系统科学概论分解ppt课件.ppt

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1、2022/11/13,1,系统科学概论 Systems Science,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,2,主 要 内 容,一、系统的概念二、系统理论 三、信息与控制 四、系统思考工具五、系统动力学建模六、自组织与混沌,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,3,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,4,主要教材及参考书,谭璐、姜璐：系统科学导论，北京师范大学出版社，2009。常绍舜：系统科学方法概论，中国政法大学出版社，2004。杨博文：社会系统工程概论，石油工业出版社，2008。汪应洛：系统工程，机械工业出版社，2008。许国志：系统科学，上海科技教育出版社，2

2、000。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,5,第一讲 系统的概念,1引例 2. 系统是什么3. 系统的特征与类型4. 系统同形性举例5. 啤酒游戏,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,6,青蛙与睡莲,一群青蛙幸福地生活在一个大池塘的一角，池塘的另一边是一片睡莲。 一天，池塘里面流进了一些刺激睡莲生长的化学污染物，它们可以让睡莲每24小时增长一倍。 如果睡莲可以在50天内覆盖整个池塘，而青蛙有一种阻止睡莲生长的方法，但是需要花10天时间来将这个方法付诸实施。 那么，什么时候池塘会被覆盖一半？在池塘被睡莲覆盖的面积达到多少时，青蛙才有可能采取行动去挽救它们自己？ 启示：为什

3、么我们总是不能正确判断局势？,1引例,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,7,Y23理论,设 Yt+1=Yt2,当 Yt=1，Yt+1永远是1当 Y1=1.0000001时，t=23以后，Yt+1将会突增 Y30=2.07*1023启示：为什么我们总是忽视细节的力量？,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,8,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,9,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,10,为什么越保护大象的数量越少？,我们一直认为非洲的大象遭到越来越多的屠杀是因为偷猎者越来越猖狂，是因为对大象的保护力度不够，殊不知这种现象的形成可能正源于人们对于大象的保

4、护。 由于大象被保护起来，象牙随之减少；当象牙减少的时候，象牙价格会大幅上升；当象牙的价格上升到一对象牙在黑市可以卖到12000美金的时候，大象就会遭到更多的屠杀。 启示：为什么我们总是越搞越糟？,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,11,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,12,煮青蛙现象,把一只青蛙扔进很烫的水中，它会立刻意识到危险，并马上跳出，而把它放进冷水中，最初它会感到很舒适，当温度不断升高，它意识到危险时，因身体虚脱而无法逃脱 告诫我们不仅要挑战环境的剧烈变化，更要警惕缓慢渐进的变化。特别注意那些细微以及不太寻常的变化。 启示：为什么我们总对危险茫然不知？,20

5、22/11/13,通神明之德 类万物之情,13,小学生的数学题,有“5，5，5，1”四个数，请让他加减乘除等于24，要求每个数都要使用，但只能用一次。 启示：如何“搭配”原来如此神奇！,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,14,聪明的一休智斗大力士,有一个大力士，常常欺负老百姓。一休知道后，决定要跟他比力气。 第一场：“请大人坐在台子上，我用食指顶着你的额头，要是你能站起来的话，我就输了。” 第二场：“你能一拳把石板上的蚂蚁打死吗?”。一休则只用一个小手指就能把它摁死。启示：找到杠杆解就会事半功倍； 选择正确的路径是解决问题的关键。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,15

6、,2. 系统是什么定义具有特定功能的、由若干相互关联的要素组成的有机整体。例：CAU管理机关,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,16,热带雨林食物链,系统实例,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,17,池塘生态系统,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,18,生态农业系统,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,19,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,20,电信行业生态系统,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,21,跨国公司集聚生物圈,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,22,城市是一个开放的复杂巨系统,2022/11/13,

