系统工程学PPT课件

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1、系统工程学n主讲教师：李明n 工业工程是一门工程技术与管理技术相结合的综合性工程领域的学科，在社会经济发展和生产建设中起着重要作用。总体来说，工业工程以降低成本、提高质量和生产率为导向，采用系统化、专业化和科学化的方法，综合运用多种学科的知识，对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行规划、设计、评价、创新和决策等工作，把目标定位建设更有效、更合理的综合优化系统。n系统工程学是工业工程专业以及管理工程专业的基础课程之一。它的任务是通过对本课程的学习，使学生熟悉系统及系统工程的概念和内涵，了解国内外系统工程的发展现状和趋势，掌握系统工程的预测技术、分析方法、设计理论、模型与仿真、决策分析

2、，并引导学生将系统工程的观点、思想、方法和原理具体应用到工程机械的制造、规划和管理以及路桥机械化施工等工程实践中。n这门课程一共讲授48个学时，根据这些学时，我们安排了如下一些内容n第一章第一章 系统与系统工程系统与系统工程：掌握系统及系统工程的概念、特征、分类以及系统工程的产生背景与发展方向，对系统工程的基础理论（一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同论和突变论）有概括了解。n第二章第二章 系统分析：系统分析：学习系统分析的意义、概念、特点以及系统分析的要素和步骤，了解常用系统分析技术，重点掌握层次分析法、模糊聚类分析及灰色关联分析处理问题的方法与步骤。n第三章第三章 系统模型：系统

3、模型：了解系统模型分类和建模步骤；理解邻接矩阵、可达矩阵的概念并会计算，掌握建立结构模型的方法；能用蒙特卡洛法对简单随机系统进行模拟；了解系统动力学因果反馈结构，掌握系统动力学建模方法。第四章第四章 网络计划技术：网络计划技术：网络计划技术是系统管理的重要工具之一，是系统工程常用的管理技术。它是利用网络图对计划任务的进度、费用及其组成部分之间的相互关系进行计划、检查和控制，以使系统协调运转的科学方法。通过本章学习，同学们能够了解了解网络计划技术知识及其应用领域，掌握CPM，PERT，GERP的工程实际应用。第五章第五章 系统决策：系统决策：系统决策是指在一定的条件下，根据系统的状态在可采取的各

4、种策略中，依据系统目标选取一个最优策略并付诸实施的过程。掌握决策中常用方法，掌握多准则决策的基本内容，了解模糊决策的基本方法。学习本课程的建议：学习本课程的建议：1.1.注重系统思考注重系统思考2.2.坚持问题导向坚持问题导向3.3.采用系统化方法采用系统化方法教学要求：教学要求：上课及考核（闭卷考试）上课及考核（闭卷考试）教学参考书：教学参考书：1.1.系统工程实用教程系统工程实用教程姚德民，李汉铃哈尔姚德民，李汉铃哈尔滨工业大学出版社滨工业大学出版社19961996 2.2.系统工程概论系统工程概论夏绍伟夏绍伟 杨家本杨家本 杨振斌杨振斌 清清华大学出版社华大学出版社1995 1995 3

5、.3.系统工程原理与方法系统工程原理与方法徐克绍上海科学技徐克绍上海科学技术出版社术出版社19961996 4.4.系统工程理论、方法与应用系统工程理论、方法与应用汪应洛高等汪应洛高等教育出版社教育出版社20022002 5.5.系统工程系统工程吴祈宗吴祈宗 北京理工大学出版社北京理工大学出版社 20052005 第一章第一章 系统与系统工程系统与系统工程1 系统工程概述系统工程概述一、系统工程的产生、发展及应用二、系统工程的研究对象三、系统工程的内容与特点一、系统工程的产生、发展及应用（一）系统思想及系统理论的产生与发展 系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林（朴素的系统思想）阶段“只

6、见树木”阶段“先见森林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具有突出地位和贡献。整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。（二）系统工程的发展概况阶段年代重大工程实践或事件重要理论与方法贡献1930美国发展与研究广播电视正式提出系统方法(System approach)的概念1940美国Bell电话公司开发微波通讯系统正式使用系统工程（System Engineering）一词二战期间英美等国的反空袭等军事行动产生军事运筹学（Military Ope

7、rations Research）本世纪40年代美国研制原子弹的“曼哈顿计划”运用SE，并推动了其发展1945年美国空军建立兰德（RAND）公司曾经提出系统分析（system analysis）概念，强调了其重要性40年代后期到50年代初期运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了重要的学科基础。1957H.Good和R.E.Machol发表第一部名为系统工程的著作系统工程学科形成的标志1958美国研制北极星导弹潜艇突出PERT，这是最早的系统工程技术之一。1965R.E.Machol编著系统工程手册美国自动控制学家L.A.Zedch提出“模糊集合”概念表明系统

8、工程的实用和规范化为现代SE奠定了重要的数学基础1961-1972美国实施“阿波罗”登月计划使用了多种SE方法，其成功极大地提高了SE的地位1972 国际应用系统分析研究所（IIASA）在维也纳成立SE的应用开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一个重要的新阶段。70年代SE的广泛应用在国际上达到高潮80年代SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高潮（三）系统工程在我国的发展及应用n 上世纪50至60年代，我国的一些研究机构和著名学者为SE的研究与应用作了理论上的探讨、应用上的尝试和技术方法上的准备。其主要标志和集中代表是钱学森的工程控制论、华罗庚的统筹法和许国志的运筹学。n 我国

9、大规模地研究与应用SE是从70年代末、80年代初开始的。n 1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在文汇报发表题为“组织管理的技术系统工程”的长篇文章；n 从1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始招收了第一批SE专业硕士研究生；1980年11月，中国系统工程学会在北京成立；中国系统工程学会是中国系统科学和系统工程科学技术工作者的学术性社会团体，是中国科学技术协会的组成部分。1979年由钱学森、宋健、关肇直、许国志等21名专家、学者共同倡议并筹备。1980年11月18日在北京正式成立。由自然科学领域的科学家钱学森和社会科学领域的经济学家薛暮

