1.4 系统工程的产生与发展

1.4.1 系统工程的形成和发展

很久以前，人们就开始把在长期实践过程中逐步形成的系统思想，运用到改造自然、造福人民的工程中去。例如在我国的战国时代（公元前250年），蜀郡太守李冰父子带领当地人民修建的都江堰（四川省都江堰市城西）就是一个例子。这项工程是为了控制岷江洪水，化害为利而建立的。其中的“鱼嘴”是岷江的分洪工程，“飞沙堰”是分洪排沙工程，“宝瓶口”是引水工程，三部分互为连接、紧密结合，把分水导江、防洪防旱、引水灌溉、排除泥沙和漂木行舟有机地结合成一个整体。这一巨大的工程不仅在施工期间有一套科学的组织管理方法，而且在竣工后建立了持续不断的岁修养护制度，还建立了水位测量方法。2000年来，都江堰都在发挥着作用。

又如宋真宗祥符年间，由于皇城失火，宫殿焚毁，大臣丁渭全权负责修复工程。当时面临烧砖无土、大型木石材料无法运输、清墟无处堆放等重重困难。他提出了一套完整的施工方案：先把皇宫前的街道挖成沟渠，取土烧砖，解决取土问题；再把河水引入沟渠当做运河，用船运送木石材料，解决运输问题；然后沟渠撤水，用废砖瓦回填，既修复了原来街道，又解决了清墟堆放问题。这些将系统思想用于工程的思路，就是系统工程思想的萌芽。

此外，春秋时代的军事名著《孙子兵法》，从道、天、地、将、法五个方面来分析战争全局，是说要内修德政，使有道之国、有道之兵得到人民支持；注意天时、地利等客观条件；关注将领的才智威信，士兵的训练、纪律、赏罚，后勤的保证等主观条件，才能取得胜利，这是系统思想在军事上的应用。

我国具有悠久历史的中医理论，看重从人的整体及其与环境的关系出发，注意疾病演变的全过程，特别重视对疾病的预防，这是系统思想在医学上的应用。

上面这些都是出色的原始系统工程思想。

但是，系统工程作为一门现代化的科学，还是从20世纪40年代开始的。当时在美国、丹麦等国家的电信部门中，为了完成规模庞大的复杂工程和科研、生产任务，开始运用系统观点和方法来处理问题。也就是在这个时候，美国贝尔电话公司在发展微波通信网时，首先提出了“系统工程”这个名词，并提出了工程按系统思想分成五个阶段（规划、研究、开发、工程应用研究、通用工程阶段）顺序进行的一套工作方式。另外，由于第二次世界大战军事上的需要，为了应对德国的空中优势、合理配置雷达的应用，以及飞机降落的排队问题，把整个军事系统的行动从科学上加以研究，形成了运筹学这门学科，它也是按照总体任务的要求，经过数学分析与计算，对系统做出综合的合理安排的。这在当时的战争中发挥了很大作用。战争以后，人们把它应用在工业和服务业的经营管理方面，又有很大发展，成为系统工程的一个有力的基础。

20世纪40年代，美国制造原子弹的“曼哈顿”计划；50年代的北极星导弹研制过程，就都是运用了系统工程方法才取得成功的。

1957年，第一本《系统工程》专著出版，这门学科的名称由此正式产生。20世纪60年代初期，各国出现了一些从事系统工程的机构，组织了有关的学会（或分会），召开了专门的学术会议，学校里建立了相应的系统工程系科，开设了相应的课程，可以说，到这个时期，系统工程作为一种专业，一门学科，已经正式形成了。由于一些大型工程（如阿波罗登月计划等）的成功，包含水电、火电、核电在内的跨国的北欧电网的建成，显示了系统工程的威力，使得这门新兴的学科有了很大发展。

20世纪70年代，1972年国际应用系统分析研究所（IIASA）的成立，标志了系统学科的发展进入了一个新的阶段。系统方法已远远超出了传统“工程”的概念，逐渐应用于社会、经济、环境、人口等方面。由于这类系统中人的因素占比较多的成分，原来以工程技术系统为对象的系统工程方法（所谓硬系统方法）便显得无能为力，使得系统工程的应用遇到挫折。为了克服这一困难，一些处理软系统的方法应运而生。

