什么时间点及一次提出多大批量的订货，使用 于订购、储存和可能发生短缺的费用的总和最少。 6. 排队论（queuing theory） 生产和生活中存在大量有形和无形的拥挤和排队现象。排队系统由服务机构（服务员） 及被服务的对象（顾客）组成。一般顾客的到达及服务员用于对每位顾客的服务时间是随 机的，服务员可以是一个或多个，多个情况下又可分为并行或串联排列。排队按一定规则 进行，如分为等待制、损失制、混台制等。排队论研究顾客不同输入、各类服务时间分布、 不同服务员数及不同排队规则情况下排队系统的工作性能和状态，为设计新的排队系统及 改进现有系统性能提供数量依据。 7. 对策论（game theory） 对策论是用于研究具有对抗局势的模型。在这类模型中，参与对抗的各方称为局中人， 每个局中人均有一组策略可供选择。当各局中人分别采取不同策略时，对应一个收益或需 要支付的函数。在社会、经济、管理等与人类活动有关的系统中，各局中人都按各自利益 和知识进行对策，每个人都力求扩大自己的利益，但又无法精确预测其他局中人的行为， 无法取得必要的信息，他们之间还可能玩弄花招，制造假象。对策论为局中人在这种高度 不确定和充满竞争的环境中，提供了一套完整的、定量化和程序化的选择策略的理论和方 法。对策论已应用于商品、消费者、生产者之间的供求平衡分析，利益集团间的协商和谈 判，以及军事上各种作战模型的研究等。 8. 决策论（decision theory） 决策是指为最优地达到目标，依据一定准则，对若干备选行动的方案进行的抉择。随 着科学技术的发展，生产规模和人类社会活动的扩大，需用科学的决策替代经验决策，即 实行科学的决策程序，采用科学的决策技术和具有科学的思维方法。决策过程一般是指： 形成决策问题，包括提出方案、确定目标及效果的度量、确定各方案对应的结局及出现的 概率；确定决策者对不同结局的效用值；综合评价；决定方案的取舍。决策论是对整个决 策过程中涉及方案目标选取、度量、概率值确定、效用值计算，一直到最优方案和策略选 取的有关科学理论。 1.3.5 复杂适应系统理论 1.3.5.1 复杂适应系统的基本思想 复杂适应系统（complex adaptive system， CAS）理论，是美国霍兰（John Holland） 教授于1994年，在桑塔菲（Santafe）研究所成立十周年时正式提出的。CAS理论的提出 对于人们认识、理解、控制和管理复杂系统提供了新的思路。 传统的系统观点认为复杂性主要来自系统的外部。例如，系统结构的复杂性、系统内 部的分工或分化常常归于外部力量的创造。系统行为之复杂和不可预测也总是被归于外部 的随机性的干扰。而CAS理论的基本思想认为：适应性造就复杂性。正是系统成员的主 动性以及它与环境的反复、相互作用，才是系统发展和进化的基本动因，宏观的变化和个 体分化都可以从个体的行为规律中找出根源。个体与环境之间的这种主动的、反复的交互 作用，以及适应性，概括了生物、生态、经济、社会等一大批复杂系统的共同特点。 CAS理论的最基本概念是具有适应能力的、主动的个体，简称适应性主体（adaptive agent）。这种主体在与环境的交互作用中遵循的适应能力表现在它能够根据行为的效果修 改自己的行为规则，以便更好地在客观环境中生存。主体在这种持续不断的交互作用的过 程中，不断地“学习”或“积累经验”，并且根据学到的经验改变自身的结构和行为方式。 整个宏观系统的演变或进化，包括新层次的产生、分化和多样性的出现、新的主体的出现 等，都是在这个基础上逐步派生出来的。 以企业的组织系统为例，可将组织中的成员看作是具有自身目的与主动性的、积极的 主体。这种主动性以及它与环境的反复的、相互的作用，才是组织发展和进化的基本动因。 宏观的变化和个体分化都可以从个体的行为规律中找到根源。 1.3.5.2 复杂适应系统理论的特点 基于CAS的基本思想，CAS理论具有如下特点。 （1）主体（adaptive agent）是主动的、活的个体。这点是CAS和其他系统方法的关 键区别。这个特点使得它能够有效地应用于经济、社会、生态等其他系统方法难于应用的 复杂系统。主体的概念把个体的主动性提高到了系统进化的基本动因的位置，从而成为研 究与考察宏观演化现象的出发点。这一思路具有十分明显的突破性。复杂性正是在个体与 其他个体之间主动交往、相互作用的过程中形成和产生的。在这里既没有脱离整体、脱离 环境的个体，也没有抽象的，凌驾于“个体”们之上的整体。个体的主动性是这里的关键。 个体主动的程度，决定了整个系统行为的复杂性的程度。 （2）个体与环境（包括个体之间）的相互影响、相互作用，是系统演变和进化的主 要动力。以往的建模方法往往把个体本身的内部属性放在主要位置，而没有把个体之间， 以及个体与环境之间的相互作用给予足够的重视。个体的相互作用是整体的基础。当我们 说“整体大于它的各部分之和”的时候，指的正是这种相互作用带来的“增值”。复杂 系统的丰富多彩的行为正是源于这种“增值”。这种相互作用越强，系统的进化过程就越 复杂多变。 （3）把宏观和微观有机地联系起来。它通过主体和环境的相互作用，使得个体的变 化成为整个系统变化的基础，要统一地加以考察。在微观和宏观的相互关系问题上，CAS 理论提供了区别于单纯的统计方法的新理解。 （4）引进了随机因素的作用，使它具有更强的描述和表达能力。考虑随机因素并不 是CAS 理论所独有的特征。然而CAS 理论处理随机因素的方法是很特别的。简单地说， 它从生物界的许多现象中吸取了有益的启示，例如，采用遗传算法（genetic algorithm， GA）处理随机因素。遗传算法的基本思想在于：随机因素的影响不仅影响状态，而且影 响组织结构和行为方式，“活的”、具有主动性的个体会接受教训，总结经验，并以某种 方式把经历记住，使之固化在自己以后的行为方式中。正是因为这样，CAS 理论提供了 模拟生物、生态、经济、社会等复杂系统的巨大潜力，明显地超越了以往处理随机因素的 一般随机方法。 1.3.5.3 复杂适应系统的基本模型 在以上概念的基础上，霍兰提出了建立主体模型的三个步骤。 1. 建立主体行为系统的模型（performance system） 这一步采用刺激—反应模型（stimulus-response model ）来表达各种系统中的主体的最 基本的行为模式，如图1.6 所示。该模型涉及以下几个概念： 主体 输入输出 资源 环境 探测 器 规则 (知识、 经验、 技能) 反应 器 图1.6 刺激—反应模型 输入——环境（包括其他个体）的刺激； 输出——个体的反应（一般是动作）； 规则——对什么样的刺激，做出怎样的反应的规定； 探测器——接受刺激的器官； 反应器——做出反应的器官。 2. 确立主体信用确认的机制（credit assignment） 为了对规则进行比较和选择，首先要把假设的信用程度定量化，为此我们给每一条规 则一个特定的数值，称为强度（strength），或者按照遗传算法的名称，称之为适应度（fitness）。 每次需要使用规则的时候，系统按照一定的方法加以选择。选择的基本想法是：按照一定 的概率选择，具有较大强度或适应度的规则有更多的机会被选用。在这个基本算法的基础 上，还可以加入并行算法和缺省层次等思想，使得规则的选择更加灵活，更加符合现实的 系统行为。 信用确认的本质是向系统提供评价和比较规则的机制。当每次应用规则之后，个体将 根据应用的结果修改强度或适应度。这实际上就是“学习”或“经验积累”。 3. 新规则的产生 经过与环境的对话与交流，已有的规则就能够得到不同的信用指数。在这个基础上， 下一步的要点就是如何发现或形成新的规则，从而提高个体适应环境的能力。 这里的基本思想是，在经过测试后较成功的规则的基础上，通过交叉组合（crossover）， 突变（mutation） 等手段创造出新的规则来。需要注意的是，由于在这里是基于经验来进 行新规则的创造，所以比纯粹根据概率去查找和测试一切可能性要快得多，效率高得多。 在前面所定义的主体模型的基础上，可建立整个系统的宏观模型，霍兰称之为回声模 型（ECHO）模型，分为以下三个步骤。 1. 定义资源和位置（site） 任何系统中，为了维持这些“活”的、有主动适应能力的主体的生存与发展，必定要 消耗或使用某种资源。事实上，它们不仅是生存的条件，而且是生存质量的标志。资源太 少，少到一定程度，主体就会“饿死”。而资源丰富到一定程度，主体就会“繁殖”，分 出或产生出新的主体。 此外，主体还具备加工资源的能力。位置是主体活动的“场所”，不同的场所对于主 体的生存和活动来说，提供了若干基础条件：资源的充裕程度，相邻的主体的数量与情况， 以及发展的空间与余地等。此外，主体的主动性还表现在它们可以在位置之间移动，即选 择适合于自己生存的，更为适宜的位置。 2. ECHO模型的基本框架 在ECHO模型中，主体有三个基本部分： 主动标识（offence flag）——用于主动地与其他主体联系和接触； 被动标识（defense flag）——用于其他主体与自己联系时决定应答与否； 资源库（reservoir）——用于存储的加工资源。 它们的功能包括：主动与其他主体接触，同时也对其他主体的接触进行应答；如果匹 配成功则进行资源交流；在自己内部存储与加工资源；如果资源足够，则繁殖新的主体。 28 管理系统工程 在此基础上，整个ECHO 模型成为如下的情况：整个系统包括若干个位置；每个位 置中有若干个主体；主体之间进行交往、交流资源和信息。 3. ECHO 模型的扩充 增加“交换条件”的概念，即在主动标识与被动标识相符的条件下，还要加上某种交 换条件的确认。比如，在采购原料时，并不只是有某种原料就行，还要考虑价格和质量。 增加“资源转换”的概念，即主体具备加工、利用和重组资源的能力。增加这一功能 为主体的分工和专门化打下了基础。 增加“黏合”的概念，即若干主体通过建立固定的联系，成为一个多主体的聚合体在 系统中一起活动。显然，它的来源是生物界的共生体及经济活动中的企业集团。 增加“选择配合”的概念，即主体可以有选择地与其他主体结合，通过交叉组合形成 新的更强主体。 增加“条件复制”的功能，即主体在资源充裕、条件适宜的情况下，复制增加自身的 功能。 CAS 作为正在形成中的一种理论，距离成熟还有较大的距离。它还需要更多地吸取 各种复杂系统的进一步研究工作的启示，以期成为描述和模拟复杂系统的更有用的工具和 手段，在这方面还有极大的研究与发展空间。 1.4 系统工程的应用 1.4.1 系统工程的应用领域 在人类发展史上，系统思想被不断地应用于社会活动和生产活动中，其应用领域几乎 遍及工程技术和社会经济的各个方面。 （1）社会系统工程。它的研究对象是整个社会，研究范畴包括社会发展目标、社会 指标体系、社会发展模型、社会发展战略、综合发展规划、社会预测、宏观控制和调节、 人口系统工程等问题。 （2）经济系统工程，运用系统工程的方法研究宏观经济系统的问题：如国家的经济 发展战略、综合发展规划、经济指标体系、投入产出分析、积累与消费分析、产业结构分 析、消费结构分析、价格系统分析、投资决策分析、资源合理配置、经济政策分析、综合 国力分析、世界经济模型等。 （3）区域规划系统工程，运用系统工程的原理和方法研究区域发展战略、区域综合 发展规划、区域投入产出分析、区域城镇布局、区域资源合理配置、城市资源规划、城市 公共交通规划与管理等。 （4）环境生态系统工程，研究大气生态系统、大地生态系统、流域生态系统、森林 与生物生态系统、城市生态系统等系统分析、规划、建设、防治等方面的问题，以及环境 检测系统、环境计量预测模型等问题。 （5）能源系统工程，研究能源合理结构、能源需求预测、能源开发规模预测、能源 生产优化模型、能源合理利用模型、电力系统规划、节能规划、能源数据库等问题。 （6）水资源系统工程，研究河流综合利用规划、流域发展战略规划、农田灌溉系统 规划与设计、城市供水系统优化模型、水能利用规划、防污指挥调度、水污染控制等问题。 （7）交通运输系统工程，研究铁路、公路、航运、航空综合运输规划及其发展战略、 铁路调度系统、公路运输调度系统、航运调度系统、空运调度系统、综合运输优化模型、 综合运输效益分析等。 （8）农业系统工程，研究农业发展战略、大农业及立体农业的战略规划、农业投资规划、 农业综合规划、农业区域规划、农业政策分析、农产品需求预测、农业产品发展速度预测、 农业投入产出分析、农作物合理布局、农作物栽培技术规划、农业系统多层次开发模型等。 （9）管理系统工程，以企业系统为对象，研究如何对企业系统的资源要素进行优化 配置，从而实现企业运营管理的主要目标。具体应用包括企业系统各种管理活动的建模、 设计、规划、分析、控制、优化等。 （10）工程项目系统工程，研究工程项目的总体设计、可行性、国民经济评价、工程 进度管理、工程质量管理、风险投资分析、可靠性分析、工程成本—效益分析等。 （11）科技管理系统工程，研究科学技术发展战略、科学技术预测、优先发展领域分 析、科学技术评价、科技人才规划、科学管理系统等。 （12）教育系统工程，研究人才需求预测、人才与教育规划、人才结构分析、教育政 策分析等。 （13）人口系统工程，研究人口总目标、人口参数、人口指标体系、人口系统数学模 型、人口系统动态特性分析、人口政策分析、人口区域规划、人口系统稳定性等。 （14）军事系统工程，研究国防战略、作战模拟、情报、通信与指挥自动化系统、先 进武器装备发展规划、综合保障系统、国防经济学、军事运筹学等。 1.4.2 系统工程的应用案例 本节将介绍我国古代运用系统工程思想的典范——都江堰水利工程。 驰名中外的都江堰大型水利枢纽工程位于成都平原西北风景秀丽的灌县，是公元前 256 年秦昭襄王时期，由蜀郡太守李冰与其子二郎组织领导建成的。该工程是中外水利史 上最悠久的大型水利工程，并一直发挥着巨大的社会效益和经济效益。它纵跨四川二十七 个县市、灌溉面积达九百多万亩，近千座中小型水电站星罗棋布，利用渠道修建的农村碾 磨加工站更是不计其数，使富饶的川西平原不受旱灾与水灾的侵袭，是天府之国的四川在 农业上的首要资源。 都江堰主要由鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶引水口三处设施组成，将岷江水流分 为内江和外江，如图1.7 所示。内江主要用作灌溉川西平原，外江主要用作排洪输沙，通 过四川乐山、宜宾后汇入长江。都江堰选址精妙，各设施在总体配合上异曲同工，在有关 现代科学理论远未萌芽的两千多年前，成功而巧妙地解决了排洪、排沙、水量自动调节等 关键技术，实现了费用低、效益大、维护简便、可靠性高等系统总体上的最佳化。历经两 千多年各种复杂的社会、经济、自然条件等变化的严峻考验，它至今仍可与中外任何现代 大型水利工程相媲美。都江堰二王庙中留传下来的六十字石刻碑文，既是修筑、维护、管 理都江堰指导思想和经验总结的真实记载，又是都江堰成功运用系统工程思想的深刻写照。 这种独到的成功运用也正是都江堰具备坚实系统工程科学性的核心所在。 300001195126130258614138007_950 .驾游（6）：...江堰图1.7 都江堰俯瞰图 1. 多目标：一举多得的整体目标设置 系统目标的制定是系统工程技术的首要任务，关系重大。它不仅影响系统总体的成败 与优劣，也是设计、建设系统的指导方针。都江堰修筑前，四川西部自然灾害十分频繁、 严重。发源于四川省阿坝藏族自治州松潘县弓杠岭的岷江，从海拔三千四百多米高的河源， 夹带大量泥沙，奔腾咆哮，一泻千里。岷江进入平原后失去约束，泥沙淤塞，洪水横流， 需要水的地方无水，早灾不断；不需要水的地方却连年水灾，人民生活十分痛苦。彻底根 治岷江水患是群众祖祖辈辈的迫切愿望，也是巩固政权的极大需要。 蜀郡太守李冰顺应潮流，体察民情与水情，在总结前人治水经验的基础上，组织各方 面的力量，首先确定了治理眠江水患的宏伟目标，就是三字经碑文中的“分四六、平潦旱”。 虽然只有六个字，但含义极为深刻：即把岷江巨流按四与六分成，平衡水灾与早灾，使下 游地区既不发生水灾，又不发生旱灾。这个目标已经不是单纯地为治患而治患，而是变患 为益，变水害为水利的目标了。它既是一个最佳化的总体目标，也是设计、建造都江堰的 指导思想。两千多年前我们的祖先就懂得了在一定条件下害可以转变为利的辩证关系，这 一先进的系统决策思想为都江堰成为“独步千古”的水利工程奠定了最重要的思想基础。 事实证明，都江堰筑成之后，这一最佳总体目标已完全实现了。东晋著名史学家常球 所著的“华阳国志”记载说，都江堰建成后的景象是“蜀沃野千里，号为陆海，早则引水 浸润，雨则杜塞水门，水旱从人，不知饥馑，时无荒年，天下谓之天府也”。四川号称天 府之国的美名，从此流传下来。 2. 排沙：多层次结构配合协调 在大型水利工程中，排沙问题一般都是重大的技术难题，解决得好坏与否往往决定 着该工程的成败和能否经受长期的考验。战国时期河南的西门渠和陕西的郑国渠，正因为 排沙解决得不够彻底，已早被淤塞报废。岷江上游山高坡陡，江水量大湍急，水土流失严 重。据水利部门测定，岷江年平均水量达每秒四百九十一立方米，最大时达六千四百立方 米。含沙量年平均达一千万吨，最高时达一千三百万吨。所谓泥沙实际是大小不等的石块， 甚至是数吨重的卵石。因此，排沙的难度大，彻底性要求很高，即使排沙功能达到千分之 九百九十九，每年仅仅留下千分之一的年沙量，一千年后也必然累积淤塞。都江堰有效运 行了二千余年，不但完好无损，堤岸上也无泥沙堆积。排沙解决得如此彻底，是都江堰具 有极高可靠性中最重要的技术基础。 用现代水力学理论分析，都江堰的彻底排沙是通过充分利用自然地形进行最佳选址， 以及对水流规律的深刻理解和应用，并采用三级排沙措施实现的。都江堰的地址选择在岷 江出山口与平原结合部的灌县境内一个弯道河流区域。由于是弯道水流，河道内主要存在 三个力的作用：其一是水流受到由河床内侧指向外侧的离心力，其大小与流速的平方成正 比关系，表层水流速最大，下层水因河床的摩擦流速较小，因此，在河道垂直剖面上离心 力按上层很大、下层很小予以分布；其二是流动的水所产生的水压力；其三是外侧河岸被 水冲击后产生的反冲力，这三个力最后形成一个总综合力。在河床垂直剖面上，总综合力 的分布是在上中层由大到小指向河道外侧，在中下层由小到大指向河道内侧，这样，含泥 32 管理系统工程 沙少的上中层水流被综合力推向河道外侧，并形成外侧高内侧低的倾斜水面，质量重的泥 沙夹带在中下层水流中，被综合力推向河道内侧，这就使水流主体和泥沙主体逐渐分离， 形成河道内“正面走水，侧面走沙”的流态。当水流到达鱼嘴分水堤时，因鱼嘴的位置正 好处在两个主体的分界面附近，因而鱼嘴不仅把岷江分隔为内外二江，而且把约百分之 八十的泥沙分离到了外江河道，内江河道内只余下约百分之二十的泥沙，实现了第一层次 的排沙。内江水流在鱼嘴分水堤后仍然是一个弯道水域，由同样的弯道环流原理，又将约 百分之十的泥沙通过只比河床高二点五米的飞沙堰排入外江河道，实现了第二层次的排沙。 余下约百分之十的泥沙因河床坡度变缓被沉积在鱼嘴至宝瓶口约一公里长的河床内，通过 每年冬季枯水季节时的岁修，用人力将这部分泥沙挖上河岸，完成第三层次的排沙。排入 外江和挖上河岸的泥沙，除供当地用作各种建筑材料外，还作为都江堰日常维修中“挖河沙， 堆堤岸”“砌鱼嘴，安羊圈”“笼编密，石装健”的天然材料，做到了就地取材，物尽其 用。现代水力学在18 世纪中期才成为一门独立的学科，距今仅二百多年的历史。而我国 两千多年前就有如此精妙的应用，充分说明都江堰确实具有相当高的科学水平和创造性。 3. 水量调节：与自然环境的巧妙结合 彻底排沙只是实现“分四六、平潦旱”最佳总体目标的基础条件，关键一步还必须根 据季节不同，调节水量，并做到恰到好处。在现代水利工程中，一般都是采用修筑耗资巨 大的水坝，将水拦截储存，再用闸门启闭调节水量。都江堰却仅仅利用自然地形，修筑了 几个简便的设施，就做到了水量的自动调节。充分利用灌县与成都之间二百米的海拔高差， 又实现了成本极为低廉的无坝自流灌溉。 人们参观游览都江堰时，看不见高坝、水闸等现代水利工程的威武雄姿，往往陶醉在 山青水翠急流涌的秀丽风光之中，甚至忘记了它还是我们祖先智慧与技术的结晶。春耕季 节，下流灌区需水量大，都江堰自动地将岷江水量按外江四、内江六进行分配，满足灌区 需水，不发生旱灾。洪水季节，岷江水量骤增，都江堰又能自动地将水量按内江四、外江 六这种倒四六予以分配，并将多余水量排入外江，使灌区不因上游水量过大发生水灾。 今天看来，没有任何现代化设施又奇妙地实现了大水量的自动调节，并从两千多年前 运行至今，在中外水利史上极为罕见。都江堰实现最佳水量自动调节仍然是充分利用自然 地形，将鱼嘴分水、飞沙堰溢洪与宝瓶口引水阻水，三者融为一个整体，巧妙配合实现的。 春耕季节岷江水量较小，鱼嘴附近的河床坡度由上游的千分之十变为千分之八，使江水流 速骤然变缓，江水主要沿弯道河岸外侧流动，并按鱼嘴分水堤中心距两岸的宽度分水，外 江口与内江口宽分别为九十六米和一百三十米，两者宽度约四比六。因此，外江与内江的 水量也按四与六的比例分配。到了洪水季节，岷江水量猛增，上游滩头被水淹没，河床坡 度和弯道趋于消失，水量按主流方向分配，这时的主流方向却正对外江河口。这样，流入 外江与内江的水量变成为六与四的倒四六分成。