1、平安系统工程根本概念 1 系统工程（Systems lngineering） 系统工程是组织和管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，对所有系统都具有普遍意义。 这里要明确的是，系统工程属于技术范畴，应用的对象是系统，它被用来组织管理系统，使系统具有我们希望的功能，这项技术不同于其它技术的最明显特点，在于它是软技术。 系统工程用搞工程的方法搞组织管理，把要组织和管理的事物，用概率、统计、运筹和模拟等方法，经过分析、推理和综合，建成某种系统模型，进而以最优化的方法，求得系统最正确结果。亦即经过工程的过程，使系统到达技术经济指标先进、能协调运转的最优效果。 2 控制论（Cybern
2、etics） 机器的自动控制或动物在自然界的活动，都可以看成是其本身各组成局部之间信息的传递过程，控制论就是研究动物、人类、机器等各种系统内部的控制和通信的一般规律的学科。它研究控制过程的数学关系，而不涉及过程内在的物理、化学、生物或其它方面的现象。控制论完全撇开了对象的物质和能量的具体形态，着眼于以信息概念作为分析和处理各种复杂问题的根底，并以此来研究整个系统的控制与信息功能。 目前，在系统工程中应用的控制论主要指工程控制论，通常，控制论可以分为古典控制论和现代控制论。现在，有人把大系统理论称做第三代控制论。 应用控制论的目的，主要是运用数学方法合理设计系统，使其满足各工程标要求，到达最优化
3、。 3 线性系统（Linear system） 可用线性微分方程来描述的系统，称为线性控制系统，简称线性系统，线性系统的一个最重要的性质就是可以应用迭加原理，即几个扰动或控制信号同时作用于系统上时、其总效果等于每个信号单独作用所引起的效果之总和。自然界中真正的线性系统是不存在的，即便对所谓的线性系统来说，也只是在一定的工作范围内才保持真正的线性关系。线性系统一般可通过系统的线性规划模型来优化。 4 非线性系统（Non-linear system） 包含有本质非线性元件的系统叫做非线性系统。迭加原理对这种系统不适用。 许多机电系统、液压系统、气动系统等，在变量之间都包含着非线性关系。为获得解析解
4、，首先略去某些对系统影响不大的因素，将系统的非线性模型在一定的工作范围内用近似的线性数学模型来代替，并用线性解析方法分析和设计系统。 5概率统计方法（Probability statistics method） 从数量方面研究对象的偶然性与必然性关系，并应用概率论的结果，通过样本了解和判断总体的统计特性。这两种方法统称为概率统计方法。 概率论方法是从数量角度来研究大量的随机现象，并从中获得这些现象所服从的规律。也就是利用数学的方法描述某个事件发生的可能性，从而进行合理的控制。 统计方法是用以研究获取数据、分析数据和归纳数据的一种方法。主要是用来研究如何安排实验和抽样，才能进行更有效的统计分析；
5、如何根据观察和实验所得数据，获得反映对象开展规律在具体时间、地点和条件下的数量表现。 6 最优控制理论（Optimization control theory） 最优控制理论是研究什么是最优化控制和最优化控制方法的理论和方法。 最优控制是控制论的核心，就是自动地有目的地把控制对象的状态导致最优状态，用以实现系统功能的控制。在最优控制中，系统受到控制，使评价系统指数到达极大或极小。动态系统中，以系统对干扰的响应时间和超调量为评价指数，也有以自乘平均误差为评价指数的。生产管理系统那么以本钱、产品质量和效率为评价指数。 最优控制方法大体上有试行法和模型法两种。前者，直接利用控制对象的输出以试行的方式
6、进行最优化；后者，利用控制对象的数学模型预先计算最优值，然后根据这个最优值给定控制对象的操作变量，实现最优化。 7 自适应控制系统（Adaptive control system） 适应是生物的一个根本特征，因为生物总是企图在变化着的自然环境条件下维持生理上的平衡。自适应控制是指，能在外界条件变化和有干扰的环境中，参考生物的适应能力建立一种能同样行动的控制。此系统能连续自动地测量对象的动态特性，依此与希望的动态特性进行比较，并利用差值来改变系统的可调参数或产生一个控制信号，从而保持环境不管如何变化，系统性能都是最正确的。自适应控制系统具有自行组织的特性，包括三个根本动作：识别对象的动态特性；在
7、识别对象的根底上采取决策；根据决策指令改变系统动作。目前，把但凡能自动调整控制系统中控制器参数或控制规律的系统均称为自适应控制系统。 8 模糊理论（Fuzzy theory） 从数量上对模糊不清的概念进行研究，通过定量分析判断其性质，从而使模糊概念清晰化。这种方法称做模糊数学方法，又称模糊理论。数学和模糊本来是不能相容的。数学一直是排斥模糊性的科学，数学中的概念必须有明晰的内涵和外延，推理要严谨，结论和判断不能模棱两可，不能含混不清。可是，在社会生产中，有大量模糊不清的概念存在着，如高、矮、胖、瘦等，都没有绝对的界限。问题在于人们认识和判断事物的概念往往不是绝对的肯定或绝对的否认，就是说概念的
