系統(tǒng)工程課件

系統(tǒng)工程

（SystemsEngineering,SE）

—管理系統(tǒng)工程方法論及其應(yīng)用Why?

時(shí)代特征及社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)

經(jīng)濟(jì)全球化動(dòng)態(tài)市場(chǎng)帶來挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)（變化）社會(huì)加速信息化創(chuàng)新開始成為時(shí)代的最強(qiáng)音社會(huì)進(jìn)入合作競(jìng)爭(zhēng)新時(shí)代（COOPETITION；GUANXI）

可持續(xù)發(fā)展引起普遍關(guān)注

引言:Why“要學(xué)一點(diǎn)系統(tǒng)工程”引言:Why管理科學(xué)的發(fā)展與管理人才培養(yǎng)

管理科學(xué)發(fā)展的“制高點(diǎn)”——系統(tǒng)化管理T型人才

交通大學(xué)的發(fā)展及其管理學(xué)院的學(xué)科優(yōu)勢(shì)

錢學(xué)森、許國志、汪應(yīng)洛……引言:What/WhenWhat/When?

SE是以大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)（特別是管理系統(tǒng)）為研究對(duì)象，在系統(tǒng)理論、管理科學(xué)及其運(yùn)籌學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上形成的一門交叉學(xué)科。通過學(xué)習(xí)，主要使學(xué)生掌握分析與解決各種管理系統(tǒng)問題的思想、程序和方法。引言:What/When第1講系統(tǒng)工程概述[（1）+3]第2講系統(tǒng)工程理論[1]第3講系統(tǒng)工程方法論[3](課堂討論1)[4/第一段合計(jì)12]第4講系統(tǒng)模型與模型化[7]（課堂練習(xí)1）[1]引言:What/When第5講系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法[4]（課堂練習(xí)2）[2/第二段合計(jì)14]第6講系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法[4]第7講決策分析方法[4]（課堂練習(xí)3）[2/第三段合計(jì)10]第8、9、10講系統(tǒng)工程應(yīng)用實(shí)例[6]（課堂討論2）[5+（1）/第四段合計(jì)12]引言:Who/WhereWho/Where?

Who

——

學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。

Where

——

將課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)結(jié)合起來！引言:HowHow?建議

注重系統(tǒng)思考

堅(jiān)持問題導(dǎo)向 采用系統(tǒng)化方法教學(xué)要求

上課及考核引言:How教學(xué)參考書：汪應(yīng)洛主編，系統(tǒng)工程（第3版），機(jī)械工業(yè)出版社，2003.8課程網(wǎng)址：

第一講系統(tǒng)工程概述一.系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用二.系統(tǒng)工程的研究對(duì)象三.系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)第一講系統(tǒng)工程概述(一)系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展

系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即：“只見森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段—“只見樹木”階段—“先見森林，后見樹木”（科學(xué)的系統(tǒng)思想）階段。古代中國和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻(xiàn)。

一.系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展整體思想和聯(lián)系思想是科學(xué)系統(tǒng)思想的核心與實(shí)質(zhì)。

一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)及自組織理論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和SE的理論基礎(chǔ)。

(二)系統(tǒng)工程的發(fā)展概況階段年代（份）重大工程實(shí)踐或事件重要理論與方法貢獻(xiàn)I1930美國發(fā)展與研究廣播電視正式提出系統(tǒng)方法（Systemsapproach）的概念1940美國實(shí)施彩電開發(fā)計(jì)劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國Bell電話公司開發(fā)微波通訊系統(tǒng)正式使用系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）一詞II第二次世界大戰(zhàn)期間英、美等國的反空襲等軍事行動(dòng)產(chǎn)生軍事運(yùn)籌學(xué)（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀(jì)40年代美國研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”運(yùn)用SE，并推動(dòng)了其發(fā)展1945美國空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強(qiáng)調(diào)了其重要性III40年代后期到50年代初期運(yùn)籌學(xué)的廣泛運(yùn)用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應(yīng)用、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學(xué)科基礎(chǔ)IV1957H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作系統(tǒng)工程學(xué)科形成的標(biāo)志1958美國研制北極星導(dǎo)彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國自動(dòng)控制學(xué)家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位IV1957H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作系統(tǒng)工程學(xué)科形成的標(biāo)志1958美國研制北極星導(dǎo)彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國自動(dòng)控制學(xué)家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位V1972國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應(yīng)用開始從工程領(lǐng)域進(jìn)入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，并發(fā)展到了一個(gè)重要的新階段。70年代SE的廣泛應(yīng)用在國際上達(dá)到高潮VI80年代SE在國際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國的研究與應(yīng)用達(dá)到高潮(三)系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應(yīng)用上世紀(jì)50至60年代，我國的一些研究機(jī)構(gòu)和著名學(xué)者為SE的研究與應(yīng)用作了理論上的探討、應(yīng)用上的償試和技術(shù)方法上的準(zhǔn)備。其主要標(biāo)志和集中代表是錢學(xué)森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國志的《運(yùn)籌學(xué)》。

我國大規(guī)模地研究與應(yīng)用SE是從70年代末、80年代初開始的。

1978年9月27日，錢學(xué)森、許國志、王壽云在《文匯報(bào)》發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”的長篇文章；

從1978年起，西安交大、天津大學(xué)、清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、大連理工大學(xué)等國內(nèi)著名大學(xué)開始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生；

1980年11月，中國系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)在北京成立；

1980年10月至1981年1月，中國科協(xié)、中央電視臺(tái)會(huì)同中國系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)、中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦“系統(tǒng)工程電視普及講座（45講）”，取得了良好的社會(huì)效果。70年代末以來，應(yīng)用SE理論和方法來研究與解決我國的重大現(xiàn)實(shí)問題，在許多領(lǐng)域和方面取得了較好的效果，如：人口問題的定量研究及應(yīng)用（始于1978年）、2000年中國的研究(1983至1985年）、全國和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）、全國人才和教育規(guī)劃（始于1983年）、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程（始于1980年）、區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略（始于1982年）、投入產(chǎn)出表的應(yīng)用（始于60年代和1976年）、軍事系統(tǒng)工程（始于1978年）、水資源的開發(fā)利用（始于1978年）等。90年代以來，系統(tǒng)工程在與企業(yè)發(fā)展結(jié)合、與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合、與實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合、與思維科學(xué)結(jié)合等方面已具有初步結(jié)果和強(qiáng)勁勢(shì)頭。(一)SE的研究對(duì)象是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)

該類系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、屬性及目標(biāo)多樣、一般為人-機(jī)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)性突出等。第一講:系統(tǒng)工程概述二.系統(tǒng)工程的研究對(duì)象(二)系統(tǒng)的概念

1.系統(tǒng)的定義

系統(tǒng)是由兩個(gè)以上相互聯(lián)系的要素所構(gòu)成，且具有特定功能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境的整體。2.系統(tǒng)的屬性

整體性、關(guān)聯(lián)性、環(huán)境適應(yīng)性。3.管理系統(tǒng)(參見思考題1、3)

管理系統(tǒng)問題舉例國家政策市場(chǎng)研究技術(shù)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)競(jìng)爭(zhēng)狀況企業(yè)能力資金來源資源條件社會(huì)需求生產(chǎn)可能生產(chǎn)組織與控制物、財(cái)、人、信息生產(chǎn)控制庫存控制質(zhì)量控制成本控制資金回收產(chǎn)品銷售服務(wù)調(diào)查經(jīng)營目標(biāo)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)營計(jì)劃生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備技術(shù)文件勞動(dòng)力勞動(dòng)手段勞動(dòng)對(duì)象環(huán)境分析經(jīng)營決策與計(jì)劃投入轉(zhuǎn)換產(chǎn)出圖1—1工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)過程示意圖