7、通神明之德 类万物之情,23,M型领导模式分析,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,24,3. 系统的特征与类型系统的主要特征行为整体性：整体突现；整体大于个体之和。要素多元性：两个以上要素构成；多元系统；无限系统结构层次性：子系统；不同层次有不同涌现；同层内和层次间作用（例：人的系统）功能有效性：整体贡献；效率；功能结构环境适应性：环境依赖；环境约束；系统边界演化动态性：结构形态变化；形成、发育、存续、老化、解体。（例：青蛙生活史）,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,25,人的系统层次结构,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,26,青蛙生活史,2022/11/

8、13,通神明之德 类万物之情,27,系统的类型划分按形成过程：自然系统；人工系统；复合系统按构成要素：实体系统；概念系统按运动状态：静态系统；动态系统按环境关系：孤立系统；封闭系统；开放系统按功能目标：控制系统；行为系统按规模大小：小系统、大系统、巨系统按复杂程度：简单系统、复杂系统按对象性质：农业、工业、金融、交通 .,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,28,4.系统同形性举例指数增长 dQ/dtaQ， 其解为 Q=Q0eat，其中Q0为Q的初值。 a0：细菌繁殖；人口增长； 连锁信；复利计算；传销 a0：细菌中毒；种群灭绝； 放射性衰变；恐怖主义,2022/11/13,通神明之

9、德 类万物之情,29,摩尔定律（1965年）每18个月，芯片上集成的晶体管数量将翻一番,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,30,Internet 安全威胁事件,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,31,中国人均GDP,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,32,Logistic曲线 dQ/dtaQ-bQ2， 其解为 Q=aceat/(1-bceat) c由初始条件决定。资源限制时的指数增长。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,33,城市化进程,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,34,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,35,202

10、2/11/13,通神明之德 类万物之情,36,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,37,5. 啤酒游戏,MIT网址：http:/beergame.mit.edu/,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,38,制造商,批发商,零售商,每周4箱库存12箱订单每周1次，但1个月后才能到货,每周4货车库存12货车订单每周1次，但1周后才能到货,每周4批库存12批酿酒时间需要2周,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,39,零售商,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,40,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,41,批发商,2022/11/13,通神明之德 类

11、万物之情,42,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,43,制造商,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,44,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,45,究竟发生了什么事？,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,46,第五项修炼,2005年彼德.圣吉在浙江大学,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,47,启示：结构影响行为,结构会影响系统的总合行为。不同的人，置身于相似的结构当中，倾向于产生类似的结果。参与系统的各个份子，常常只见树而不见林，只能针对眼中所见的 local 信息，做 local 的最佳决策。每个人的 local 最佳决策，不见得会导致整

12、个系统的 global 最佳决策。每个人都在自己的岗位上，以自己的理性，尽力做好行动与判断决策。缺乏系统观，就无法跳脱这种结构所囿限的个体行为。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,48,啤酒游戏中的智障,“局限思考”。人们无法看到自己的行动如何影响其他的角色。“归罪于外”。当问题发生时，把责任推向参加游戏的其他角色，甚至顾客。“主动积极”。为解决问题发出更多的订单，反而把事情弄糟。“被煮的青蛙”。超量订购是逐渐累增的，没有人意识到情况的严重性，直到情况已无法扭转。“未能从经验学习”。自己的行动在系统内其他地方所引起的后果，最后回过头来造成自己的问题，却责怪他人。“管理团体迷失”。当

13、决策出问题时，各种角色的团体只会互相归咎责备，无法共同学习。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,49,供应链牛鞭效应,一个小幅的扰动，透过整个系统的加乘作用，竟使订购量都大幅增加，然后再陡然下降。而且愈往上游愈放大。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,50,实例,1989年美三大汽车商通生产的汽车远高于销售量，经销商库存不断累积，造成大幅度裁员。整个国家的经济也常经历所称“存货加速器理论”的商业景气循环。房地产业抢购的盛况以及随后严重的滞销。各种服务业也常发生这种类似波动。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,51,第一讲思考题1. 剖析2008年麦道夫金融欺