10、桥担任名誉理事长，充分体现系统工程跨部门、跨领域交叉学科性质特点。第一届理事会理事长关肇直，第二、三届理事长许国志。第四、五届理事长顾基发、第六届理事长陈光亚。1980年10月至1981年1月，中国科协、中央电视台会同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办“系统工程电视普及及讲座（45讲）”，取得了良好的社会效果。n 70年代末以来，应用SE理论和方法来研究与解决我国的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好的效果，如：n人口问题的定量研究及应用（始于1978年）n2000年中国的研究（1983年至1985年）n全国和地区能源规划（始于1980年）n全国人才和教育规划（始于1983年）n农业

11、系统工程（始于1980年）n区域发展战略（始于1982年）n投入产出表的应用（始于是60年代和1976年）n军事系统工程（始于1978年）n水资源的开发利用（始于1978年）等。n 90年代以来，系统工程在与以下七个方面的结合上具有初步结果和强劲势头：n企业发展n转型时期我国改革发展的重大现实问题n（综合配套改革、和谐社会建设、自主创新、资源能源问题、新农村建设、城镇化、社会保障、应急管理等）n管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题n落实科学发展观n社会信息化变革n重大投资和大型项目管理n思维科学和生命科学二、系统工程研究对象（一）SE的研究对象是大规模复杂系统 该类系统的主要特点有：规模庞

12、大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人机系统、经济性突出等。（二）系统的概念1.系统的定义：系统是由两个以上相互联系的要素要素所构成，且具有特定功能功能、结构结构、环境环境的整体。2.系统的属性：整体性整体性、关联性关联性、环境适应性环境适应性。3.管理系统n思考题要求结合某管理系统问题说明：1）系统的功能及要素；2）系统的环境影响及输入、输出要素；3）系统的结构（最好能用框图表达）；4）系统功能与结构和环境的关系；5）管理系统的主要特点。（三）系统的分类自然系统与人造系统实体系统与概念系统动态系统与静态系统封闭系统与开放系统主要明确主要明确SESE研究什么样的系统问研究什么样的系统问题？题？

13、n三、SE的内容与特点 所谓SE，是用来开发、运行、革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的综合（或总称）。SE强调以下基本观点：1）整体性和系统化观点（前提）2）总体最优或平衡协调观点（目的）3）多种方法综合运用的观点（手段）4）问题导向及反馈控制观点（保障）思考讨论题1.选择一个你所熟悉的系统问题说明（1）系统的功能及其要素；（2）系统的环境及输入、输出；（3）系统的结构（最好用框图表达）；（4）系统的功能与结构、环境的关系。2.说明系统一般属性的含义，并据此归纳出若干系统思想或观点；3.管理系统有何特点？与工程系统有何异同？为什么说现代管理系统是典型的（大规模）复杂系统？4.结合系统

14、工程应用领域及其特点，说明系统工程在你所学专业领域的可能应用及其前景。2 SE理论与方法论理论与方法论一、SE理论二、SE基本工作过程三、系统分析原理及其应用问题一 SE理论n1.简述一般系统论、控制论和信息论对系统工程方法论的启示；n2.请设计适当项目，列表比较系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变论的特点；n你如何理解从定性到定量的综合集成方法？（二）SE基本工作过程n作者：（美）塞奇，（美）阿姆斯特朗 著，胡保生，彭勤科 译n出 版 社：西安交通大学出版社n出版时间：2006-9-1 n字数：477000 n版次：1 n页数：552 n印刷时间：2006/09/01 n开本：

15、n印次：n纸张：胶版纸 nI S B N：9787560522357 n包装：平装 n所属分类：图书 工业技术 一般工业技术 n3.两种方法的比较（？）n相同点：问题导向，注重程序及阶段；n不同点：研究对象及应用领域、基本方法、核心内容或关键点、反馈机制、n三、系统分析原理及其应用问题n1.系统分析概念 系统分析（SA）是在对系统问题问题现状及目标目标充分挖掘的基础上，运用建模建模及预测、优化、仿真、评价评价等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相结合的分析，为决策者决策者选择满意的系统方方案案提供决策依据的分析过程。SA是SE的核心内容、分析过程和基本方法。系统分析原理nSA要素：n1）问题

16、n2）目的及目标n3）方案n4）模型（结构、数学、仿真）n5）评价n6）决策者2.SA程序框图nWhat?nWhy/Who/When/Where?nHow?系统分析原理SA程序n SA程序图是SA的一般过程，也为全课程提供了基本的逻辑框架，因而十分重要。在对其理解和应用上应注意以下各点：n1）重视做好初步SA 5W1H方法是做好这段工作的基本线索；2）在规范分析中一般需要（或尽可能）建立结构模型、数学模型或仿真模型。系统分析原理SA程序3）每段结束后系统方案的变化轨迹是：可行方案非劣方案经排序的非劣方案（或称选择性方案）4）环境分析贯穿SA全过程，在SA中是十分重要和必不可少的。5）在管理应用

17、SA过程中，并不一定要（或能）遍历并完成每一个具体过程。系统分析原理3.SA的特点及原则1）问题导向2）以整体为目标3）多方案模型分析和选优4）定量分析和定性分析相结合5）多次反复进行 第二章 系统评价方法及分析技术1 系统评价概述系统评价概述1.系统评价意义2.概念系统评价:评价价值 对系统方案满足系统目标程度的综合分析及判定。评价对象(what)评价主体(who)效用：某主体对某种利益和损失所独有的感觉及反应。评价目的(why)评价时期(when):期初评价，期中评价，期末评价，跟踪评价评价地点(where)评价方法(how)系统评价是多方面要素（5W1H）所构成的问题复合体。系统评价程序

