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从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术。它根据总体协调的需要，综合应用自然科学和社会科学中有关的思想、理论和方法，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。系统工程是系统科学中直接改造世界的工程技术。运筹学、控制论、大系统理论和系统学的创立和广泛应用，对系统工程的发展起了直接的促进作用。
研究对象系统工程的研究对象是复杂的大系统。系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分或要素结合成的、具有特定功能的有机整体。系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。系统的组成部分称为该系统的子系统。系统的复杂性主要体现在：①构成系统的要素本身就是一个系统，从而体现了系统的多层次；②系统涉及的因素是多维的；③系统是由不同质的要素集合而成的；④系统可以是包含人在内的人机系统。如阿波罗工程这个大系统是由确定登月方案，四项辅助计划，研制“土星”号运载火箭，试验飞行，研制“阿波罗”号飞船，实现载人飞行这6个子系统组成,其目的是把人送上月球。它们之间既有着相互支持的关系，又有着相互制约的关系。例如，为了增加飞船的可靠性而采用的冗余技术，势必增加飞船重量，因而需要增加火箭的推力。所以飞船重量受到火箭推力的制约。
发展历史20世纪40年代，美国贝尔电话公司在设计电话通信网络时，应用了一些科学方法，按时间顺序把工作划分为规划、研究、开发、开发过程中的研究和通用工程等5个阶段,取得了良好效果。他们把这种工作方法称为系统工程。50年代中，美国密执安大学的H.H.古德和R.E.麦克霍尔发表了第一本以系统工程命名的专著，并于60年代中编著了《系统工程手册》。60年代初，A.D.霍尔发表了《系统工程方法论》。1969年，他又提出了著名的霍尔三维结构，即系统工程形态图，为系统工程提供了一种广泛采用的方法论。50年代以来，系统工程在大型工程项目和军事装备系统的开发中充分显示了它在解决复杂问题时的效用。50年代末，美国在研制北极星导弹时首先创用了计划协调技术(PERT)。60年代，美国国家航空航天局(NASA)在执行阿波罗登月计划中又把PERT发展成图解协调技术(GERT)，并应用计算机仿真技术，确保各项试验项目按期完成。在解决各种复杂的社会技术系统和社会经济系统的最优设计和最优控制方面,系统工程也得到广泛应用,其研究领域不断扩大。60年代初中国在导弹研制过程中建立了总体设计部，采用了计划协调技术。70年代后期，中国科学家钱学森、许国志等发表《组织管理的技术──系统工程》的文章，把系统工程看成是系统科学中直接改造客观世界的工程技术，从而澄清了国外把一些学科名称混用的现象，随后又提出系统工程可以分为工程系统工程、企业系统工程、经济系统工程和军事系统工程等十几个专业。1980年成立了中国系统工程学会，迅速推动了中国系统工程的研究和应用。
应用系统工程的应用领域十分广阔。主要有：①工程系统：研究大型工程项目的规划、设计、制造和运行。②社会系统：研究整个国家和社会系统的有关问题，如人口系统等。③经济系统：研究宏观经济发展战略、经济目标体系、宏观经济政策、投入产出分析等。④农业系统：研究农业发展战略、农业结构、农业综合规划等。⑤企业系统：研究工业结构、市场预测、新产品开发、生产管理系统、全面质量管理等。⑥科学技术管理系统：研究科学技术发展战略、预测、规划和评价等。⑦军事系统：研究国防总体战略、作战模拟、情报通讯指挥系统、参谋指挥系统和后勤保障系统等。⑧环境生态系统：研究环境系统和生态系统的规划、建设、治理等。⑨人才开发系统：研究人才需求预测、人才结构分布、教育规划、智力投资等。⑩运输系统：研究铁路、公路、航运、空运等的运输规划、调度系统、运输效益分析、城市交通网络优化模型等。(11)能源系统：研究能源合理结构、能源需求预测、能源发展战略等。(12)区域规划系统：研究区域人口、经济协调发展规划、区域资源最优利用、区域经济结构等。此外，还有信息系统、水资源系统等。