我国从20世纪60年代开始，在老一辈科学家钱学森等的倡导下，开始运用系统工程的思想方法于国防建设。20世纪70年代后期，随着中国系统工程学会的成立，一批高等院校也成立了系统工程研究机构并培养系统工程专业研究生。全国掀起了研究和应用系统工程的高潮，结合中国的国情，创造性地开展了大量工作，取得很好的成效，并受到各级领导与专业人员的高度重视。

随着系统的规模日益庞大，构成的要素日益多样化，特别是系统中大量人的因素的介入，使得系统的复杂性日益增加。系统工程的应用面临新的挑战。20世纪90年代，处理系统复杂性的一些思路和方法使得系统工程又增加了一些新的思路、方法和工具，扩大了它的应用范围和深度。随着人类对客观事物和本身的认识和思维能力的提高，系统工程学科也在与时俱进地发展。

1.4.2 系统工程的含义

现在，人们提到系统工程这个名词，是有着两重含义的。第一种含义是指那些规模庞大、涉及要素众多的任务、项目，对它们需要从整体上加以把握，跨学科综合地进行处理；第二种含义是指处理上述任务或项目所应用的思想、方法所构成的学科。这正像水利工程既可指某一座水电站或灌溉系统，也可以指设计、建造这些工程的学科一样。

从第一种含义来看，像阿波罗登月计划就是典型的系统工程；某一个流域的综合开发也是一项系统工程；覆盖全国的信息系统建设是一项系统工程；城市公共交通的发展也是一项系统工程；等等。这些例子还可举出许多许多。在本书后面的叙述中，系统工程多半是指这种含义。

这些被称为系统工程的任务、项目都是在人类改造世界的过程中产生的。我们可以从历史上循着工程建设的发展来考察，例如一位工匠要盖一间房子或者修建一个小桥，开始时，在他的心目中已经构想出房子或者小桥的总体形象（总体结构），然后从事准备材料，进行砖石堆砌、架设梁柱等局部的具体工作。这时候，总体和局部的掌握都集中在一个人的身上。但是，随着工程规模的日益扩大，掌握总体、进行协调的任务和具体施工的任务就有了分工。手工业时代掌握总体的是监工，而在大工业时代则是总设计师和总工程师。

但是，随着工程规模的日益扩大，技术和组织管理变得日益复杂，例如现代化的铁路网的建设，跨越各省区的电力、电信网络的建设，大型水利工程的建设，更不用说像载人航天工程这样的大型项目，它们所涉及的技术、经济、社会、环境因素很多，光靠一位总指挥或者总工程师来抓总，无论是以他的精力还是专业知识和能力都无法应付。这时，需要建立一个抓总体、进行协调的部门，这就是当时一些大型项目组织中出现的总体设计部。这个部门由各专业技术人员组成，而由知识面比较宽广、经验比较丰富的专家来领导。他们所从事的设计，是工程的总体设计，是把整个工程当做一个系统来看待的，并不承担各具体部分的设计。在工程的实施阶段，他们还要负责从总体上协调。总体设计部的实践体现了一种科学方法，这种方法着眼于系统整体，所承担的工程任务就称为“系统工程”。承担这样任务的工程师就称为系统工程师。他们不直接从事各专业的工程技术工作，而是作为个专业工程师之间的桥梁和联系人。

在开始时，系统工程的思想和方法主要运用在土木水利、机械制造、能源电力、航空航天、电子信息等传统上称为工程的各个领域中，但是这些领域的建设也要涉及宏观经济、环境、社会、法律等因素，使得系统工程涉及的专业领域越来越广泛。同时，随着生产与科学技术、社会条件的发展，客观事物的规模变得越来越庞大，结构变得越来越复杂，各个部分、各种因素之间的关系错综复杂，许多不属于上面列举的工程领域的社会经济问题，我们也必须把它看做一个系统，从整体着眼，综合考虑各种因素的作用及其影响来加以研究处理。例如我国的“希望工程”，实际上是教育建设工作，“五个一工程”是文化建设。这种任务和项目虽然也叫做工程，但与传统的只涉及某一领域的工程（如房屋建筑工程、电信工程等）有所不同。然而，它也具有多种目标和属性，也具有综合性，也需要运用系统思想和方法来处理。

在国外，有的著作提出应该对“系统工程（Systems Engineering）”和“系统的工程化Engineering of Systems）”加以区别，因为后者只关注于工程的实物侧面而不涉及人的因素，实际上也就是运用传统的工程思想和方法去处理工程系统，不像系统工程需要综合考虑物的因素和人的因素。这也提醒我们在系统工程工作中千万不要忘记或忽视人的因素。