系統(tǒng)工程簡明教程（第三版） 汪應(yīng)洛課件 第二章 系統(tǒng)工程基本分析方法

第二章系統(tǒng)工程基本分析方法第一節(jié)系統(tǒng)工程方法論引例第二節(jié)系統(tǒng)分析原理第三節(jié)系統(tǒng)評價方法第四節(jié)決策分析方法第五節(jié)分析實例——某特區(qū)S機(jī)場選址第一節(jié) 系統(tǒng)工程方法論引例引例1：柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃問題引例2：A機(jī)電設(shè)備制造公司運營效率診斷引例1：柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃問題 某紡織機(jī)械設(shè)備制造公司以制造噴氣織機(jī)為主營業(yè)務(wù)，產(chǎn)品位居全國高檔噴氣織機(jī)市場份額的前三位。隨著浙江、廣東個體紡織業(yè)的發(fā)展，噴氣織機(jī)的需求由原來的標(biāo)準(zhǔn)化逐步轉(zhuǎn)向個性化，為適應(yīng)產(chǎn)品多品種、小批量的特點，企業(yè)決定引進(jìn)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）來滿足制造上的要求。如何設(shè)計一個滿足本企業(yè)要求的柔性制造系統(tǒng)是擺在該企業(yè)工程規(guī)劃人員面前亟待解決的問題。 柔性制造系統(tǒng)是在自動化制造的背景下的一種制造模式，適應(yīng)于單件小批量生產(chǎn)，其特點是，自動化程度很高，系統(tǒng)可以靈活適應(yīng)產(chǎn)品的變化，但設(shè)備價格昂貴。相關(guān)概念規(guī)化是指根據(jù)需求選擇合適的設(shè)備型號和數(shù)量，并做相應(yīng)的布置柔性制造系統(tǒng)是自動化制造的背景下的一種制造模式，其特點是自動化程度很高（無人工廠），設(shè)備昂貴

設(shè)計柔性制造系統(tǒng)首先需要了解柔性制造系統(tǒng)的構(gòu)成。柔性制造系統(tǒng)包括若干加工中心，刀庫、緩沖站（Buffer）、裝卸工件的機(jī)器人、運送工件的自動導(dǎo)引小車（AGV）以及運輸軌道系統(tǒng)構(gòu)成。

柔性制造系統(tǒng)構(gòu)成實例設(shè)計環(huán)境零件不確定零件工藝不同在不同機(jī)床上進(jìn)行不同加工依照不同次序，零件到達(dá)分布規(guī)律是隨機(jī)的，但符合某種分布，零件加工的過程相當(dāng)于排隊網(wǎng)如何設(shè)計制造系統(tǒng)？設(shè)計過程需求分析初步設(shè)計與成本規(guī)格確定機(jī)床數(shù)量零件流刀具流夾具操作工最終設(shè)計實施UserSupplier引例2：A機(jī)電設(shè)備制造公司運營效率診斷

A機(jī)電設(shè)備制造有限公司（以下簡稱A公司）系中國某機(jī)電設(shè)備制造公司與日本某機(jī)電株式會社合資組建的合資公司，其產(chǎn)品主要為電器設(shè)備。該公司系全國先進(jìn)制造技術(shù)試點網(wǎng)點單位，其設(shè)備完全采用日本公司所提供自動化加工中心和數(shù)控機(jī)床，并配備先進(jìn)的全自動立體倉庫。公司管理信息系統(tǒng)采用德國的SAPR/3MRPII（制造資源規(guī)劃）系統(tǒng)。 公司人力資源來自中日雙方合資母公司。由于日方更關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量能否達(dá)到其本國標(biāo)準(zhǔn)，因而公司制造部部長由日方出任，日方的另外一名員工是候任總經(jīng)理，由于合資雙方各占50%的股份，總經(jīng)理由中日雙方輪流擔(dān)任，每4年更換一次總經(jīng)理，由中方首先派出總經(jīng)理。公司組織結(jié)構(gòu)圖總經(jīng)理管理部長制造部長行政財務(wù)供銷裝配加工NC技術(shù)計劃操作層ABCDEFGHIJK日本人分析問題：

