2022年交通运输交通运输系统工程讲义(25页).docx
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1、2022年交通运输交通运输系统工程讲义(25页) 交通运输系统 工程讲义 交通运输系统 工程讲义 交通运输系统工程 第壹章系统的基本概念 第壹节系统的定义和属性 系统工程探讨的对象是系统,系统的概念是系统工程的核心和基本的概念。 物质世界是由多数相互联系,相互依靠,相互制约,相互作用的事物和过程所形成的统壹体。 辩证唯物主义体现的物质世界普遍联系及其统壹性的思想,就是系统思想。 系统思想从阅历到哲学的科学;从思辨到定性到定量。 壹、系统的定义 对系统要领的壹般相识系统意识 由若干环节组成的链状事物,环环相扣,由此及彼的链状事物就是我们所说的系统。 相识系统的链和环的关系要留意俩个方面的因素:
2、1 、相识对象系统的全部组成环节; 2 、相识这些环节联结部分的形成和特点。 系统意识思索、探讨、探究和处理某壹事物时,要有意识地把它见成壹个系统,明 确链-环关系,从系统的角度去分析和相识问题。 系统的定义: 系统是由若干个能够相互区分、相互联系而又相互作用的要素所组成,在壹定的阶层结 构形成中分布,在给定的环境约束下,为达到整体的目的而存在的有机集合体。 二、系统的属性 1 、目的性系统具有明确给予的、预期的目标。 2 、集合性组成系统的元素是多个,至少有二个。 3 、相关性系统组成的元素是相互依存、相互作用、相互制约。 4 、阶层性系统有壹定的层次结构,分解成子系统。 5 、整体性任何壹
3、个元素离开整体功能就失去意义。 6 、环境适应性适应环境系统改变以获得生存和发展的实力。 其次节系统的分类、结构和功能 壹、系统的分类 1 、按自然属性分类: 自然系统 自然界自然生成的壹切物质和现象。 人造系统为了生存和发展应用自然规律构造的系统。 2 、按属性分类: 实体系统概念系统的形态化。 概念系统实体系统的“灵魂”。 3 、按运动属性分类: 动态系统系统内部结构参数随时间改变而改变。 静态系统系统内部结构参数不随时间改变而变更。 4 、按系统和环境间的关系分类: 开放系统系统和外界环境之间有物质、能量、信息交换的系统。 封闭系统系统和外界环境之间不存在物质、能量、信息交换的系统。 5
4、 、按反馈属性分类: 开环系统通过本系统的。 闭环系统仅在本系统内部进行循环的。 6 、按规模大小和困难程度分类: 大系统系统具有结构困难、规模浩大、参量众多、功能综合多样。 小系统系统比较小,简洁。 7 、其他分类: 依据某些特征标记:目的系统、限制系统、行动系统、对象系统、因果系统等等。 二、系统的结构 系统是由元素的集合和元素之间关系的集合俩部分所构成。 例如:铁路网;马路网;城市交通等。 三、系统的功能 系统的输入通过系统的处理系统的输出 当元素组合成为系统之后,元素之间发生了各种联系,从而使系统的功能发生了量的增加和 质的飞跃。 系统工程的任务:在于提高系统的功能,特殊是提高系统整体
5、的处理和转换的系统实力和效 率。 其次章系统工程的基本概念 第壹节系统工程的基本概念及其定义 1 、从字义上理解系统工程 4系统工程包括系统和工程俩个方面,既要从系统见工程,又要从工程见系统,前者指的是用系 统的观点和方法去解决工程问题。而后者是指用工程的方法去建立系统。形象地说,工程通 常指硬件建设和措施,系统方法常比作软件.这俩方面的结合,就使传统的工程增加了内容。 4 系统方法主要是系统分析和设计的方法,其中包括系统模型和优化方法,预料和决策方法等。 4工程的方法是处理详细工程问题时的科学方法,包括构思(结构和原理) 、原则技术的、经 济的、政治和和社会的) 、计算(对某种关键部分的原理
6、性和整体输出、试验(结构、材料和 参数和设计等壹些环节。 4以系统思想为指导,用系统方法和工程方法为工具,去建立人们所须要的新系统或改造原有 的老系统,使其更加合理、更加完善、更加科学。 2 、从系统工程和壹般工程的区分上理解系统工程 从系统工程和壹般工程的区分上见,系统工程具有高度的综合性,这主要体当下以下三个方 面: 1)探讨对象的综合性 系统工程不把探讨局限在某壹特定范畴。它能够把工程作为对象,但各种自然现象、生态群 体、社会现象,人类的、社会的等等也都是它的探讨对象. 2应用学科学问的综合性 系统工程应用学科学问的综合性和探讨对象的综合性是分不开的。它不仅犹如壹般工程学那 样,应用数学