18、图系统评价程序图njjjjjinjXmiA11,10:),2,1(:),2,1(：评价指标权重：）评价指标（准则、项目劣方案）评价对象（可替代且非2 关联矩阵法关联矩阵法方案预期结果例表评价指标Xj替代方案Ai期望利润(万元)产品成品率(%)市场占有率(%)投资费用(万元)产品外观自行设计(A1)6509530110美观国外引进(A2)7309735180比较美观改建(A3)520922550美观评价尺度(得分)评价指标54321期望利润(万元)800以上701800 601700 501600 500以下产品成品率(%)97以上96979195869085以下市场占有率(%)40以上3539

19、3034252925以下投资费用(万元)20以下218081120121160 160以上产品外观 非常美观 美观比较美观 一般不美观评价尺度例表评价尺度例表3 层次分析法层次分析法n 层次分析法(AHP)是美国著名运筹学家、匹兹堡大学教授在20世纪70年代提出的。它是处理多目标、多准则、多因素、多层次的复杂问题，进行决策分析、综合评价的一种简单、实用而有效的方法，是一种定性分析和定量分析相结合的系统分析法。层次分析法的基本原理n 在进行系统分析时，我们经常会碰到这样一类情况：有些问题难以甚至根本不可能建立数学模型来进行定量分析；也可能由于时间紧迫，对有些问题来不及进行过细的定量分析，只需做出

20、初步的选择和大致的判断就行了。例如选择一个新厂的厂址，购买一台重要设备，确定到哪里去旅游等。这时，我们若应用层次分析法进行分析，就可以简便而迅速地解决问题。n 利用层次分析法分析问题时，首先将所要分析的问题层次化，根据问题的性质和所要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照这些因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，最后将该问题转化为最底层相对最高层（总目标）的比较优劣的排序问题，借助这些排序，最终可以对所分析的问题做出评价决策。n 层次分析法简化了系统分析和计算，把一些定性的因素进行定量化，是分析多目标、多准则、多因素的复杂系统的有力工

21、具。它具有思路清晰、方法简便、使用面广、系统性强等特点，便于普及推广，可成为人们工作和生活中思考问题、解决问题的一种方法。AHP方法的基本工具方法的基本工具-判断矩阵判断矩阵判断矩阵标度定义判断矩阵标度定义标度含义1两个要素相比，具有同样重要性3两个要素相比，前者比后者稍微重要5两个要素相比，前者比后者明显重要7两个要素相比前者比后者强烈重要9两个要素相比，前者比后者极端重要2,4,6,8上述相邻判断的中间值倒数两个要素相比，后者比前者的重要性标度判断矩阵及其分析处理举例TI1I2I3WiWi0I111/320.874 0.230I23152.466 0.648I31/21/510.464 0

22、.122I1P1P2P3WiWi0P111/31/5 0.4060.105P2311/3 1.0000.258P35312.4660.637注:Wi的求取采用方根法(几何平均值法)I2P1P2P3WiWi0P11272.4100.592P21/2151.3570.333P31/71/510.3060.075I3P1P2P3WiWi0P111/31/7 0.3620.081P2311/5 0.8430.188P37513.2710.731求综合重要度(加权求和)TI1I2I3综合重要度权重0.230.6480.122(加权和)P10.1050.5920.1490.426P20.2580.3330

23、.0660.283P30.6370.0750.7850.291AHP方法步骤1.分析评价系统中各基本要素之间的关系，建立系统的递阶层次结构(分解法,ISM法);2.对同一层次的各要素关于上一层中某一准则的重要性进行两两比较，构造判断矩阵(专家调查法);3.由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重(方根法)，层底单排序及一致性检验;4.计算各层要素相对于系统目的(总目标)的合成(总)权重,并据此对方案等排序(关联矩阵表及加权和法)，层次总排序及一致性检验。4 模糊集理论模糊集理论1.模糊现象与模糊集理论 在复杂的社会经济系统中和人们的日常生活中，存在着许多不确定性问题，例如评价商品质量的好坏

24、，气象中的天气好坏，农业中的收成好坏，经济生活中的货币流通正常与否，货币回笼和货币沉淀如何，生活中的美与丑，高个与矮个等等。这些问题常常难以给出明确的回答，都是一些不确定性现象。n 这些不确定性现象可分为两类，一类是问题概念本身就不够严格，比较模糊，如货币流通正常与否，天气好不好等，概念本身就没有明确的含义和严格的定义，这类问题称为模糊性不确定问题；另一类问题概念本身是清楚的，其不确定性问题是由于客观条件或某些影响因素引起的，如货币回收，货币沉淀，天气晴朗、农业收成等，从概念上看，有明确的含义，但是发生的概率在数量上是不确定的，对这类概念本身明确，因条件不同而不确定的问题，称之为随机性不确定问

25、题。n 对以上两类不确定问题，要采用不同的处理方法，本节主要讨论第一类不确定性问题的处理方法：模糊集理论及其应用。两值。，的特征函数，只取称为集合用一函数表示为者必居其一，这一特征，二要么要么素的集合，空间中任一元普通论的基础上，对于一个模糊数学是建立在集合10)(01)(,AxAAxAxxAAxAxx.,8.0)(,)(,)()(1,0:,.1,0.,1,0)(,:.,).(1965AxxAxxxUAxxUUAxxUxAUUZadehALAAAAAA有八成属于说明例如的隶属度对称为上的模糊子集是论域并记为表示隶属函数一般用的映射到隶属函数表示论域的程度属于用以表示都能确定一个数对于任意元素上

26、的一个模糊子集设给定论域定义模糊的概念用以说明义对模糊集合作了以下定教授首先提出来的。他德年美国自动控制专家札模糊集理论是UxxxxxAxxAxxAnxxUnnAAA,/,/)21/,2211）（）（）（成离散形式为元素构成的“联”。写多元素的并合，或是各而是表示无限”不同于普通的积分，这里积分号“（模糊子集一般可写成2.模糊集合的基本运算BABABAxBxAxUxBxAxUxBxAU)1(模糊子集）成立时，两个（）（取何值，均能使内当无论其次在论域）均成立，（）（取何值，等式内，不论也就是说，在论域）（）（）的充要条件是相等（记作，上两个模糊子集论域相等）（）（）（，其隶属度定义为的交，记作

