前言

随着社会经济的发展和科学技术的进步，人类社会出现了越来越多的大型复杂系统。这些系统的规划、设计、建造、运用需要建立在科学的基础之上，系统工程作为对系统进行组织管理的技术也就应运而生了。20世纪的后半叶，系统工程的思想和方法在军事和民用工业等各个领域中的应用有了很大发展，取得了很大成效，而系统工程学科本身也有了很大发展。我国从20世纪70年代后期开始，在钱学森、许国志等老一辈科学家的领导和指引下，开拓了中国的系统工程研究和应用事业，在工业、农业、军事、科技、资源、环境、经济等领域取得了很多成果，产生了很大影响。现在，人们在面临重大而复杂的任务时，常常会把它看做一项系统工程，并谋求从整体上综合而有序地解决问题。特别是当前为了落实科学发展观，建立和谐社会，面临复杂多变的环境和形势，需要处理许多带有全局性、长远性的问题，更有必要充分利用系统工程的理念和方法。

在20世纪70年代末期，在高等学校的教学计划中开始出现了系统工程课程，并在研究生培养的学科目录中出现了系统工程专业（首先在自动化学科内，后来又在管理科学与工程学科及航天工程学科内）。近年来，这门课程不仅在自动化、管理类专业开设，而且已经成为理工科院校各类专业的公共课程。

为了解决系统工程的教材问题，原电子工业部自动控制教材编审委员会为自动控制专业组织编写了这本教材。第1版于1984年由电子工业出版社正式出版（在此之前的1981年，曾由国防工业出版社以《系统工程学》为书名出版过内部发行版）。第2版（修订本）于1991年出版。这两版曾长期作为自动化类本科生与研究生的教材。由于系统工程作为一门通用性的学科，在许多理工科院校为广大高年级本科生和研究生开设，因此，需要更为通用的教材，有必要对本教材进行修订，以适应更广泛的教学要求。

2006年修订出版的第3版，开始将这本教材定位于理工科院校的工程技术类及与技术有关的管理类的各专业所开设的系统工程通用教材，或者更广泛的通识性教材，内容着重于系统工程的理念和方法论。因为这些概念才是系统工程学科的最根本的内容；其次是定性和定量相结合的系统分析和综合方法。为适应更广泛的教学要求，压缩了一些计算细节，扩大了系统工程理念和方法的阐述。

近年来，系统工程的实践和学科内容又有了新的进展，特别是随着系统规模的日益庞大，组成要素日益复杂和多样化，尤其是个人和组织行为的影响造成的复杂性与不确定性，系统工程的思想、理论与方法也有了新的发展。因此，本教材又需要及时加以修订，以满足当前需要。

这次第4版的修订增加了许多新的内容，对原来的有些内容也加以适当的调整。郑板桥有一副好对联：“删繁就简三秋树，领异标新二月花”。教材的修订就应该对较为成熟的内容删繁就简，使学生能够提纲挈领加以掌握，又能领异标新对一些新出现的思想和方法（尽管还不成熟）加以介绍，引起学生的兴趣，启发他们对新内容的进一步思考和运用，使他们在今后的社会经济、科技文化建设中具备更加广阔的视野和敏锐的目光。

下面分章对本书内容加以简介。

第1章介绍了系统与系统工程的基本概念。首先对系统的含义、属性和特征做了介绍，阐述了系统的分类。介绍了系统工程的两种含义：一种含义是指那些规模庞大、涉及因素众多的任务、项目，对它们需要从整体上加以把握，综合地进行处理；另一种含义是指处理上述任务或项目应用的思想、方法所构成的学科。阐明了系统工程学科的定义和特征。本章还论述了系统工程的原则和国内外系统工程的广泛应用。

第2章阐述的是系统思想。本章首先介绍了系统思想的发展和主要理念、系统和环境的关系，从系统的秩序与组织、整体性、层次性、演化性、复杂性等特性来具体研究系统思想的含义，还探讨了系统、信息、控制三者之间的关系问题。

第3章是本教材的重点之一。首先，说明了方法论和方法的关系，介绍了硬、软两种系统工程方法论，以及方法论的进一步发展。接着，依次讨论了本书作者提出的系统直觉的概念，以及系统分析、系统综合的概念。然后，讨论了知识在系统工程中的作用。最后，讨论了系统工程中应该处理好的几个关系。此外，还探讨了系统工程既是科学又是艺术的特点，以及系统工程的队伍与人才问题。