14、诈案的实质2. 举出一个指数增长或逻辑斯蒂增长的实例，分析其变化规律及成因。3. 经济发展中产业集群效应举例。4. 供应链牛鞭效应举例。5. 如何解决“啤酒游戏”的困境。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,52,第二讲 系统理论,1中国古代系统思想 2. 西方传统思想3. 系统理论的形成4. 系统工程技术5. 中国系统科学发展与应用6. 系统工程应用举例,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,53,1中国古代系统思想,周易周易上经即易经周易大传即易传“古者包牺氏之王天下也，仰则观象于天，俯则观法于地，观鸟兽之文与地之宜，近取诸身，远取诸物，于是始作八卦。”“以通神明之德，类

15、万物之情。”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,54,八卦：乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兑代表：天、地、雷、风、水、火、山、泽,文王后天八卦,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,55,韩国国旗：太极旗红蓝：阴阳；水火；男女；动静。左上乾：天、春、东 右下坤：地、夏、西左下离：日、秋、南 右上坎：月、冬、北,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,56,八卦属性：,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,57,阴阳五行学说：五行生克金生水，水生木，木生火，火生土，土生金金克木，木克土，土克水，水克火，火克金,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,58,五

16、行属性：,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,59,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,60,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,61,新疆特克斯城,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,62,阴阳学说与现代科学发现木王星：1930年，刘子华发现太阳系的各星体与八卦的卦位存在着对应关系，据此第一个算出了第十颗行星的平均轨道运行速度、密度、离太阳的平均距离，命名为“木王星”。以论文“八卦宇宙论与现代天文”获巴黎大学博士学位。创立二进制：1667年，德国数学家莱布尼茨要创造一台乘法机。在无路可走时收到了法国传教士朋友从北京寄给他的“伏羲六十四卦次序图”和“伏羲

17、六十四卦方位图”，从而创立了二进制。生物控制“阴阳假说”：1973年，戈德伯格受了太极八卦图的启发，认为环腺一磷和环鸟一磷，就是体内两种对立的调节系统，是“阴阳”的物质基础，从而提出了著名的“阴阳假说”。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,63,道家学说老子：“道，可道，非常道；名，可名，非常名。无名，天地之始；有名，万物之母。”“道生一，一生二，二生三，三生万物”“有物混成，先天地生。寂兮寥兮， 独立而不改，周行而不殆，可以为天下母。吾不知其名，字之曰道，强为之名曰大。”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,64,庄子：“夫道，有情有信，无为无形；可传而不可受，可得而不

18、可见；自本自根，未有天地，自古以固存；神鬼神帝，生天生地；在太极之上而不为高，在六极之下而不为深，先天地生而不为久，生于上古而不为老。”“夫道，覆载万物者也，洋洋乎大哉！”普里高津从混沌到有序：“西方科学和中国文化对整体性、协和理解的很好的结合，这将导致新的自然哲学和自然观。”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,65,2. 西方传统思想,古希腊米利都学派泰勒斯：水是万物的始基毕达哥拉斯(Pythagoras)学派：数是万物的始基赫拉克里特(Herakleitos)：火是万物始基德谟克里特(Demokritos)：宇宙系统观；原子论；宇宙大系统苏格拉底(Sokrates)，柏拉图(P

19、laton)：理念论；辩证法；几何学,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,66,苏格拉底最大的麦穗,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,67,亚里士多德(Aristoteles)： 球层结构多层次宇宙系统； 地心说；“整体由若干部分组成，其总和并非只是一种堆集，而其整体又不同于部分”； 即“整体大于个体之和”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,68,拉斐尔雅典学派 1509年 壁画,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,69,近代科学哥白尼：日心说宇宙体系；天体运行论笛卡儿(Descrartes)： 解析几何；哲学原理树根是“形而上学”，树干是“物理学”

20、，树枝是各门具体科学机械唯物主义；“动物是机器”还原论；“把正在考虑的难题分成尽可能多和必要的部分，以便把它最好地加以解决”；追求简单性和线性解。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,70,系统论与还原论的关系,老子：故恒无，欲以观其妙；恒有，欲以观其徼。此两者同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,71,牛顿：自然哲学之数学原理； 机械决定论；上帝“第一推动”世界图景：机械的、分析的、线性的、被组织的莱布尼兹(Leibniz)：单子论；能动性“每个生物的有机形体乃是一种神圣的机器，一个自然的自动机，无限地优越于一切人造的自动机。”“