(三)系統(tǒng)的類型

自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)主要明確SE研究什么樣的系統(tǒng)問題

三.SE的內(nèi)容與特點(diǎn)

所謂SE，是用來開發(fā)、運(yùn)行、革新一個(gè)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)所需思想、程序、方法的總和（或總稱）。

SE強(qiáng)調(diào)以下基本觀點(diǎn)：

(1)整體性和系統(tǒng)化觀點(diǎn)（前提）(2)總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點(diǎn)（目的）

(3)多種方法綜合運(yùn)用的觀點(diǎn)（手段）

(4)問題導(dǎo)向及反饋控制觀點(diǎn)（保障）思考討論題1、選擇一個(gè)你所熟悉的系統(tǒng)問題說明：(1)系統(tǒng)的功能及其要素；(2)系統(tǒng)的環(huán)境及輸入、輸出；(3)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(最好用框圖表達(dá))；(4)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、環(huán)境的關(guān)系。2、說明系統(tǒng)一般屬性的含義，并據(jù)此歸納出若干系統(tǒng)思想或觀點(diǎn)；3、管理系統(tǒng)有何特點(diǎn)?為什么說現(xiàn)代管理系統(tǒng)是典型的(大規(guī)模)復(fù)雜系統(tǒng)?4、請(qǐng)總結(jié)系統(tǒng)工程(學(xué))的特點(diǎn)(結(jié)合第二、三章內(nèi)容)。5、結(jié)合系統(tǒng)工程應(yīng)用領(lǐng)域，說明系統(tǒng)工程在你所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的可能應(yīng)用及其前景。

本章講義第二講SE理論與方法論一．SE理論二．SE基本工作過程三．系統(tǒng)分析原理及其應(yīng)用一．SE理論一般系統(tǒng)論（generalsystemtheory)

1924~1928;奧地利理論生物學(xué)家L.VON貝塔朗菲；1945年發(fā)表《關(guān)于一般系統(tǒng)論》研究復(fù)雜系統(tǒng)一般規(guī)律的學(xué)科

基本觀點(diǎn)：整體性

開放性及目的性（有效性、適應(yīng)性、尋的性）動(dòng)態(tài)相關(guān)性（動(dòng)態(tài)性取決于相關(guān)性）等級(jí)層次性有序性（結(jié)構(gòu)或空間；發(fā)展或時(shí)間）SE理論控制論（Cybernatics）

維納于1948年出版了《控制論》一書經(jīng)典控制論——現(xiàn)代控制論——大系統(tǒng)控制理論

研究大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、穩(wěn)定性、最優(yōu)化、

建模及模型簡(jiǎn)化等。

對(duì)系統(tǒng)方法的啟示：

黑箱-灰箱-白箱法功能模擬法形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法SE理論信息論

美國數(shù)學(xué)家申農(nóng)（C.E.Shannon）和維納（信息科學(xué)）以信息為主要研究對(duì)象，以信息的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用方法為主要研究內(nèi)容，以計(jì)算機(jī)、光導(dǎo)纖維等為主要研究工具，以擴(kuò)展人類的信息功能為主要研究目標(biāo)。

類比方法統(tǒng)計(jì)方法信息方法（運(yùn)用信息的觀點(diǎn)，把系統(tǒng)看作是借助于信息的獲取、傳遞、加工、處理而實(shí)現(xiàn)其有目的性的運(yùn)動(dòng)的一種研究方法）SE理論耗散結(jié)構(gòu)理論（dissipativestructuretheory)1969；比利時(shí)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)家I.普利高津研究遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的一種理論協(xié)同學(xué)（synergetics）70年代初，聯(lián)邦德國理論物理學(xué)家H.哈肯研究協(xié)同系統(tǒng)從無序到有序的演化規(guī)律的新興綜合性學(xué)科

SE理論超循環(huán)理論（hypercycletheory）1971，德國生物物理學(xué)家M.艾根研究分子自組織的一種理論突變論（catastrophetheory）60年代末，法國數(shù)學(xué)家R.托姆研究不連續(xù)現(xiàn)象的一個(gè)新興數(shù)學(xué)分支，也是一般形態(tài)學(xué)的一種理論，能為自然界中形態(tài)的發(fā)生和演化提供數(shù)學(xué)模型SE理論微分動(dòng)力系統(tǒng)（differentialdynamicalsystems）60年代初，S.斯梅爾、廖山濤（北大數(shù)學(xué)教授）系統(tǒng)科學(xué)的一個(gè)數(shù)學(xué)分支。主要研究隨時(shí)間演變的動(dòng)力系統(tǒng)的整體性質(zhì)及其在擾動(dòng)中的變化SE理論分岔理論（bifurcationtheory）50年代，蘇聯(lián)學(xué)者A.A.安德羅諾夫等研究分岔現(xiàn)象的特性和產(chǎn)生機(jī)理的數(shù)學(xué)理論（早在19世紀(jì)，C.雅可比、H.龐加萊等人就已引進(jìn)“分岔”概念）卡姆定理（KAMtheorem）50年代中至60年代初，A.H柯爾莫戈羅夫、B.И.阿諾德、J.莫澤先后提出和證明關(guān)于哈密頓力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的一種論斷，它反映“弱”不可積（或接近可積）系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，該定理是牛頓力學(xué)在20世紀(jì)的重大進(jìn)展SE理論泛系理論（pansystemstheory）1976，吳學(xué)謀（中科院武漢數(shù)理所研究員）一種研究廣義系統(tǒng)、關(guān)系的理論和方法，又稱泛系方法或泛系方法論灰色系統(tǒng)理論（graysystemstheory）1979，鄧聚龍（華中科技大教授）關(guān)于信息不完全或不確定系統(tǒng)的控制理論，應(yīng)用在系統(tǒng)預(yù)測(cè)等方面SE理論錢學(xué)森——

我認(rèn)為把運(yùn)籌學(xué)、控制論和信息論同貝塔朗菲（一般系統(tǒng)論）、普利高津（耗散結(jié)構(gòu)理論）、哈肯（協(xié)同學(xué)）、艾根（超循環(huán)理論）等人的工作融會(huì)貫通，加以整理，就可以寫出《系統(tǒng)學(xué)》這本書了。SE理論復(fù)雜系統(tǒng)理論以非線性自組織理論為核心的系統(tǒng)理論（歐洲學(xué)派）以圣菲研究所（SFI）為代表的理論框架，其代表性理論是1994年霍蘭提出的CAS（復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)）理論（美國學(xué)派）以開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論為核心的理論體系（中國學(xué)派）二．SE基本工作過程1.霍爾三維結(jié)構(gòu)A.D.Hall1969系統(tǒng)工程活動(dòng)矩陣：T-L知識(shí)維（K）運(yùn)籌學(xué)控制論社會(huì)科學(xué)工程技術(shù)……邏輯維（L）規(guī)劃階段設(shè)計(jì)階段分析階段運(yùn)籌階段實(shí)施階段運(yùn)行階段更新階段時(shí)間維(T)擺明問題系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案綜合模型化實(shí)施計(jì)劃決策最優(yōu)化SE基本工作過程2.切克蘭德方法論問題及其環(huán)境的識(shí)別與表達(dá)建立概念模型(目標(biāo)系統(tǒng)概念化)根底定義比較尋求改善途徑選擇設(shè)計(jì)實(shí)施評(píng)估.SE基本工作過程3.兩種方法輪的比較(?)