診斷并設(shè)計新的組織結(jié)構(gòu)

“人人有事干，事事有人干”方法論研究：從哪里開始著手解決問題？如何設(shè)計解決問題的過程？如何最終完成企業(yè)提出的問題？小結(jié) 上述兩個問題分別屬于兩類問題，柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計屬于工程系統(tǒng)問題，霍爾方法論可以很好的解決類似的硬問題。 企業(yè)組織效率與工作系統(tǒng)設(shè)計屬于社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)一類的軟問題，切克蘭德方法論適合于解決該類問題。第二節(jié) 系統(tǒng)分析原理概念系統(tǒng)工程是研究大規(guī)模復(fù)雜問題的思想、方法（論）、程序與技術(shù)的總稱“程序”即指系統(tǒng)分析過程，就是常說的解決問題的“套路”系統(tǒng)分析是用科學(xué)或數(shù)量的方法對系統(tǒng)進(jìn)行研究的一種方法廣義系統(tǒng)分析就等同于系統(tǒng)工程狹義的系統(tǒng)分析是指運用建模、優(yōu)化、仿真、評價等技術(shù)對系統(tǒng)的各個方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程系統(tǒng)分析過程可分為闡明問題、分析研究與評價比較三個階段系統(tǒng)分析程序系統(tǒng)分析過程一、闡明問題二、謀劃被選方案三、建模與預(yù)計后果四、預(yù)測未來環(huán)境五、評比被選方案六、系統(tǒng)工程報告一、闡明問題幾個概念提出問題與解決問題硬問題與軟問題決策者，提出問題者，委托人與SA人員闡明階段的工作內(nèi)容問題的性質(zhì)問題的條件闡明階段的工作內(nèi)容問題的性質(zhì)問題提出者？決策者？他們的目的？相關(guān)問題？環(huán)境？問題的條件（約束）大體資源？人力？物力？財力？技術(shù)？時間？其他約束？二、謀劃備選方案案例：美國阿拉斯加原油運輸方案謀劃方案技術(shù)頭腦風(fēng)暴法Delphi法635法類比法矩陣法三、建模與預(yù)計后果

常見模型：結(jié)構(gòu)模型、數(shù)學(xué)模型、仿真模型國防科技大學(xué)的杜玠教授將模型分為：原樣模型相似模型邏輯模型數(shù)學(xué)模型西安交通大學(xué)李懷祖教授將模型分為：分析模型仿真模型博奕模型判斷模型此外，還有許多其他模型分類方法，如按模型量化的程度分定性模型（遞階結(jié)構(gòu)模型）、定量模型（狀態(tài)空間方程）以及定性定量行相結(jié)合模型（系統(tǒng)動力學(xué)）等。四、預(yù)測未來環(huán)境每項系統(tǒng)工程都需要預(yù)測各種備選方案的后果，而每種后果都與將付諸實施時的環(huán)境有關(guān)通常使用“情景分析法”解決方案的未來環(huán)境問題五、評比被選方案評價方法關(guān)聯(lián)矩陣法逐對比較法古林法AHP法模糊評價法六、系統(tǒng)工程報告系統(tǒng)工程報告分類簡略報告（給決策人）主體報告（給委托人）技術(shù)報告（給專家，學(xué)位論文）第三節(jié) 系統(tǒng)評價方法系統(tǒng)評價要素系統(tǒng)評價工具—關(guān)聯(lián)矩陣逐對比較法古林法層次分析（AHP

）法模糊綜合評價法一、系統(tǒng)評價要素系統(tǒng)評價是多方面要素（5W1H）所構(gòu)成的問題復(fù)合體評價對象（What）評價主體（Who）評價目的（Why）評價時期（When）評價地點（Where）評價方法（How）認(rèn)識評價問題(5W1H)搜集、整理、分析資料方案準(zhǔn)則主體選擇評價方法、建立評價模型