7、、物理、化学等基础自然科学,而且对限制论、信息论、管理科学、工程技术学 科、社会学、经济学、法学以至壹些边缘科学也要加以综合运用。 3)评价效益的综合性 系统工程是从总体最优动身考虑功能、组成、协调、规划、效果等组织管理性质之类的问题、 尤其要考虑社会效果问题。 3 、从系统工程学的组成来理解系统工程 1系统思想 系统思想是将探讨对象作为系统来考虑,把系统环境作为壹个外部系统,系统的输入目标作 为壹个系统,且把二者结合起来考虑建立转换过程系统。合理地解决系统内外的各接口的协 调,以获得系统的最优输出。 2)系统工程的程序体系 把建立系统的过程分成几个步骤按壹定的程序绽开,保证系统思想能在每个部
8、分、每个环节 上体现出来。系统程序包括二个方面的程序、壹是系统开发程序,即解决给定系统问题的步 骤,如系统开发、工程规划、设计、建设、试验和运行等:二是价值开发程序,它要求获得最 大效益,以此为目的的程序就是价值开发程序。 3)最优化方法 壹个系统性的问题根据程序绽开到详细的环节,应用最优化方法构造数学模型时。 系统工程是在其开发、设计、建立和运行中所采纳的思索方法、程序体系和最优化方法的总 和. 系统工程的定义: 系统工程是用系统科学的观点,合理地结合限制论、信息论、经济管理科学、现代数学 的最优化方法以及电子计算机和其它有关工程技术,根据系统开发的程序和方法去探讨和建 造最优化系统的壹门综
9、合性的管理工程技术。 系统工程的四个特点: l)壹个系统、俩个最优 壹个系统是指以系统为探讨对象,要求综合地、全面地考虑问题。 二个最优是指系统的目标是总体效果最优,同时实现这些目标的详细的方法或途径也要求 达到最优。 2)以软为主 系统工程是以软技术为主的工程技术,它是壹大类新的工程技术的总称。 3综合性强' 壹方面是应用学问和技术的综合性,另壹方面是开展系统工程项目,要由各有关专业和各方 面的专家参与协同工作。 4)询问性 系统工程人员壹般不参和决策,他们主要是给决策人员供应和分析评价备选的方案,他们有 较强的独立性,工作更具科学性和公证性。 其次节系统工程的方法论 系统工程的方
10、法论壹般能够用“三维结构”来描述: 壹、时间维 对壹个详细的工程项目,从规划起壹直到更新,壹般可分成以下 7 个阶段: (l)规划阶段; (2)设计阶段; (3)研制阶段(系统开发); 4)生产阶段; (5)安装阶段; (6运行阶段; (7)更新阶段。 上述 7 个阶段是依时间先后依次排列的,故有 “时间维”之称。 每个阶段有相对独立性和不同的中心任务。 二、逻辑维(思维过程) 在运用系统工程方法来思索和解决问题时,能够将每壹个阶段分为若干逻辑步骤,称为逻辑 维或思维过程。通常它能够分为 7 个步骤: 1 、提出问题抓住问题的实质,着手调查探讨(主要从二个方面入手): 1)环境方面的调查探讨
11、新系统产生于环境,新系统的约束条件确定于环境,决策的依据来自环境,研制所需资源取自 于环境,最终,系统的质量也只能放在环境中进行评从。环境因素能够分为物理和技术的环境, 经济和事物的环境,以及社会环境。 物理和技术的环境主要包括 :(1)己有系统;(2)用于已有系统的方法:(3)己执行的技术标 准:(4)内部技术状况:(5自然环境:(6过渡因素(7目前和将来的研制条件: 8外部技 术状况: 经济和事物环境主要包括:(1组织结构:(2)组织人员:(3政策法令: 4决策者倾向:(5) 价格结构:(6)新系统的经济条件: 7)会计事务运用. 社会环境主要包括:(1)大规模的社会因素:(2)个别人的因
12、素。 2)需求方面的调查探讨 需求方面调查探讨有以下6 项要点: (l)需求的壹般指标: 2)资源和其它约束:(3)安排状况和市场特性:(4竞争状况:(5)运用 者的要求:(6)需求探讨的设计要求。 2 、选择目标(系统功能指标设计或列写目标函数) 选择目标是非常重要的步骤,它关系到整个工程的方向、范围、投资、工程周期、 人员和物资安排等壹系列问题。正确地选择详细的评价系统功能的目标。将有利于方案的比 较。选择目标应留意以下几条原则: (l要有适当长远的观点,选择对系统将来发展具有重大影响的事项为目标: (2)要有总体观点,着眼于系统的总体效果: (3)目标务求详细明确,最好能定量表述: (4
13、)对多目标应进行合适的排序: (5目标是可行的,而且要明的确现目标的约束条件: (6留意标准化。 我国壹般工程项目制定目标时,主要考虑下述 4 个方面: (l运行目标,其中包括技术指标: (2经济目标,包括干脆和间接的经济目标: (3社会目标,包括顶目符合法律、法规等: (4)环境目标,包括防止污染和美化环境等方面。 3 、系统综合(形成可能的系统方案): 系统综合主要是根据问题的性质及总的功能(目标要求形成壹组备选系统方案,方案中要明 确所选系统的结构和相应参数。方案首先应是可行的,即技术上能达到,资源上有保证,设备 实力可供应的方案。 4 、系统分析(建立模型): 为了对众多的备选方案进行
