第一卷 係統工程的產生與發展
第一章 係統工程的含義
係統工程在係統科學結構體係中，屬於工程技術類，它是一門新興的學科，國內外有一些學者對係統工程的含義有過不少闡述，但至今仍無統一的定義。1978年我國著名學者錢學森指出:"係統工程是組織管理係統的規劃、研究、設計、製造、試驗和使用的科學方法，是一種對所有係統都具有普遍意義的方法"。1977年日本學者三浦武雄指出:"係統工程與其他工程學不同之點在於它是跨越許多學科的科學，而且是填補這些學科邊界空白的一種邊緣學科。因為係統工程的目的是研製一個係統，而係統不僅涉及到工程學的領域，還涉及社會、經濟和政治等領域，所以為了適當地解決這些領域的問題，除了需要某些縱向技術以外，還要有一種技術從橫的方向把它們組織起來，這種橫向技術就是係統工程"。1975年美國科學技術辭典的論述為:"係統工程是研究複雜係統設計的科學，該係統由許多密切聯係的元素所組成。設計該複雜係統時，應有明確的預定功能及目標，並協調各個元素之間及元素和整體之間的有機聯係，以使係統能從總體上達到最優目標。在設計係統時，要同時考慮到參與係統活動的人的因素及其作用。"從以上各種論點可以看出，係統工程是以大型複雜係統為研究對象，按一定目的進行設計、開發、管理與控製，以期達到總體效果最優的理論與方法。係統工程是一間工程技術，用以改造客觀世界並取得實際成果，這與一般工程技術問題有共同之處。但是，係統工程又是一類包括了許多類工程技術的一大工程技術門類，與一般工程比較，係統工程有三個特點:
(1)研究的對象廣泛，包括人類社會、生態環境、自然現象和組織管理等。
(2)係統工程是一門跨學科的邊緣學科。不僅要用到數、理、化、生物等自然科學，還要用到社會學、心理學、經濟學、醫學等與人的思想、行為、能力等有關的學科，是自然科學和社會科學的交叉。因此，係統工程形成了一套處理複雜問題的理論、方法和手段，使人們在處理問題時，有係統的整體的觀點。
(3)在處理複雜的大係統時，常采用定性分析和定量計算相結合的方法。因為係統工程所研究的對象往往涉及到人，這就涉及到人的價值觀、行為學、心理學、主觀判斷和理性推理，因而係統工程所研究的大係統比一般工程係統複雜得多，處理係統工程問題不僅要有科學性，而且要有藝術性和哲理性。
第二章 係統工程的發展曆史
係統工程作為一間科學技術雖然形成於本世紀中葉，但係統工程的思想方法和實際應用可追溯到遠古時代。中華民族的祖先在了解和改造自然的辛勤實踐和大量的社會活動中，早有許多樸素的係統概念和應用實例。在軍事方麵，早在公元前500年的春秋時期，就有著名的軍事家孫武寫出了"孫子兵法"十三篇，指出戰爭中的戰略和策略問題，如進攻與防禦、速決和持久、分散和集中等之間的相互依存和相互製約的關係，並依此籌劃戰爭的對策，以取得戰爭的勝利。其著名論點，"知已知彼，百戰不殆"，"以我之長，攻敵之短"等，不僅在古代，而且在當代的戰爭中都有指導意義，在當今激烈的國際市場競爭和社會經濟各個領域的發展中，這些論斷也有現實意義。戰國時期，著名軍事家孫臏繼承和發展了孫武的學說，著有"孫臏兵法"，在齊王與田忌賽馬中，孫臏提出的以下、上、中對上、中、下對策，便處於劣勢的田忌戰勝齊王，這是從總體出發製定對抗策略的一個著名事例。在水利建設方麵，戰國時期，秦國太守李冰父子主持修建了四川都江堰工程。這一偉大水利工程巧妙地將分洪、51水和排沙結合起來，使各部分組成一個整體，實現了防洪、灌溉、行舟、漂木等多種功能，至今，該工程仍在發揮著重大的經濟效益，是我國古代水利建設的一大傑出成就。在建設施工方麵，北宋真宗年間，皇城失火，宮殿燒毀，大臣丁謂主持了皇宮修複工程。他采用了一套綜合施工方案，先在需要重建的通衢大道上就近取土燒磚，在取土後的通衢深溝中引入汴水，形成人工河，再由此水路運人建築材料，從而加快了工程進度。皇宮修複後，又將碎磚廢土填入溝中，重修通衢大道。使燒磚、運輸建築材料和處理廢墟三項繁重工程任務協調起來，從而在總體上得到了最佳解決，一舉三得，節省了大量勞力、費用和時間。在醫學、農業等方麵，我國古代也有許多著名學者用樸素的係統思想和方法取得了偉大成就，這些都為我們今天研究和發展係統工程的理論體係，提供了寶貴的借鑒和重要的啟示。近代科學技術的發展，特別是計算機的出現和廣泛使用，使係統工程在世界範圍內迅速發展起來，許多國家有不少成功的重大研究成果。第一次提出"係統工程"這一名詞的是1940年在美國貝爾電話公司試驗室工作的E．