第4章探讨的是系统工程过程。这是新增的一章，首先阐述了系统工程与项目管理的关系，然后介绍了系统工程项目的过程特点，以及系统生命周期的概念。还探讨了生命周期概念的演化。这里对经常忽视的系统验证与系统的确认做了介绍。在这一章，特别介绍了系统工程的两个新的概念：敏捷系统工程与系统再造工程。

第5章介绍了系统需求分析和系统建构，也是新增的一章。多年来，系统工程项目的经验表明：系统待解决的问题的确立、系统需求的确定是关乎项目成败的关键。这一章对需求分析过程及其管理进行了探讨，并在此基础上提出了系统建构问题。系统建构与系统集成问题是关乎系统开发的两项重要工作。按照一般说法，系统工程除了方法论外，许多方法和技术都是从其他学科（如运筹学、控制理论等）借用过来的，还没有自己独特的方法和技术。但是，本书作者认为，这两项乃是系统工程学科本身所独具的方法和技术。由于在已有的系统工程教材中，这方面的论述较少，所以本书在这一章和下一章加以研究。系统建构可以认为是在系统工程中怎样把系统的要求落实到构建一个前所未有的系统上的过程和任务。本章首先介绍建构工作的一般原则和特点，然后讲述建构的步骤和方法。

第6章讲述了系统的设计与集成。首先，介绍了系统的工程阶段中的初步设计和工程技术设计，还特别介绍了系统的运行可行性设计。然后，探讨了系统集成问题，包括它的含义和类型，围绕着当前举国上下所关心的自主创新中的系统集成创新，探讨系统集成的各种形式及集成创新的特点。最后，以系统集成创新的方法论的研究作为对系统集成研究的实际应用。

第7章介绍的是系统的描述和模型建立。这里所说的描述，包括从开始确定问题时所写的问题剖析报告，直到具体的数学模型公式或计算机程序。本章首先介绍了量化和尺度，接着研究了数据和指标体系。为系统建立模型，实际上就是对系统的某些属性加以描述，特别是用符号语言来描述。本章最后一节讲述了建模的共性问题，特别强调了结构模型的重要性，为后几章讲述各类数学模型的建立做准备。

第8章讲述了系统的结构建模。首先介绍了怎样从描述问题的概貌和系统轮廓的概念模型过渡到描述系统的结构形态的结构模型，阐明了结构模型的特点是描述系统各组成部分之间及它们与外界环境之间的关系（这里所谓关系，既包括因果关系、顺序关系、联系关系、隶属关系，也包括优劣对比关系等）。本章强调结构模型乃是从系统的概念模型过渡到定量分析的中介，而且即使对那些难以量化的系统来说也可以建立结构模型，用来深化对系统的认识。然后，介绍了各种结构模型的形式和建立方法。

第9章讲述了系统的静态建模、静态分析与优化，从最简单的静态模型的建立开始，依次介绍了静态分析与优化的方法。虽然系统工程的核心部分是它的理念和方法论，以及概念模型的建立，但是一些基本的数学模型的建立和定量分析方法还是很重要的，因为通过这些方法可以更深入地掌握系统的特性。与前两版相比，这一版对许多静态优化的具体计算方法进行了删节，因为那些是运筹学、优化方法等课程的内容。

第10章讲述了系统的动态建模、动态分析与优化。这里同样从最简单的动态模型建立开始，逐步引述了系统的动态性能与特点。本章的一个重点是对非线性系统的动态分析做了阐述，因为随着系统复杂性的增加，非线性因素的作用和影响是不能忽视的。在这一章中，特别对种群的动力学形态做了一些分析，因为种群的概念不仅限于自然生态系统，而且现在工业生态、信息生态的研究也提到日程上来了。此外，还提到了正反馈在系统中的作用。

第11章介绍了网络系统。这类系统由许多节点通过线路连成网络。在线路中，有物料、能量或信息在流动，例如运输网、信息网等。有一些工作计划，也是按相互的关系绘制成网络形式的，可以认为是沿时间展开的网络。本章介绍了各类网络的分析方法。近年来，复杂网络的研究为系统复杂性研究开辟了一条新的道路，它的应用不仅限于实际的物理网络，而且会延伸到企业集群、知识传播和集成、科研合作等问题的分析研究之中。因此，在这一版中特地增加了有关复杂网络的内容。

第12章介绍了随机服务系统的动态建模与分析。这类系统大量存在于各种服务业（运输、通信、商业、银行等）之中，其中接受服务者的到来时刻和服务者进行服务的时间，都随时机和条件而变化。因此，服务系统的状况也是随机的，是随时机与条件而变化的。本章介绍了几类典型的服务系统的分析方法和系统的特点。