但是，当总水量很大时，这种倒四六分成 后的水量，仍可能使内江水量大大超过正常需要，造成灌区发生水灾。这时，宝瓶口的阻 水功能和飞沙堰的泄洪功能起着关键作用。 宝瓶口位于都江堰渠首的末端，当时采用人力火烧、水浇的办法，花了近十年时间将 玉垒山余脉的坚硬岩石凿开一个缺口，成为左是玉垒山，右是伏龙观（离堆） 的一个狭 长谷带。该谷带宽二十米、长四十米，形如瓶颈，是岷江水流进入川西平原的咽喉要塞。 由于有“走春水，阻洪水”的奇妙作用，故谓之宝瓶口。飞沙堰位于宝瓶口上游一百七十 米处，堰高仅比河床高出二点五米，当内江水量超过正常需要的水位时，因溢流原理，多 余的水便自动翻过堰堤溢泄入外江。堰的长度为三百米，是宝瓶口宽度的十五倍，具有足 够的泄洪能力。春耕需水季节，水量适当，水位不高，宝瓶口处畅通无阻走春水，飞沙堰 处无水溢泄拦春水。洪水季节，因地形原因内江主流呈“之”字形流到宝瓶口前，由于水 量大而宝瓶口狭窄，使水流受阻，水位迅速升高并产生巨大的右向环流。洪水越大，环流越大， 水位越高，宝瓶口的阻水作用越显著。飞沙堰的高度很低，使百分之八九十的洪水从飞沙 堰处泄入外江。这样，岷江上游虽然洪水增加很大，但真正进入川西平原的水量却很少超 过正常需水量，保证了下游灌区不受水灾的侵袭，做到了“水旱从人”的最佳水量调节。 4. 维护管理：基于闭环监测的可持续发展 都江堰水利工程经过两千多年考验，显示了具有极高的可靠性。实现最佳的维护管理 是保持其极高可靠性最重要的条件之一。一个大型工程，要做到最佳的维护管理必须具备以 下四个条件：①对工程本身高度重视，设置了效能高、配合好的管理机构；②有一套科学而 有效的管理章程和制度；③维修技术成熟简便，易于掌握；④维修管理费用低廉。四个条件 相互关联，缺一不可。前两项是基础，后两项是关键。都江堰两千多年来在维护管理上全 面达到了这些条件，这在生产力水平和科学技术均不发达的年代做到这一点是极不容易的。 农业是我国几千年封建社会的经济支柱，四川虽然经历了各个朝代的变迁，经济上也 时有兴衰。但历代统治者大都很早认识到“国以民为本，民以食为先，食重则农重，农重则 水重，水重则堰重”的道理。都江堰设置了专门的官员和相应的治水机构，配有专门的治水 经费。秦朝李冰之后设置的官员称“渝氏道”，汉朝时称“都水尉”，以后各朝官名虽然不同， 但都有设置，其级别大都不低于县令七品。三国时期蜀汉承相诸葛亮，视察都江堰后指出 “此堰农本，国之所资”，除遵前制委派得力官员外，还派一千二百士兵予以守护。 广大劳动群众更把都江堰视为生活的依靠，积极参加治水与维修工作。据记载元朝时 期每年参加岁修工作的民工达数千人至万人。因此，在维护管理都江堰上历来上下重视， 配合良好，共同总结出了以“深淘滩，低作堰”为核心的一套科学治水章程与经验，岁修 中除专门官员指挥督办外，岁修完毕，府州县大小官员还亲临现场参加隆重的开水典礼， 盛况空前。 维护管理中最主要的环节是每年预防性的都江堰岁修工作。春节前后的枯水季节，用 木制三角马搓切断内江水流，整修内江河道及有关堤岸，将沉积在宝瓶口至鱼嘴段河床内 的泥沙用人力挖上河岸，使河床恢复原有坡降和状态，并与飞沙堰保持适当的高度差。这 项工作关系重大，如果挖的深度不够，则河床高，走水量小，下一年的灌区可能发生早灾； 如果挖的过深，不仅增大了工程量造成浪费，且河床低，走水量大，下一年的灌区可能发 生水灾。因此存在着一个最佳的挖掘深度问题。这不仅技术要求高，还要让子孙后代都能 了解掌握，在没有任何现代测量器械的当时要做到这点是十分不易的。 34 管理系统工程 我们的祖先在这一关系重大的维修技术上解决得既完满又巧妙：在飞沙堰对面凤鸡窝 河床内并排埋设了三根卧铁（李冰时期埋设的是石马，明朝正德年改为铁板，清朝同治三 年改为三根卧铁），碗口粗，三尺多长，每年岁修时见到卧铁即是到达了最佳挖掘深度， 也即是“深淘滩，低作堰”中“深淘滩”的标准。两千多年沿用至今的成功史实，证明了 都江堰在维修工作中的最优化技术也达到了很高的水平。 维护管理费用极为低廉也是都江堰实现总体最佳化中另一项重大指标。这在生产力不 发达的封建社会尤其重要：如果费用过高，即使重视也很难做到长期坚持。都江堰工程中 的主要治水设施除鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口外，还有用来泄洪水的人字堤、保护堤岸的羊圈、 既护岸又泄洪的石笼、枯水季节切断水流的马搓等，它们在都江堰治水中发挥的功效。这 些设施可以和许多现代设施相媲美，但它们却既科学又十分简单，制作修理极为简便，所 用的原材料又都是当地既丰富又廉价的竹子、木料，以及取之不尽的泥沙和卵石，这就使 得材料与制造费用十分低廉，且技术要求不高，很容易掌握。 都江堰极其巧妙的系统思维和建造原理，已成为中华民族实践系统工程的宝贵财富， 吸引着中外的专家学者和各界人士的不断解读和研究。 本章小结 系统的定义和属性构成了一般系统论的基础，也是系统工程解决系统问题的分析基础。 在一般系统论中，系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、 结构和环境的整体。系统具有整体性、相关性、环境适应性、目的性、层次性等重要属性。 系统工程就是把所研究的对象看成一个系统，从系统的属性出发，从系统要素之间相互依 赖、相互制约的关系中去揭示系统的特征和规律，从而实现系统各组成部分的有效运转。 系统工程通常采用最优化及平衡协调、综合及创造、问题导向、结构分析、反馈控制、环 境分析、建模仿真等系统观念及技术方法。同时，系统工程属于“软科学”，强调人（决 策者、分析人员等）和信息的重要作用、多次反馈和反复协商、科学性与艺术性的有机结 合、定性分析与定量分析的有机结合。 思考与习题 1. 系统定义的要点是什么？系统的属性有哪些？试以一个企业系统为例说明其系统属性。 2. 说说系统与环境的关系是什么？举例说明研究系统为什么不能离开系统环境？ 3. 试分析开放系统、封闭系统和闭环系统各自的特性及异同。企业系统属于哪一类 系统？ 4. 试举出一个你解决现实生活中系统问题的例子。思考一下，你在解决系统问题的过 程中有自己的方法与步骤吗？ 本章学习目的 . 将企业系统作为系统工程的研究对象，了解企业系统的整体性、目的性、功能性、结构 性、环境性； . 掌握管理的基本职能、管理系统工程的定义及学科体系； . 了解管理系统工程的应用领域及主要内容。 2.1 企业的系统描述 管理系统工程是系统工程的一个重要应用分支，旨在利用系统工程的观点和方法研究 企业系统。因此，管理系统工程的学科体系既包含一般系统工程的系统理论、方法和技术， 也包含科学管理的系统方法和技术。本章将从企业的系统描述出发，介绍管理及管理系统 工程的内涵，提炼管理系统工程所涉及的学科体系，并给出管理系统工程的应用案例。 将企业作为一个系统，可以从其整体性、目的性、功能性、结构性、环境性五个角度 进行描述。 2.1.1 企业系统的整体性 企业一般是指以盈利为目的，运用各种生产要素（土地、劳动力、资本、技术和企业 家才能等），向市场提供商品或服务，实行自主经营、自负盈亏、独立核算的法人或其他 社会经济组织。现代经济学理论认为，企业本质上是“一种资源配置的机制”，其能够实 现整个社会经济资源的优化配置，降低整个社会的“交易成本”。 根据企业的上述定义，企业系统的整体性可以由图2.1描述。其中，企业系统的构成 要素可以理解为各种生产要素，通过生产要素和资源的优化配置向市场提供商品或服务， 从而实现盈利的主要目的。 第2章 管理系统工程综述 企业经营目标 经 营 环 境 与 市 场 需 求 .财务资源 .实物资源 .技术资源 .客户资源 .品牌 .信誉 .劳动力 .股东 .管理者 .技术人员 .服务人员 资源优化配置 生产要素： 土地、劳动力、资本、技术、企业家才能 有形 资源 无形 资源 人力 资源 （土地、设 备、材料） 商 品 与 服 务 图2.1 企业系统的整体描述 企业系统整体性要求我们对企业系统的构成要素及其优化配置不能离开整体去考虑， 必须在实现系统目标的前提下，使系统各组成要素的总体结合效果最佳。例如，在精益生 产系统中，强调把生产中一切不增加价值的活动都视为浪费，力求消除一切不增值的活动。 为此，精益生产将企业运作流程作为整体进行分析，流程上的每个活动都致力于为客户增 加价值的整体目标，使得系统的总体呈现出协同一致的高效运作形态，如图2.2 所示。 准时制 . . 价值链增值 . 过程改善能力 . 波动最小化 . 异常管理 自动化 过程平顺 消除浪费 为客户创造价值 人、设备、物料、空间的有效利用 图2.2 精益生产系统的整体性策略 2.1.2 企业系统的目的性 不可否认，盈利是企业系统运营的主要目的。企业只有盈利，才能使股东和员工有利 可图，才能投入生产要素扩大再生产，才能投入技术研发降低经营风险，才能向政府纳税 承担社会责任。然而，企业系统是一个典型的多目标系统，不能将盈利作为唯一目的，如 图2.3所示。如果将利润作为唯一追求的目标，就可能陷入“利润最大化”或“股东利益 最大化”的误区，导致企业系统的运营方向发生偏差。例如，某企业为追求利润最大化而 做假账，即使实现了利润目标，却也因违法而倒闭。因此除利润目标外，企业系统在运行 过程中至少还需要考虑以下目标。 利润 风险预防 可持续 企业系统 运营目标 生存 风险规避 资源重组 寻求并购 客户满意 员工利益 股东利益 扩大再生产 纳税 技术研发 社会责任 供应链合作 环境友好 图2.3 企业运营的多目标及目标要素 （1）生存目标：在企业运营过程中，当处于困难时期或者当经济环境不景气的时候， 企业可能压缩甚至放弃利润目标，以生存作为运营的首要目标。例如，企业投入必要的资 源进行风险规避、裁员、进行资源重组、寻求并购等。只有当企业能够生存下来的时候， 才能将注意力放到其他目标上去，如利润或可持续发展。 （2）可持续发展目标：企业的运营必须考虑长期的可持续发展性。为此，首先，企 业应随时评估运营风险，并为应对风险进行必要的投入，如新技术的研发、新领域（多元 化）的拓展、供应链合作等。其次，企业还应及时评估自身的环境性，包括对资源的消耗 及对环境的污染等，投入必要的资源来控制对环境的不良影响，使企业具有友好的环境性， 符合国家发展政策，才能实现可持续发展。此外，企业还需投入成本履行社会责任，如纳 税、创造就业机会、参与慈善等，树立企业良好的社会形象，提高雇员和顾客的荣誉感和 忠诚度，才能实现可持续发展。最后，企业还需要追求客户满意度，只有基于客户满意， 努力为客户创造价值，才能增加客户黏性，使企业得以持续发展。 