8、内涵有一定灵活性，外延是不明晰的。这种模糊性不仅不会给人们带来不方便，有时反而有助于人们很快抓住主要特征并作出正确的判断。目前，用模糊集合描述模糊现象，这是一个处理模糊现象的数学方法。 模糊数学的主要目标是探索和更加接近人类大脑实际功能的处理事物的模糊方法，也就是要研究出一种数学推理逻辑，能使机器象人一样，只有极少的模糊信息，便得出相当准确或足以近似的结论。模糊数学理论已应用于语言学、人工智能、信息检索、图像识别等方面。 9 系统识别理论（system identification theory） 系统识别理论是认识系统结构、系统与环境之间相互作用和在线测定系统状态的理论与方法。对于复杂系统，
9、特别是社会系统，在设计，开发阶段要识别；对于自适应控制系统，还要求在线检测和识别。从数学角度来说，识别问题也是最优化问题。识别方法，除了按输入输出关系测量系统的传递函数以外，还要通过测量来确定其周围环境的特性，识别理论的研究内容包括：识别系统结构，有解释性结构模型法、开发决策实验室法和系统开发的方案程序等方法；过程识别，对于自动控制系统、应掌握输入和输出信号的变化、控制对象状态变化以及过程动态特性的变化。有脉冲响应法、相关法和频率响应法等；在线识别的研究。 10 大系统理论（Theory of large scale system） 用以提高那些规模很大、结构很复杂、影响因素很多、经济意义重大
10、的系统经营、管理、操作运行和经济效果的理论，称为大系统理论。 大系统理论是在控制论、信息论、运筹学、经济学的根底上形成的综合性理论。所有研究的问题，主要是大系统的最优化，就是按照整个系统的最优化指标和整个系统与各子系统之间的关系以及各子系统之间的关系，最优地分配各子系统的指标，并以此控制各子系统，使整个系统最优。另外，还有大系统建模、仿真、分析，大系统的信息传递、处理以及系统状态的估计的研究等。 当前采用的方法，一般是把整个系统根据可能分析的条件分解为假设干阶层的子系统，建立子系统与整个系统以及各子系统之间的关系，再根据这些关系对整个系统进行分析和综合，研究整个运动系统的规律。 11 自动控制
11、理论（Autocontrol theory） 自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使生产过程或被控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。所有自动控制系统，尽管它们的结构和功能各不相同，但它们有共同规律，即它们都是一个或一些被控制的物理量按照另一物理量，即控制量的变化而变化，或保持恒定。一般地说，如何使被控制量按照给定量的变化规律变化，就是自动控制理论所要解决的问题。 在自动控制理论中包括经典控制理论和现代控制理论两局部。前者主要考虑的仅仅是输入、输出和误差信号，对于控制系统的设计和分析完全是建立在输入输出关系，即传递函数的根底上，它对于单输入和单输出系统十分有效，后者是建立
12、在状态概念之上的，适用于更复杂的多输入多输出控制和时变系统。 12 信息论（Information theory） 信息论是控制论的根底，是一门应用数理统计方法来研究信息处理和信息传递系统中一般规律的科学。它研究存在于通讯和控制系统中信息处理、信息传递的共同规律，以及如何提高各传输系统的有效性和可靠性的一门通讯理论。这一理论又称狭义信息论。现在又开展成一种广义信息论，它是利用狭义信息论来研究一切问题的理论。 信息理论包括以编码为中心的信息理论、以信号为主要对象有信息理论和以计算机为中心的根本信息理论。 13 运筹学（Operations research） 运筹学是一门运筹帷幄的科学，是用科学
13、的数量化方法来研究系统的最优化管理的数学理论。 运筹学的特点是合理的筹划和最正确的运用。它从全局的最优目标出发分析、处理和解决问题；或在给定的物质条件下，对系统作出合理的筹划和有效的运用，最大限度的挖掘潜力，以到达用最少费用取得最大效果的目的。 运用运筹学的具体程序是：收集资料、归纳问题；建立系统模型；求解模型；检验、评价模型的解；应用模型的解，作出正确的决策。 运筹学的主要分支包括博奕论、决策论、排队论、规划论、线性规划等。 14 线性规划（Linear programming） 线性规划是研究在线性约束条件下，使一个线性目标最优化的数学理论和方法。线性规划模型的特点是约束条件可表示为线性等
14、式及不等式，目标函数表示为线性函数，只求一组单一的变量值。线性规划求解模型的方法，有图上作业法，表上作业法，单纯形法等。在许多系统管理的工程中，应用线性规划的数学理论和方法，能够合理地处理由人员、设备、物资、资金、时间等要素所构成的系统的统筹规划问题。因此它广泛应用于经营方案，交通运输、工程建设、能源分配、生产安排等方面。 15 非线性规划（Non-Linear programming） 在管理工作中，常常碰到如何恰当地安排由人、设备、材料、资金、时间等因素构成的系统，以便最正确地实现预定工作任务的问题。用数学语言表达出来，就是在一定约束条件下寻求目标函数的极值问题。非线性规划是研究目标函数或约束条件的变量关系不全是线性的各种数学规划问题的理论和方法。 非线性规划的解法有裴波那契法、黄金分割法、切线法、抛物线逼近法、最速下降法、共轨梯度法、变尺度法、步长加速法、单纯形法等。 非线性规划比线性规划应用的范围窄，难度大。在工程设计、经济学等领域内的许多定量问题均可应用。 16 动态规划（Dynamic programming） 将系统进行过程分为相继的阶段，而在每个阶段都要作出决策过程，这就叫做多阶段决策过程。多阶段决策过程的每一段的结束状