27、和上的两个模糊子集论域）交（）（）（）（，则隶属度定义为的并，记作和上两个模糊子集在论域）并（即）（）（定义为）（，其隶属度为的余记作上模糊子集论域）余（即xBxAxBAUANDxBxAxCUORxAxAxAUNOTBABABABAAA,min4)3(1,)2(）（）（）（）（，其隶属函数为糊集的凸组合运算是一个模，则负加权系数，且满足是非，上的模糊子集，是论域，若加权求和）（）（）（的积，则有和上两个模糊子集为论域若积xxxxAAAAUxBxAxCUnnnnnAAAAAAABACAAC2211111212121211)6()5(,min)7(maxkjikkkjikkijbabaCCBAC中

28、的元素”表示，则“，这里矩阵乘法符号用取大。如，其规则是先取小而后于模糊矩阵的乘法运算模糊推理合成法则常用模糊推理合成法则5 模糊综合评判模糊综合评判步骤6 模糊聚类分析模糊聚类分析n用模糊数学将研究或处理的对象按一定的条件和属性进行分类的方法叫模糊聚类分析.表其余可类似求出，见下求标准值求方差求平均值数据标准化解：,90.022.2/)4.244.22(9.22,31.5,5.122.23/)4.245.27()4.243.23(4.244.2267.112,33.84,4.94,4.243/)5.273.234.22(.1 11 43222214321xxsssssxxxxxikkk标准值

29、表B1B2B3B4A1-0.9-1.33-1.190.28A2-0.50.27-0.061.06A31.41.071.26-1.34表标准化数据表其余可类似求出，见下求标准化数据ikikxxx,0)9.04.1/()9.09.0(11B1B2B3B4A10.000 0.000 0.000 0.675A20.170 0.670 0.460 1.000A31.000 1.000 1.000 0.000149.0049.0145.0045.0149.02/)11146.067.017.0(01146.0167.0117.002/)675.0111(0675.010101045.02/)1675.04

30、6.067.017.0(1675.046.0067.0017.00,.2231312RrrrRrAAijji构成相似矩阵的相似程度系数和求建立模糊关系是模糊等价矩阵所以次平方法。用逐变换为等价矩阵。可采即将的传递包是相似矩阵，故需求出由于求出的模糊矩阵模糊聚类22)(149.045.049.0145.045.045.01149.0049.0145.0045.01149.0049.0145.0045.01),(.3RRtRRRtRR 32149.032149.0321111111111145.011011000149.01000100011AAARAAARAAAR，相应的聚类为：时，当，相应的聚

31、类为：时，当，相应的聚类为：时，当7 灰色关联分析灰色关联分析n1.概述 一般抽象系统，如社会系统、经济系统、农业系统、生态系统等包含有多种因素，这些因素之间哪些是主要的，哪些是次要的，哪些需要抑制，这些都是因素分析的内容。比如在企业生产系统中，影响企业收益的因素很多，包括国家政策、金融、市场需求、劳动力来源、能源、原材料、管理水平等，为了提高企业的经济效益，有必要进行因素的关联分析。现象受到歪曲和颠倒。变为负相关，以致正确关极性差错，从而适正相容易导致计算结果出现况，计算过程中的误差）有可能出现反常的情）计算工作量大；数分布或对数分布；指若为非线性，则要求是）要求系统是线性的，律；量少则难以

32、找到统计规）要求数据量大，数据述不足之处：一般认为回归分析有下统，则难以处理。线性系系统。对于多因素、非适用于因素较少的线性大都只方差分析等。这些分析的方法，如回归分析、的方法采用的主要是统计过去，因素分析的基本4321n 灰色系统理论是从20世纪80年代初提出，到现在已经得到了广泛的应用，尤其是在关联分析、聚类分析、预测和决策方面显示了极大的优越性。在关联分析方面，灰色关联分析考虑到回归分析的种种弊病和不足，采用关联分析的方法来进行系统分析。进行灰色关联分析首先要指定参考序列，各有关因素作为比较序列，根据参考序列和比较序列曲线的接近程度来分析判断因素之间的联系程度。2.灰色关联分析的基本思想

33、 灰色关联分析的基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小。作为一个发展变化的系统，关联度分析事实上是动态过程发展态势的量化比较分析。发展态势的比较，也就是系统历年来有关统计数据几何关系的比较。灰色关联分析克服了数理统计中回归分析等系统分析的不足之处，具有不追求大的样本容量、不要求待分析的序列服从某个典型的概率分布、计算量小而且计算过程简单等优点。3.灰色关联分析的计算方法1）数据的无量纲化处理2）求关联系数3）计算关联度4）优势分析n4.灰色关联分析的应用例：棉花产量因素分析。某农业科学研究院在研究棉花的产量时发现影响棉花

34、产量的因素很多，有数据的因素就有10种。如修理、氮肥、磷肥、农肥、浇水、药物、畜耕、人耕、迷雾、喷药等，经过详细的定量分析找出4种认为是对棉花产量有较大影响的以内素，其数据如下表示。试分析各因素的重要程度。表均值化处理，结果如下对各比较序列依次进行对参考序列处理。的原始数据进行均值化将参考序列和比较序列数据均值化的无量纲化处理。以首先进行数据较序列的量纲不同，所解：因为参考序列和比139.267.3/85.7/)9()9(406.067.3/49.1/)2()2(311.067.3/14.1/)1()1(67.39/03.3303.33)85.707.692.532.443.212.269.1

35、49.114.1()(.100)1(000)1(000)1(009100 xxxxxxxxxxtxxi428.0)()(max074.0)()(min939.0)()(max177.02.1139.2,2.1654.1,2.1163.1,1177.11662.0,178.0,8.0406.0,8.0406.0,8.0311.0min)()(min946.0193.1139.2,146.1654.1,099.1613.1,042.1177.1,994.0662.0,945.0578.0,898.046.0,863.0406.0,82.0311.0min)()(max135.0193.1139.2

