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出版者:中国电力出版社

作者:杨平

出品人:

页数:359

译者:

出版时间:2005-1

价格:35.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508316901

丛书系列:

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《现代系统工程：理论、方法与应用》 导言：迈向复杂系统的优化管理 在当今高度互联和快速变化的世界中，工程实践已不再局限于对单一机械或电子元件的精确设计。从智慧城市的宏大规划到尖端生物制药流程的精细调控，我们面对的是由众多相互依赖的子系统构成的复杂巨系统。这些系统往往展现出非线性、时变、不确定性乃至涌现性等特征，使得传统的、基于分离设计的工程方法力不从心。《现代系统工程：理论、方法与应用》正是在这一时代背景下应运而生，旨在提供一个全面、深入且实用的框架，用以理解、建模、分析、优化和管理这些复杂工程系统。 本书的核心目标是超越传统控制论的范畴，将系统思维提升到工程设计的战略高度。它不仅探讨如何让系统“动起来”（即稳定性与性能的保障），更聚焦于如何让系统“做正确的事”（即目标对齐、资源最优配置与风险的有效规避）。本书内容涵盖了从基础的系统理论到前沿的数字化孪生技术，为系统工程师、项目经理以及高层决策者提供了一套融贯中西的现代工程管理与分析工具箱。 --- 第一部分：系统思维与基础理论的重塑 (Foundational Paradigms) 本部分致力于为读者构建坚实的系统哲学基础，并引入现代系统科学的核心概念，为后续的分析奠定理论基石。 第一章：系统学的演进与复杂性挑战 本章追溯了系统科学从经典控制论、一般系统论到复杂适应系统（CAS）的演变历程。重点分析了信息时代对工程系统提出的新挑战，例如：需求的不确定性、多利益攸关方的冲突以及跨领域知识的集成需求。我们将系统视为一个包含物质流、能量流和信息流的有机整体，强调“整体大于部分之和”的哲学指导意义。 第二章：系统建模的范式转换 传统的基于微分方程的建模方法在处理大规模、异构系统时显得力不从心。本章详细介绍了多种现代建模范式： 1. 基于主体的建模（Agent-Based Modeling, ABM）： 特别适用于模拟群体行为、市场动态或交通流等涌现现象。 2. 基于事件的建模（Discrete Event Simulation, DES）： 深入探讨制造、物流和医疗流程的优化，侧重于状态切换与资源瓶颈分析。 3. 混合系统建模（Hybrid Systems）： 结合连续动态（如物理定律）与离散逻辑（如决策规则），是航空航天和机器人控制的核心建模语言。 第三章：信息流与知识表示 系统工程的本质是信息处理。本章聚焦于如何有效捕获、存储和利用系统相关的知识。探讨了知识图谱在系统架构定义中的应用，以及语义网技术如何确保不同工程领域（如机械、电气、软件）模型间的互操作性。重点分析了“模型驱动架构”（MDA）在大型项目中的实施细节。 --- 第二部分：系统分析与性能评估 (Analysis and Performance Metrics) 系统构建之后，关键在于如何科学地衡量其性能、预测其未来行为并确保其鲁棒性。 