C·莫利納(E·C·Molina)和在丹麥哥本哈根電話公司工作的A·K，厄朗(A·K，Erlang)，他們在研製電話自動交換機時，意識到不能隻注意電話機和交換台設備技術的研究，還耍從通信網絡的總體上進行研究。他們把研製工作分為規劃、研究、開發、應用和通用工程等五個階段，以後又提出了排隊論原理，並應用到電話通信網絡係統中，推動了電話事業的飛速發展。係統工程的萌芽時期可追溯到本世紀初的F·W·泰勒(F·W·Taylor)係統，為了提高工效，泰勒研究了合理工序和工人活動的關係，探索了管理的規律，1911年他的"科學管理的原理"一書問世後，工業界出現了"泰勒係統"。在第二次世界大戰時期，一些科學工作者以大規模軍事行動為對象，提出了解決戰爭問題的一些決策和對策的方法和工程手段，出現了運籌學。當時英國為防禦德國的突然空襲，研究了雷達報警係統和飛機降落排隊係統，取得了很多戰果。在這一時期中，英、美等國在反潛、反空襲、商船護航、布置水雷等項軍事行動中，應用了係統工程方法，取得了良好的效果。1940年至1945年，美國製造原子彈的"曼哈頓"計劃，由於應用了係統工程方法進行協調，在較短的時間內取得了成功。1945年，美國建立了蘭德公司(RANDCorp·)，應用運籌學等理論方法研製出了多種應用係統，在美國國家發展戰略、國防係統開發、宇宙空間技術以及經濟建設領域的重大決策中，發揮了重要作用，"蘭德"又被譽為"思想庫"和"智囊團"。50年代後期和60年代中期，美國為改變空間技術落後於蘇聯的局麵，先後製定和執行了北極星導彈核潛艇計劃和阿波羅登月計劃，這些都是係統工程在國防科研中取得成果的著名範例。阿波羅登月計劃是一項巨大的工程，從1961年開始，持續了U年。該工程有三百多萬個部件，耗資244億美元，參加者有兩萬多個企業和120個大學與研究機構。整個工程在計劃進度、質量檢驗、可靠性評價和管理過程等方麵都采用了係統工程方法，並創造了"計劃評審技術(PERT)"和"隨機網絡技術"[又稱"圖解評審技術(GERT)"]，實現了時間進度、質量技術與經費管理三者的統一。在實施該工程的過程中及時向各層決策機構提供信息和方案，供各層決策者使用，保證了各個領域的相互平衡，如期完成了總體目標。計算機的迅速發展，為該複雜大係統的分析提供了有力的工具。70年代以來。隨著微型計算機的發展，出現了分級分布控製係統和分散信號處理係統，擴展了係統工程理論方法的應用範圍。近年來，社會、經濟與環境綜合性的大係統問題日益增多，如環境汙染、人口增長、交通事故、軍備競賽等。許多技術性問題也帶有政治、經濟的因素，如北歐跨國電網的供電問題。這個電網有水、火、核等多種能源形式，規模龐大，電網調度本身在技術上已相當複雜，而且還要受到各國經濟利益衝突、地理條件限製、環境保護政策製約和人口遷移狀況的影響，因此，負荷調度的目標和最佳運行方式的評價標準十分複雜，涉及多個國家社會經濟因素。該電網的係統分析者要綜合這些因素，對4500萬千瓦的電力做出合理的並能被接受的調度方案，提交各國討論、協調和決策，這是個典型的係統工程問題。我國近代的係統工程研究可追溯到50年代。1956年，中國科學院在錢學森、許國誌教授的創導下，建立了第一個運籌學小組;60年代，著名數學家華羅庚大力推廣了統籌法、優選法;與此同時，在著名科學家錢學森領導下，在導彈等現代化武器的總體設計組織方麵，取得了豐富經驗，國防尖端科研的《總體設計部"取得顯著成效。1977年以來，係統工程的推廣和應用出現了新局麵，1980年成立了中國係統工程學會，與國際係統工程界進行了廣泛的學術交流。近年來，係統工程在各個領域都取得了許多成果。
係統科學（SystemScience）作為一門科學有它產生、發展、形成的過程；而且由於天天科學是一門橫斷科學，它涉及自然科學中包括數學、物理學、化學等多個學科領域，還涉及到工程技術的多個部門，甚至與社會科學的不少學科也有聯係，因此係統科學發展的曆史與整個人類發展曆史緊密相連。它的產生可以追溯到原始社會。古代人類認識自然界首先就是從對自然的整體認識開始的，也可以說係統科學思想是指導人們認識的第一個理論；而係統科學體係的完整建立又要說道當代科學技術的最新成就，現代科學的每一個理論幾乎都被係統科學吸收，並改造成為其自身理論體係中的一個部分。從總體上看來，係統科學的發展大體上經曆了三個階段，即係統思想產生和形成；定量的係統科學方法的建立；綜合的係統科學體係構建三個階段。