36、,146.1654.1,099.1613.1,042.1177.1,994.0662.0,945.0578.0,898.046.0,863.0406.0,82.0311.0min)()(min5.0.2)1(3)1(0)1(3)1(0)1(2)1(0)1(2)1(0)1(1)1(0)1(1)1(0kxkxkxkxkxkxkxkxkxkxkxkxkkkkkkk。其中分辨系数取关联度，两级最大差，然后计算首先求出两级最小差和计算关联度.362.0)9(,523.0)8(,520.0)7(,844.0)6(,637.0)5(,611.0)4(563.0)3(,552.0)2(,522.0946.05

37、.0820.0311.0946.05.004.0)1(946.0823.0,428.0,939.0,946.0min)()(maxmax04.004.0,074.0,177.0,135.0min)()(minmin823.0823.0,269.0,334.0,04.0,338.0,323.0,305.0,26.0,24.0min)()(max04.0823.0,269.0,334.0,04.0,338.0,323.0,305.0,26.0,24.0min)()(min010101010101010101)1()1(0)1()1(0)1(4)1(0)1(4)1(0列的关联系数如下表示，参考序列与

38、各比较序他比较序列的关联系数依次计算参考序列与其LLLLLLLLLkxkxkxkxkxkxkxkxikiikikk.,:68.076.058.057.09/)362.523.520.0844.0637.0611.0563.552.522.0(.30102040304030201理再次是浇水，最后是修影响最大，其次是喷药花的亩产农肥的没亩使用量对棉上述关联度表明关联度排序为：计算关联度rrrrrrrr与收入之间的关系。如下表示，试分析投资原始数据建筑业收入。各因素的交通收入；商业收入；农业收入；工业收入；国民收入；子因素分别为：科技投资；科技投资；农业投资；工业投资；固定资产投资；和子因素，母因

39、素有：选取了以下一些母因素系时，区国民收入与投资的关例：某地区在分析该地65432114321xxxxxxyyyyy如下表均值化处理，处理结果对于其他序列依次进行母序列：对均值化处理：将母序列和子序列进行数据的均值化解：131.14.325/368/)5()5(063.14.325/346/)4()4(907.04.325/295/)3()3(953.04.325/310/)2()2(947.04.325/308/)1()1(4.3255/16271627368346295310308)(.11)0(1)1(11)0(1)1(11)0(1)1(11)0(1)1(11)0(1)1(115111y

40、yyyyyyyyyyyyyyykyyk5.0.2系数取计算关联系数列，分辨序列，序列，各子因素为比较分别以各母因素为参考计算关联系数551.0882.0750.0635.0848.0900.0539.0769.0668.0523.0816.0748.0754.0643.0580.0542.0632.0630.0756.0831.0673.0578.0804.0799.0713.0866.0684.0594.0836.0830.0713.0,866.0,684.0,594.0,862.083.0)857.0937.0787.801.0769(.51)(51.3543211615141312511

41、111yyyyyRrrrrrkLrk，计算结果写成矩阵各子序列的灰色关联度依次计算其他母序列与的灰色关联度。计算各母因素与子因素计算关联度4.结果分析从关联矩阵可以看出:(1)第3行的关联度(农业投资与各子因素的关联度)几乎是最小的。这说明各种收入与农业投资的关系不大，这也从侧面说明了农业的发展是一个长远的投资发展过程，是不能在短期内见效的。(2)所有元素中,r51最大,即交通投资与国民收入的关联度最大，这表明交通投资的多少对国民总收入影响最大。事实上，交通不发达，则势必影响工业收入、交通收入、商业收入和总收入。其次是r55,这说明交通收入与交通投资的关系密切，今后应加强交通投资，这也有利于全

42、面发展经济。（3）第4行中，r42最大，即科技投资与工业收入的关联度最大，这说明科技对工业收入增长的贡献最大，这符合科技是第一生产力的科学论断，同时也说明今后应加大对科技的投入力度。同时可以看出，科技投资与农业收入的关联度最小，这表明从全面来看，还没有使科技投资与农村经济挂钩，也就是说科技投资针对的不是农业科技，而是着眼于其他方面，如工业。因此当务之急应加强农村科技投资，发展农业科技。（4）在第1行中，固定资产投资与交通收入、工业收入和国民收入的关联度比较大，这说明了固定资产投资对国民经济增长的推动作用，但固定资产也农业收入的关联度最小，这说明固定资产投资中用于农业的比较少；其次是商业收入，这

43、说明商业是不严重依赖于固定资产投资的一个行业，还言之，商业是对投资的消耗比较少的行业。8 德尔菲法德尔菲法n 德尔菲法（德尔菲法（Delphi Method）是兰德公司）是兰德公司于于40年代末提出的，是一种重要的定性预测方年代末提出的，是一种重要的定性预测方法，又称专家咨询调查法。它主要依靠人们的法，又称专家咨询调查法。它主要依靠人们的知识、经验、综合分析和判断能力，对事物未知识、经验、综合分析和判断能力，对事物未来发展趋势作出科学的预测，适用于没有足够来发展趋势作出科学的预测，适用于没有足够信息资料的中长期社会、经济、科技发展趋势信息资料的中长期社会、经济、科技发展趋势的预测，在制定长远规

44、划等方面发挥了重要的的预测，在制定长远规划等方面发挥了重要的作用，成为一种重要的辅助决策工具。作用，成为一种重要的辅助决策工具。传统直观型预测专家座谈会：即针对要预测的问题，邀请有关人士和专家进行座谈会，这种形式存在的缺点？n由于地区、交通和费用等方面的限制，参加会议的人数不可能很多，因而广泛性和可靠性受到限制。n在会议上，出于从众心里，会出现随大流、一面倒的情况，他别是权威专家在场，由于种种原因，人们不便直抒己见和充分发表见解。n处于自尊心等原因，有人会固执己见，不愿放弃和修正自己的错误意见。n会议主持人的意见可能影响和干扰预测结果。一、德尔菲法的两项关键工作 在组织咨询调查时有两项重要工作