第四章：鲁棒性与可靠性分析进阶 超越传统的故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA），本章引入了更具前瞻性的风险评估工具： 1. 概率有界模型检验（Probabilistic Model Checking）： 针对随机系统，量化系统达到特定不良状态的概率，并设定可接受的风险阈值。 2. 生存分析与剩余使用寿命预测： 结合机器学习技术，对关键组件的退化过程进行建模，从被动维护转向预测性维护。 第五章：多目标优化与权衡决策 现代工程往往涉及性能、成本、能耗、安全性等多个相互冲突的目标。本章深入探讨： 1. 帕累托前沿的计算与可视化： 如何高效地搜索最优解集。 2. 决策矩阵分析与AHP/ANP方法： 结合定性和定量指标，为决策者提供清晰的权衡路径，特别是在需求冲突解决中的应用。 第六章：动态系统辨识与参数估计 在无法完全知晓系统内部结构时，通过实验数据反演系统参数至关重要。本章详细介绍： 1. 子空间辨识法（Subspace Identification）： 适用于高维、多输入多输出（MIMO）系统的无模型辨识。 2. 非线性系统的卡尔曼滤波与扩展信息滤波： 用于在噪声环境下对系统状态进行最优估计，是先进导航与跟踪系统的基石。 --- 第三部分：系统集成与数字化转型 (Integration and Digital Transformation) 现代系统工程的最高挑战在于集成和全生命周期管理。本部分聚焦于如何利用最新的信息技术实现工程的数字化和智能化。 第七章：系统架构设计与集成管理 系统架构是实现功能与约束的蓝图。本章详细阐述： 1. 架构描述语言（ADL）的应用： 如何用统一的语言描述系统结构、连接和约束。 2. 架构评估方法（如ATAM）： 在设计早期阶段，通过场景驱动的方法系统地评估架构对关键质量属性（如可扩展性、安全性）的支撑能力。 3. 接口控制文档（ICD）的生命周期管理： 确保复杂集成项目中的依赖关系清晰且版本可控。 第八章：数字化孪生（Digital Twin）的构建与应用 数字化孪生不再是简单的仿真模型，而是与物理实体实时映射、协同演进的虚拟实体。本章深度解析： 1. 孪生体的分层结构： 从物理资产模型到行为模型、再到规则与知识层的构建层次。 2. 数据同步与模型校准机制： 如何利用物联网（IoT）数据实现虚拟模型对物理系统状态的实时修正。 3. 孪生体在操作优化中的角色： 模拟“假设-如果”（What-if）场景，在不干扰实际生产的情况下，测试控制策略或维护计划。 第九章：生命周期管理（PLM）与模型基工程（MBSE）的融合 本书最后聚焦于如何将系统工程从瀑布式流程转变为持续迭代的、基于模型的流程。阐述了MBSE如何作为中央数据枢纽，集成需求管理、设计、分析、验证和退役的全部信息。重点讨论了使用工具链（如SysML、UML）来自动化文档生成和一致性检查，从而显著降低集成和变更管理的成本与风险。 --- 结语：面向未来的系统思考者 《现代系统工程：理论、方法与应用》旨在培养具备跨学科视野、严谨分析能力和数字化实践技能的下一代工程师。掌握这些先进的系统工程方法，意味着能够从容应对全球化、智能化背景下工程系统的极端复杂性，确保项目交付的不仅是满足功能的技术产品，更是具备韧性、高效且可持续的解决方案。本书是系统设计与复杂项目管理的必备参考。

