系统工程ISM课程设计报告

《系统工程ISM课程设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《系统工程ISM课程设计报告（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、-1.引言1.1 设计目的解释构造模型法是现代系统工程中广泛应用的一种分析法，能够利用系统要素之间的零乱关系，用于分析复杂系统要素间关联构造，提醒出系统部构造。本次课程设计的目的是，通过对大学生身边实际问题的分析，掌握运用ISM法对复杂问题进展建模的过程，提高学生系统分析以及运用计算机求解问题的能力，强化计算机实际应用能力。1.2设计的意义在课程设计的过程中将理论知识应用到实际的操作过程，使得理论与实践能很好地结合。与此同时应用一些相关的计算机知识，使设计者能很好地掌握以前没有掌握的各种知识，并且能在以后的实际生活和学习中能熟练准确地运用，以便降低解决问题的难度，提高解决问题的效率。另外，在设

2、计过程过小组分配任务，使得设计者明确如准确按时的完成自己的任务，以及单独解决问题的能力得以提高，也明白了合作的重要性。1.3设计的容在明确问题背景的前提下，通过分析问题，找出存在的主要影响因素，运用解释构造模型的法解决问题，是原有问题得以优化，到达设计的目的。同时对用到的法加以详细的阐述，对法解决问题时的步骤做以具体的安排。在现代社会高速开展的状态下，对市的公共交通开展进展分析研究，找出其影响因素，运用解释构造模型Interpretative Structural Modeling Method,简称ISM法法对其进展优化更新，找到最优的案。1.4设计任务在对实际问题实际调查过程中，明确现有问

3、题的缺陷和缺乏，通过各种法，找出解决实际问题的有效法，再通过手工或者计算机的编程计算找到最优的案，使最终的案在原始案的根底上得以优化，更进一步的改进原始的案，从而满足现实的需求，以节省本钱，赢取利润.。此次课程设计是利用解释构造模型法首先对影响市公共交通的开展因素进展分析，确定关键的因素，然后利用此法解决关键因素引起的关键问题，在通过逐层逐次的分解和分析之后，对市公共交通的开展进展优化，找到最优的解决案，以满足现实生活的需求。2.基于ISM法的市公交优化问题系统分析2.1案例背景随着经济的开展，市的机动化水平越来越高，交通拥堵等问题也日益突出。优先开展城市公共交通是世界上多兴旺和开展中解决城市

4、交通问题的最有效途径之一，也是符合中国国情的战略选择。为了充分地发挥公共交通的作用，提高公共交通的吸引力，缓解大城市的交通压力，应采取措施对公共交通进展优化。但是公共交通作为一个系统工程，其优化法和措施很多，很难直观地区分措施的重要程度，故在进展公交优化时确定优化措施的主次及实施先后等问题存在一定的难度。为了在短时间更有效地采取措施，分清主次，使公交开展更切实可行，促进公共交通的良好开展，在此次课设中采用解释构造模型来优化大城市的公共交通。2.2 分析问题影响市公共交通开展的因素很多，根据实际情况和参考资料进展相应的分析，对优化措施进展归纳和总结，其构成要素见表2.1。2.3该问题的调查问卷通

5、过调差问卷的形式，可以使问题现实化，问题结论更有可信度。在调差问卷的过程中能掌握实际生活中的实际的问题，在对实际问题的实际调查与研究过程中，运用具体的法解决具体的问题，是具体问题具体化，最终找到最优的解决案。调查问卷见附录一。2.4 ISM的建立1.系统中这12个要素是有机的联系在一起的，而这些要素之间又是相互影响，相互作用的，将这种影响及其作用关系用矩阵、及邻接矩阵来表示出来。矩阵的元素aij=1表示要素Ai对Aj有直接影响，否则aij=0。在对本问题的系统分析中，建立邻接矩阵如表2.2。表2.1 系统的构成要素要素编号要素名称要素定义A1票价体系各站点区间票价的构成体系A2公交运营本钱公共