45、，即选择专家和准备与预测主题有关的调查表及资料。n选择专家：选择的专家应是在相关领域从事实际工作或研究工作多年的专业人士和主要管理人员，应具备有关预测主题的知识和经验。不仅要选择精通技术、有一定名望和具有学派代表性的专家，还要选择边缘学科、交叉学科和社会经济等方面的专家。专家组的规模应适当，一般的预测主题，可聘请1050名专家。1.准备有关预测主题的资料和调查表：应用德尔菲法时，预测小组首先要研究预测程序、任务和内容，拟定调查表，准备和提供有关的背景资料。调查表是德尔菲法进行调查预测的主要工具。制定调查表的基本原则是问题的提出和陈述应明确简练，便于专家回答。可根据预测主题的特点设计调查表。要明

46、确表达预测的目的和任务，提问要明确，用词要准确，要避免含糊不清和缺乏定量性的词汇。二、德尔菲法的工作程序n事先就预测主题拟定一份调查表，准备必要的背景材料，以及德尔菲法的简要介绍，用信函方式邮寄给选定的专家。专家回答所提问题，并邮寄回预测调查组，对回收的调查表，预测调查小组进行统计分析。n预测小组将第一轮调查表的统计结果和同样的调查表，仍邮寄给同一批专家，再次进行调查。专家们可以参考上一轮的统计汇总结果回答提问，并允许改变自己的意见，而无需公开说明理由。调查者在反馈汇总统计结果时，必须忠实于专家们得回答，在任何情况下都不应泄露和暗示自己的意向。专家们在答完第二轮调查表中的问题后，仍寄回预测调查

47、小组。n对回收的第二轮调查表再作统计分析，汇总结果将再次反馈给专家们。对于存在分歧的问题，尤其是对待极力赞同或激烈反对观点的专家，可以要求他们说明其特殊理由。三、德尔菲法的特点 德尔菲法是一种广泛的直观型定性预测方法，其主要特点有：n匿名性n反馈性n统计性四、应用德尔菲法需注意问题n对德尔菲法应作出简要说明，因为参与咨询调查的专家不可能都了解这种方法；n问题要有针对性，不要过于分散，提出的问题要按先简后繁、先综合后局部、由浅入深的顺序排列，这样既便于评价，也能引起回答问题的兴趣；n预测小组不应在调查表中显露和表明自己的意见，尤其在出现意见分歧时，否则，会使专家们去迎合预测小组的观点，以致结论失

48、真；n调查表用词确切，避免概念模糊，每次列出的问题不要过多，以不超过25个为宜，否则难以突出重点。五、德尔菲法应用举例例：某城市洗衣机厂的产品主要市场在本省。为了制定发展规划，现采用德尔菲法预测今后三年内的总需求量，其主要工作如下：n选择了10名专家，包括业务经理、推销员和经济学家等；n准备的资料包括：本厂产品的主要质量指标、性能、特点、成本以及拟定的销售价格，外省同类产品的质量和价格，各种洗衣机在本省历年的销售情况，人们今后三年内的收入情况预测，目前本省洗衣机拥有量，最高需求量和最可能的需求量，将调查表和资料寄给每一位专家n将专家意见汇总整理，返回给各位专家，请他们进一步发表意见。咨询调查反

49、复进行3轮，得出的调查结果如下表所示，由表中可看出，经过三轮调查，专家意见逐渐统一。此时可由此作出预测。以最后一次调查表为准，计算出最低需求量、最可能需求量和最高需求量分别为8.3万台，10.8万台和12.7万台。对这3种预测进行加权平均，权重分别取0.2、0.6、0.2，由此可得加权平均值10.68万台，作为需求量的预测值。作业：1.如图所示的递阶层次结构，经专家讨论得到以下两两判断矩阵，试利用层次分析法确定各方案的优先顺序2.环境单元分类。每个环境单元可以包括空气、水分、土壤、作物等四个要素。环境单元的污染状况由污染物在四个要素中含量的超标限度来描述。现有五个单元A1，A2，A3，A4，A

50、5，它们的污染数据如下表所示。试对这五个环境单元进行聚类分析。3.已知某地区1992-1998年间农业总产值、种植业总产值和畜牧业总产值的数据如下表所示，试分析农业总产值和种植业总产值、畜牧业总产值之间的关系。第三章 系统模型1 概述概述 模型在系统工程中占有很重要的地位。了解什么是模型，模型的作用，以及模型的分类对于构造和使用模型是十分重要的。模型是系统分析的工具，使用模型的目的在于通过模型认识和研究实际系统，并为改进系统或构建系统提供有关信息。一般认为逻辑推理法、实验法和模型法是人们认识和探索客观世界的三种基本方法。1.模型概念及意义模型概念及意义n模型模型对现实系统抽象表达的结果。对现实

51、系统抽象表达的结果。应能反映（抽象或模仿）出系统应能反映（抽象或模仿）出系统 某个方面的组成部分（要素）某个方面的组成部分（要素）及其相互关系。及其相互关系。模型特征模型特征它是现实世界一部分的抽象或模它是现实世界一部分的抽象或模仿；它是由哪些与分析的问题有关的因素仿；它是由哪些与分析的问题有关的因素构成；它表明了有关因素间的相互关系。构成；它表明了有关因素间的相互关系。模型意义模型意义n模型是实际系统的简化描述，具有易于处理的形式，通过改变模型的参数、变量和有关条件，可以对问题作多方面深入的研究；n于很难甚至无法作实验的系统，如社会经济系统、战争系统等，可以借助模型对其进行研究；n有些系统发