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我是一位有着多年硬件调试经验的工程师，更看重的是控制算法在实际物理系统中的鲁棒性和可实现性。坦白说，很多理论书籍里提到的控制器性能，在实验室环境下或许能达到，但一到充满噪声和参数不确定的真实工厂里，性能就直线下降。这本书，或者说我阅读的这本书的风格，似乎非常理解我们这些一线工作者的痛点。它在讲解PID控制器的饱和与抗积分 বিপর্য陷问题时，不仅仅停留在理论上提出反作用力积分或加湿项，而是直接给出了在主流PLC和工业PC环境下可以直接引用的代码片段和参数调整建议。再比如，在讨论模糊控制时，它没有陷入纯粹的模糊逻辑集合论的争辩，而是重点阐述了如何根据实际的误差变化率来调整隶属度函数的宽度，确保控制动作的平滑性。这种极强的“工程落地感”，让我觉得这本书不是躺在书架上供人膜拜的理论宝典，而是可以随时翻开来解决生产线上具体问题的“工具箱”。

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这本书简直是我的救星！最近在学习现代控制理论，感觉那些复杂的数学模型和抽象的概念把我绕得团团转。我在网上找了好多资料，有些讲得太深奥，初学者根本啃不动；有的又太浅显，点到为止，根本解决不了实际问题。直到我翻到这本《现代控制系统分析与设计》，它的结构简直是为我量身定制的。作者的叙述方式非常亲和，像一位经验丰富的导师在旁边耐心指导。尤其是状态空间法的引入，不再是干巴巴的公式堆砌，而是结合了大量的工程实例，让我一下子就明白了系统状态的物理意义。书中的习题设计也十分巧妙，难度递进合理，从基础概念的理解到复杂系统的仿真分析，每一步都有清晰的指引。做完一章的习题，再回头看书上的理论知识，那些曾经模糊不清的地方瞬间豁然开朗。而且，书中对非线性系统的初步探讨，也为我后续深入研究打下了坚实的基础。这本书不是那种只讲“是什么”的书，它更侧重于“为什么”和“怎么办”，真正做到了理论与实践的完美结合。我敢说，没有这本书，我的学习进度至少要拖慢两个月。

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这本书的独特之处在于其对“控制系统仿真”环节的重视程度。在当前工程教育中，仿真环节往往被视为辅助工具，讲解深度不足。然而，这本书将MATLAB/Simulink作为核心教学平台贯穿始终。它不是简单地告诉你“运行这个脚本”，而是深入剖析了仿真模型构建背后的物理意义。例如，在对一个机电耦合系统进行建模时，作者详细展示了如何将摩擦力模型、电机饱和特性等非理想因素以模块化的方式集成到Simulink框架中。更令人称道的是，它还涉及了针对不同仿真器（如实时仿真TargetLink）的适配性讨论，这在其他教材中是极其罕见的。通过跟随书中的步骤一步步构建和调试复杂的仿真模型，我不仅掌握了控制理论，更重要的是，我掌握了一种强大的验证和迭代设计的方法论。这种动手能力和系统思维的培养，比单纯记住公式带来的收获要大得多。

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我不得不说，这本书的排版和图示设计是亮点。市面上很多控制理论的书，图纸都印得密密麻麻，线条模糊不清，每次看图都要费一番心思去分辨信号流向和反馈路径，效率极低。然而，这本《系统辨识与自适应控制实践指南》在视觉呈现上做得非常出色。无论是时间响应曲线、根轨迹图，还是波特图，都清晰锐利，关键点标记得一目了然。更让我欣赏的是，作者在讲解“软测量”技术时，插入了几个彩色的流程图，详细展示了数据预处理、模型选择到在线更新的整个闭环过程。这种图形化的解释，比单纯的文字描述有效得多，让我对那些抽象的数据处理流程有了直观的理解。特别是关于卡尔曼滤波器的讲解，书里不仅给出了详细的推导过程，还配上了分步的软件实现伪代码，使得这个复杂的估计算法不再是高不可攀的“黑箱”。阅读体验非常流畅，长时间阅读也不会感到视觉疲劳，这对于需要长时间和工程图表打交道的学习者来说，简直是福音。

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这本书在处理经典控制与现代控制的衔接上，展现了极高的学术功力。我之前学经典控制时，对传递函数和频率响应非常熟悉，但转到状态空间方法时，总觉得是从一个熟悉的领域被“流放”到了一个陌生的空间。这本书的过渡章节处理得非常自然流畅，它没有生硬地抛弃旧知识，而是巧妙地利用拉普拉斯变换和矩阵指数，将频域的概念映射到时域的状态向量中。作者用了整整一章的篇幅来对比两种方法的优劣势，这一点极其重要。通过具体的例子，比如多输入多输出（MIMO）系统的分析，清晰地说明了为什么现代控制方法在处理复杂系统时具有不可替代的优势。这种“承上启下”的教学思路，极大地减轻了我的认知负担，让我能够带着对经典方法的理解，自信地迈入更高级的控制理论殿堂。对于那些希望系统性提升控制知识体系的读者来说，这种循序渐进的架构无疑是最好的选择。

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