6、交通在运营中产生的本钱A3公交站点优化使公共交通站点合理布局的过程A4快速公交开展规划使公共交通快捷、迅速的一系列开展方案A5公交专用道只允公交通过的线路A6公交投资力度对公交投资多与少的一个判断A7公交换乘枢纽乘客换乘公交的大型节点A8公交优先信号控制对公交优先通过的一种信号的控制A9公交运营车辆技术水平公共交通运营车辆的技术水平A10限制私家车开展政策使私家车合理开展的相关政策A11公交司乘人员素质公交司机和乘客的素质A12公交优先法律体系关于公交优先的法律体系表2.2 邻接矩阵A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A1000000000000A2000000000000A

7、3110000000000A4000010010000A5000000000000A6000000001000A7000010000000A8000000000000A9000100000000A10001000100000A11000100000000A120000000000102.5 解决问题在此设计过程中，为了使复杂问题简单化，明晰化，我们运用解释构造模型法Interpretative Structural Modeling Method,简称ISM法解决问题。下面对此种法做以全面的介绍。2.5.1 ISM解释构造模型表达解释构造模型法Interpretative Structural

8、 Modeling Method, 简称ISM法是现代系统工程中广泛应用的一种分析法，能够利用系统要素之间的零乱关系，用于分析复杂系统要素间关联构造，提醒出系统部构造。核心思想：把复杂系统分解为假设干子系统(要素)，利用人机交互，将系统构造成一个多级递阶的构造模型，如图2.1所示。图2.1 递阶层次构造ISM的应用：ISM特别适用于变量众多、关系复杂而构造不清晰的系统分析，也可用于案的排序。 ISM的应用十分广泛，从能源问题到地区经济开发、企事业甚至个人围的问题，都可用ISM来建立构造模型，并据此进展系统分析。物流领域：质量工程工程、业务流程再造、制造企业ERP影响因素分析等。1.解释构造模型

9、的工作程序如下：1建立系统要素关系表；2根据系统要素关系表，作相应有向图，并建立邻接矩阵；3通过矩阵运算求出该系统的可达矩阵 M ；4对可达矩阵 M 进展区域分解和级间分解；5建立系统解释构造模型。2.系统构造的矩阵表达：(1)邻接矩阵：表示系统要素间根本二元关系或直接联系情况的矩阵。(2)可达矩阵：表示系统要素间任意次传递性二元关系或有向图上两个节点之间通过任意长的路径可以到达的情况。5162374图2.2 有向图=图2.3 可达矩阵图3.可达矩阵的计算：1邻接矩阵+单位矩阵=新矩阵 即 A+I=A+I2依次运算：(A+I)1 (A+I)2 (A+I)3 (A+I)r-1 =(A+I)r =

10、M 即当(A+I)r-1 =(A+I)r 时，矩阵(A+I)r-1就是可达矩阵 其中运算中用到的布尔代数法则为： 0+0=0，0+1=1，1+1=100=0，10=0，11=1 4.建立递阶构造模型的规法：建立反映系统问题要素间层次关系的递阶构造模型，在可达矩阵的根底上进展，一般要经过区域划分、级位划分、骨架矩阵提取和多级递阶有向图绘制等四个阶段。 2.5.2 ISM建模过程建立反映系统问题要素间层次关系的递阶构造模型，在可达矩阵的根底上进展，一般要经过区域划分、级位划分、骨架矩阵提取和多级递阶有向图绘制等四个阶段。1.区域划分区域划分即将系统的构成要素集合，分割成关于给定二元关系的相互独立的

11、区域的过程。首先以可达矩阵M为根底，划分与要素Sii = 1，2，n相关联的系统要素的类型如可达集、先行集等，并找出在整个系统所有要素集合S中有明显特征的要素。有关要素集合的定义如下： 达集R(Si) ：在可达矩阵或有向图中，由Si可到达的诸要素所构成的集合，记为RSi。先行集A(Si) ：在可达矩阵或有向图中，可到达Si的诸要素所构成的集合，记为ASi。共同集C(Si)：可达集和先行集的共同局部，即交集，记为C (Si);系统要素Si的可达集R(Si) 、先行集A (Si) 、共同集C(Si)之间的关系如图2.1所示： 图2.1 关系图起始集B(S)和终止集E(S)：起始集：是在S中只到达其