企业系统的运营目标并不是一成不变的，必须基于外界环境动态变化，从而使企业系 38 管理系统工程 统具有良好的环境适应性。由于不同时期、不同性质的企业所追求的目标重点不同，在进 行管理活动时，必须对系统目标进行正确定位，把握系统的运营方向，才能制定出合理的 管理策略，对企业系统实施有效管理。 2.1.3 企业系统的功能性 企业系统的运营目标需要通过特定的系统功能加以实现，企业系统的主要功能活动如 图2.4 所示。 产品设计工艺规划生产制造存储运输销售服务技术研发 生产管理 人力资源管理 营销管理 采购及供应链管理 物资采购 财务管理 执行层功能 管控层功能 战略层功能 研发与技术 管理 战略规划 与管理 图2.4 企业系统的主要功能活动 （1）战略层功能：站在企业的整体立场上，对企业实行综合指挥和统一管理。其基 本职能是制定企业的经营方针和目标；调查和分析企业的环境，明确经营战略，编制长期 计划，进行预测和预算；确定新产品的研制计划、制订设备计划、拟订投资方案；计划和 制定综合资源分配方案；评价整个企业的生产成绩等。 （2）管控层功能如下。 ●研发管理：在研发过程中进行的团队组织、流程设计、绩效管理、风险管理、成 本管理、项目管理、知识管理等的一系列活动。 ●生产管理：对生产过程进行计划、控制、评价及改进，具体包括设施规划与布局、 工艺规划、制造过程管理、物料管理、生产质量管理、设备管理、班组管理、现 场管理等活动。 ●采购及供应链管理：采购管理是为了保障企业物料供应而对企业进行的采购活动 的计划、组织、指挥、协调和控制的管理活动。供应链管理则是将企业供应链作 为一个整体进行全面规划，将供应链的商流、物流、信息流、资金流进行整合， 并进行供应链的计划、组织、协调与控制等活动。 ●营销管理：企业营销是在变化的市场环境中为满足顾客需要而进行的包括市场调 研、选择目标市场、产品开发、产品定价、渠道选择、产品促销、产品储存和运输、 产品销售、提供服务等一系列与市场有关的管理活动。 ●人力资源管理：人力资源管理是对组织内外相关人力资源进行有效运用而进行的 包括人力资源规划、招聘与配置、培训与开发、绩效管理、薪酬福利管理、劳动 关系管理等的一系列活动。 ● 财务管理：财务管理是在战略目标下，关于资产的购置（投资），资本的融通（筹 资）和经营中现金流量（营运资金），以及利润分配的管理活动。 （3）执行层功能：为产品直接增加价值或改变产品空间位置等的一系列行为，包括 技术研发、产品设计、工艺规划、物资采购、生产制造、存储运输、销售服务等功能活动。 在上述三级功能活动中，由上向下的指令和由下向上的反馈都贯穿着信息的流动，每 一管理层又按水平方向把各主要职能分系统的信息贯通起来，构成了纵横交错的信息网。 企业应该在总体战略的指导下，综合各个功能活动的目标和计划，从总体上使各个功能活动 协调和统一，才能实现企业全面的高效管理。同时，功能服务于目标，结合系统运营的动 态目标，管理活动需要对上述功能活动进行动态配置。例如，对于一段时间的企业目标来说， 哪些功能属于重点管控的功能，甚至需要加以创新的功能？哪些功能属于从属功能，甚至可 以去除？功能活动之间该如何连接和集成？这些都是管理系统工程致力于解决的问题。 2.1.4 企业系统的结构性 企业系统的结构性体现在各种不同要素的组成上。例如，企业的功能活动构成企业的 功能结构；企业的人力资源构成企业的组织结构；企业的生产资源构成生产的布局结构。 在2.1.3节我们知道，企业的功能结构可分为战略层、管控层和执行层。企业的组织结构 和布局结构将在本节进行阐述。 2.1.4.1 组织结构 根据组织内部的专业化和集权化特征，典型的企业组织结构可分为职能式结构、事业 部结构、矩阵式结构等，如图2.5所示。 研发财务制造 研发财务制造研发财务制造 研发财务制造 1 职能式结构 产品部2产品部12 事业部结构 3 矩阵式结构 事业部1 事业部2 图2.5 典型的企业组织结构 职能式组织结构是按职能来组织部门分工，即从企业高层到基层，均把承担相同职能 的管理业务及其人员组合在一起，设置相应的管理部门和管理职务。职能式组织通过将专 业技能紧密联系的业务活动归类组合到一个单位内部，可以更有效地开发和使用技能，提 高工作的效率。职能式组织结构有其不足之处，主要表现在职能部门之间的协作和配合性 较差，职能部门的许多工作要直接向上层领导报告请示才能处理，导致反馈和决策速度较 慢。因此，职能式结构主要适用于中小型的、产品品种较少、横向协调难度较小、外部环 境比较稳定的企业。 事业部结构是分级管理、分级核算、自负盈亏的一种形式，即一个公司按地区或按产 品类别分成若干个事业部，从产品的设计，原料采购，成本核算，产品制造，一直到产品 销售，均由事业部及所属工厂负责，实行单独核算，独立经营，公司总部只保留人事决策， 预算控制和监督大权，并通过利润等指标对事业部进行控制。事业部结构适用于规模庞大， 品种繁多，技术复杂的大型企业。 在组织结构上，既有按职能划分的垂直领导系统，又有按产品（项目）划分的横向领 导关系的结构称为矩阵式组织结构。矩阵制组织是为了改进职能式结构横向联系差，缺乏 弹性的缺点而形成的一种组织形式。它的特点表现在围绕某项专门任务成立跨职能部门 的专门机构上，例如，组成一个专门的产品（项目）小组去从事新产品开发工作，在研究、 设计、试验、制造各个不同阶段，由有关部门派人参加，做到条块结合，以协调有关 部门的活动，保证任务的完成。矩阵结构的优点是：机动、灵活，可随项目的开发与 结束进行组织或解散；工作内容根据项目组织，任务清楚，目的明确，可实现团队工 作模式；加强了不同部门之间的配合和信息交流，克服了直线职能结构中各部门互相 脱节的现象。矩阵结构的缺点是：参加项目的人员都来自不同部门，隶属关系仍在原 单位，所以项目负责人对他们管理困难，没有足够的激励手段与惩治手段；由于项目 组成人员来自各个职能部门，当任务完成以后，仍要回原单位，因而容易产生临时观念， 对工作有一定影响。矩阵式结构适用于一些涉及面广的、临时性的、复杂的重大工程项目 或攻关任务。 随着企业经营环境向着网络化、动态化、复杂化的方向发展，企业组织结构也呈现出 重心两极化、外形扁平化、运作柔性化、结构动态化的发展趋势。团队组织、动态联盟、 虚拟企业等新型的组织结构形式正在不断出现。 2.1.4.2 布局结构 企业系统的结构性还体现在布局结构上。 图2.6 所示的是按机群布置原则组成的Job Shop 生产系统结构。这类布局结构把加工 与处理功能相同或相似的机床与装备组成一组，按组布置，其物流过程是按被加工件的工 艺顺序实施毛坯或工件的流动。这类系统多用于多品种小批量生产，其主要特征是柔性大， 对产品变换适应性强，可以进行多品种单件或低产量的生产。其不足是多采用通用机床、装 备和工具，对作业人员的技艺水平要求很高，生产过程物流路径长，工序之间的等待时间长。 AAAACCCCCCDDBBBBBBBBEEE 成品件 原材料 毛坯件 ′ 图2.6 Job Shop车间的布局结构 图2.7是项目车间的布局结构。这类布局结构以产品为中心，主要针对大型或重型产 品生产。产品在整个制造过程中不变换位置，如飞机制造、轮船制造、桥梁等。它的特点 是柔性高、产量低，系统以产品为中心按工艺顺序动态布置。 ABCD 产品 （基础件） 半成品件 原材料 工具 零配件 可移动的 最终产品 图2.7 项目车间的布局结构 生产单元的布局结构是在一定的生产面积上，按照工艺路径布置能完成一组（族）零 件全部工艺过程的机床、设备和作业人员。其特点是较少发生物件的回流和变流，可以简 化搬运与装卸工作，并减少工作量，缩短生产周期。单元生产模式适应中等品种数产品的 中小批量生产，多采用通用与专用机床设备混合、设备按成组工艺布置。这类布局结构多 采取“U”形单元或多个“U”形单元（cell）组合布置方案，如图2.8示。实践证明，采取“U” 形单元及其组合系统可以节省占用生产面积、简化制造排序复杂性，在“U”形单元内物 流可以缩短路程，促进基于单元的小组成员的联合、沟通和协作互助。 6789单元出口 单元入口543321 图2.8 生产单元的布局结构 42 管理系统工程 流水线的布局结构是按照要制造零件的工艺过程顺序排列机床和设备，由传输线把各 台机床与设备联结在一起，如图2.9 所示。这类布局结构主要针对一类零件进行大批量生产， 所以生产效率高，但柔性较低。目前，流水线生产模式正在采用CNC 机床设备和工业机 器人等自动化可编程机床设备替代专门化的机械式自动化机床设备，以适应品种增多和每 个品种产量降低的动态市场需求。 123456789101112131415 坯件 传输线 成品件 16 图2.9 流水线的布局结构 2.1.5 企业系统的环境性 企业与环境之间存在着密切的联系。一方面，环境是企业赖以生存的基础。企业经营 的一切要素都要从外部环境中获取，如人力、材料、能源、资金、技术、信息等，没有这 些要素，企业就无法进行生产经营活动。同时，企业的产品也必须通过外部市场进行营销， 没有市场，企业的产品就无法得到社会承认，企业也就无法生存和发展。同时，环境能给 企业带来机遇，也会造成威胁。问题在于企业如何去认识环境、把握机遇、避开威胁。另 一方面，企业是一种具有活力的社会组织，它并不是只能被动地为环境所支配，而是在适 应环境的同时也对环境产生影响，推动社会进步和经济繁荣。企业与环境之间的基本关系， 是在局部与整体的基本架构之下的相互依存和互动的动态平衡关系。因此，企业必须研究 环境，主动适应环境，在环境中求得生存和发展。 企业的经营环境又分为宏观环境和微观环境两个层次。宏观环境因素包括：政治环境、 经济环境、技术环境、社会环境。这些因素对企业及其微观环境的影响力较大，一般都是 通过微观环境对企业间接产生影响的。微观环境因素，包括市场需求、竞争环境、资源环 境等，涉及行业性质、竞争者状况、消费者、供应商、中间商及其他社会利益集团等多种 因素，这些因素会直接影响企业的生产经营活动。 宏观环境一般包括四类因素，即政治、经济、社会、技术，简称PEST（political， economic，social，technological），如图2.10 所示。 ●产品供需状况 ●行业特征 ●基础设施 ●…… ●法律法规 ●产业政策 ●税收 ●企业与政府关系 ●…… ●● 技术变革 ●技术壁垒 ●…… ●重要利益相关者 ●自然资源 ●…… P 政治环境 企业宏 观环境 S 社会环境 行业技术、装备水平 T 技术环境 E经济环境 图2.10 企业的宏观环境PEST模型 1. 政治环境 是指那些影响和制约企业的政治要素和法律系统及其运行状态。