系统工程是一门新兴科学，形成于本世纪50年代中期。它集中了现代科学技术的最新成就，如信息论、控制论、运筹学、数理统计、模型模拟技术、现代通信技术和计算技术等自然科学和哲学、经济学、社会学、管理科学等，因此它是一门高度综合性科学。
20世纪以来，由于社会生产力迅速发展，现代科学技术日新月异，经济活动的规模迅速扩大，促使自然科学与社会科学相互渗透而形成许多包括系统工程在内的新的边缘科学。系统工程是一门有广泛应用价值的科学，它既是一种方法论，又是一种组织管理技术。三十几年以来，系统工程已应用于军事工程、民用工程设计、工农业生产规划、经营管理、交通运输、城市规划以及环境保护等各个领域，并取得了显著的效果。
（第一节）系统的概念、特征和分类
系统的概念
系统概念来源于古代人类社会实践经验，朴素的系统思想，在中国、在希腊很早就出现了。南宋陈亮的“理一分殊”思想，称“理一”为天地万物的理的整体，“分殊”是这个整体中的每一事物的功能，他试图从整体的立场来论证部分与整体的关系。而作为20世纪中期兴起的系统科学，所研究的系统可定义为：由两个以上不相同的相互联系、相互依存的要素所组成的具有特殊功能和共同目标的有机整体，而且这个系统又是它所从属的另一个更大系统的组成部分。从系统的这个概念中，可以看出它包含四层意思：一是系统不能只有一个要素，而且由两个或两个以上并各不相同的要素所组成；二是各个要素的关系不是混乱、无秩序的，而是互相联系、互相作用、互相依赖的有机整体；三是系统的存在不是虚无的，而是有特殊功能，各个要素有着共同的目标；四是系统不是孤立存在的，而是和外界发生息息相关的联系，它又从属于另一个大的系统。
有人认为系统是自然界组成的链，这个链的各个环节都存在着包含和被包含的因果关系，从而保持了它们之间的平衡。他们并举例说地球就是由海洋、山川、生态等各个环节构成的链，如果其中某一环节起了变化，平衡将受到破坏。人体是一个大系统，它由感觉、神经、循环、呼吸、消化、排泄等诸多分系统组成，而每一分系统又由不同的诸多器官围绕特定功能和目的所组成。恩格斯说过，世界不是一成不变的事物的集合，而是过程的集合。他把这一认识称之为“一个伟大的基本思想”。这个基本思想就是今天我们所说的系统观点或系统思想。
系统的特征
（一）集合性。集合是一个数学名词。系统的集合必须由两个或两个以上并互相区别的要素组成。在工业企业里，各种各样的厂房、设备、工具、原材料、燃料、加工制品、工人、技术人员、管理人员，以及各种各样的信息、数据、指标等等，就是组成工业企业的基本要素，它们既相对独立存在，有自身的特征和功能，又集合于工业企业这个系统之中。
（二）相关性。组成系统的要素是互相影响、互相制约、互相作用的。当系统中的某一因素或变量发生变化时，就必然影响其它因素的变化，若用数学表达。就是相关函数。如果只有要素而没有任何联系，那就不能成为系统。在上例中，如果缺少任何一种要素或中断某一个环节，企业就无法经营下去。道理十分简单，工厂没有了原材料，就要停产、停业。
（三）目的性。人造系统都具有明确的目的性。而且通常不是单一的目的性。没有目的的系统是不存在的。例如，企业的生产经营系统，在限定的资源和现有的职能机构配合下，它的目的是完成既定的产品产量、质量指标与成本、利润指标等。
（四）层次性。系统中众多要素的组成，表现为一个多层次的递阶结构。大的系统由一系列小的系统（子系统）有机结合而成，子系统又由更小的系统（二级子系统）构成，如此不断地分解下去，直到分解到系统的具体要素。一个系统能否高效的运转，在很大程度上取决于能否分清层次。一个管理系统的各层管理者应在本职权限范围内履行职责，不能随意干涉下一层次的工作。我国古代有一句“将能而君不御”的名言。八十年代，西方军事家们又流传着一句“委托指挥法”的时髦话。说的是在英阿马尔维纳斯群岛之战时，撒切尔夫人在特遣队出发前召见了司令官伍德沃德将军。她问：“你需要什么？”他回答说：“权力，真正指挥特遣舰队的权力，我不要别人干涉我，包括您和战时内阁。”撒切尔夫人说：“我给你权力，给你除了进攻阿根廷本土以外的权力。”当英军准备在马岛登陆时，突击队司令官和伍德沃德将军义重复了一次那意味深长的同样的对话。在管理上，各个层次管理者履行本层次的职责，是搞好管理的前提条件之一。