12、他要素而不被其他要素到达的要素所构成的集合，记为BS。 BS中的要素在有向图中只有箭线流出，而无箭线流入，是系统的输入要素。 判断法：当C(Si)= A (Si) 时， Si即是起始集的元素。终止集：当C(Si)= R (Si) 时， Si即是终止集的元素。得到以上特征集后判断系统要素集合S是否可分割法有两种：1判断起始集B(S)中的要素及其可达集R(Si) 要素能否分割；2判断终止集E (S)中的要素及其先行集A (Si)要素能否分割；重点介绍利用起始集进展判断的法：利用起始集BS判断区域能否划分的规则如下：在BS中任取两个要素bu、bv：如果Rbu Rbv，则bu、bv及Rbu、 Rbv中

13、的要素属同一区域。假设对所有u和v均有此结果均不为空集，则区域不可分。如果Rbu Rbv=，则bu、bv及Rbu、 Rbv中的要素不属同一区域，系统要素集合S至少可被划分为两个相对独立的区域。区域划分的结果可记为：S=P1，P2，Pk，Pm 。其中Pk为第k个相对独立区域的要素集合。相应的经过区域划分后的可达矩阵变为块对角矩阵，记作MP。2.级位划分区域的级位划分，即确定*区域各要素所处层次地位的过程。这是建立多级递阶构造模型的关键工作。设P是由区域划分得到的*区域要素集合，假设用L1，L2，L表示从高到低的各级要素集合其中 为最大级位数，则级位划分的结果可写出： P=L1，L2 ，L。级位划

14、分的根本做法是：找出整个系统要素集合的最高级要素终止集要素后，可将它们去掉，再求剩余要素集合形成局部图的最高级要素，依次类推，直到确定出最低一级要素集合即L。即找到共同集等于可达集的要素，C(Si)=R(Si3.提取骨架矩阵提取骨架矩阵，是通过对可达矩阵ML的缩约和检出，建立起ML的最小实现矩阵，即骨架矩阵A。这里的骨架矩阵，也即为M的最小实现多级递阶构造矩阵。对经过区域和级位划分后的可达矩阵ML的缩检共分三步，即：1检查各层次中的强连接要素，建立可达矩阵ML的缩减矩阵M(L) 2去掉M(L)中已具有邻接二元关系的要素间的超级二元关系，得到经进一步简化后的新矩阵M(L)。3进一步去掉ML中自身

15、到达的二元关系，即减去单位矩阵，将M L主对角线上的1全变为0，得到经简化后具有最小二元关系个数的骨架矩阵A。4.绘制多节递阶有向图根据骨架矩阵A ，绘制出多级递阶有向图DA，即建立系统要素的递阶构造模型。绘图一般分为如下三步：1.分区域从上到下逐级排列系统构成要素。2.同级参加被删除的与*要素有强连接关系的要素如例1中与S4强连接的 S6，及表征它们相互关系的有向弧。3.按A所示的邻接二元关系，用级间有向弧连接成有向图D(A)以可达矩阵M为根底，以矩阵变换为主线的递阶构造模型的建立过程：2.5.3 ISM法建模过程规法在系统构造不十分复杂的情况下，可以采用简便的法来建模。主要过程：1.判定二

16、元关系，建立可达矩阵及其缩减矩阵一有向图如以下图2.2所示：图2.2 有向图 由有向图2.2得格图2.3，如以下图所示：S1S2AS3S4S5S6S7*VV(V)(V)A图2.3 格图 其中：A列要素对行要素有直接影响； V行要素对列要素有直接影响； *行列两要素相互影响； 逻辑推断递推关系。在问题确定后，相关人员根据问题要素绘制格图，直观地确定各要素之间的二元关系，并在两要素交汇处用不同符号加以标示。再由逻辑推断出要素间各次递推的二元关系，用加括号的符号注在图上。由格图可以得到邻接矩阵如下： 经计算有(A+I)1 (A+I)2= (A+I)3，所以可达矩阵就是(A+I)2 ,常用M表示2.对