分析、計算評價值綜合評價決策關(guān)聯(lián)矩陣法（原理性方法）層次分析法（評價要素多層次分布）模糊綜合評判法（多評價主體）程序和方法

二、關(guān)聯(lián)矩陣法關(guān)聯(lián)矩陣是常用的系統(tǒng)綜合評價工具，它主要是用矩陣的形式來表示各替代方案有關(guān)評價指標(biāo)及其重要度與方案關(guān)于具體指標(biāo)的價值評定量之間的關(guān)系A(chǔ)i是某評價對象的m個替代方案；Xj是評價替代方案的n個評價指標(biāo)或評價項目；ωj是n個評價指標(biāo)的權(quán)重；Vij是第i個替代方案Ai的關(guān)于指標(biāo)Xj的價值評定量（其中i=1~m,j=1~n）Vi

X1X2

…Xn

XjVijAiA1A2Am…………………...逐對比較法、古林法

Vij

=?三、逐對比較法例

某農(nóng)業(yè)縣為提高其土地產(chǎn)值決定從市場上購進(jìn)一批高效化肥，現(xiàn)有A1、A2、A3三種類型的化肥采購方案可供選擇。通過權(quán)威部門及人士討論決定評價指標(biāo)為五項。它們分別是：①畝產(chǎn)量x1/kg；②每百斤產(chǎn)量費用x2/元；③每畝用工x3/工日；④每畝純收入x4/元；⑤土壤肥力增減級數(shù)x5根據(jù)專業(yè)人士的預(yù)測和估計，實施這三種方案后關(guān)于五個評價項目的結(jié)果如下表所示x1/kgx2/元x3/工日x4/元x5A114004.1221154A218004.8351254A321506.552902方案能達(dá)到的指標(biāo)值逐對比較法步驟一：用逐對比較法，求出各評價指標(biāo)的權(quán)重評價指標(biāo)比較次數(shù)累計得分權(quán)重12345678910x1111030.3x2011020.2x3000000x4001010.1x5111140.4評價的指標(biāo)及其權(quán)重逐對比較法評價值x1/kgx2/元x3/工日x4/元x552200以上3以下20以下140以上641900-22003-420-30120-140531600-19004-530-40100-120421300-16005-640-5080-100311000-13006-750-6060-80201000以下7以上60以上60以下1步驟二：由評價主體確定評價尺度，如下表方案的評價尺度逐對比較法步驟三：根據(jù)評價尺度表及方案指標(biāo)值表，對各替代方案的進(jìn)行綜合評定對替代方案A1有

V1=0.3*2+0.2*3+0.1*3+0.4*3=2.7對替代方案A2有

V2=0.3*3+0.2*3+0*3+0.1*4+0.4*3=3.1對替代方案A4有

V3=0.3*4+0.2*1+0*1+0.1*2+0.4*1=2.0逐對比較法x1x2/元x3/工日x4/元x5Vi0.30.200.10.4A1234332.7A2333433.1A3411212.0關(guān)聯(lián)矩陣?yán)聿襟E三：將以上計算結(jié)果用關(guān)聯(lián)矩陣表示四、古林法步驟一：確定評價指標(biāo)的重要度Rj

序號評價項目RjKjWj1土壤肥力增減級數(shù)x53180.5802畝產(chǎn)量x11.560.1943每百斤產(chǎn)量費用x2240.1294每畝純收入x4220.0655每畝用工x3—10.032合計311.000關(guān)聯(lián)矩陣?yán)砉帕址ú襟E二：Rj的基準(zhǔn)化處理

設(shè)基準(zhǔn)化處理的結(jié)果為Kj，以最后一個評價指標(biāo)作為基準(zhǔn)，令其K值為1，自下而上計算其他評價項目的K值步驟三：Kj的歸一化處理