（五）整体性。具有独立功能的系统和各要素之间，必须逻辑地统一和协调于系统的整体之中。也就是说要素不能离开系统孤立存在，要素之间的联系、作用也不能脱离系统整体。所以，系统的构成要素和要素的机能、要素问的相互联系，要服从系统整体目的和要求，服从系统的整体功能。据说，美国曾经检查了一架前苏联的米格——25飞机后，发现飞机上的许多零件从单个来看并不是最先进的，比美国相应的部件还落后，但米格——25飞机的整体性能却是第一流的。这就是系统整体的意义。
（六）环境适应性。任何一个系统的存在和发展，都受其外界环境的客观条件所制约，因此，系统必须对环境有适应能力。系统由环境获得必要的物质、能量或信息，而后经过系统内的加工、转化并产生新的物质、能量或信息提供给环境。这一过程称为系统的输入、输出过程。因此，又把系统理解为在一定的环境条件下，具有输入与输出功能的转换机构。
系统的种类
从不同角度出发，就可分成不同系统，一般有以下几种：
（一）自然系统与人造系统。前者是自然形成的，不具有人为的目的性和组织性的系统，如矿藏系统、海洋系统、生态系统、人体系统、原子核结构系统等。后者是人工生成，具有一定目的性与组织性的系统，如生产、交通、经营管理、经济、文化、教育等系统。自然系统是人造系统的基础。从人类发展的需要看，其趋势是越来越多地发展和创造更新的人造系统。
（二）实体系统与概念系统。前者由物质的实体构成，如矿物系统、生物系统、产品系统等。后者由概念、原理、原则、方法、程序、信息等非物质元素构成，是实体系统在人头脑中的反映，如计划系统、管理系统等。人造系统一般是这两种系统的结合，如机械是实体系统，而技术则是概念系统。机械运转必需具有设备与技术这两个条件。
（三）静态系统与动态系统。前者的状态不随时间的改变而改变，如生产布局、厂房平面开了置系统。后者的状态随时问的改变而改变，如生产系统、服务系统。
（四）封闭系统和开放系统。前者与外界环境没有交换关系；后者则与外界环境有交换关系。
（第二节）系统工程
基本概念
目前，国内外对系统工程的定义。说法不一。钱学森说：“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。”《实用工业经济管理辞典》做了如下的表述：系统工程是运用自然科学和社会科学中有关的思想、理论、方法和手段，对关系复杂、变量众多、结构庞大的系统进行分析、研究，科学地规划和组织人力、物力、财力，通过最优途径的选择，使系统在各种约束条件下达到最合理、最经济、最有效的预期目标。这就是从整体观念出发，通盘筹划合理安排整体中的每一个局部，以求得整体的最优规划、最优管理和最优控制，使每个局部都服从于一个整体目标，做到人尽其力、物尽其用、财尽其效以便发挥整体优势，力求避免资源的损失和浪费。
系统工程与传统的土木工程、机械工程等是不同的，其区别如下：
1.系统工程以系统为对象——无论是实体系统还是概念系统，都可以作为自己的研究对象。凡是要组织人力、物力、财力来完成某项任务的，都可作为系统工程的工作对象。一般工程都有自己特定的物质对象，如土木工程的对象是建筑物。前者工作的对象可以是一个社会大系统，范围极广；后者则一般是某一领域某一专业的工程项目。
2.系统工程重点注意系统与环境的关系，保证整体效果最优所采用的方法、程序、手段和决策等“软技术”的合理性；一般工程则是对特定对象技术上的合理性考虑多，如性能、结构、效率等。
3.系统工程的过程表现为对系统的规划、研究、建设、制造、试验和使用进行组织与管理的过程；而一般工程过程表现为专业技术的实践过程。因此可以说，一般工程技术在系统工程思想的指导下可以发挥更好的作用而系统工程所展开的问题又要通过有关专业工程技术来完成。
4.完成工程所需要的知识不同。搞一般工程所需要的主要是自然科学中的专业知识与技术，如物理、化学、数学等；而搞系统工程不但需要自然科学知识，还需要社会科学知识。一股工程的领导者由本专业的“硬”专家担任，而系统工程的领导者则由有关“硬”专家和“软”专家组成。
系统工程的技术理论
系统工程由于广泛研究各类系统的特性和共性，因此涉及的技术内容极为广泛。《管理系统工程》一书认为系统工程是各门专业组织管理技术的总称，该书对系统工程的主要技术内容做了如下阐述：
（一）运筹学它所要解决的问题，是在既定的条件下对系统进行全面规划，统筹兼顾，以期达到最优的目标。运筹学是系统工程的基础；系统工程则是这门科学理论的具体运用。有关运筹学问题的求解，往往需要复杂的计算。运筹学的分支主要有：