具体包括国家政治制 度、政治军事形势、方针政策、法律法令法规及执法体系等因素。在稳定的政治环境中， 企业能够通过公平竞争获取正当权益，得以生存和发展。国家的政策法规对企业生产经营 活动具有控制、调节作用，相同的政策法规给不同的企业可能会带来不同的机会或制约。 2. 经济环境 是指构成企业生存和发展的社会经济状况及国家的经济政策。具体包括社会经济制度、 经济结构、宏观经济政策、经济发展水平及未来的经济走势等。其中，重点分析的内容有 宏观经济形势、行业经济环境、市场及其竞争状况。衡量经济环境的指标有：国民生产总 值、国民收入、就业水平、物价水平、消费支出分配规模、国际收支状况，以及利率、通 货供应量、政府支出、汇率等国家财政货币政策。 3. 社会环境 是指企业所处地区的社会结构、风俗习惯、宗教信仰、价值观念、行为规范、生活方 式、文化水平、人口规模与地理分布等因素的形成与变动。社会文化环境对企业的生产经 营有着潜移默化的影响，如文化水平会影响人们的需求层次；风俗习惯和宗教信仰可能抵 制或禁止企业某些活动的进行；人口规模与地理分布会影响产品的社会需求与消费等。 4. 技术环境 是指与本企业有关的科学技术现有水平、发展趋势和发展速度，以及国家科技体制、 科技政策等。如科技研究的领域、科技成果的门类分布及先进程度、科技研究与开发的实 力等。在知识经济兴起和科技迅速发展的情况下，技术环境对企业的影响可能是创造性的， 也可能是破坏性的，企业必须预见这些新技术带来的变化，采取相应的措施予以应对。 44 管理系统工程 除PEST 四大要素外，企业的经营环境还应考虑自然环境，即一个企业所在地区或市场 的地理、气候、资源分布、生态环境等因素，例如绿色制造系统（green manufacturing）， 又称为可持续制造系统（sustainable manufacturing ）、环境和谐制造系统（environmentally benign manufacturing ）等，是综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造技术和制造系统模 式，其目标是使得产品在设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中， 对自然环境负面影响极小，资源利用率极高，综合经济效益最大，使企业经济效益与社会 效益的协调优化。 绿色制造 两个目标 两个过程 三项内容 来源丰富 便于利用 便于回收 耗能省 环保性好 储量丰富 可再生 绿色设计 绿色生产设备 绿色生产技术 绿色生产环境 节省能源 节省物料 保护环境 便于回收利用 符合人机工程 绿色原 材料 绿色 能源 绿 色 资 源 绿色 生产 过程 绿 色 商 品 物料 转化 过程 产品 生命 周期 全过 程 资源 优化 利用 环境 保护 图2.11 绿色制造企业的环境性 2.2 管理与管理系统工程 2.2.1 管理的定义 管理是人类各项活动中最重要的活动之一。在人类历史上，自从有了人类进行有组织 的活动后，就开始有了管理活动。人类是具有思考行为的，为了利用有限的资源，来最大 化满足人类的欲望，通过管理活动整合人类的资源，通过人们的共同协作，取得1 +1 >2 的效果。人们通过管理活动来谋求个人无法获得或实现的生存与发展的机会、条件和目标。 尽管今日，人类已掌握了大量的科学技术，在谋求自己的生存与发展方面已有很大的能力， 但这并不意味着人群组织可以解散、管理可以被强化。相反，人们今天的社会化程度更高， 管理活动更加复杂。事实上，工业化带来的分工可提高生产效率的概念已深入到如今人类 社会的各个领域，现代社会的任何一项重大活动和成就都离不开管理活动。人们对管理活 动的依赖也就更加深入，管理活动成为进行社会生产生活中人们的基本活动之一。 科学管理之父泰勒（F. W. Taylor）认为，管理就是指挥他人能用其最好的工作方法去 工作，所以他在其名著《科学管理原理》中就讨论和研究了两个管理问题：①员工如何能 寻找和掌握最好的工作方法以提高效率；②管理者如何激励员工努力地工作以获得最大的 工作业绩。诺贝尔经济学奖获得者赫伯特·西蒙教授（Herbert Alexander Simon）对管理 概念有一句名言：“管理即制定决策。”在西蒙看来，管理者所做的一切工作归根结底是 在面对现实与未来、面对环境与员工时不断地作出各种决策，直到获取满意的结果，实现 令人满意的目标。 泰勒和西蒙都为管理学的发展作出了巨大贡献，几乎所有的管理学教科书均要提及他 们的观点和看法，但真正对现代管理理论体系有重大影响的是法国人亨利·法约尔（Henry Fayol）。事实上，自从法约尔在其名著《工业管理和一般管理》中给出管理的概念之后， 它就产生了整整一个世纪的影响。法约尔认为，管理是所有的人类组织（不论是家庭、企 业或政府）都有的一种活动，这种活动由五项要素组成：计划、组织、指挥、协调和控制， 如图2.12所示。其中，计划是指预测组织发展的未来并制订行动方案；组织是指对组织 建立各种物质结构和社会结构；指挥是指为组织制定战略目标，明确行动方向；协调是指 让组织成员团结一致，使组织中的所有活动和努力得到统一和谐；控制是指保证组织中进 行的一切活动符合所制订的计划和目标。基于法约尔的管理概念，管理可以视为对组织的 有限资源进行有效系统整合，以达成组织既定目标与责任的动态创造性活动。 管理的 职能 协调 控制计划 组织 指挥 为组织制定战略目 标，明确行动方向 使组织中的所 有活动和努力 得到统一和谐 对组织建立各种 物质结构和社会 结构 预测组织发展的未来 并制订行动方案 保证组织中进行的 一切活动符合所制 订的计划和目标 图2.12 管理的五大职能 46 管理系统工程 从企业职能和管理对象的角度，管理又可分为经营决策管理（战略管理）研究与开发 管理、生产管理、市场营销管理、财务管理、人力资源管理、采购管理等活动，如图2.13 所示。一个企业的经营首先必须要进行战略目标的制定，根据战略目标进行经营决策。经 营决策的方案要通过技术研发、生产制造、市场营销等活动来完成，因此需要分别进行研 发管理、生产管理、市场管理。在上述活动过程中，还需要为这些活动提供资金的支持和 人力、原材料等资源的支持，因此还需要进行财务管理、人力资源管理、采购管理等管理 活动。 财务管理人力资源管理 支撑管理职能 信息及知识管理 核心管理职能 研发与 技术管理 采购与供 应链管理 生产计划 与管理 市场营销 管理企业 经营 目标 战略 发展 与规 划管 理 图2.13 企业管理的主要内容 2.2.2 管理学发展史 管理活动源远流长，自古即有，但形成一套比较完整的理论，则是经历了一段漫长的 历史发展过程。 1. 早期管理活动或实践阶段 从人类社会有了集体劳动的分工、协作开始到18 世纪，是早期管理活动的实践阶段。 这一阶段人类仅仅为了谋求生存而进行各种活动，自觉不自觉地进行着管理活动和管理的 实践，其范围是极其广泛的。但这些管理活动和管理知识是代代相传或从实践经验中得来 的，人们凭经验进行管理，但尚未对经验进行科学地提炼。 2. 早期管理思想的萌芽阶段 从18 世纪到19 世纪末，这一时期人们逐渐地观察各种管理的实践活动，对管理活动 在社会中所起的作用产生了一定的认识。在军事、经济、政治、行政等某些领域或某些环 节，提出了某些见解。但这一切都停留在一个较低水平上，还没能够进一步系统地、全面 地加以研究，因而人们对它的认识和见解仅仅散见于一些历史学、哲学、社会学、经济学、 军事学等著作之中，只是一些对管理的零碎的研究。这说明19 世纪以前还没有形成一个 比较完整的管理理论体系。 3. 管理理论形成阶段 从19 世纪末20 世纪初开始直到现在，这一时期随着生产力的高度发展和科学技术的 飞跃进步，经过管理学者们的不断研究、观察和实践，甚至亲自实践，使对管理的科学认 识不断丰富和具体，从而对其进行概括和抽象，这才逐渐地形成管理理论，管理作为一门 科学才真正蓬勃地兴起。 19世纪末期到20世纪30年代，以泰勒（F. W. Taylor）为代表的泰勒主义奠定了科学 管理的主要思想。科学管理的管理思想是把组织视作一部尽可能高效率运行的机器。其特 点是强调标准化管理；中央集权；强调管理的科学性、合理性、纪律性。 20世纪60年代，行为科学开始兴起，以马斯洛（Maslo）和赫兹伯格（Herzberg）为 代表，提出以人为本的管理思想。以人为本的管理思想是把组织看作是一个社会系统。企 业的成功依赖于帮助员工发挥他们的全部潜能，而不是依靠严格控制员工的生产力。管理 “人”是管理者的首要问题。 20世纪70年代爆发了两次石油危机，随之而来又出现了经济衰退，使管理者认识到 长期集权的计划控制最终会走向灭亡，需要由战略经营单位制订战略计划。于是，管理思 想由对人的重视转为如何选择正确战略使组织最有效地参与竞争，即战略竞争。战略竞争 的管理思想认为组织是多项经营的组合。其特点是认为可把组织划分为战略经营单位，战 略经营单位将敏锐地感知经营环境的变化，易于做出正确的反应，并根据特定市场中的位 置制订出战略计划。战略竞争的理念是：能找到正确的战略，就能赢得可持续的竞争优势。 战略竞争的管理思想以麦肯锡和波士顿为代表。 20世纪80年代，日本的经济发展迅猛，引起管理科学家的关注，以美国统计学家戴 明（W. Edwords. Daming）为代表，总结了日本的管理并发展和完善，提出了日本式管理 技巧的管理思想。日本式管理技巧的管理思想认为组织应追求卓越，其思维方式是：从狭 隘的职能角度看待问题，用简单化的解决方案迎合短期的盈利，转变为从更加全面和综合 的角度看待组织和员工，用具有循环性和长期性的时间观念，通过营造市场优势，确保长 期的利益。 20世纪80年代以后，彼得·圣吉博士（Petter M Senge）1990年提出学习型组织的管 理思想，认为组织应是一个不断进行知识积累和创新的团队；组织要学习（包括广泛学习、 相互学习、学习管理、学习技能），要系统思考，以增加适应性转变能力、创造力。学习 型组织管理思想的核心是五项修炼：自我超越、改善心智模式、建立共同愿景、团队学习、 系统思考。 21世纪，人类已经进入了全球化的时代，很多系统的依赖程度愈来愈深，互动关系 愈来愈重，这就需要我们不要去用分割式思维模式分析问题、解决问题。另外，20世纪 90年代以来，新的科学——复杂科学正在兴起，它使我们对社会系统有了新的认识，即 社会系统是一个具有思维能力的人介入其中的复杂系统，具有自组织性、自适应性、动态 性。将现在和未来的管理与以前的管理进行比较，可以看到21世纪的管理面临的变革， 表现在以下几个方面。 （1）管理思想方面，以前的管理思想是科学管理、以人为本、战略竞争、日本式管 理技巧；现在和未来出现了新的管理思想，是学习型组织和复杂科学管理。 （2）在管理模式方面，以前的管理模式是橄榄型，即只注重生产制造，不注重研究 开发和市场营销，而且只是对人、财、物的管理；现在和未来的新的管理模式是哑铃型， 48 管理系统工程 即注重研究开发和市场营销，而且是知识管理，是使显性知识实现共享，隐性知识得以激 活，并将显性知识与隐性知识结合，产生知识资本创新增量的经营管理模式。 （3）在管理理念方面，以前的管理理念是一味地竞争，只是停留在为顾客服务上； 现在和未来的新的管理理念是竞争与合作，而且不只停留在为顾客服务上，更要引领顾客 创新，形成顾客资本。 （4）在组织结构方面，以前的组织结构是纵向的，一般都是实体；现在和未来的新 的组织结构是扁平化和虚拟型组织。 （5）在资本观和资源观方面也有了很大的变化。关于资本观，以前的资本观认为有 形资产才是资本；现在和未来的新的资本观认为资本应该包括有形资产和无形资产，且更 重视无形资产——知识资本。关于资源观，以前的资源观认为自然资源就是资源，现在和 未来新的资源观认为，不仅自然资源是资源，社会资源（网络）、文化资源（文化、科技）、 体制资源（制度、机制）、人力资源（劳力、资力）、客户资源等都是资源，而且是十分 重要的资源。 （6）在增长方式方面，以前的经济增长方式是用消耗资源获得经济增长；现在和未 来的新的增长方式是用创新和资源整合推动经济发展。 2.2.3 管理的特征 1. 职能性 管理的职能可分为以下五个方面。 （1）计划与控制职能。计划与控制是管理的基本职能，即对系统未来目标的制定， 并通过管理人员来控制整体方案和行动过程。 （2）监督与评价职能。监督与评价职能是按照计划标准，收集被管理系统中有关活 动的信息，衡量计划的完成情况和纠正计划执行中的偏差以及系统绩效的优劣，以确保计 划目标的实现。 （3）协调职能。协调职能在于保证系统与系统环境以及系统内部各分系统或要素之间， 能够维持合理的相互关系，或者通过调整，使之达到综合平衡。系统越复杂，就越需要有 相应的机构进行协调，做到以最合理的人力、物力、财力的耗费，实现系统的整体目标。 （4）领导与决策职能。领导职能是管理者为员工树立目标，指挥并激励下级以有效 实现组织目标。决策职能主要是通过环境预测及分析，在众多备选方案中选择最佳行动方 案的过程。 （5）服务职能。为企业系统的功能提供各种必要的信息服务和资源服务，保证企业 系统中增值环节的顺畅进行，如人力资源管理、后勤保障管理等。 上述五大职能是相互联系、相互制约的，计划是管理的首要职能。 2. 经济性 效率（efficiency），是指管理活动的投入和产出的比值关系，是组织资源的利用成本 达到最小化。它反映资源利用的程度。效果（effectiveness），是使组织活动实现预定目 标的程度。它反映目标实现的程度。 效率和效果之间存在着明显的差别，效率涉及的是活动的过程、方式，效果涉及的是 活动的结果。当一个组织实现了组织的目标，就说是有效果的。但有效果的组织完全可能 出现效率低下的情形；反之，高效率的组织也可能是无效果的。效益是有效产出与投入 之比，效益反映的是资源的有效利用与目标实现的程度，既涉及活动的过程，又涉及活动 的结果。 作为一个组织，管理工作不仅仅是追求效率，更重要的是要从整个组织的角度来考虑 组织的整体效果以及对社会的贡献。因此，管理工作追求高效率和好效果，即追求效益。 3. 环境性 管理环境是指对组织绩效起着潜在影响的外部机构或市场。管理的环境可分为一般环 境和竞争环境。 一般环境包括：经济环境、政治环境、社会环境、技术环境。其中，经济环境指社会 整体的经济发展形势、景气情况对组织的影响因素，如经济发展趋势、物价水平、财政金 融政策等。政治环境指社会政治形势、各种政治事件所构成的对组织的影响因素，如国家 政局的稳定性、国际关系、重大国际事件的发生与发展等。社会环境指传统风俗、道德观 念、价值取向、知识水平等因素的总和。技术环境指科技水平的提高、新工艺和新技术的 发明和应用等构成的因素。 竞争环境包括：供应者、顾客、竞争者、政府机构、利益集团。其中，供应者是向组 织提供资源的单位。组织的运转需要资源，由于资源是广义的，故供应者应包括：供应商（原 材料）、银行（资金）、学校（人员），组织应力求以尽可能的低成本保证持续、稳定的 供应。顾客是组织要满足其某种需要的服务对象。组织能否成功，关键在于能否让顾客满 意。竞争者是能够提供相同或可以替代产品的组织，相互成为竞争对手。竞争主要表现 在市场、资源上。政府机构是指政府机构制定的政策、法规及其对组织竞争力的影响。 利益集团指社会上代表某一部分人的特殊利益的群众组织，如工会、消费者协会、环境 保护组织等。 4. 科学性 管理的科学性是管理作为一个活动过程，其间存在着一系列基本客观规律。人们通过 从实践中收集、归纳、检测数据，提出假设，验证假设，从中抽象总结出一系列反映管理 活动过程中客观规律的管理理论和一般方法。人们利用这些理论和方法来指导自己的管理 实践，又以管理活动的结果来衡量管理过程中所使用的理论和方法是否正确，是否行之有 效，从而使管理的科学理论和方法在实践中得到不断验证和丰富。因此，管理是一门科学， 是指它以反映管理客观规律的管理理论和方法为指导，有一套分析问题、解决问题的科学 的方法论。 5. 动态性 管理的动态性特征主要表现在这类活动需要在不断变化的环境中对变动的组织进行管 50 管理系统工程 理，需要面对资源配置过程中的各种不确定性。管理的载体是组织，组织包括企事业单位、 国家机关、政治党派、社会团体以及宗教组织等，由于各个组织所处的客观环境与具体的 工作环境不同，各个组织的目标与从事的行业不同，从而导致了每个组织中资源配置的不 同性，这种不同性就是动态特性的一种派生，因此，不存在一个通用的管理模式。近年来， 为应对管理动态性而提出了管理的柔性——组织对于内部要素和外部要素不确定性的适应 能力，已越来越受到关注。 6. 创造性 既然管理是一种动态活动，对每一个具体的对象而言，没有一种唯一的完全有章可循 的模式可以参照，那么，欲达到既定的组织目标与责任就需要有一定的创造性。随着科技 的迅速发展和市场环境的不断变换，现代企业对管理的创造性要求越来越高。管理者需要 针对各种新变化，不断创造出新的战略模式、组织模式、设计模式、生产模式和运营模式。 2.2.4 管理系统工程的定义 如第2.2.1 节所述，管理是所有的人类组织（不论是家庭、企业或政府）都有的一种活动。 从职能的角度，管理活动由五项要素组成：计划、组织、指挥、协调和控制。从系统工程 的角度，管理活动就是对组织的有限资源进行有效系统整合，以达成组织既定目标与责任 的动态创造性活动。 现代社会是高度组织化的社会，随着生产的现代化和社会化发展，管理活动愈来愈复 杂，规模也愈来愈庞大，相关因素愈来愈多，主要表现在以下方面。 （1）管理规模日益大型化。生产越来越集中，企业规模不断扩大，是社会化大生产 发展的一个特点。 （2）管理组织日益专业化。随着生产力和科学技术的发展，需要按专业化的职能来 设置管理机构，由具有管理知识和技能的人来进行管理成为趋势。 （3）管理人员日益知识化。管理人员必须具有现代管理知识，不但在各专门业务岗 位上要有精通计划、生产、财务、供销等方面的专业人才，而且要求具有指挥和决策能力 的综合人才。 （4）管理体制日益合理化。管理功能发挥得好坏，取决于管理体制是否合理。因此， 建立一个高效率的经济管理体制，对调整和优化企业管理是一项重要的战略选择。 由此可见，管理过程的复杂性、综合性和多变性，决定了管理活动是一项复杂的系统 工程，只有运用系统工程这样一门综合性的组织管理技术，才能解决各种层次的经济管理 问题。 管理系统工程就是以企业系统为研究对象，对系统的构成要素进行分析和配置，对系 统的功能结构进行设计和组织，对系统的运作过程进行控制和优化，对系统的运行环境进 行分析和适应，从而实现对企业系统进行合理化设计、分析、控制和改善的系统化程序、 方法和技术。基于上述定义，管理系统工程可以视为以系统工程的特征、思维方式、方法 论和定量定性手法来对企业系统进行管理的活动。 2.2.5 管理系统工程的学科体系 管理系统工程是系统工程的一个重要应用分支，旨在利用系统工程的观点和方法来研 究管理系统。因此，管理系统工程的学科体系既包含一般系统工程的系统理论、方法和技 术，也包含科学管理的系统方法和技术，如图2.14所示。 运筹学 统计学 系统建 模方法 霍尔三维结构方法论切克兰德系统方法论 系统分 析方法 系统评 价方法 系统决 策方法……系统仿 真方法 系统诊 断方法 人力资 源管理……财务 管理 物流及供 应链管理 ……系统动力学 系统科学及相关理论 系统工程方法及技术 管理学科专业技术 管理学 原理 战略 管理 研发 管理 生产 管理 营销 管理 经典系统论：系统论、控制论、 信息论 系统新三论： 耗散结构论、协同论、突变论 复杂系 统理论 灰色系 统理论 混沌系统 理论 图2.14 管理系统工程的学科体系 管理系统工程的学科体系可分为三个层次：管理系统工程的学科基础是系统科学及相 关理论，中间支撑学科为系统工程方法论，上层的应用学科则为各个方向的管理学科专业 技术。其中，系统科学主要研究系统的普遍属性和运动规律；研究系统演化、转化、协同 和控制的一般规律；系统间复杂关系的形成法则；结构和功能的关系；有序、无序状态的 形成规律等。系统工程方法技术是对系统进行研究的基本思维方法、工作程序、逻辑步骤 等，其内容涉及系统分析、系统评价、系统决策、系统建模、系统仿真、系统创新等多角 度。管理学科专业技术则包括了企业系统所涉及的战略、市场、人力资源、财务、物流等 各个管理领域的管理原理、管理模型、管理流程及方法等。 管理系统工程是上述三个层次学科理论及技术的综合运用和融会贯通。如果没有系统 论思维和系统工程方法体系的支撑，对企业系统管理问题的研究很容易陷入局部的误区， 缺乏系统视角，难以实现管理系统的全局优化。而如果采取一般的系统工程方法进行管理 系统的研究，则研究过程会由于缺乏管理理论而难以深入进行，所得到的解决方案难以适 应企业系统的特点。这正是应重视和推广管理系统工程的必要性和意义所在。 2.3 管理系统工程的应 用 如前所述，管理系统工程旨在提供对企业系统进行合理化设计、分析、控制和改 善的系统化程序、方法和技术。因此，管理系统工程可为企业系统中战略管理、市场 营销、新产品开发、运营管理、计划管理、物流管理、财务分析、人力资源管理等环 节的系统结构、系统功能、系统环境、系统设计及系统控制提供实用的系统方法、程序 和步骤。