將Kj列的數(shù)值相加，分別除以各行的K值，所得結(jié)果即分別為各評價項目的權(quán)重Wj古林法序號（j）評價項目替代方案RjKjVij1畝產(chǎn)量x1A1A2A30.7780.837—0.6510.83710.2620.3360.4022每百斤產(chǎn)量費用x2A1A2A31.1711.354—1.5861.35410.4020.3440.2543每畝用工x3A1A2A31.5911.486—2.3641.48610.4880.3060.2064每畝純收入x4A1A2A30.9201.389—1.2781.38910.3480.3790.2735土壤肥力增減敘述x5A1A2A31.0002.000—2.0002.00010.4000.4000.200步驟四：對各替代方案逐項進(jìn)行評價

古林法求Vij例表古林法x1x2/元x3/工日x4/元x5Vi0.1940.1290.0320.0650.580A10.2620.4020.4880.3480.4000.373A20.3360.3440.3060.3790.4000.376A30.4020.2540.2060.2730.2000.251步驟五：綜合關(guān)聯(lián)矩陣?yán)砗蚔ij例表的結(jié)果，即可計算三個替代方案的綜合評定結(jié)果關(guān)聯(lián)矩陣?yán)砘驹懋a(chǎn)生與發(fā)展基本思想和實施步驟基本方法舉例——供應(yīng)商評價AHP一般方法建立評價系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣要素相對權(quán)重或重要度向量W的計算方法

五、層次分析法

產(chǎn)生與發(fā)展

許多評價問題的評價對象屬性多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以完全采用定量方法或簡單歸結(jié)為費用、效益或有效度進(jìn)行優(yōu)化分析與評價，也難以在任何情況下做到使評價項目具有單一層次結(jié)構(gòu)。需要首先建立多要素、多層次的評價系統(tǒng)，并采用定性與定量有機(jī)結(jié)合的方法或通過定性信息定量化的途徑，使復(fù)雜的評價問題明朗化 美國運籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授T.L.薩迪于20世紀(jì)70年代初提出了著名的AHP（AnalyticHierarchyProcessing，解析遞階過程，通常意譯為“層次分析”）方法

基本原理基本原理基本思想

AHP方法把復(fù)雜的問題分解為各個組成因素，又將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合有關(guān)人員的判斷，確定各備選方案相對重要性的總排序。實施步驟分析評價系統(tǒng)中各基本要素之間的關(guān)系，建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)對同一層次的各元素關(guān)于上一層中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗由判斷矩陣計算被比較要素對于該準(zhǔn)則的相對權(quán)重計算各層要素對系統(tǒng)目的（總目標(biāo)）的合成（總）權(quán)重，并對各備選方案排序?；痉椒ㄅe例——供應(yīng)商評價一、建立該供應(yīng)商評價問題的遞階結(jié)構(gòu)