21、自然的机器即活的形体则不同，它们无穷小的部分也还是机器。就是这一点造成了自然与技艺之间的区别，亦即神的技艺与我们的技艺之间的区别。”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,72,3.系统理论的形成十九世纪的科学发展三大成就：细胞学说；能量守恒；进行论；统一了自然界细节认识。牛顿力学：可逆性、对称性克劳修斯：熵增原理；宇宙热寂论达尔文：进化论； 单细胞到多细胞、低级到高级发展,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,73,新的呼唤： 统计性；演化性；系统性相对论：低速到高速；相对时空取代绝对时空量子力学：宏观推进到微观；间断补充了连续 统计力学：吉布斯1901；可逆到不可逆；复杂性

22、取代简单性贝塔朗菲：一般系统论；整体性、动态性、层次性,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,74,运筹与管理古典管理理论：泰勒“科学管理”； 法约尔“管理职能理论”现代管理理论：霍桑试验；行为科学运筹学：“二战”运筹小组；RAND公司 (Operations Research) 博弈论：冯.诺伊曼摩根斯坦，1944,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,75,兰德(RAND)公司(Research and Development),1948年由福特基金会提供资金正式成立。总部设在加利福尼亚州。,“大脑集中营”、“超级军事学院”、“美国政府第一智囊”，“世界智囊团的开创者和代言

23、人”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,76,兰德成功预测案例： 中国出兵朝鲜； 苏联卫星发射时间； 中美建交； 古巴导弹危机； 美国经济大萧条； 德国统一,亨利H哈罗德美国空军将军兰德创始人,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,77,三论：老三论；新三论一般系统论：贝塔朗菲(Bertalanffy,理论生物学家)， 1945控制论：维纳(Wienner,数学家)，控制论1948信息论：香农(Shannon,数学家)，“通讯的数学理论”， 1948耗散结构理论：普里高津(Prigogine,物理化学家)，1967协同论：哈肯(Haken,物理学家)，1971突变论：托姆(

24、Thom,数学家)，1972,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,78,路德维希冯贝塔朗菲（1901-1972)美籍奥地利理论生物学家和哲学家一般系统论的创始人,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,79,Bertalanffy的观点“不能只是孤立地研究部分和过程，还必须研究各部分的相互作用，应把生物作为一个整体或系统来考虑。”“需要一种理论，不是属于专门系统的理论，而是适用于一般系统的通用原理。”“它的主题是表述的推导对一般系统都有效的原理。” “系统存在着一般化的发展模式和发展规律；不管系统的分类和系统的具体构成如何。”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,80

25、,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,81,生态群体协同消长,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,82,4.系统工程技术,定义在系统思想指导下，把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法结合起来，运用近现代数学方法和计算工具，对大复杂系统的构成要素、组织结构、信息交换、行为控制等功能进行分析、设计、制造和服务，以更佳地实现系统目标的一门综合性的组织管理技术。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,83,系统工程步骤： 霍尔(A.D.Hill，1969)三维结构 逻辑维：明确问题；确定目标；系统综合；系统分析；优化；决策；实施。时间维：规划；拟定方案；研制；生产；安装

26、；运行；更新。知识维：工程；医学；建筑；商业；法律；管理；社会科学；艺术。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,84,霍尔三维结构,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,85,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,86,地名规划运作三维结构图,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,87,系统工程方法：按照霍尔逻辑维明确问题：直观经验法；预测法；结构模型法；统计分析法；建立评价体系：效用理论；费用效益分析；风险估计；价值工程系统综合：明确结构；找出手段；人机结合系统分析：变量选择；建模和仿真；可靠性工程方案优化：最优解或满意解；最优化方法决策：个人与团体；定性与