52、展变化的特征需要做长期观察，而通过基于模型的研究可以较快地获得结果；n可以通过灵敏度分析，研究多因素对系统的影响。n模型化模型化构建系统模型的过程及方法。构建系统模型的过程及方法。n 要注意兼顾到现实性和易处理性。要注意兼顾到现实性和易处理性。n意义及特点意义及特点：n对系统问题进行规范研究的基础和标志；对系统问题进行规范研究的基础和标志；n经济、方便、快速、可重复，经济、方便、快速、可重复，“思想思想”或或“政政策策”试验；试验；n经过了分析人员对客体的抽象，因而必须再拿经过了分析人员对客体的抽象，因而必须再拿到现实中去检验。到现实中去检验。n2.模型的分类与模型化的基本方法模型的分类与模型

53、化的基本方法n模型的分类模型的分类：n A抽象模型抽象模型A1概念模型，这是人们应用知识、经验和直觉，在缺乏资概念模型，这是人们应用知识、经验和直觉，在缺乏资料的情况下，通过构想一些资料，建立初始模型，再逐渐料的情况下，通过构想一些资料，建立初始模型，再逐渐扩展和完善而形成的，在形式上它们可以是思维的、文字扩展和完善而形成的，在形式上它们可以是思维的、文字的或者描述性的。的或者描述性的。（思维或意识模型（思维或意识模型A11;字句模型字句模型A12;描述模型描述模型A13）nA2图式模型：这是用少量文字、简明的数字、线条图式模型：这是用少量文字、简明的数字、线条等构成的模型，它能够直观形象地表

54、示出实际系统等构成的模型，它能够直观形象地表示出实际系统的一些本质和特征，如流程图、方框图、流图、网的一些本质和特征，如流程图、方框图、流图、网络图等。络图等。nA3模拟模型：这是用一组便于控制的条件代表真实模拟模型：这是用一组便于控制的条件代表真实系统的特征，通过模仿性实验，来了解实际系统的系统的特征，通过模仿性实验，来了解实际系统的特征或变化规律。如地图上利用等高线或不同颜色特征或变化规律。如地图上利用等高线或不同颜色代表实际地势的高低，用电路系统模拟一个机械力代表实际地势的高低，用电路系统模拟一个机械力学系统，用计算机仿真程序去模拟一个排队系统，学系统，用计算机仿真程序去模拟一个排队系统

55、，利用计算机模拟和研究人工智能等。利用计算机模拟和研究人工智能等。nA4数学模型：这是用数字、符号、变量和参数等建数学模型：这是用数字、符号、变量和参数等建立起来的关系式以及图表、图象等。数学模型是对立起来的关系式以及图表、图象等。数学模型是对研究对象的一个抽象，最能反映事物的本质，切易研究对象的一个抽象，最能反映事物的本质，切易于求解和运算。于求解和运算。D形象模型D1，比例模型：这是对实际系统加以放大或者缩小而形成的模型，它与原形是相似的，如相片、飞机的风洞实验模型、建筑模型等。D2，实物模型：当实际系统适合分析研究的需要时，可将它作为模型。如抽样试验的产品。这些样本来自总体，用作研究总体

56、的模型。构造模型的一般原则（1）依据的充分性（2）准确性（3）简便性（4）使用性n建模所考虑的因素与变量（1）内部对系统有重要影响的因素，建模时必须加以考虑。这类因素是系统可以决定和调整的，称为可控因素或内部因素。（2）系统外部环境中对系统有重要影响的因素，也必须在模型中加以考虑。由于环境因素是系统无法控制的，故称为不可控因素或外部因素。（3）对系统影响较小或不十分显著的因素，建模时可以忽略不计。因为这些因素相对次要，为使模型简单，便于求解，应该舍去。模型化的基本方法模型化的基本方法：v机理法或分析方法（机理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21）v实验方法：拟合法实验方法：拟合法“理

57、论理论”导向导向 经验法经验法“数据数据”导向导向 （A22,B1,C2,D21）模拟法模拟法“计算机计算机”或或“实物实物”导向导向 （A3,A4,B2,C3,D1,D23）v专家法或老手法（专家法或老手法（A21,B4,C1,D22）v 3.3.建模一般过程建模一般过程（1）明确建模目的和要求；）明确建模目的和要求；（2）弄清系统或子系统中的主要因素及其相互关系）弄清系统或子系统中的主要因素及其相互关系；（3）选择模型方法；）选择模型方法；（4）确定模型结构；）确定模型结构；（5）估计模型参数；）估计模型参数；（6）模型试运行；）模型试运行；（7）对模型进行实验研究；）对模型进行实验研究；

58、（8）对模型进行必要修正。）对模型进行必要修正。几种典型的系统模型nISM（Interpretative Structural Modeling）nSS（State Space）nSD（System Dynamics）nCA（Conflict Analysis）n新进展新进展软计算或软计算或“拟人拟人”方法（人工神方法（人工神经经n 网络、遗传算法等）；网络、遗传算法等）；n 新型网络技术（新型网络技术（Petri网等）；网等）；n 二 解释结构模型(ISM)n 系统是由很多相互作用的要素组成的。研究一个系统，首先要知道系统中各要素的相互关系，也就是要知道系统的结构或建立系统的结构模型。结构模

59、型是表明系统各要素间相互关系的宏观模型。一种最方便的办法就是用图的形式表示这种关系。通常用网络图表示。网络图理论近几年来有很大发展。由于它比较直观，在系统分析中有广泛的应用。1.邻接矩阵和可达矩阵 的邻接矩阵。根据有向图可写出唯一唯一的有向图；反之，邻接矩阵可画出着一一对应关系，即从邻接矩阵与有向图间有（否则为零）有影响时对即向着当线段从式中如下：定义邻接矩阵），个要素的系统（对于有0),(1,21jijiijijnPPPPaaAAPPPn邻接矩阵特性：（1）全零的行所对应的点为汇点，即系统输出要素；（2）全零的列所对应的点为源点，即系统的输入要素；（3）对应于每点的行中1的数目就是离开该点的