正因如此，随着经营环境的日益多变及企业组织及运作过程的日益复杂，管理系 统工程在企业管理中得到迅速发展和广泛应用。具体来说，管理系统工程主要应用于以下 领域。 1. 系统分析 对企业系统的整体或局部分系统，进行系统的结构分析、环境分析、系统诊断及优化 分析。其中，系统结构分析是指对企业系统的构成要素进行识别，梳理要素之间的相互关 系，并探索关系结构对系统功能及绩效的影响作用，从而实现对系统要素的合理配置和管 理。系统环境分析是指对企业系统所在的经营环境、经济环境、社会环境等进行分析，识 别环境对系统功能及绩效的影响，以及系统对环境的反作用，从而从环境的角度提高系统 的环境适应性和环境友好性。系统诊断及优化是基于一定的诊断程序，对企业系统的业务 流程、作业现场、管理模式、组织模式进行调研及分析评价，从系统的要素、结构、目的、 环境等多方面发现系统当前存在的管理问题，探寻产生问题的原因，形成问题的系统解决 方案或优化方案。 2. 系统评价 对企业系统的整体或局部分系统，进行评价指标体系的建立，并采用恰当的评价方法 对系统进行评价。系统评价对发掘当前系统存在的管理问题，以及为管理层提供科学的决 策支持具有重要作用。 3. 系统决策 根据企业的内外部信息及情报，采用恰当的决策方法建立决策模型，进行多方案分析 比较，选取最合理的决策方案。企业系统决策是一个较为复杂的过程，需要首先识别决策 性质，判断其属于确定型决策还是非确定型决策，属于内部决策还是联合决策，再进行数 据收集及处理、决策模型的建立、决策过程的计算及决策结果的后处理等工作。对于企业 系统来说，系统决策方法可帮助企业建立科学、定量、灵活的决策体系和决策程序，避免 依赖经验的主观决策或一成不变的刚性决策。 4. 网络计划技术 网络计划技术是把工程项目或研制过程当作一个系统来处理，将组成系统的各项工作 和各个阶段按先后顺序，通过网络图的形式，统筹规划，全面安排，并对整个系统进行组 织、协调和控制，以达到最有效地利用资源，并用最少的时间来完成系统的预期目标。 5. 系统仿真 在系统的分析、评价和决策过程中，均不可避免地要建立各种角度的系统模型。系统 建模可为系统分析、评价和决策提供各种定量分析，帮助管理者清晰、直观地界定系统范 围、描述系统功能构成和动态运行机制，并支持基于模型的计算求解和仿真运行。根据所 要研究的系统类别，管理系统的建模及仿真主要涉及系统动力学建模、离散事件系统建模、 多主体系统建模等方法。 本书的主要内容将基于上述管理系统工程的应用领域进行组织。这些管理系统工程的 应用领域与本书后续章节的对应关系如图2.15所示。 管理系统工程应用领域 第4章管理 系统分析 第5章管理 系统评价 第6章管理 系统决策 第7章网络 计划技术 7.1网络计划 技术概述 7.2网络图 的编制 7.4网络计 划的优化与 调整 7.5Project 软件应用 7.3关键 路径法 第8章管理 系统仿真 8.1管理系统 仿真概述 4.1系统分析 概述 5.1系统评价 概述 6.1决策论 概述 6.2不确定 型决策 6.3风险型 决策 6.4用Excel 求解风险决 策问题 5.2德尔菲法 5.3层次 分析法 5.4模糊综合 评价法 4.2管理系统 环境分析 4.3管理系统 结构分析 4.4管理系统 诊断分析 4.5管理系 统分析综 合案例 8.2服务系统 仿真 8.3系统动力 学仿真 8.4管理系统 仿真在生产 管理中的应 用案例 图2.15 管理系统工程的应用领域与本书后续章节的对应关系 54 管理系统工程 本章小结 管理系统工程就是以系统工程的特征、思维方式、方法论和定量定性手法来对企业系 统进行管理活动。从学科体系的角度，管理系统工程需要将系统科学、系统工程方法论、 管理专业技术进行综合运用和融会贯通。如果没有系统论思维和系统工程方法体系的支撑， 对企业系统管理问题的研究很容易陷入局部的误区，缺乏系统视角，难以实现管理系统的 全局优化。而如果采取一般的系统工程方法进行管理系统的研究，则研究过程会由于缺乏 管理理论而难以深入进行，所得到的解决方案难以适应企业管理的环境。管理系统工程可 广泛应用于企业系统的系统分析、系统评价、系统决策、网络计划技术、系统仿真等领域。 思考与习题 1. 以一个实际企业为例，对其进行系统描述。 2. 何为管理？管理作为一项系统性的活动，具有什么特征？ 3. 设想你作为一个软件开发项目主管，应如何执行管理职能？ 4. 对于内部要素和外部要素的不确定性，可通过哪些方法使管理具有动态适应能力？ 5. 通过查找近年来出现的新战略模式、组织模式、设计模式、生产模式和运营模式， 举例说明管理的创造性。 6. 管理系统工程有哪些应用领域？查阅文献，对于管理系统工程的每一个应用领域， 举出一个应用实例。 本章学习目的 . 熟练掌握霍尔方法论和切克兰德方法论的步骤； . 区分霍尔方法论和切克兰德方法论的主要特征； . 了解霍尔方法论和切克兰德方法论的适用范围，并能分辨出具体的管理系统案例应用的 是哪种方法论。 3.1 系统工程方法论概述 系统工程研究的对象通常是复杂系统。所谓复杂是指系统的结构复杂、层次较多、 单元要素种类很多且相互关系复杂。一般情况下，系统包含“硬件”单元，也包含“软件” 要素，尤其是人的行为，使系统更具复杂性和不确定性。另外，复杂系统必然是多目标多 方案的，因此，要有独特的思考问题和处理问题的方法。这就是我们本章要介绍的系统工 程方法论。 系统工程方法论（methodology）就是分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问 题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法。它是系统工程思考问题和处理问题的一般 方法和总体框架。 系统工程方法论可以是哲学层次上的思维方式、思维规律，也可以是操作层次上 开展系统工程项目的一般过程或程序，它反映了系统工程研究和解决问题的一般规律 或模式。自20世纪60年代以来，许多系统工程学者在不同层次上对系统工程方法论 进行了探讨。近年来，随着系统工程方法论的不断发展和完善，系统工程已被用于解 决越来越多样化和复杂化的问题。例如，从20世纪50年代开始，钱学森院士及一大批 系统工程专家在我国军事系统研究中取得了累累硕果，就是基于对系统工程方法论的深入 理解和应用。 本章重点介绍两种经典的系统工程方法论，即霍尔方法论和切克兰德方法论。 第3章 管理系统工程方法论 56 管理系统工程 3.2 霍尔方法论 1969 年，美国贝尔电话公司工程师霍尔（A. D. Hall）等人在大量工程实践的基础上， 提出了系统工程方法的三维结构模型，被人简称为霍尔方法论。三维模型中的“三维”是 指时间维、逻辑维和知识维，集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序 化和标准化的特点，是操作层次上出现最早、影响最大的系统工程方法论。霍尔提出的三 维结构模型如图3.1 所示，它将系统工程的工作过程按照时间维分为七个阶段，按照逻辑 维分为七个步骤，并通过知识维集成了完成这些阶段和步骤所需的专业知识。 工程技术 运筹学 …… 控制论 管理科学 更新阶段 运行阶段 实施或安装阶段 运筹或生产阶段 分析或研制阶段 设计阶段 规划阶段 逻辑维 实 施 决 策 最 优 化 模 型 化 系 统 综 合 系 统 设 计 阐 明 问 题 知识维 时间（阶段）维 图3.1 霍尔三维结构图 3.2.1 时间维 在三维结构中，时间维表示系统工程的工作阶段或进程。按照霍尔方法论，系统工程 从开始规划到系统更新的全过程可分为以下七个阶段。 （1）规划阶段——制定系统的规划和战略，包括调查研究，明确目标，提出系统的 设计思想和初步方案，制定系统工程活动的方针、政策和规划； （2）设计阶段——根据规划提出具体的工作计划方案，包括从社会、经济、技术可 行性等方面进行综合分析，提出具体计划方案并进行优选； （3）分析或研制阶段——对系统进行研究、开发、试制，并分析制订出具体的生产计划； （4）运筹或生产阶段——运筹各类资源，生产出系统的全部构件（硬件、软件）， 并提出具体的实施或安装计划； （5）实施或安装阶段——进行系统安装和调试，提出系统的运行计划； （6）运行阶段——按预期目标进行系统营运与管理； （7）更新阶段——进行系统评价，在现系统运行的基础上，改进和更新系统。 3.2.2 逻辑维 从时间维可以看出，将其每一个阶段展开，都可划分为若干个逻辑步骤，从而将系统 工程的详细结构展示出来，这种详细结构称为逻辑维。霍尔原则上把每一个阶段都按7个 工作步骤来划分，即阐明问题、系统设计、系统综合、模型化、最优化、决策和实施。这 些步骤是运用系统工程方法思考、分析和解决问题时遵循的一般程序。 1. 阐明问题 明确所要解决的问题及其确切需求。在阐明问题过程中，需要收集各种有关的资料和 数据，把问题的历史、现状、发展趋势以及环境因素搞清楚，对问题的实质和要害着重加 以说明，使有关人员做到心中有数。为此，就要针对环境和需求进行调查研究。 （1）环境调查研究。新系统是产生于特定的环境中的，其约束条件也决定于环境； 决策者的决策依据来自于环境；新系统需配置的资源来自环境；系统的评价在环境中进行。 环境因素大体上可分为以下三类。 ① 物理和技术环境，主要包括： ● 现有的系统； ● 用于现有系统的方法； ● 已执行的技术标准； ● 内部技术情况； ● 自然环境； ● 过渡因素； ● 现在和将来的试制条件； ● 外部技术情况。 ② 经济和事务环境，主要包括： ● 现有组织机构和人员； ● 现行的政策结合； ● 决策者的气质与偏好； ● 现行的价格结构； ● 新系统的经济条件； ● 事务的运作情况。 ③ 社会环境，主要包括： ● 大规模的社会影响因素； 58 管理系统工程 ●个别的影响因素； ●偶然因素与突发因素。 （2）需求调查研究。从广义的角度看，需求研究属于环境研究的一个方面，由于需 求研究具有特殊的重要性，故将其单列出来进行研究。需求研究包括以下六项要点： ●需求的一般指标； ●可配置的资源和约束； ●计划情况和市场特性； ●竞争状况； ●用户购买力及其消费心理状况； ●来自需求研究的设计要求。 2. 系统设计 确定系统要达到的目标并设计系统评价指标体系。目标问题关系到整个任务的方向、 规模、投资、工作周期、人员配备等，因而是十分重要的环节。目标需要细分为具体指标。 