基本方法舉例——供應(yīng)商評價二、建立各階層的判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗判斷矩陣標(biāo)度定義標(biāo)度含義1兩因素相比，具有同等重要程度3兩因素相比，前者比后者稍重要5兩因素相比，前者比后者明顯重要7兩因素相比，前者比后者強(qiáng)烈重要9兩因素相比，前者比后者極端重要2，4，6，8取上述兩相鄰判斷中的中值倒數(shù)兩個要素相比，后者比前者的重要性標(biāo)度基本方法舉例——供應(yīng)商評價AB1B2B3WiWi0λmiB11231.8170.5283.054B21/2131.1450.3323.054B31/31/310.4810.1403.053B1C1C2C3WiWi0λmiC1151/31.1860.2873.094C21/511/60.3220.0783.093C33612.6210.6353.095三、判斷矩陣及重要度計算和一致性檢驗的過程和結(jié)果基本方法舉例——供應(yīng)商評價B2C1C2C3WiWi0λmiC111/381.3870.3003.105C231930.6483.107C31/81/910.2400.0523.111B3C1C2C3WiWi0λmiC11583.4200.7333.094C21/5140.9280.2003.095C31/81/410.3150.0673.094三、判斷矩陣及重要度計算和一致性檢驗的過程和結(jié)果基本方法舉例——供應(yīng)商評價B1B2B30.5280.3320.140C10.2870.3000.7330.354C20.0780.6480.2000.284C30.6350.0520.0670.362四、求各方案的總重要度方案總重要度計算例表結(jié)果表明，三個方案的優(yōu)劣順序為：C3、C1、C2，故S3優(yōu)于S1，S1優(yōu)于S2 一、建立評價系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)三個層次最高層中間層最底層三種結(jié)構(gòu)形式完全相關(guān)結(jié)構(gòu)。完全獨立結(jié)構(gòu)——樹形結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)（包括帶有子層次的混合結(jié)構(gòu)）。兩種建立遞階層次結(jié)構(gòu)的方法分解法解釋結(jié)構(gòu)模型化方法（ISM法）AHP一般方法AHP一般方法 二、構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣判斷矩陣的性質(zhì)兩兩比較判斷的次數(shù)定量指標(biāo)的處理一致性檢驗方法計算一致性指標(biāo)C.I.查找相應(yīng)的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.計算一致性比例C.R. 三、要素相對權(quán)重或重要度向量W的計算方法求和法（算術(shù)平均法）方根法（幾何平均法）特征根方法最小二乘法AHP一般方法引例——醫(yī)院健康狀況會診的系統(tǒng)評價主要步驟及有關(guān)概念理論與方法基礎(chǔ)六、模糊綜合評價法醫(yī)院健康狀況會診的系統(tǒng)評價良好一般差很壞x1氣色（0.2）7210x2力氣（0.1）5410x3食欲（0.3）4411x4睡眠（0.2）3502x5精神（0.2）4321綜合評價醫(yī)院健康狀況會診的原始表格及10名醫(yī)生對某人健康狀況評價意見的統(tǒng)計結(jié)果如圖所示醫(yī)院健康狀況會診的系統(tǒng)評價良好（90）一般（70）差（50）很壞（30）說明x1（0.2）0.70.20.10該隸屬度是表2-14中評價結(jié)果占總?cè)藬?shù)的比重，即由表2-14每行數(shù)值除以10得到的結(jié)果x2（0.1）0.50.40.10x3（0.3）0.40.40.10.1x4（0.2）0.30.500.2x5（0.2）0.40.30.20.1綜合隸屬度0.450.360.100.09綜合評價結(jié)果綜合得分73.40經(jīng)分析計算得到的綜合評價結(jié)果如下主要步驟及有關(guān)概念1、確定因素集F和評定（語）集E

因素集F即評價項目或指標(biāo)的集合，評定集或評語集E即評價等級的集合

2、統(tǒng)計、確定單因素評價隸屬度向量，并形成隸屬度矩陣

所謂隸屬度rij，是指多個評價主體對某個評價對象在fi方面做出ej評定的可能性大?。赡苄猿潭龋?/p>

3、確定權(quán)重向量WF等

WF為評價項目或指標(biāo)的權(quán)重或權(quán)系數(shù)向量

4、按某種運算法則，計算綜合評定向量S（綜合隸屬度向量）及綜合評定值（綜合得分）理論與方法基礎(chǔ)模糊數(shù)學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展模糊子集最大隸屬（度）原則第四節(jié) 決策分析方法一、決策的概念二、決策問題的基本模型和常見類型三、幾類基本決策問題的分析一、決策的概念決策是管理的重要職能，它是決策者對系統(tǒng)方案所作決定的過程和結(jié)果，是決策者的行為和職責(zé)決策分析的過程：問題分析、診斷及信息活動對目標(biāo)、準(zhǔn)則及方案的設(shè)計活動對非劣備選方案進(jìn)行綜合分析、比較、評價的抉擇或選擇活動將決策結(jié)果付諸實施并進(jìn)行有效評估、反饋、跟蹤、學(xué)習(xí)的執(zhí)行或?qū)嵤┗顒?。二?）、決策問題的基本模型決策問題的基本模式為：Wij=f(Ai,θj),i=1,2,……m，j=1,2,……n