14、分析比较,须要建立各种模型,把这些方案和系统的评价目标联 系起来。 5 、系统评价(优化系统) 在壹定的限制条件下,我们总希望选择最优的系统。在单目标系统中,假如备选方案的个数不 多时,很简单从中找出最优方案。但当备选方案的个数许多,就要采纳壹些单目标最优化方法 来选出最优方案。假如评价目标有好几个,而且彼此之间又有冲突,此时,就需采纳多目标最 优化方法进行评价,通过对诸方案排序以选择出最优方案。 6 、方案决策: 有时,最优方案可能有儿个,或者除了定量目标外,仍要考虑壹些定性目标。这时必需依据全 面的要求,最终决策壹个或几个方案试行。 三、实施维(实施安排) 。 依据最终选定的方案,详细实施
15、整个安排。假如实施中比较顺当或者遇到困难不大,略加修改 即可实施,那么整个步骤即告壹段落。 有时则会遇到较多的问题,就有必要回到前面所述逻辑步骤中认为须要的那壹些,起先重新 做起。 第三节系统工程的基本原理和工具 1 、反馈限制原理 反馈限制它能够在存在扰动的状况下,力图减小系统的输出量和参考输入量之间的偏差。随 着系统概念系统思想的不断发展,反馈限制原理在各种类型的管理系统和决策系统中得到了 广泛的应用。 规划目标是规划管理系统的输入量,它是当前状态的反映,规划管理部门依据规划目标指导 和监督规划执行部门,执行的结果和在执行过程中环境的改变所影响执行结果的状况都作为 该管理过程的反馈信息。管
16、理部门将反馈信息和原规划目标进行比较后再作相应调整。这样 的管理过程就是反馈限制过程。 对于系统的规划、设计、管理或限制,利用反馈限制原理,能够提高系统的质量。在反馈系统 中,仍有个稳定性问题。为了达到壹定的目标而执行壹种政策,其效果往往不会立刻表现出来, 须要有壹个时间过程,这个时间过程称为时间滞后效应。在反馈限制系统中,当效果不符合要 求时,能够强化执行政策的措施以加速过程,当产生超调后,反馈限制系统将实行相反的措施 使它回降。依据各种信息,不断地修正措施或限制作用是能够保证系统的稳定性的。 2 、最优化原理 在管理限制或决策过程中,有最优决策问题。最优决策和系统过去的历史无关(此称为系统
17、 的无记忆性或马尔柯夫性,它仅取决于系统当前的状态和欲实行的策略。因此,在反馈系统 中,为了实现最优决策,反馈信息应包含反应当前状态的全部信息。 3 、协调原理 只有整体系统中各个局部(也称子系统能够协调地工作,才能实现整体系统的最优化管理或 限制。协调工作必需由上级决策者进行,上级决策者主要依靠调动原料或资源(人力、物力、 财力)实施协调。协调的方法不壹。 总之,由很多子系统组成总体系统是壹种合理的结构。子系统是分布的或分散的。例如,城市 交通管理系统中,整体系统的管理是由分散在各路口的信号灯(或交通警)实施管理的,这样的 系统必需在上级决策者的协调下五作才有可能实现系统的总目标。 4 、系
18、统工程的主要工具 运筹学;建模;电子计算机。 第三章系统分析 第壹节系统分析的基本概念 壹、系统分析的定义 系统工程的对象是大系统。这种大系统的特征就是规模浩大,结构困难、目标多样、功能综 合、因素众多,而且因素中有很多是冲突的和不确定的。因此,对这样的大系统,假如不实行 相应的措施,就难以对其有关的重大问题进行正确的决策。要想对系统进行优化设计,对系统 的有关重大问题做出正确的决策,关键步骤是系统分析。 例如我们探讨城市发展规划问题时知道:城市是壹个非常困难的系统,它的基本特征是规模、 密度、构造、形态和格式。城市规模和密度的特点表现为城市用地的多少和城市和建筑占地 的比率。城市构造和其组成
19、部分的排列有关,每个城市在它的应用区划和空间方法上都表现 出壹定的特征,这能够从城市中住宅、商业、生产、文化、巡游等的区划上表现出来。 城市且非是壹个静止的形态,使现代城市充溢活力和改变的 聚散效应,即壹种人和和人有 关的物资、能量、信息的聚散活动.假如某壹定的区块(有适当的大小)其聚散强度达到壹定 的水平,就能够被认为是壹个城市.聚散强度越大,城市等级就越高。明显,要使城市系统总体 优化,就必需把这样壹个困难的大系统根据政治、经济、社会、文化科技、交通运输、市政 等进行分类、分级,即分系统地进行分析,从规划、建设、管理入手达到预定的目标。可想而 知,用壹般的方法处理是很困难的,应当借助系统分
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- 2022 交通运输 系统工程 讲义 25
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