60、线段数；（4）对应于每点的列中1的数目就是进入该点的线段数。称R=（A+I）n-1为可达矩阵。它表明了各点间经长度不大于n-1的通路的可达情况。对于点数为n的图，最长的通路不能超过n-1.n可达矩阵R性质：（1）如果R矩阵的所有元素为1，则表示从图中任一节点出发，都可达到图中任一其他节点。（2）如R阵不是所有元素为1，表示该图不是强连接图。（3）图的层次化。（4）骨架矩阵。（5）最短通路矩阵。二 解释结构模型(ISM)对于复杂的社会经济系统，难以用定量的解析模型表示时,常用定性模型来描述，结构模型是一种定性模型。在结构模型中有代表性的是结实结构模型(Interpretive Structura

61、l Modeling),这一种方法是美国Botteller研究所开发的。其特点是将复杂的问题分解成一系列的辅助问题,通过人和计算机的交互作用，把人的认识和直觉送入计算机，计算机按一定模式输出结果，反馈给人去作比较、判断、分析和决策，反复进行，可使各个辅助问题的结构关系逐步明确，并形成整体问题。二 解释结构模型(ISM)达方式。等）这两种常用的表弧）和矩阵（可达矩阵有向图（节点与有向关联方式或关系）及其构成系统诸要素间的理解系统结构的概念（法系统结构表达及分析方结构分析结构模型化结构模型结构概念基础（一）系统结构模型化.2.1n 比较有代表性的系统结构分析方比较有代表性的系统结构分析方法有：法有

62、：关联树（如问题树、目标树、决关联树（如问题树、目标树、决策树）法、解释结构模型化（策树）法、解释结构模型化（ISM）方）方法、系统动力学（法、系统动力学（SD）结构模型化方法）结构模型化方法等。等。n n 本部分要求大家主要学习和掌握本部分要求大家主要学习和掌握ISM方法（实用化方法、规范方法）。方法（实用化方法、规范方法）。（二）ISM实用化方法设定设定问题问题、形、形成意成意识模识模型型找出找出影响影响要素要素要素要素关系关系分析分析（关（关系图系图）建立可建立可达矩阵达矩阵(M)和和缩减缩减矩阵矩阵（M/）矩阵矩阵层次层次化处化处理理(ML/)绘制绘制多级多级递阶递阶有向有向图图建立建

63、立解释解释结构结构模型模型分析分析报告报告比较比较/F 学习学习初步分析初步分析规范分析规范分析综合分析综合分析ISMISM实用化方法原理图实用化方法原理图实施ISM步骤*组成实施ISM小组。小组成员10人左右，他们应持有不同的观点；*设定问题。对某一复杂的社会经济系统问题，小组成员站在各自的立场上，掌握不同的情况，有不同的目的，因此要共同设定问题的范围、目标、要求等；*选择构成问题的要素。小组成员可提出许多问题，经归纳整理，应使要素的数目适当，一般以1030项要素为宜，由问题的复杂程度来决定，不宜太多也不宜太少。每项要素表示有向图中的一个节点；*构造有向图，明确要素之间的关系。若i项要素与j

64、项要素有关系，则结构矩阵的i行j列元素为1，否则为0。这样找到直接关系矩阵，即邻接矩阵；同时可得一有向图，并可在计算机上显示出来，供小组讨论。由邻接矩阵又可得到可达矩阵，它包含了直接和间接的关系；ISM法假定要素项目间存在转移律，即：如i项目比j项目优先，j项目比k项目优先，则i项目必定比k项目优先，这样就不必再比较i与k的关系，使建立结构模型的提问减少。但成立转移律就意味着项目间有顺序，在优先比较时不存在反馈（环），这在实际应用时受到限制，因为实际问题常存在反馈关系，使用时要注意。*解释结构模型的意思，并交小组讨论，如大家认为需补充设定问题，可转到步骤2，再重新构造模型，重复上述步骤。如认为

65、此模型已提出满意的结论和对策，即可到此为止。以上步骤中，较困难的是建立复杂问题的邻接矩阵或可达矩阵，以得到有向图。为此，采用分块矩阵的方法处理，使复杂问题分解成若干子问题，逐个解决，然后再合成。这一过程大体分为三个阶段。.4.3;.2;.1,关系符号为）的（与），（，反之，不可达的集合）可达（）：表示从集合（；）的关系符合为（与）的项目集合，（）和（）：不属于（）的关系符号为（与），（项目或节点集合为可达，反之，也可达的）：从（）的关系符号为（与），（项目或节点集合为可达，反之，不可达的）：从（。成以下四个部分的集合也可分为四种情况，形外的项目则除，其中某一项目为合为同样，如项目总体的集。不可

66、达，可到达：；不可达，可到达：都不可达；到及从到：从”为强连接；，“也可达，可到达：的四种情况：来表示有向图中我们可用下面四种符号”系为“项目的关项目与设分类，构成辅助系统。第一阶段是将连接关系iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiisCssDssDsDsCssBsAsCsBssBssBsAssAssAssSjiijijjiijjiiRjijjiiRjiRjjin第二阶段是确定剩下的非对角线上的子块；n第三阶段为用尽可能简单的有向图来表示该可达矩阵。先找出强连接部分，将其归为一个层次，其余部分，按输入输出关系分层次，输出为高一级层次，输入为低一级层次。依次排序，可得出结构图。初步得出的结构图需返回小组讨论，研究其合理性和可用性，可修改初始假定关系，再进行系统构模。ISM法的特点是：在构造模型的过程中，有小组成员参加提问和讨论，得出结构图后，又由小组研究和修改，反复进行，直到全体成员认可和理解。因此，这是一个定性与定量相结合的方法，应用很广泛。然而，从理论上看，它存在一个大问题，就是关于推移律的假定，这意味着项目关系必须是顺序的或半顺序的，不存在反馈，但如前所述，实际问题却常存在反