相同點(diǎn)：?jiǎn)栴}導(dǎo)向；注重程序及階段；…

不同點(diǎn)：(研究對(duì)象或應(yīng)用領(lǐng)域、基本方法、

核心內(nèi)容或關(guān)鍵點(diǎn)、反饋機(jī)制、…)應(yīng)用——企業(yè)管理系統(tǒng)工程活動(dòng)矩陣（框架——H；內(nèi)容——C）

問題現(xiàn)狀說明關(guān)聯(lián)要素分析方向目標(biāo)及指標(biāo)設(shè)計(jì)對(duì)象系統(tǒng)的再認(rèn)識(shí)變革途徑探索比較、分析、權(quán)衡、評(píng)價(jià)組織行為分析實(shí)施與改進(jìn)1.企業(yè)診斷與環(huán)境分析

2.企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃

3.產(chǎn)品研究與開發(fā)管理

4.企業(yè)經(jīng)營決策與計(jì)劃

5.生產(chǎn)要素的準(zhǔn)備及投入管理

6.生產(chǎn)過程的組織與控制

7.銷售服務(wù)與資金回收管理

8.企業(yè)管理系統(tǒng)更新和企業(yè)經(jīng)營環(huán)境改善

邏輯步驟活動(dòng)項(xiàng)目工作過程

三、系統(tǒng)分析原理及應(yīng)用

1.系統(tǒng)分析概念系統(tǒng)分析（SA）是在對(duì)系統(tǒng)問題現(xiàn)狀及目標(biāo)充分挖掘的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建模及預(yù)測(cè)、優(yōu)化、仿真、評(píng)價(jià)等方法，對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為決策者選擇滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。

SA是SE的核心內(nèi)容、分析過程和基本方法。

系統(tǒng)分析原理SA要素：

①問題②目的及目標(biāo)③方案④模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真）⑤評(píng)價(jià)⑥決策者2.SA程序認(rèn)識(shí)問題探尋目標(biāo)綜合方案模型化優(yōu)化或仿真分析系統(tǒng)評(píng)價(jià)決策（分析）NY初步SA規(guī)范分析綜合分析系統(tǒng)分析原理-----SA程序SA程序圖是SA的一般過程，也為全課程提供了基本的邏輯框架，因而十分重要。在對(duì)其理解和應(yīng)用上應(yīng)注意以下各點(diǎn)：①重視做好初步SA.

5W1H(What/Why/Who/Where/When/How)方法是做好這段工作的基本線索。②在規(guī)范分析中一般需（或盡可應(yīng)）建立結(jié)構(gòu)模型、數(shù)學(xué)模型或仿真模型。系統(tǒng)分析原理-----SA程序③每段結(jié)束后系統(tǒng)方案的變化軌跡是：可行方案→非劣方案→經(jīng)排序的非劣方案（或稱選擇性方案）。④環(huán)境分析貫穿SA全過程，在SA中是十分重要和必不可少的。⑤在管理應(yīng)用SA過程中，并不一定要（或能）遍歷并完成每一個(gè)具體過程。系統(tǒng)分析原理3、SA的特點(diǎn)及原則（1）問題導(dǎo)向（2）以整體為目標(biāo)（3）多方案模型分析和選優(yōu)（4）定量分析與定性分析相結(jié)合（5）多次反復(fù)進(jìn)行4.系統(tǒng)分析原理應(yīng)用問題應(yīng)用領(lǐng)域廣泛（如教學(xué)參考書中的習(xí)題、實(shí)例）對(duì)系統(tǒng)分析的技術(shù)方法具有指導(dǎo)作用（將在課程第二、三段具體說明）充分發(fā)揮系統(tǒng)分析小組的作用（4人左右）問題應(yīng)盡可能具體，且貼近實(shí)際注意對(duì)多目標(biāo)和多方案的挖掘，并以此來檢驗(yàn)問題首先注重SA原理框架的應(yīng)用關(guān)于第一次課堂討論（小組發(fā)言）時(shí)間：2.26（周四）、3.4（周四）內(nèi)容：第一、二講部分思考討論題；

小組擬作系統(tǒng)分析的問題。注意事項(xiàng)：每組發(fā)言時(shí)間不超過5分鐘；每組同學(xué)應(yīng)集中就坐；每班有一人負(fù)責(zé)評(píng)分（5分制）。

第一講思考討論題（第一章）1、選擇一個(gè)你所熟悉的系統(tǒng)問題說明：(1)系統(tǒng)的功能及其要素；(2)系統(tǒng)的環(huán)境及輸入、輸出；(3)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(最好用框圖表達(dá))；(4)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)、環(huán)境的關(guān)系。2、說明系統(tǒng)一般屬性的含義，并據(jù)此歸納出若干系統(tǒng)思想或觀點(diǎn)；3、管理系統(tǒng)有何特點(diǎn)?為什么說現(xiàn)代管理系統(tǒng)是典型的(大規(guī)模)復(fù)雜系統(tǒng)?4、請(qǐng)總結(jié)系統(tǒng)工程的特點(diǎn)(結(jié)合第二、三章內(nèi)容)。5、結(jié)合系統(tǒng)工程應(yīng)用領(lǐng)域，說明系統(tǒng)工程在你所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的可能應(yīng)用及其前景。

第二講思考討論題（第三章）1、什么是霍爾三維結(jié)構(gòu)?它有何特點(diǎn)?2、霍爾三維結(jié)構(gòu)與切克蘭德方法論有何異同點(diǎn)?3、什么是系統(tǒng)分析?它與系統(tǒng)工程關(guān)系如何?4、系統(tǒng)分析的要素有哪些?各自是何含義?5、你如何正確理解系統(tǒng)分析的程序?6、初步系統(tǒng)分析有何意義?如何做好這項(xiàng)工作?7、進(jìn)行系統(tǒng)分析的原則及要求有哪些？8、請(qǐng)通過一實(shí)例，說明應(yīng)用系統(tǒng)分析的原理。第三講系統(tǒng)模型與

模型化概述解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）狀態(tài)空間模型（SS）

一.概述

1.基本概念及意義模型——對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)抽象表達(dá)的結(jié)果。應(yīng)能反映（抽象或模仿）出系統(tǒng)某個(gè)方面的組成部分（要素）及其相互關(guān)系。概述模型化——構(gòu)建系統(tǒng)模型的過程及方法。要注意兼顧到現(xiàn)實(shí)性和易處理性。意義及特點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)問題進(jìn)行規(guī)范研究的基礎(chǔ)和標(biāo)志；經(jīng)濟(jì)、方便、快速、可重復(fù)，“思想”或“政策”試驗(yàn)；經(jīng)過了分析人員對(duì)客體的抽象，因而必須再拿到現(xiàn)實(shí)中去檢驗(yàn)。概述2.模型的分類與模型化的基本方法模型的分類：

A——概念模型A1（思維或意識(shí)模型A11;字句模型A12;描述模型A13）

符號(hào)模型A2（圖表模型A21;數(shù)學(xué)模型A22）仿真模型A3形象模型A4（物理模型A41;圖像模型A42）

類比模型A5

概述——模型的分類與模型化的基本方法B——分析模型B1[通常用數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)]

仿真模型B2[主要基于“計(jì)算機(jī)導(dǎo)向”]博弈模型B3[主要基于“人的行為導(dǎo)向”]判斷模型B4[基于專家調(diào)查的判斷]C——結(jié)構(gòu)模型C1數(shù)學(xué)模型C2