Ai——決策者的第i種策略或第i種方案，屬于決策變量，是決策者的可控因素；

θj——決策者和決策對象（決策問題）所處的第種j環(huán)境條件或第j種自然狀態(tài)，屬于狀態(tài)變量，是決策者不可控制的因素；

Wij——決策者在第j種狀態(tài)下選擇第i種方案的結(jié)果，是決策問題的價值函數(shù)，一般叫益損值、效用值。二（2）、決策問題的常見類型三、幾類基本決策問題的分析確定性決策條件：存在決策者希望達(dá)到的明確目標(biāo)（收益大或損失小等）存在確定的自然狀態(tài)存在著可供選擇的兩個以上的行動方案不同行動方案在確定狀態(tài)下的益損值可以計算出來方法：在方案數(shù)量較大時，常用運籌學(xué)中規(guī)劃論等方法來分析解決，如線性規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃案例：EOQ模型幾類基本決策問題的分析風(fēng)險性決策條件存在決策者希望達(dá)到的明確目標(biāo)（收益大或損失小等）存在兩個以上不易決策者主觀意志為轉(zhuǎn)移的自然狀態(tài)，但決策者或分析人員根據(jù)過去的經(jīng)驗和科學(xué)理論等可以預(yù)先估算出自然狀態(tài)的概率值存在著兩個以上可供決策者選擇的行動方案不同行動方案在確定狀態(tài)下的益損值可以計算出來方法期望值決策樹法幾類基本決策問題的分析不確定性決策條件存在決策者希望達(dá)到的明確目標(biāo)（收益大或損失小等）自然狀態(tài)不確定，且其出現(xiàn)的概率不可知存在著兩個以上可供決策者選擇的行動方案不同行動方案在確定狀態(tài)下的益損值可以計算出來方法樂觀法悲觀法等概率法后悔值法第五節(jié) 分析實例——某特區(qū)S機(jī)場選址一、問題的背景二、決策影響因素三、備選方案的特征分析四、解決機(jī)場選址問題步驟五、結(jié)論一、問題的背景項目背景

上世紀(jì)80年代初，S市的領(lǐng)導(dǎo)班子根據(jù)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，決定建設(shè)一個國際機(jī)場備選方案謀劃

通過對HT、BS、CA、HD、NL、TL等6個場址做調(diào)查研究，進(jìn)行可行性研究和初步篩選后，決定在HT和BS場址之間選擇最終方案

二、決策影響因素地理位置距離城鎮(zhèn)的距離與城市發(fā)展相協(xié)調(diào)凈空問題環(huán)保問題飛機(jī)噪聲污染預(yù)防鳥擊飛機(jī)污水便于排除效益問題三、備選方案的特征分析方案一：HT選址場址位于該市與某特區(qū)之間，位置適中，貨運方便，而且可以爭取到更多的國際客源方案二：BS選址客源主要來自內(nèi)陸地區(qū)，不會影響城市的發(fā)展，便于飛機(jī)安全飛行，地域廣闊、凈空條件好、噪聲影響也不大、供水供電都容易解決四、解決機(jī)場選址問題步驟本案例運用AHP方法進(jìn)行分析決策的步驟如下：(1)分析評價系統(tǒng)中各基本要素之間的關(guān)系，建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)(2)對同一層次的各要素關(guān)于上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣（專家調(diào)查法）(3)由判斷矩陣計算被比較要素對于該準(zhǔn)則的相對權(quán)重（方根法）(4)計算各層要素相對于系統(tǒng)目的（總