27、定量；单目标与多目标实施：制定计划；PERT/CPM 例：香皂生产线如何避免空装盒？ 例：利用商业链寻找创业机会的实例：牛仔服,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,88,都江堰水利工程四川都江堰市； 2200多年；先秦李冰父子。经受住了2008年汶川地震的考验。 三大主体工程： 鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口。功能：江水自动分流、自动排沙、控制进水流量、消除了水患。效果：灌溉面积已达40余县，现超过一千万亩。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,89,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,90,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,91,2022/1

28、1/13,通神明之德 类万物之情,92,http:/,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,93,丁渭修皇宫,宋真宗年间(10081017)，都城开封里的皇宫失火，需要重建. 右谏议大夫、权三司使丁渭受命负责限期重新营造皇宫.三项措施： 将城中街道挖开取土，街道成了大沟。 引汴河水进入大沟，调来竹筏、木船运送物材。 皇宫建毕，将大沟水排尽，将砖头瓦砾添入大沟，重新成为街道。 丁渭一举三得，挖土、运送物材、处理废弃瓦砾等三件工程一蹴而成，节省的工费数以亿万计.,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,94,引水示意图,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,95,阿波罗登月计

29、划背景：19611969年7月16日； 阿波罗11；船长阿姆斯特朗工程规模：42万人； 120所大学和研究所； 2万家公司工厂；700多万零部件； 耗资300亿美元；,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,96,后话：从1969年至1972年底， 美国共发射了七艘载人飞船进行登月飞行。其中1970年4月11日发射的阿波罗13号飞船， 途中由于服务舱氧气箱爆炸遇险， 宇航员依靠登月舱的动力装置，并借助绕月飞行的助力，于17日平安返回地球， 三名宇航员安然无恙。管理技术： 计划评审技术（PERT）网络计划技术（PERT/ CPM）,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,97,202

30、2/11/13,通神明之德 类万物之情,98,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,99,5.中国系统科学发展与应用发展过程运筹研究室：1956年，中国科学院；钱学森、许国志 统筹法：60S；优选法；华罗庚高科技领域：两弹；航天总体设计部；钱学森钱学森：“组织管理的技术系统工程”，文汇报，1978.9.27中国系统工程学会：1980年,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,100,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,101,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,102,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,103,钱学森语录“系统思想是进行分析和综合的

31、辩证思维工具，它在辩证唯物主义那里取得了哲学表达形式，在运筹学和其它系统科学那里取得了定量表达形式，在系统工程那里获得了丰富的实践内容。”“20世纪中期现代科学技术的成就，为系统思维提供了定量方法和计算工具，这就是系统思想如何从经验到哲学到科学，从思辩到定性到定量的大致发展情况。”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,104,钱学森系统科学体系,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,105,钱学森知识体系总图：1993年绘，1996年定。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,106,6. 系统工程应用举例构建和谐社会，涉及改革发展稳定各个方面，是一项艰巨复杂的系统工

32、程。其中“人民内部物质利益矛盾”、“社会保障”、“贫富差距”、“三农问题”、“收入分配差距扩大”等排在前列。 顾桥镇副镇长蒯明云也有感慨：“新农村建设则是促进城乡协调发展的一个系统工程，一个创新工程，它将农村和城镇置于城镇化、工业化的同一框架之中，有助于形成城乡良性互动、共同繁荣的格局。”,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,107,提升公民旅游文明素质是一个长期的系统工程。它不是靠出台一两项政策措施就能彻底解决问题，也绝非一日之功，而是需要凝聚起全社会的智慧，需要一代人甚至几代人的艰苦努力。学生减负是一项系统工程，它不是单纯减量的问题，更不意味着要放低对孩子的要求。要让孩子真正快乐起来，真正实现减负，必须上下联动，多方配合，学校、社会、家庭一个都不能少。,2022/11/13,通神明之德 类万物之情,108,第二讲课外练习1. 举例说明还原论思想的成功应用与局限性。2. 都江堰水利工程为什么会取得成功？3. 了解统筹法原理并举例进行应用。4. 参考课中实例，绘制出实施某系统工程的霍尔三维结构图。5. 通过课外阅读，认识“复杂”的科学含义。,