1.规划论是对线性规划、非线性规划和动态规划的合称。规划论主要研究对现有资源如何进行统一分配、全面安排、合理调度或最优设计等问题。一般归纳为在满足既定的要求下，按照某一衡量指标来寻求最优方案的问题。通常将必需满足的既定要求称为“约束条件”，将衡量指标称为“目标函数”。用数学语言表达，便是求目标函数在一定的约束条件下的极值（极大值或极小值）的问题。当约束条件表示为线性等式或线性不等式，而目标函数表示为线性函数时，就称为“线性规划”。否则，称为“非线性规划”。如果所考虑的规划问题与时间有关系，则称为“动态规划”。
2.对策论又称博弈论。它是运用数学方法来研究有利害冲突的双方在竞争活动中是否存在一方制胜他方的最优策略，以及如何找出这些策略的问题。随着对策论的不断发展，不仅考虑只有双方参加的竞争活动，还考虑有多方参加的竞争活动。在这些活动中，参加者不一定是完全对立的，还允许他们结成某种同盟。对策论的思路对解决实际问题很有用途，过去它在军事上应用较多，现在应用的范围日趋广泛。
3.排队论这是一种研究用于公用服务系统工作过程的数学理论和方法。在这个系统中，服务对象何时到达以及其占用系统时间的长短，均无法在事先预知。这是一种随机聚散现象，它通过对每个个别的随机服务观象的统计研究，找出这些随机现象平均特性的规律，从而提高服务系统的工作功能。
4.决策论它是运筹学最新发展的一个分支，如用于经营管理工作，进行系统状态的信息处理。根据占有的信息，对可能选择的策略以及采取这些策略对系统状态所产生的后果进行综合研究，以便按照某种衡量准则来选取一个最优策略。
5.库有论在经营管理中，为了促进系统有效运转，往往需要对元件、器材、设备、资金以及其它物资保持必要储备。库有论就是研究在什么时间、以什么数量、从什么来源补充这些储备，并使维持库存和补充采购总费用最少。
6.搜索论它是用来研究在寻找某种对象（如石油、矿藏、潜水艇等）的过程中，根据被寻找对象的存在规律，如何合理地使用搜索手段（如用于搜索的人力、物力、资金和时间），以便取得最好的经济效果。
7.可靠性理论它是采用可靠性的方法，研究如何将可靠性低的元件组成可靠性较高的系统，是可靠性理论的重要课题之一。
8.网络计划法它以数理统计为基础，运用网络分析的方法，将构成计划目标的所有任务，按其互相联系与时间关系组成统一的网络形式，再对网络的各项工作进行分析、预测，分清主次，明确关键，并在实施过程中随时进行调整。
（二）概率论与数理统计学概率论是研究大量偶然事件的基本规律的科学，广泛应用于概率型模型的描述。数理统计是用来研究取得数据、分析数据和整理数据的方法。
（三）控制论它是一门综合性科学，是自动控制、电子计算机、无线电通讯与神经生理学、数学等学科相互渗透的产物。它研究各种控制系统的共同控制规律即研究控制系统的状态、功能、行为方式及变动趋势，使系统按预定的目标去行动的一种技术科学。
（四）大系统理论研究的对象是规模结构极为复杂的大系统，着重分析大系统的层次结构与自动化问题。如综合自动化的钢铁联合企业、铁路自动调度系统、电力网的自动调节系统、经济管理系统、环境保护系统及大规模的情报自动检索系统等。
（五）信息论即研究信息的提取、传递、变换、存贮和流通的科学。对系统进行规划、研究、设计、控制、管理等都离不开信息。因此，信息论也是系统工程的重要理论基础。
另外还有电子计算机技术，它是系统工程重要的运算与模拟手段。
系统工程的方法
系统工程的基本思想方法：
（一）全局性观点，就是使系统处于最佳的运行状态，实现总体效果最优的系统目标。（二）综合性观点，即在完成系统任务时，要综合应用各个技术领域的科学技术成果，以及有关社会科学的思想、方法，统筹安排，使整体系统达到最优化。（三）满意性观点，“最优化”不是绝对的，而是在满足有关要求条件下，取得总体最优。（四）可行性观点，即从实际出发来制定方案。从许多可供选用的方案中选取与当时主、客观条件相适应的、切实可行的方案。
美国学者霍尔（A·D·Hall）提出的系统工程三维结构是论证比较全面而又有较大影响的思考问题的方法。
系统工程三维结构是按其活动过程分为七个阶段，按其逻辑结构分为七种程序（或步骤）。同时考虑到为完成各个阶段和步骤所需要的各种专业知识。
1.时间维（工作阶段），从系统规划设计到系统的运转更新，按时间排列的顺序，分为以下七阶段：
（1）规划阶段，即谋求活动的战略与规划。
（2）拟定方案，提出设想，拟定方案。可以拟定几个方案。
（3）研制阶段，实施系统的研制方案，在研制中进一步完善设计，制订生产计划。
（4）生产阶段，即投入生产，同时控制质量、成本。
（5）安装阶段，即系统运行前的一切工作准备就绪，并制订系统运行计划。