仿真模型C3

概述——模型的分類與模型化的基本方法D——實(shí)體模型D1（實(shí)物模型D11;模擬模型D12）

抽象模型或符號(hào)模型D2（數(shù)學(xué)模型D21;

結(jié)構(gòu)模型D22；仿真模型D23;

……）概述——模型的分類與模型化的基本方法模型化的基本方法：機(jī)理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21）實(shí)驗(yàn)方法：擬合法——“理論”導(dǎo)向經(jīng)驗(yàn)法——“數(shù)據(jù)”導(dǎo)向（A22,B1,C2,D21）模擬法——“計(jì)算機(jī)”或“實(shí)物”導(dǎo)向（A3,A4,B2,C3,D1,D23）專家法或老手法（A21,B4,C1,D22）……概述3.建模一般過程（1）明確建模目的和要求；（2）弄清系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的主要因素及其相互關(guān)系；（3）選擇模型方法；（4）確定模型結(jié)構(gòu)；（5）估計(jì)模型參數(shù)；（6）模型試運(yùn)行；（7）對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究；（8）對(duì)模型進(jìn)行必要修正。

幾種典型的系統(tǒng)模型

ISM（InterpretativeStructuralModeling）SS（StateSpace）SD（SystemDynamics）CA（ConflictAnalysis）新進(jìn)展——軟計(jì)算或“擬人”方法（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等）；新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（Petri網(wǎng)等）；……二.解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ)1.概念

結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)模型→結(jié)構(gòu)模型化→結(jié)構(gòu)分析

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表達(dá)及分析方法

理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概念（構(gòu)成系統(tǒng)諸要素間的關(guān)聯(lián)方式或關(guān)系）及其有向圖（節(jié)點(diǎn)與有向?。┖途仃嚕蛇_(dá)矩陣等）這兩種常用的表達(dá)方式。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ)

比較有代表性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析方法有：關(guān)聯(lián)樹（如問題樹、目標(biāo)樹、決策樹）法、解釋結(jié)構(gòu)模型化（ISM）方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）結(jié)構(gòu)模型化方法等。

本部分要求大家主要學(xué)習(xí)和掌握ISM方法（實(shí)用化方法、規(guī)范方法）。（二）ISM實(shí)用化方法設(shè)定問題、形成意識(shí)模型找出影響要素要素關(guān)系分析（關(guān)系圖）建立可達(dá)矩陣(M)和縮減矩陣（M/）矩陣層次化處理(ML/)繪制多級(jí)遞階有向圖建立解釋結(jié)構(gòu)模型分析報(bào)告比較/F學(xué)習(xí)初步分析規(guī)范分析綜合分析ISM實(shí)用化方法原理圖ISM實(shí)用化方法舉例（三）建立遞階結(jié)構(gòu)模型的規(guī)范方法共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù)(1)認(rèn)真學(xué)習(xí)馬克思列寧主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個(gè)代表”重要思想，學(xué)習(xí)黨的路線、方針、政策及決議，學(xué)習(xí)黨的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)、文化和業(yè)務(wù)知識(shí)，努力提高為人民服務(wù)的本領(lǐng)。（講學(xué)習(xí)----認(rèn)真學(xué)習(xí)，提高素質(zhì)）共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù)(2)貫徹執(zhí)行黨的基本路線和各項(xiàng)方針、政策，帶頭參加改革開放和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，帶動(dòng)群眾為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步艱苦奮斗，在生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)和社會(huì)生活中起先鋒模范作用。（講一流----立足崗位，勇創(chuàng)一流）共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù)(3)堅(jiān)持黨和人民的利益高于一切，個(gè)人利益服從黨和人民的利益，吃苦在前，享受在后，克己奉公，多做貢獻(xiàn)。（講奉獻(xiàn)----克己奉公，勇于奉獻(xiàn)）共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù)(4)自覺遵守黨的紀(jì)律，模范遵守國家的法律法規(guī)，嚴(yán)格保守黨和國家的秘密，執(zhí)行黨的決定，服從組織分配，積極完成黨的任務(wù)。（講組織----遵紀(jì)守法，恪盡職守）共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù).(5)維護(hù)黨的團(tuán)結(jié)和統(tǒng)一，對(duì)黨忠誠老實(shí)，言行一致，堅(jiān)決反對(duì)一切派別組織和小集團(tuán)活動(dòng)，反對(duì)陽奉陰違的兩面派行為和一切陰謀詭計(jì)。（講團(tuán)結(jié)----光明磊落，顧全大局）共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù).(6)切實(shí)開展批評(píng)和自我批評(píng)，勇于揭露和糾正工作中的缺點(diǎn)、錯(cuò)誤，堅(jiān)決同消極腐敗現(xiàn)象作斗爭(zhēng)。（講原則----揚(yáng)正祛邪，敢于負(fù)責(zé)）共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù).(7)密切聯(lián)系群眾，向群眾宣傳黨的主張，遇事同群眾商量，及時(shí)向黨反映群眾的意見和要求，維護(hù)群眾的正當(dāng)利益。（講群眾----聯(lián)系群眾，維護(hù)利益）共產(chǎn)黨員的應(yīng)盡義務(wù)(8)發(fā)揚(yáng)社會(huì)主義新風(fēng)尚，提倡共產(chǎn)主義道德，為了維護(hù)國家和人民的利益，在一切困難和危險(xiǎn)的時(shí)刻挺身而出，英勇斗爭(zhēng)，不怕犧牲。（講道德----黨性至上，加強(qiáng)修養(yǎng)）VV

VAAAAAXVVVVA

XAVAV1.講學(xué)習(xí)：認(rèn)真學(xué)習(xí)、提高素質(zhì)2.講一流：立足崗位、勇創(chuàng)一流3.講奉獻(xiàn)：克己奉公、勇于奉獻(xiàn)4.講組織：遵紀(jì)守法、恪盡職守5.講團(tuán)結(jié)：光明磊落、顧全大局6.講原則：揚(yáng)正祛邪、敢于負(fù)責(zé)7.講群眾：聯(lián)系群眾、維護(hù)利益8.講道德：黨性至上、堅(jiān)強(qiáng)修養(yǎng)812345671111111112

1

3

11111114

11

1

5

1

111

6

111

7

1

1

8

111111171234511111112

1

3

111114

11

1

5

1171

1(6)(1)(5)(2)(3)(2)411247532

11

71

51

1

31111

111111111112345678講一流(2)講群眾(7)講組織(4)講原則(6)講團(tuán)結(jié)(5)講奉獻(xiàn)(3)講道德(8)講學(xué)習(xí)(1)進(jìn)入“建立遞階結(jié)構(gòu)模型的規(guī)范方法”退回上一講2024/3/188:4179（三）建立遞階結(jié)構(gòu)模型的規(guī)范方法建立反映系統(tǒng)問題要素間層次關(guān)系的遞階結(jié)構(gòu)模型，可在可達(dá)矩陣M的基礎(chǔ)上進(jìn)行，一般要經(jīng)過區(qū)域劃分、級(jí)位劃分、骨架矩陣提取和多級(jí)遞階有向圖繪制等四個(gè)階段。這是建立遞階結(jié)構(gòu)模型的基本方法?，F(xiàn)以例4-1所示問題為例說明：與圖4-5對(duì)應(yīng)的可達(dá)矩陣（其中將Si簡(jiǎn)記為i）為：2024/3/188:418012345671234567M=2024/3/188:41811.區(qū)域劃分