系统问题往往具有多个目标（或多个指标），在阐明问题的前提下，应该建立明确的目标 体系（或为指标体系），作为衡量各个备选方案的评价标准。 确定目标（或指标）时应注意以下八条原则： ●要有长远观点：即选择对系统未来具有重大意义的目标； ●要有整体观点：着眼于系统的全局利益，必要时某些局部可以让步； ●注意明确性：目标必须具体、明确，并力求用数量表示； ●明确目标主次：多目标时应区分主次、轻重、缓急，以便加权计算综合评价值； ●权衡先进性和可行性：目标应该具有先进性，同时在满足约束条件的情况下又是 可以实现的； ●注意标准化：实现标准化，以便同国际国内的同类系统进行比较，达到先进水平； ●注意恰当的指标数量：指标数目不宜过多，避免互相重叠与包含； ●注意计算简便：指标计算尽量简易。 制定目标的工作应由决策部门、设计部门、生产部门、用户、投资者、科研学术界以 及社会舆论界等方面的负责人共同参与，以求制定的目标体系全面、准确。值得注意的是， 目标一经制定，不得单方面更改；目标体系中出现矛盾时，一是可以剔除次要矛盾；二是 可以让矛盾的目标共存，予以折中兼顾处理。 3. 系统综合 设计能完成目标的系统方案。系统综合往往是按照问题的性质、目标、环境、条件拟 订若干可行备选方案。这一步骤是建立在阐明问题与确定目标的分析基础之上的，同时又 为后面的系统分析提供基础。 4. 模型化 对不同的系统方案建立分析模型，分析各种方案的性能、特点，结合系统目标和评价 指标体系对各方案进行排序。 5. 最优化 根据方案对于系统目标满足的程度，结合模型的分析结果对各方案进行评价、筛选、 改进和优化，保证尽可能达到最优或合理。 6. 决策 决策者根据上述步骤的分析和评价结果，权衡各方面的利益与需求，选定行动方案。 7. 实施 将决策者选定的方案付诸实施。 综上所述，逻辑维中的步骤及相互关系可用图3.2表示。 阐明 问题 系统 设计 系统 综合 模 型 化 最 优 化 决 策 实 施 图3.2 逻辑维步骤示意图 3.2.3 知识维 知识维也称为专业维，表现为从事系统工程所需要的学科知识（如运筹学、控制论、 管理科学等），也可反映系统工程的专业应用领域（如企业管理系统工程、社会经济系统 工程等）。运用系统工程知识，把七个时间阶段和七个逻辑步骤结合起来，便可形成所谓 的霍尔管理矩阵。矩阵中时间维的每一阶段与逻辑维的每一步骤所对应的点，代表着一项 具体的管理活动。矩阵中各项活动相互影响，紧密相关，要从整体上达到最优效果，必须 使各阶段步骤的活动反复进行。反复性是霍尔管理矩阵的一个重要特点，它反映了从规划 到更新的过程需要控制、调节和决策的事实。因此，系统工程过程系统充分体现了计划、 组织和控制的职能。 管理矩阵中不同的管理活动对知识的需求和侧重也不同。在逻辑维的七个步骤中，体 现了系统工程解决问题的研究方法：定性与定量相结合，理论与实践相结合，具体问题具 体分析。在时间维的七个阶段中，规划和设计阶段一般以技术管理为主，辅之行政、经济 管理方法。所谓技术管理就是侧重于科学技术知识，依据材料和技术自身规律进行管理， 在管理上充发扬学术民主，组织具有不同学术思想的专家进行讨论，为计划和实施提供科 学依据；研制和生产阶段一般应采用以行政管理为主，侧重于现代管理技术的运用，辅之 以技术、经济管理方主。行政管理就是依靠组织领导的权威和合同制等经济、法律手段， 保证系统活动的顺利进行。运行和更新阶段则应主要采用经济管理方式，按照经济规律， 运用经济杠杆来进行管理。 60 管理系统工程 总之，系统工程过程系统的每一阶段都有自己的管理内容和管理目标，每一步骤都有 自己的管理手段和管理方法，彼此相互联系，再加上具体的管理对象，组成了一个有机的 整体。把系统工程过程系统运用于大型工程项目，尤其是探索性强、技术复杂、投资大、 周期长的“大科学”研究项目，可以减少决策上的失误和计划实施过程中的困难。国内外 许多事例表明，运用科学的管理方法，决策的可靠性可提高一倍以上，节约时间和总投资 平均在15% 以上，而用于管理的费用一般只占总投资的3% ～6%。 从霍尔的维模型可以看出，霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化，并认为 现实问题基本上都可归纳成工程系统问题，应用定量分析手段，求得最优解答。该方法论 具有研究方法上的整体性（三维）、技术应用上的综合性（知识维），组织管理的科学性 （时间维与逻辑维）和系统工程工作的问题导向性（逻辑维）等突出特点。 3.3 切克兰德方法论 3.3.1 切克兰德方法论的提出 系统工程常常把所研究的系统分为良结构系统与不良结构系统两类。所谓良结构系统 是指偏重于工程、机理明显的物理型的硬系统，它可以用较明显的数学模型描述，有较现 成的定量方法可以计算出系统的行为和最佳结果。所谓不良结构系统是指偏重于社会、机 理尚不清楚的生物型的软系统，它较难用数学模型描述，往往只能用半定量、半定性的方 法来处理。解决良结构系统所用的方法通常称“硬方法”，霍尔的三维结构就主要适用于 解决良结构的硬系统。 进入20 世纪70 年代以来，系统工程越来越多地应用于研究社会经济的发展战略和组 织管理问题，涉及的人、信息和社会等因素相当复杂，使得系统工程的对象系统软化，并 导致其中的许多因素又难以量化。这时，再用霍尔三维结构等硬系统方法论来解决软系统 问题，就会出现如下问题。 （1）硬系统方法论认为在问题研究开始时定义目标是很容易的，因此没有为目标定 义提供有效的方法。但对大多数软系统的管理问题来说，目标定义本身就是需要解决的首 要问题。 （2）硬系统方法论较少考虑系统中人的主观因素，把系统中的人与其他物质因素等 同起来，忽视人对现实的主观认识，认为系统的发展是由系统外的人为控制因素决定的。 而在软系统中，人的因素占有很大的比例，如人的判断、直觉、智慧、知识和经验等。 （3）硬系统方法论认为只有建立教学模型才能科学地解决问题，但是对于复杂的社 会系统来说，建立精确的数学模型往往是不现实的，即使勉强建立了数学模型，也会因为 建模者对问题认识不足而不能很好地反映其特性，因此通过模型求解得到的方案往往并不 能解决实际问题。 软系统方法论（soft system methodology，SSM）是英国兰切斯特大学（Lancaster University）的切克兰德（P. Checkland）教授于1981年首次提出的。其背景是自20世纪 60年代开始，针对源于工程问题解决的系统方法论在社会系统应用过程中的局限性而产 生的对系统方法改造的需要，是在硬系统方法论的基础上提出来的。 切克兰德方法论认为，完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会问题或“软科学” 问题，会碰到很多问题。例如，人类活动系统中的问题不像人造系统中的问题那样是“公 众的知识”，“什么是问题”本身成了一个问题。因此，硬系统方法论的第一个阶段—— 明确问题，变成了有关的人对问题情境进行感知；第二个阶段——确定目标，变成了定义 相关系统；运用系统方法论的过程也由寻优过程变成了学习过程，结果是有的人感到问题 情境有所改进，而不是问题的解决。切克兰德认为软系统方法论的这些特点是由于人的“维 特沙”（Weltanschuung，德文中世界观、价值观之意）的普遍存在且不相统一造成的。因 此，在人的活动系统中存在的问题大多是边界模糊、难以定义、结构不良的软问题，这些 问题更应该用软系统方法论来处理，而不能应用传统的源于工程问题解决的硬系统方法论 （hard system methodology，HSM）思想。 相对于优化解决方案的HSM而言，切克兰德的SSM（软系统方法论）思想是全新的， 其基本思想是通过试误法，反复进行系统理论构思与现实世界的问题情境进行比较，以不 断改善系统。软系统方法论使用4种智力活动：感知—判断—比较—决策，构成了各个阶 段联系在一起的学习系统。 3.3.2 切克兰德方法论的方法步骤 切克兰德软系统方法论解决问题的步骤为：认识问题、根底定义、建立概念模型、比 较及探寻、选择、设计与实施、评估与反馈，如图3.3所示。 1. 认识问题 收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成或影响因素及其关系，以便明确系 统问题结构、现存过程及其相互之间的不适应之处，确定有关的行为主体和利益主体。 2. 根底定义 根底定义是该方法中较具特色的阶段，其目的是弄清系统问题的关键要素，为系统的 发展及其研究确立各种基本的看法（或假设），并尽可能选择出最合适的基本观点。根底 定义所确立的观点要能经得起实际问题的检验。 随着软系统方法论的广泛应用，国内外学者在认识问题和根底定义方面提出来许多行 之有效的方法。 （1）直观的经验方法。这类方法中，比较知名的有头脑风暴法（brain storming）、 5W1H法、KJ法等，日本人将这类方法称为创造工程法。其特点是总结人们的经验，集 思广益，通过分散讨论和集中归纳，整理出系统所要解决的问题或待验证的观点。 （2）预测法。系统要分析的问题常常与技术发展趋势和外部环境的变化有关，其中 有许多未知因素，这些因素可用打分的办法或主观概率法来处理。预测法主要有德尔菲法、 情景分析法、交叉影响法、时间序列法等。 （3）结构模型法。复杂问题可用分解的方法，形成若干相关联的相对简单的子问题， 然后用网络图方法将问题直观地表示出来。常用的方法有解释结构模型法、决策实验室法、 图论法等。 （4）多变量统计分析法。用统计理论方法所得到的多变量模型一般是非物理模型， 对象也常是非结构的或半结构的。统计分析法中比较常用的有因子分析法、主成分分析法 等，成组分析和正则相关分析也属此类。 根底定义 比较及探寻 选择 评估与反馈 设计与实施 认识问题 建立概念模型 (目标系统概念化) 图3.3 切克兰德系统方法论 3. 建立概念模型 概念模型是来自于根底定义、通过系统化语言对问题抽象描述的结果，其结构及要素 必须符合根底定义的思想，并能实现其要求。 4. 比较及探寻 将第一步所明确的现实问题（主要是归纳的结果）和第三步所建立的概念模型进行对 比。通常，概念模型需要进行推理演绎或仿真，再和实际系统进行比较。演绎或仿真需要 在概念模型的基础上建立一定的仿真模型（如本书第8 章介绍的离散过程及连续过程的仿 真模型）。根据演绎和仿真的结果，探寻二者的不同之处。基于比较的结果，需要对所建 立的模型进行修正，也需要对根底定义的结果进行适当修正。 5. 选择 针对比较的结果，考虑有关人员的态度及其他社会、行为等因素，选择出现实可行的 系统行动方案。与硬系统设计不同，切克兰德方法论不强调方案的最优化，而是在多方案