17、可达矩阵的缩减矩阵进展层次化处理删除强连接的要素，得到缩减矩阵；对缩减矩阵进展重排，按每行1元素的多少，由少到多顺序排列，调整行和列；在新矩阵中，从左上角到右下角，依次分解出最大阶数的单位矩阵，并加注框。每个框就表示一个层次。3.绘制多级递阶有向图先把所有要素按已有层次排列，然后按照M中两框交汇处的1元素，画出不同层次要素间直接联系的有向弧，得到多级递阶有向图。根据系统要素建立的邻接矩阵，使用MATLAB编程求出可达矩阵和级别划分矩阵。程序见附录，运行截图见图2.4。图2.4 程序运行截图源程序见附录二。3.根据可达矩阵得到可达集、先行集和共同集如表2.3所示。表2.3 可达集、先行集和共同集

18、列表Ai可达集R(Ai)先行集A(Ai)共同集C(Ai)A111，3,101A222，3,102A31,2,33,103A44,5,84,6，9,11，124A554,5,6,7,9，10，11,125A64,5,6,8,966A75,77,107A884,6,8,9,11,128A94,5,8,96,99A101,2,3,5,7,101010A114,5,8,1111,1211A124,5,8,11,1212124. 根据级别划分矩阵绘制多级制递阶有向图，见图2.5。图2.5 多级制递阶有向图5. 由图2.5中的多级制递阶有向图可知，公交构造最优系统是一个具有四层的多级递阶系统。影响因素层次

19、分析如表2.4所示。公交构造优化的最直接影响因素是：A1-票价体系,A2-公交运营本钱,A5-公交专用道,A8-公交优先信号控制；影响第二层的因素是：A3-公交站点优化,A7-公交换乘枢纽,A4-快速公交开展规划；影响第三层的因素为：A10-限制私家车开展政策,A11-公交司乘人员素质,A9-公交运营车辆技术水平；影响第四层的因素为：A12-公交优先法律体系，A6-公交投资力度。表2.4 影响因素层次分析优化措施的层次优化措施第一层A1、A2、A5、A8第二层A3、A7、A4第三层A10、A11、A9第四层A12、A6我们可以清楚的看到该系统是一个有四级的递阶构造模型。由此可以分析出，大城市公

20、交优化的相关优势如下：通过建立完善的公交优先的法律体系来保障相关政策和措施的制定，加大投资力度。与此同时，提高公交运营车辆的技术水平，制定限制私家车辆开展政策，提高司乘人员素质。随之进展快速公交开展规划，进展公交站点优化，建立公交换乘枢纽。在此根底上采取相应的具体法来优化公交系统，如：设立公交专用车道，进展公交优先信号控制，建立合理的票价体系，进展公交运营本钱核算等。3.结论通过运用解释构造模型Interpretative Structural Modeling Method, 简称ISM法来优化大城市公共交通的开展，确定影响公共交通开展的各种因素的各级层次通过逐层逐次的详细分析和计算，明确地

21、知道，公共交通开展最直接的影响因素是票价体系、公交运营本、公交专用道、公交优先信号控制。明确了影响因素的层次并针对公交优先模型的多级递阶构造提出了相应的公交优先措施，为衡量公交优化措施的主次，在短时间有效地、有侧重地实施公交优化措施提供了参考，为大城市公共交通的进一步优化开展提供了有力的依据。只是，本次课设只对影响因素进展了定性分析，没有表达影响因素对公共交通开展的影响程度的量化，即没有定量分析。因此，作为二十一世纪的大学生，在今后的学习或工作中需结合其他算法，如模糊综合评价法、网络分析法等进展定量的分析与评价，对所考察的问题进展更深层次的的研究和讨论，以此来提升自身在专业知识面的扩大。同时，

22、通过本次的课程设计，作为只在理论的知识里生活的大学生，我们更进一步掌握了实践定性分析的法与步骤，熟悉了理论与实践相结合的具体分析过程，初步学会运用理论知识进展实际案例的评价与决策，并且能够结合实际了解系统评价指标体系的相关构造组成。同时在各小组团结配合共同完成实验任务时让我们明白团队合作的关键之所在，以及明白了众人的力量是强大的。4.参考文献1汪应洛.系统工程M.：机械工业，2004：69-81.2启源，金星，叶俊.数学模型M.高等教育，2021.3思峰，党耀国. 预测法与技术M.高等教育，2005.4田志友，浣成. 解释构造模型在效劳蓝图设计中的应用 J.工业工程与管理，2004，5 穆尔，高会生，童娜，聪聪. MATLAB实用教程M. 电子工业，2021. z.-. z.