區(qū)域劃分即將系統(tǒng)的構(gòu)成要素集合S，分割成關(guān)于給定二元關(guān)系R的相互獨(dú)立的區(qū)域的過程。首先以可達(dá)矩陣M為基礎(chǔ)，劃分與要素Si（i=1，2，…，n）相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)要素的類型，并找出在整個(gè)系統(tǒng)（所有要素集合S）中有明顯特征的要素。有關(guān)要素集合的定義如下：2024/3/188:4182可達(dá)集R（Si）。系統(tǒng)要素Si的可達(dá)集是在可達(dá)矩陣或有向圖中由Si可到達(dá)的諸要素所構(gòu)成的集合，記為R（Si）。其定義式為：

R（Si）={Sj|Sj∈S，mij=1，j=1，2，…，n}i=1，2，…，n先行集A（Si）。系統(tǒng)要素Si的先行集是在可達(dá)矩陣或有向圖中可到達(dá)Si的諸要素所構(gòu)成的集合，記為A（Si）。其定義式為：

A（Si）={Sj|Sj∈S，mji=1，j=1，2，…，n}i=1，2，…，n共同集C（Si）。系統(tǒng)要素Si的共同集是Si在可達(dá)集和先行集的共同部分，即交集，記為C（Si）。其定義式為：C（Si）={Sj|Sj∈S，mij=1，mji=1，j=1，2，…，n}i=1，2，…，n2024/3/188:4183系統(tǒng)要素Si的可達(dá)集R（Si）、先行集A（Si）、共同集C（Si）之間的關(guān)系如圖4-7所示：圖4-7可達(dá)集、先行集、共同集關(guān)系示意圖SiA（Si）C（Si）R（Si）2024/3/188:4184起始集B（S）和終止集E（S）。系統(tǒng)要素集合S的起始集是在S中只影響（到達(dá)）其他要素而不受其他要素影響（不被其他要素到達(dá)）的要素所構(gòu)成的集合，記為B（S）。B（S）中的要素在有向圖中只有箭線流出，而無箭線流入，是系統(tǒng)的輸入要素。其定義式為：

B（S）={Si|Si

∈S，C（Si）=B（Si），i=1，2，…，n}

如在于圖4-5所對(duì)應(yīng)的可達(dá)矩陣中，B（S）={S3，S7}。當(dāng)Si為S的起始集（終止集）要素時(shí)，相當(dāng)于使圖4-7中的陰影部分C（Si）覆蓋到了整個(gè)A（Si）（R（Si））區(qū)域。

這樣，要區(qū)分系統(tǒng)要素集合S是否可分割，只要研究系統(tǒng)起始集B（S）中的要素及其可達(dá)集（或系統(tǒng)終止集E（Si）中的要素及其先行集要素）能否分割（是否相對(duì)獨(dú)立）就行了。2024/3/188:4185

利用起始集B（S）判斷區(qū)域能否劃分的規(guī)則如下：在B（S）中任取兩個(gè)要素bu、bv：如果R（bu）∩

R（bv）≠ψ（ψ為空集），則bu、bv及R（bu）、R（bv）中的要素屬同一區(qū)域。若對(duì)所有u和v均有此結(jié)果（均不為空集），則區(qū)域不可分。如果R（bu）∩

R（bv）=ψ，則bu、bv及R（bu）、R（bv）中的要素不屬同一區(qū)域，系統(tǒng)要素集合S至少可被劃分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域。

利用終止集E（S）來判斷區(qū)域能否劃分，只要判定“A（eu）∩

A（ev）”（eu、ev為E（S）中的任意兩個(gè)要素）是否為空集即可。

區(qū)域劃分的結(jié)果可記為：

∏（S）=P1，P2，…，Pk，…，Pm

（其中Pk為第k個(gè)相對(duì)獨(dú)立區(qū)域的要素集合）。經(jīng)過區(qū)域劃分后的可達(dá)矩陣為塊對(duì)角矩陣（記作M（P））。2024/3/188:4186

為對(duì)給出的與圖4-5所對(duì)應(yīng)的可達(dá)矩陣進(jìn)行區(qū)域劃分，可列出任一要素Si（簡(jiǎn)記作i，i=1，2，…，7）的可達(dá)集R（Si）、先行集A（Si）、共同集C（Si），并據(jù)此寫出系統(tǒng)要素集合的起始集B（S），如表4-1所示：表4-1可達(dá)集、先行集、共同集和起始集例表SiR（Si）A（Si）C（Si）B（S）123456711，23，4，5，64，5，654，5，61，2，71，2，72，733，4，63，4，5，63，4，671234，654，67372024/3/188:4187

因?yàn)锽（S）={S3，S7},且有R（S3）∩

R（S7）={S3，S4，S5，S6}

∩{S1，S2，S7}=ψ，所以S3及S4，

S5，

S6，

S7與

S1，

S2分屬兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，即有：

∏（S）=P1，P2

={S3，S4，S5，S6}

∩{S1，S2，S7}。

這時(shí)的可達(dá)矩陣M變?yōu)槿缦碌膲K對(duì)角矩陣：OO34561273456127M（P）=P1P22024/3/188:41882.級(jí)位劃分

區(qū)域內(nèi)的級(jí)位劃分，即確定某區(qū)域內(nèi)各要素所處層次地位的過程。這是建立多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵工作。設(shè)P是由區(qū)域劃分得到的某區(qū)域要素集合，若用L1，L2，…，Ll表示從高到低的各級(jí)要素集合（其中l(wèi)為最大級(jí)位數(shù)），則級(jí)位劃分的結(jié)果可寫出：∏（P）=L1，L2

，…，Ll。某系統(tǒng)要素集合的最高級(jí)要素即該系統(tǒng)的終止集要素。級(jí)位劃分的基本做法是：找出整個(gè)系統(tǒng)要素集合的最高級(jí)要素（終止集要素）后，可將它們?nèi)サ?，再求剩余要素集合（形成部分圖）的最高級(jí)要素，依次類推，直到確定出最低一級(jí)要素集合（即Ll）。2024/3/188:4189為此，令LO=ψ（最高級(jí)要素集合為L1，沒有零級(jí)要素），則有：L1={Si|Si∈P-L0，C0（Si）=R0（Si），i=1，2，…，n}L2={Si|Si∈P-L0-L1，C1（Si）=R1（Si），i<n}Lk={Si|Si∈P-L0-L1-…-Lk-1，Ck-1（Si）=Rk-1（Si），i<n}

（4-3）式（4-3）中的Ck-1（Si）和Rk-1（Si）是由集合P-L0-L1-…-Lk-1中的要素形成的子矩陣（部分圖）求得的共同集和可達(dá)集。

經(jīng)過級(jí)位劃分后的可達(dá)矩陣變?yōu)閰^(qū)域塊三角矩陣，記為M（L）。2024/3/188:4190如對(duì)例4-1中P1={S3，S4，S5，S6}進(jìn)行級(jí)位劃分的過程示于表4-2中。表4-2級(jí)位劃分過程表要素集合SiR（S）A（S）C（S）C（S）=R（S）∏（P1）P1-L034563，4，5，64，5，654，5，633，4，63，4，5，63，4，634，654，6√L1={S5}P1-L0-L13，463，4，64，64，633，4，63，4，634，64，6√√L1

