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计工作，却是整体系统研制工作中必不可少的技术单位。总体设计部把系统
作为若干子系统有机结合成的整体来设计，对每个子系统的技术要求都首先
从实现整体系统技术协调的观点来考虑：总体设计部对研制过程中子系统与
子系统之间的矛盾、子系统与系统之间的矛盾，都首先从总体协调的需要来
选择解决方案，然后留给子系统研究单位自己去实践。总体设计部的工作，
体现了一种科学方法，这种科学方法就是“系统工程”。系统工程是组织、
管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所
有“系统”都具有普遍意义的科学方法。
系统工程是一门“工程”，而且是“好工程”。与以往其他工程（如土
木工程、水利工程等）相比，系统工程不仅限于“物”的建造或改造，还为
完成某项任务而提供决策、计划、方案、方法和工作程序。系统工程与传统
工程相比，是一门以“软”为主的技术，而传统工程则是一门以“硬”技术
为主的工程技术。
系统工程最显著的特点是，以“系统”为研究对象，追求系统目标的整
体优化并使实现系统目标的方法和途径最优。换句话说，即在最短的时间内，
以最少的人力、物力和资金来实现系统的最好目标。
总而言之，系统工程是一门总揽全局、着眼整体的方法性学科，它要求
综合运用已有学科的思想和方法处理系统内部各部分的配合与协调，并借助
数学方法与计算机工具来规划、设计、组建、运行整体系统，使系统的技术、
经济、社会效果达到最优。
“阿波罗”登月计划
──系统工程的成功典范
嫦娥奔月是中国人民家喻户晓、妇孺皆知的神话故事。自古以来，多少
人幻想着摆脱地球束缚飞奔月宫。这些神话和幻想在 20 世纪 60 年代末，终
于成为实现。1969 年 7 月 21 日，人类破天荒向月球表面迈出了具有历史意
义的一步。
阿波罗是古希腊神话中的太阳神。以阿波罗命名的载人登月航天飞船，
由运载火箭“土星” 5 号和阿波罗飞船本体两大部分组成，火箭有 85 米多
高，飞船有 25 米多高。总长有 110．640 米，差不多相当于 40 层楼那样高；
它们直径有 10 米；总重量有 3200 吨。飞船由登月舱、指令舱、服务舱和脱
险装置 4 部分组成。带有阿波罗宇宙飞船和发射支座设备的“土星” 5 号就
有零部件 1500 万个。
阿波罗载人登月飞船于 1969 年 7 月 16 日发射，4 天后飞到月球着陆。
两名宇航员在月球表面上活动长达 2 小时 21 分钟之久。呈现在宇航员面前的
是棕色的尘土、深黑的天空、满目荒凉、没有生命气息的一个死寂的世界。
25 日指令舱回地球，在太平洋西南部溅落。3 名宇航员飞行 153 万公里，安
然无恙地返回人间。
美国的阿波罗载人登月飞行计划，于 1961 年提出，其系统目标是：10
年内把人送到月球表面并且安全返回地球，并要求在最短的时间内，以最少
的费用，胜利完成登月计划。
阿波罗计划顺利实施，是现代系统科学研究的成功典范。此项工程组织
了 2 万多个公司、120 多所大学，动用了 42 万人参加，投入了 300 亿美元的
巨资，用了近 10 年的时间，终于实现了人类征服地球引力，遨游太空，登上
月球探险的梦想。
整体阿波罗登月计划之所以能如期完成，关键在于运用系统方法进行有
效的组织管理。
首先，建立强有力的管理组织，明其职责分工。其次，用系统方法加强
对阿波罗计划整体过程的管理工作，将其管理工作全过程划分为编制计划、
分析评价、控制指导及督促检查等阶段，创造性地运用了新的管理方法，推
广使用了电子计算机从事生产与科研的管理，从根本上保障了阿波罗计划的
顺利完成。
阿波罗计划的成功，充分显示了系统工程的作用与威力。例如在飞行设
计中，科学家陷入了大量的权衡工作中。这些权衡牵涉到运载火箭和宇宙飞
船的不同重量对推力的要求；每种可供选择的飞行方案所需燃料的数量（以