第13章介绍了系统的可靠性。任何系统要想发挥它的效用，首要条件是能可靠地工作。因此，在设计、研制和运用一个系统时，必须考虑系统的可靠性问题。这一章介绍了系统可靠性与可用性的分析方法。首先，介绍了可靠性的基本概念；然后，介绍了可靠性模型与可靠度计算及系统可靠性估计与分配；最后，介绍了可维修系统模型与可用度计算。

第14章介绍了系统的工程实现。由于系统工程项目所在的领域不同，专业各异，因而各有其实现的方法。本章只针对少数几个共性问题，特别是进度的定量分析与安排问题做一些介绍。

第15章介绍了实用评价方法。在前几版中，这部分内容是放在有关决策的章节里的。考虑到在整个系统工程过程之中，各个阶段都会有评价的需要，所以单列一章。这里首先探讨了系统评价的作用和评价的原则，然后讲述专家评价法、层次分析法、模糊综合评价法。由于层次分析法用得较多，所以讲得也比较详细。

第16章介绍了决策分析基础。人类的决策活动有着悠久的历史。开始时，只能凭借经验来进行决策，在积累了大量的成功和失败的正反面经验后，借助于各类科学的理念、方法和数学与计算机工具，逐步形成一些决策科学方法。但是，决策本身，特别是大型复杂决策问题本身涉及因素过多（尤其是一些心理和行为因素），决策又是一项创新性很强的工作，目前还难以形成普遍的规律。因此，人们更重视所谓“决策分析”这一学科，它主要是指可以用于实际生活的一些理性决策的理论与方法。本章将介绍有关决策分析的一些基本概念、决策分析过程和步骤、风险型决策分析方法，以及在决策分析过程中人们对决策结果的满意程度的一些基本度量方法。

第17章介绍了实际生活中的决策方法。首先分析了决策模式，接着介绍了行为决策的一些概念（这一节是本书新加的内容。由于近来行为经济学的发展，人们对行为决策开始重视起来）。然后，介绍了多准则决策概念和方法，以及计算机决策支持系统的概念和结构。最后，讲述了元决策的概念、方法与步骤。

第18章是新添加的一章，介绍了复杂系统和复杂系统工程。随着社会经济和科学技术的发展，各式各样的系统变得越来越庞大和越来越复杂，使用传统的系统工程方法来研究和开发这些系统已经显得力不从心了。于是，人们开始关注系统的复杂性，把复杂系统问题的研究当做当前系统学科研究的热点之一，并且开始探索处理复杂系统工程问题的方法。

第19章也是新添加的一章，介绍了“系统的系统”以及处理这类系统的体系工程。现在许多复杂系统多半不是一次设计就建造出来的，而是将一些现有系统的有关部分加上新的部分集成而得到的。可以说，它是由系统组成的系统，因而可称为“系统的系统”。现在，出现了专门研究这类“系统的系统”的新学科分支：体系工程。这一章简要介绍了这方面的内容。

前面曾经提到，本书是按照理工科院校的工程技术类（如自动化、信息工程、计算机、机械制造等）专业及与技术有关的管理类（如系统工程、工程管理、信息管理、工业工程、项目管理等）专业所开设的系统工程课程通用教材的要求编写的，着重于系统工程的理念、方法论和系统分析与综合方法的介绍。关于各行各业的应用，希望学生在学完本课程后主动联系自己的专业实际，进行有机的结合。

本教材可作为高年级与研究生（包括专业学位的研究生）的系统工程课程的教科书或教学参考书，可按不同的教学要求与学时数灵活安排。

如果需要完整而深入地掌握系统工程的理念和方法而课时数为40～50学时，可以全面讲授本书各章内容（其中，第8章与第15章后面的几节可视需要与学生的基础加以删节）。

如果作为通识性教材，学时数为30～40，可略去第8章的后几节和第15章的后半部分。对于第7章、第8章和第11章，则可按照专业需要选讲，或做简要的概念性介绍。

对于学时更少的短期课程或者培训课程来说，可以只选第1章到第4章、第16章的前半部分内容，第9章和第10章的有关概念的几节，以及第4章、第5章、第6章的开头部分；对于第11章、第12章、第13章，则按照课程对象有选择地加以定性的简介。作为讲座的参考材料，可以选用第1章、第2章、第3章。

本书也可供广大的工程技术人员、科研人员和管理人员自学参考。希望他们首先阅读第1章至第6章，以及第14章、第15章，第16章、第17章的定性描述部分；然后再按照工作需要选读其余各章。

由于系统工程是一门方法性的学科，为了适应更多的专业使用，本书无法一一列举更多的实例，所以建议读者在读到每一部分时都能联系自己的工作经验和见闻，考虑系统思想和方法的应用。

作者

2012年3月