={S4，S6}P1-L0-L1-L23333√L1

={S3}2024/3/188:4191對(duì)該區(qū)域進(jìn)行級(jí)位劃分的結(jié)果為：

∏（P1）=L1，L2

，L3={S5}，{S4，S6}，{S3}

同理可得對(duì)P2={S1，S2，S7}進(jìn)行級(jí)位劃分的結(jié)果為：

∏（P）=L1，L2

，L3=

{S1}，{S2}，{S7}

這時(shí)的可達(dá)矩陣為：54631275463127M（L）=L1L2L3L1L2L3002024/3/188:41923.提取骨架矩陣提取骨架矩陣，是通過對(duì)可達(dá)矩陣M（L）的縮約和檢出，建立起M（L）的最小實(shí)現(xiàn)矩陣，即骨架矩陣A’。這里的骨架矩陣，也即為M的最小實(shí)現(xiàn)多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)矩陣。對(duì)經(jīng)過區(qū)域和級(jí)位劃分后的可達(dá)矩陣M（L）的縮檢共分三步，即：檢查各層次中的強(qiáng)連接要素，建立可達(dá)矩陣M（L）的縮減矩陣M’（L）如對(duì)原例M（L）中的強(qiáng)連接要素集合{S4，S6}作縮減處理（把S4作為代表要素，去掉S6）后的新的矩陣為：543127543127M’（L）=L1L2L3L1L2L3002024/3/188:4193去掉M’（L）中已具有鄰接二元關(guān)系的要素間的超級(jí)二元關(guān)系，得到經(jīng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化后的新矩陣M’’（L）。如在原例的M’（L）中，已有第二級(jí)要素（S4，S2）到第一級(jí)要素（S5，S1）和第三級(jí)要素（S3，S7）到第二級(jí)要素的鄰接二元關(guān)系，即S4RS5、S2RS1和S3RS4、

S7RS2，故可去掉第三級(jí)要素到第一級(jí)要素的超級(jí)二元關(guān)系“S3R2S5”和“S7R2S1”，即將M’（L）中3→5和7→1的“1”改為“0”，得：543127543127M’’（L）=L1L2L3L1L2L3002024/3/188:4194進(jìn)一步去掉M’’（L）中自身到達(dá)的二元關(guān)系，即減去單位矩陣，將M’’（L）主對(duì)角線上的“1”全變?yōu)椤?”，得到經(jīng)簡(jiǎn)化后具有最小二元關(guān)系個(gè)數(shù)的骨架矩陣A’。如對(duì)原例有：543127543127A’=M’’（L）-I=L1L2L3L1L2L3002024/3/188:41954.繪制多級(jí)遞階有向圖D（A’）

根據(jù)骨架矩陣A’，繪制出多級(jí)遞階有向圖D（A’），即建立系統(tǒng)要素的遞階結(jié)構(gòu)模型。繪圖一般分為如下三步：分區(qū)域從上到下逐級(jí)排列系統(tǒng)構(gòu)成要素。同級(jí)加入被刪除的與某要素（如原例中的S4）有強(qiáng)連接關(guān)系的要素（如S6），及表征它們相互關(guān)系的有向弧。按A’所示的鄰接二元關(guān)系，用級(jí)間有向弧連接成有向圖D（A’）。2024/3/188:4196原例的遞階結(jié)構(gòu)模型：以可達(dá)矩陣M為基礎(chǔ)，以矩陣變換為主線的遞階結(jié)構(gòu)模型的建立過程：

M→M（P）→M（L）→M’（L）→M’’（L）→A’→D（A’）

S1S2S7S3S4S5S6第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)區(qū)域劃分級(jí)位劃分強(qiáng)連接要素縮減剔出超級(jí)關(guān)系去掉自身關(guān)系繪圖（塊三角）（區(qū)域塊三角）（區(qū)域下三角）結(jié)束2024/3/188:4197例4-1

某系統(tǒng)由七個(gè)要素（S1，S2，…，S7）組成。經(jīng)過兩兩判斷認(rèn)為：S2影響S1、S3影響S4、S4影響S5、S7影響S2、S4和S6相互影響。這樣，該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可用要素集合S和二元關(guān)系集合Rb來表達(dá)，其中：

S={S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7}Rb={（S2，S1），（S3，S4），（S4，S5），（S7，S2），（S4，S6），（S6，S4）}

返回2024/3/188:41985162374圖4-5例4-1有向圖返回992024/3/188:41進(jìn)入“狀態(tài)空間模型（數(shù)學(xué)模型）”退回上一講三.狀態(tài)空間模型（數(shù)學(xué)模型）（數(shù)學(xué)）模型建模概論機(jī)理法建模（人口預(yù)測(cè)模型）擬合法建模兩類系統(tǒng)及其相應(yīng)狀態(tài)空間系統(tǒng)方程離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)空間方程實(shí)例連續(xù)系統(tǒng)：宏觀經(jīng)濟(jì)模型離散系統(tǒng)：1人才系統(tǒng)；2宏觀經(jīng)濟(jì)模型；3人口遷移模型（一）數(shù)學(xué)模型建模方法概述1數(shù)學(xué)模型定義數(shù)學(xué)模型是案照某種數(shù)學(xué)語言（數(shù)學(xué)關(guān)系式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)語言等）對(duì)研究對(duì)象系統(tǒng)的某些屬性抽象描述和定量表達(dá)的結(jié)果。2利用數(shù)學(xué)模型建模的程序例1全球人口總數(shù)預(yù)測(cè)例2城鎮(zhèn)人口遷移數(shù)學(xué)模型建模程序變量類型

領(lǐng)域類型1類型2經(jīng)濟(jì)外生變量內(nèi)生變量控制輸入變量決策變量（可控）干擾變量（不可控）輸出變量數(shù)學(xué)自變量/參數(shù)因變量

3建模方法圖解法：定性為主，變量不超過2~3個(gè)。機(jī)理法：定性+定量擬合法：定量為主，以歷史數(shù)據(jù)為依據(jù)建模及量化，建模根據(jù)某種假設(shè)，選擇一種理論模型和模式，用以解釋所觀察行為。如果所收集到的數(shù)據(jù)說明建模者的假設(shè)基本合理，則進(jìn)一步按照某種法則去選擇模型參數(shù)。（擬合法建模實(shí)例：人口預(yù)測(cè)）（二）狀態(tài)空間系統(tǒng)方程兩類系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)：工程系統(tǒng)（微分方程描述）離散系統(tǒng)：如銀行存款本利和（差分方程描述）。社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)大多為離散系統(tǒng)。例1宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型例2銀行儲(chǔ)蓄

例1宏觀經(jīng)濟(jì)模型 變量說明:Z(t)為總需；C(t)為總消費(fèi)；I(t)為總投資；G(t)為政府支出；Y(t)為總供給；K(t)為總資本存量；vy(t)為期望資本存量。例2某人存入銀行一定數(shù)量的錢，假定在t=KT時(shí)有u(k)元，T為計(jì)息周期（例如月），利率為B，求第K個(gè)周期的本利和y(k)。系統(tǒng)方程連續(xù)系統(tǒng)系統(tǒng)方程

(t)=f(X(t),u(t),t)狀態(tài)方程

Y(t)=g(X(t),u(t),t)輸出方程離散系統(tǒng)系統(tǒng)方程

X(k+1)=FX(k)+GU(k)狀態(tài)方程

Y(k)=CX(k)+DU(k)輸出方程

離散系統(tǒng)建模實(shí)例

例1某企業(yè)人才系統(tǒng)例2城市人口遷移例3宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)建模

例1考慮企業(yè)人才系統(tǒng)。某企業(yè)基年有技術(shù)員600人，助工800人，工程師200人，高工20人。各類人員每年平均脫離率（包括退休、調(diào)離、自然死亡等）分別為0.05,0.06,0.1,和0.09。晉升率分別為技術(shù)員每年晉升助工30%，助工晉升工程師20%，工程師晉升高工5%。請(qǐng)建立該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)人力資源模型（假定每年新分配來的大學(xué)生直接轉(zhuǎn)入技術(shù)員）。