及燃料的重量）；此外，还牵涉到经费、人员的管理与协调，阿波罗飞船的
安全可靠性等等一系列问题。科学家运用系统科学的原理与方法，一一解决
了工程研究中所遇到的各类复杂问题。
阿波罗飞船的登月成功，还证实了系统科学一个重要的命题——“综合
即创造”。负责阿波罗计划实施的总指挥韦伯先生说过：“阿波罗计划中没
有一项新发明的自然科学理论和技术，全部工作都是现有技术的运用。关键
在于综合。”
日本一些专家参观了阿波罗计划中所采用的硬件设备和工艺后，均认为
日本没有造不出来的东西。实现阿波罗计划所要求的 4 个主要系统技术——
大型运载火箭，在宇宙空间飞行的飞船弹道线路分析，轨道测定系统以及通
讯系统——在 20 世纪 60 年代已达到成熟，但作为一种系统的思维方式和科
学方法以及把它作为一个整体来处理计划、设计和管理的技术——系统工
程，日本却不如美国。因此，即使日本政府作出登月计划的决策，也不可能
实现这一计划。
系统工程的一个重要任务，就是综合运用现代科学技术各个领域的学术
成果，如运用控制论、信息论以及工程技术、经济学、心理学等各方面的理
论与应用研究成果为己所用。系统方法通常只不过是平凡的常识，每个概念、
每个步骤在常识上都是合理可行的。系统方法的价值就在于它使你能够把所
有这些常识性的思想汇集起来，协调一致，集中解决复杂环境中的复杂问题。
至此，我们已对“系统”和“系统工程”有了一个初步的印象。那么，
系统工程作为一门技术性学科，具有哪些独特的方法与手段呢？它自 40 年代
诞生以来，在哪些领域得到了成功的应用呢？当代系统科学的前沿领域又是
什么呢？……
系统工程的原理和方法
系统优化思想
春秋末期（公元前 6 世纪），我国古代最杰出的军事家孙武在著名的兵
书《孙子兵法》中，提出了“上兵伐谋，其次伐交，其次伐兵，其下攻城。
攻城之法为不得已而用之”的指导思想。他的意思是，在战争中最好的胜利
办法是利用自己的谋略去挫败敌人，不战而屈人之兵。也就是在敌人尚在计
划或刚刚开始执行某项谋划时，便能窥破其计谋，揭穿其计谋并破其计谋，
借此运用自己的计谋实现己方的军事目的。对一个高明而理智的高级指挥官
来说，两军对垒交锋，“不战而胜”自然是他寻觅的最优方案，而“兵临城
下”、血刃敌兵或一举歼灭只是在不得已的情况下才勉强为之。
古今中外的军事家都很重视“上兵伐谋”这一谋略的运用。如在公元前
204 年，历史上有名的大将军韩信在消灭赵国后，就没有直接去攻打燕国，
而是按甲休兵，以胜利之师的气势炫耀军威与武力，同时遣派谋士带劝降书
向燕国君臣陈晓厉害，最终迫使燕国屈从于汉，做到了不战而屈人之兵。
“上兵伐谋”这一谋略，体现了“以最小的代价，取得最大的胜利”的
系统优化思想。这一思想不仅在军事上得到了广泛运用，在我们的日常社会
生活中也时时刻刻地、灵活地运用着。如人们都向往美好的东西——漂亮的
衣裳、可口的饭菜、优异的学习成绩、强健的身体、良好的社会风气、舒适
惬意的生活环境……在对这些美好事物的追求过程中就有意或无意地运用了
系统优化思想——用最少的精力，最短的时间，最省的花费，达到最好的效
果。
有的青少年朋友就很会安排时间。他们利用早上的空暇时间学习外语，
背诵课文；在零星时间里记诵外语单词；朋友们在一起不是瞎扯而是相互交
流学习经验与体会，互相帮助，互相充实；每次课前认真预习，上课时集中
精力理解和消化老师讲述的新知识，及时完成作业；余下的时间锻炼身体，
参加有益且适度的文娱活动，使自己身体健康、精力充沛，反过来又促进学
习效率的提高；此外，根据自己的爱好与特长，还可安排时间开辟第二课堂，
参加一定的社会活动，开阔自己的思路与眼界，增长书本上学不到社会知识。
他们为了实现德智体美劳全面发展的目标，选择了适合自己的最优安排，便
能用最少的时间、最好的质量去完成国家和人民交给的学习重任。
历史的长河虽说是漫长无限的，但历史赋予每个人的生命却只有几十
年，如何在有限的生命中完成更多的事业是每一个人都梦寐以求的事情。从
物质世界看，尽管博大的宇宙无边无际，但人类的生存空间与活动空间却是