例2預(yù)測(cè)城市人口流動(dòng)狀況及結(jié)果。5個(gè)節(jié)點(diǎn)分別代表5個(gè)城市，節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的權(quán)重為Pij（代表一年內(nèi)i鎮(zhèn)居民流向j鎮(zhèn)的概率）。任何城鎮(zhèn)居民不是繼續(xù)留在本鎮(zhèn)就是流向其他城鎮(zhèn)。第四講系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)

動(dòng)力學(xué)（SD）方法系統(tǒng)仿真概述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理基本反饋回路的DYNAMO仿真分析一.系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述（一）概念及作用1.基本概念所謂系統(tǒng)仿真，就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過程的、且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型，據(jù)此進(jìn)行試驗(yàn)或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。2、系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)

(1)它是一種對(duì)系統(tǒng)問題求數(shù)值解的計(jì)算技術(shù)。尤其當(dāng)系統(tǒng)無法通過建立數(shù)學(xué)模型求解時(shí)，仿真技術(shù)能有效地來處理。(2)仿真是一種人為的試驗(yàn)手段。它和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的差別在于，仿真實(shí)驗(yàn)不是依據(jù)實(shí)際環(huán)境，而是作為實(shí)際系統(tǒng)映象的系統(tǒng)模型以及相應(yīng)的“人造”環(huán)境下進(jìn)行的。這是仿真的主要功能。(3)仿真可以比較真實(shí)地描述系統(tǒng)的運(yùn)行、演變及其發(fā)展過程。3、系統(tǒng)仿真的作用

(1)仿真的過程也是實(shí)驗(yàn)的過程，而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過程。尤其是對(duì)一些復(fù)雜的隨機(jī)問題，應(yīng)用仿真技術(shù)是提供所需信息的唯一令人滿意的方法。(2)對(duì)一些難以建立物理模型和數(shù)學(xué)模型的對(duì)象系統(tǒng)，可通過仿真模型來順利地解決預(yù)測(cè)、分析和評(píng)價(jià)等系統(tǒng)問題。(3)通過系統(tǒng)仿真，可以把一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)降階成若干子系統(tǒng)以便于分析。(4)通過系統(tǒng)仿真，能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略，還能暴露出原系統(tǒng)中隱藏著的一些問題，以便及時(shí)解決。（二）系統(tǒng)仿真方法系統(tǒng)仿真的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型和量化分析模型，并將其轉(zhuǎn)換為適合在計(jì)算機(jī)上編程的仿真模型，然后對(duì)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。由于連續(xù)系統(tǒng)和離散(事件)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有很大差別，所以系統(tǒng)仿真方法基本上分為兩大類，即連續(xù)系統(tǒng)仿真方法和離散系統(tǒng)仿真方法。在以上兩類基本方法的基礎(chǔ)上，還有一些用于系統(tǒng)(特別是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和管理系統(tǒng))仿真的特殊而有效的方法，如系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、蒙特卡洛法等。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法通過建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(流圖等)、利用DYNAMO仿真語言在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，從而研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。（三）系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及特點(diǎn)1、由來與發(fā)展

SystemsDynamics,SD/J.W.Forrester(MIT)IndustridlDynamics(ID),1959PrinciplesofSystems,1968UrbanDynamics(UD),1969WorldDynamics(WD),1971SD,1972[美]彼得·圣吉（PeterM·Senge）著，第五項(xiàng)修煉—學(xué)習(xí)型組織的藝術(shù)與實(shí)務(wù)，上海三聯(lián)書店，1998。作者簡(jiǎn)介：1970年從斯坦福大學(xué)獲工學(xué)學(xué)士后進(jìn)入MIT攻讀管理碩士學(xué)位，在此期間被Forrester教授的SD整體動(dòng)態(tài)搭配的管理新理念所吸引。1978年獲得博士學(xué)位后，一直和MIT的工作伙伴及企業(yè)界人士一道，孜孜不倦地致力于將SD與組織學(xué)習(xí)、創(chuàng)造原理、認(rèn)知科學(xué)等融合，發(fā)展出一種人類夢(mèng)寐以求的組織藍(lán)圖—學(xué)習(xí)型組織。2、研究對(duì)象及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）研究對(duì)象——社會(huì)系統(tǒng)（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

①抉擇性——具有決策環(huán)節(jié)（人、信息）②自律性——具有反饋環(huán)節(jié)③非線性——具有延遲環(huán)節(jié)（3）SD將社會(huì)系統(tǒng)當(dāng)作非線性（多重）信息反饋系統(tǒng)來研究3、工作程序認(rèn)識(shí)問題界定系統(tǒng)要素及其因果關(guān)系分析建立結(jié)構(gòu)模型建立數(shù)學(xué)模型仿真分析比較與評(píng)價(jià)政策分析（流圖）（DYNAMOY方程）

二、SD結(jié)構(gòu)模型化原理

1、基本原理

決策信息行動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)速率變量水準(zhǔn)變量信息

流（行動(dòng)）(Rate)(Level)四個(gè)基本要素——狀態(tài)、信息、決策、行動(dòng)兩個(gè)基本變量——水準(zhǔn)變量（L）、速率變量（R）一個(gè)基本思想——反饋控制2、因果關(guān)系圖和流圖

（1）因果關(guān)系圖（因果反饋回路）

因果箭→因果鏈→因果（反饋）回路利息(元/年)銀行貨幣利率++(+)庫存量訂貨量庫存差額期望庫存++-（-）出生人口人口總量死亡人口（平均）出生率（平均）死亡率（-）-++（+）組織績效組織改善組織缺陷（-）-++（2）流圖符號(hào)

①流

實(shí)物流信息流②速率變量

③水準(zhǔn)變量

L1④輔助變量

A1。R1R1(

)。⑤參數(shù)（量）

（常量）（初值）⑥源與洞

⑦信息的取出

L1。A1。。

（3）流圖繪制程序和方法

①明確問題及其構(gòu)成要素；②繪制要素間相互作用關(guān)系的因果關(guān)系圖。注意一定要形成回路；③確定變量類型（L變量、R變量和A變量）。將要素轉(zhuǎn)化為變量，是建模的關(guān)鍵一步。在此，應(yīng)考慮以下幾個(gè)具體原則：

a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)點(diǎn)；而速率（R)變量只在一個(gè)時(shí)段才有意義。

b.決策者最為關(guān)注和需要輸出的要素一般被處理成L變量。

c.在反饋控制回路中，兩個(gè)L變量或兩個(gè)R變量不能直接相連。

d.為降低系統(tǒng)的階次，應(yīng)盡可能減少回路中L變量的個(gè)數(shù)。故在實(shí)際系統(tǒng)描述中，輔助（A）變量在數(shù)量上一般是較多的。

④繪制SD流圖。

在繪制流圖時(shí)，應(yīng)特別注意形成正確的回路和用好信息連接線，并注意不要把不同的實(shí)物流直連在一起(參見下例)。WFSXFS（分到新房戶數(shù)）YMS（已買家俱新房戶數(shù)）WMSFFL(分房數(shù)量)XSL(家俱數(shù)量)（未分到新房戶數(shù)）（未買家俱戶數(shù)）

[錯(cuò)誤]

XFSYMSWFSWMS[正確]

3、舉例

L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)庫存量DY(期望庫存)（庫存差額）PR1R2(出生人口)(人口總量)(死亡人口)C1（出生率）C2（死亡率）組織改善組織績效組織缺陷。

三、基本反饋回路的DYNAMO仿真分析1、基本DYNAMO方程

DYNAmicMOdel水準(zhǔn)方程（L方程）

LL1·K=L1·J+DT*(RI·JK-RO·JK)速率方程（R方程）

RR1·KL=f(L1·K,A1·K,…)輔助方程（A方程）

AA1·K=g(L1·K,A2·K,R1·JK,…)賦初值方程（N方程）

NL1=數(shù)值或L1=L10

L10=數(shù)值常量方程（C方程）

CC1=數(shù)值{

2、一階正反饋回路

年人口增加人口數(shù)（+）P+PR

PR

PC1（人口年自然增長率0.02）。。LP?K=P?J+DT*PR?JKNP=100RPR?KL=C1*R?KCC1=0.02

PPR0100211022.042104.042.0808┆┆┆p1000一階正反饋（簡(jiǎn)單人口問題）系統(tǒng)輸出特性曲線3、一級(jí)負(fù)反饋回路

庫存量庫存差額訂貨量+(—)R1DI—+期望庫存Y1000

Z（訂貨調(diào)整時(shí)間，5）I

R1D

Y（6000）。。。。LI?K=I?J+DT*R1?JKNI=1000RR1?KL=DK/ZAD?K=Y-I?KCZ=5CY=6000

IDR10100050001000120004000800228003200640┆┆┆┆It10000

一階負(fù)反饋（簡(jiǎn)單庫存控制）系統(tǒng)輸出特性曲線4、簡(jiǎn)單庫存控制系統(tǒng)的擴(kuò)展

庫存量入庫量途中存貨量訂貨量庫存差額I—（—）—+（—）GR2+R1+Z（5）Y（6000）

I

G100001000R1

R2DW（10）。。。。。。LG?K=G?J+DT*(R1?KL-R2?JK)LI?K=I?J+DT?R2?JKRR1?KL=D/ZAD=Y-I?KCY=6000CW=10,Z=5CI=1000CG=1000060001000t二階負(fù)反饋系統(tǒng)輸出特性曲線I交（到）貨率庫存量測(cè)試函數(shù)正常銷售（發(fā)貨）率。銷售（發(fā)貨）率T3

MAXT2庫存差額期望庫存SMOOTH平均銷售（發(fā)貨）率訂貨率StepRampPulseSinNoiseDELAY。。。。。。。。。。。第五講系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

一、系統(tǒng)評(píng)價(jià)概述

1.意義初步SA規(guī)范分析系統(tǒng)評(píng)價(jià)決策NY2.概念

系統(tǒng)評(píng)價(jià)：評(píng)價(jià)→價(jià)值。

對(duì)系統(tǒng)方案滿足系統(tǒng)目標(biāo)程度的綜合分析及判定。評(píng)價(jià)對(duì)象（What）評(píng)價(jià)主體（Who）

效用：某主體對(duì)某種利益和損失所獨(dú)有的感覺及反應(yīng)。評(píng)價(jià)目的（Why）評(píng)價(jià)時(shí)期（When）

期初評(píng)價(jià)、期中評(píng)價(jià)、期末評(píng)價(jià)、跟蹤評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)地點(diǎn)（Where）評(píng)價(jià)方法（How）

系統(tǒng)評(píng)價(jià)是多方面要素（5W1H）所構(gòu)成的問題復(fù)合體。

3.程序和方法

認(rèn)識(shí)評(píng)價(jià)問題(5W1H)搜集、整理、分析資料方案準(zhǔn)則主體選擇評(píng)價(jià)方法、建立評(píng)價(jià)模型

分析、計(jì)算評(píng)價(jià)值綜合評(píng)價(jià)決策關(guān)聯(lián)矩陣法（原理性方法）層次分析法（評(píng)價(jià)要素多層次分布）模糊綜合評(píng)判法（多評(píng)價(jià)主體）二、關(guān)聯(lián)矩陣法：評(píng)價(jià)對(duì)象（可替代且非劣的方案）：評(píng)價(jià)指標(biāo)（準(zhǔn)則、項(xiàng)目）：評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，

Vi

X1X2…Xn

XjVijAiVij=?逐對(duì)比較法、古林法

A1A2Am…V11V12V1nV21V22V2nVm1Vm2Vmn

………………...方案預(yù)期結(jié)果例表

評(píng)價(jià)指標(biāo)Xj替代方案Ai期望利潤（萬元）產(chǎn)品成品率（%）市場(chǎng)占有率（%）投資費(fèi)用（萬元）產(chǎn)品外觀自行設(shè)計(jì)（A1）6509530110美觀國外引進(jìn)（A2）7309735180比較美觀改建（A3）520922550美觀逐對(duì)比較法例表

評(píng)價(jià)指標(biāo)得分序號(hào)累計(jì)得分權(quán)重12345678910期望利潤（X1）1111

40.4產(chǎn)品成品率（X2）0

111

30.3市場(chǎng)占有率（X3）

0

0

01

10.1投資費(fèi)用（X4）

0

0

1

120.2產(chǎn)品外觀（X5）

0

0

0000.0評(píng)價(jià)尺度例表

評(píng)價(jià)尺度(得分)評(píng)價(jià)指標(biāo)54321期望利潤（萬元）800以上701-800601-700501-600500以下產(chǎn)品成品率（%）97以上96-9791-9586-9085以下市場(chǎng)占有率（%）40以上35-3930-3425-2925以下投資費(fèi)用（萬元）20以下21-8081-120121-160160以上產(chǎn)品外觀非常美觀美觀比較美觀一般不美觀VijAi

期望利潤產(chǎn)品成品率市場(chǎng)占有率投資費(fèi)用產(chǎn)品外觀Vi0.40.30.10.20.0自行設(shè)計(jì)(A1)333343.0國外引進(jìn)(A2)444133.4改建(A3)232442.7Xj關(guān)聯(lián)矩陣表（逐對(duì)比較法）古林法求例表30.54序號(hào)評(píng)價(jià)指標(biāo)RjKj1期望利潤180.5802產(chǎn)品成品率60.1943市場(chǎng)占有率20.0654投資費(fèi)用40.1295產(chǎn)品外觀—10.032合計(jì)311.0003Rj

Kj

Wj基準(zhǔn)化歸一化古林法求Vij例表序號(hào)（j）評(píng)價(jià)指標(biāo)替代方案RijKijVij1期望利潤A10.8901.2500.342A21.4041.4040.384A3—1.0000.2742產(chǎn)品成品率A10.9791.0320.334A21.0541.0540.342A3—1.0000.3243市場(chǎng)占有率A10.8571.2000.333A21.4001.4000.389A3—1.0000.2784投資費(fèi)用A11.6360.4550.263A20.2870.2870.160A3—1.0000.5775產(chǎn)品外觀A11.3331.0000.364A20.7500.7500.272A3—1.0000.364關(guān)聯(lián)矩陣?yán)恚ü帕址ǎ￢ijAi期望利潤產(chǎn)品成品率市場(chǎng)占有率投資費(fèi)用產(chǎn)品外觀Vi0.5800.1940.0650.1290.032A10.3420.3840.2740.3340.3420.3240.3330.3890.2780.2630.1600.5770.3640.2720.3640.3300.3340.326A2A3Xj三、層次分析（AHP）法

AnalyticHierarchyProcess——AHP（美國運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)教授T.L.Saaty,1977）投資效果好（T）風(fēng)險(xiǎn)程度（I1）資金利潤率（I2）轉(zhuǎn)產(chǎn)難易程度（I3）產(chǎn)品1（P1）產(chǎn)品2（P2）產(chǎn)品3（P3）（目的層）（準(zhǔn)則層）（方案層）AHP方法的基本工