十分有限的，农村的耕地有限，城市的住房、交通也很紧张，中国是这样，
世界各国也是如此。目前，世界上的各种资源在急剧减少，据预测，很多地
下资源的开采寿命只有几十年，如铜估计为 50 余年，锌估计 20 余年，铅估
计也只有 20 余年。现在不仅矿产资源在锐减，就是不少地方连生命不可缺少
的水也严重短缺。所以，人类对时间、空间、资源的利用，都要精打细算，
斤斤计较，都要有最优的利用方案；要用最少的时间，最小的空间，最省的
资源为人类创造最多的财富。总而言之，在有限的条件下使追求的目标达到
最优、最理想的结果，就是最优化的实质。
远洋轮船爆炸的启示
——系统科学中的模型方法
1853 年，英国制造的远洋轮船“大东方号”下水了。当时“大东方号”
轮船的豪华气派是前所未有的。然而好景不长，“大东方号”首次航行就失
败了。原来，蒸汽机的动力过小，不能满足船体运动的需要，水加器发生了
爆炸，造成 10 人伤亡。这样，“大东方号”没有能够到达东方，后来被用来
承担铺设海底电缆的任务了。
参加过“大东方号”轮船设计的工程师弗德吸取了该船的经验教训，此
后他在设计新船之前，先制造一个模型船放在水槽中的铁轨上。计算模型船
所遇到的阻力，然后根据这些试验数据的相似关系计算真船需要多大马力来
驱动，最后再制造新船。由于真船的实际数据与由使用模型船计算出的数据
十分接近，使这一方法成为造船工业上大家公认的好方法。而这种方法就是
系统科学中的模型方法。
我国古代劳动人民早在 4000 多年前就以飞蓬草遇风转动为模型，发明了
轮子。战国时期著名的木匠鲁班模仿草叶边缘锋利的小齿，在铁片边缘造出
小齿，发明了今天仍在广泛使用的“锯”。东汉著名的科学家张衡根据他的
实际观测认识了天体运行规律，制成了相似的仪器——“浑天仪”。宋朝的
喻皓于 989 年在京城汴梁（现在的开封）建造 8 角 13 层的开宝寺木塔时，也
是事先制造了一个小模型，进行研究、修改，然后才动工兴建。木塔塔身略
向西北倾斜，可见当时喻皓已考虑了当地的主导风向对建筑物的影响并且加
以防范。
从所列举的中外古今的事例，可以看出研究、设计、制造一个复杂的系
统，直接利用经验的方法是不行的，而通过模型方法往往能帮助我们完成任
务。
模型这个专有名词，青少年朋友听起来可能不会感到陌生。只要仔细回
想一下，我们或多或少地都接触过一些模型。像幼儿园小朋友喜欢摆弄的积
木玩具便是建筑物的简单模型，它形象地表达了砖、瓦、墙、柱、梁等及其
组合成的各式各样的房屋整体；小汽车是男孩子们喜欢的“交通工具”，布
娃娃则是陪伴女孩子们的“家庭成员”；手持各种兵器（玩具手枪、冲锋枪、
大刀、匕首等）的孩童可以神气活现进行一场有模有样的“战斗”；用泥沙
堆砌的山川路桥、用树枝草叶搭成的楼台庭院，可成为儿童时代理想的“家
园”。这些，都是缩小了的实物模型。
地图是另一类用符号表示的某一地区的模型。从地图上，可以看出地势
的高低、河流湖泊的位置、公路和铁路的分布情况、各城市的距离、矿产资
源和行政区域等，有的地图还可以表示出农林状况、人口密度。每天中央电
视台在天气预报中使用的气象云图，就是一种各地区天气情况的模型。
在你搬进一套新房之前，你也许会用尺子测量房间的长和宽，如果测得
房间长为 5 米，宽为 3 米，你会很容易算出房间的面积：
面积 = 5（米）×3（米）
=15（平方米）
这样，你就可以考虑合理地摆放家俱了。
我们还会在测量土地、兴修水利、建造工厂、筑路架桥等工作中看到计
算正方形、三角形、圆形等各种几何的面积。这些面积的计算都有相应的数
学公式来表达，我们称这些数学公式为表示系统特征的数学模型。
从上面这些例子，我们可以知道模型就是用语言文字、符号图形、实物、
数学公式等来描述、模仿现实系统而成的相近或相似系统，模型应与现实系
统存在一定的关系，服从相同的规律。因此，通过对模型的研究，可得到现
实系统的相应信息。
电子游戏的系统思想
青少年朋友喜欢在屏幕上做电子游戏。这种游戏由电子计算机模仿出现
场景，如弯弯曲曲的公路和不时出现的汽车，而你坐在屏幕前，可以像司机
一样控制一辆汽车，手中的控制器就是方向盘。有了这个方向盘，你可以驾
驶汽车不断随曲折的公路而变换方向，随时回避迎面扑来的车辆，安全地到
达目的地；而在另一种游戏中，电子计算机又可以模拟战斗，激烈程度不亚
于一场真正的战争。这些就是用电子计算机分别模仿驾驶汽车和双方交战的
模拟模型。
训练飞机驾驶员是一件非常重要而艰巨的工作。驾驶飞机训练，要占用
一架飞机，要消耗燃料，还需要教练员陪练及机场地面各种后勤人员的配合
支持。更危险的是，如遇不测，就会使飞机受到损坏甚至出现人员伤亡。后
来，人们想出一个办法，即用模拟模型输入电子计算机，模仿并显示飞机飞
行驾驶中可能出现的各种情形来进行训练。飞行员可以坐在由电子计算机以
及各种仪器表组成的与真飞机驾驶舱没什么两样的“驾驶舱”中，面对屏幕
上显示的机场跑道与飞行信号，驾驶“飞机”升空。如果学员操作不当，屏
幕上将会显示出危险的后果！当然，这对坐在模拟驾驶舱的学员来说，仅仅
是“有惊无险”而已，绝不会出现那种机毁人亡的重大事故。电子模拟装置
还可以模拟飞机的着陆、正常飞行、事故处理甚至空中激战等各种情形。可
以想象，这种模拟模型，要比电子游戏机中的模型复杂得多了。
当你到百货商店买衣服时，如果你仔细观察一下，就会发现有人仅看看
规格、选选颜色，检查一下衣服质量，便很快交完钱离柜而去，但更多的人
则挑选仔细，要看颜色，讲款式，还要试穿，要花比较多的时间才离开柜台。
由此产生一个问题，服装柜台需要几位售货员值班呢？如果售货员太少，顾
客排队太长，浪费了顾客的时间，有的顾客可能会因此而到别的商店去买衣
服，影响商店的生意。如果售货员太多，顾客虽不用排队了，但是售货员会
有很多的空闲时间，造成了人浮于事的局面。为了解决这个问题，确定售货
员的最佳人数，可以用计算机模拟顾客到达的人数、服务时间、排队时间，
以此来决定需要多少售货员最为合适。同样，邮局、银行、售票处、电话总
机房、医院、理发店等地方，都可以用计算机“模拟”服务情况，以决定工
作人员值班的最佳人数。
当然，并不是所有的模拟模型都要用电子计算机来解决问题的。比如说，
假如一个村庄要打一口井，向 5 个地点供水浇地，这口水井应打在什么地方，
才能使整个系统所用的供水管最短？有人提出一种方法，先假定在甲地打
井，计算从甲地到 5 个用水地点的供水管长度，然后相加，可得到总的供水
管长度。再用同样的方法计算在乙地打井所需的总供水管长度，与甲比较。
此外，还要选丙地、丁地等许多地方计算、比较，然后找出合适的打井地点。
村长觉得这种方法太繁琐了，而且是不是还有其他更合适的地点也不得而
知！
后来，另一个人找来一块均匀的薄板，将 5 个用水地点按比例画在板上，
连成一个 5 边形并锯下来。然后，用线穿过 5 边形吊起来，这时可以找到一
点，它能够使 5 边形吊起后不偏不斜与地面平行。该点叫做“重心”。与重
心对应的地点就是打井最合适的地点，在这里打井，将会使总供水管长度最
短。村长对这种方法十分满意。
数学题里的系统原理——线性规划模型
请看下面这个问题：
某工厂一天使用 12 吨煤、 20 度电，生产甲、乙两种产品。如果生产每
一吨甲产品消耗 2 吨煤、6 度电，卖出后可以净赚 4000 元，每一吨乙产品要
消耗 5 吨煤、 4 度电，卖出后可以净赚得 6000 元。问每天甲、乙两种产品
要各生产多少吨，才能使工厂净赚的钱最多？
仔细想一想这个问题，我们不难发现乙产品每 1 吨能赚 6000 元，比每 1
吨甲产品的赢利高。如果我们把所有的煤、电尽可能地用来生产乙产品，会
得到什么结果呢？从煤的角度考虑，可以计算出每天能生产乙产品
12÷5＝2．4（吨）
从用电角度，可以计算出每天生产乙产品
20÷4＝5（吨）
综合考虑煤、电的消耗，每天能生产 2．4 吨乙产品，相应的净收入为
2．4×6＝14．4（千元）
每天还会有剩余的电力
20…2．4×4＝10．4（度）
那么如果我们把每