系統(tǒng)工程基本分析方法

1、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 機電設備制造公司運營效率診斷引例1 1：柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃問題 某紡織機械設備制造公司以制造噴氣織機為主營業(yè)務，產(chǎn)品位居全國高檔噴氣織機市場份額的前三位。 隨著浙江、廣東個體紡織業(yè)的發(fā)展，噴氣織機的需求由原來的標準化逐步轉(zhuǎn)向個性化，為適應產(chǎn)品多品種、小批量的特點， 企業(yè)決定引進柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS）來滿足制造上的要求。如何設

2、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)可以靈活適應產(chǎn)品的變化，但設備價格昂貴。相關概念規(guī)化是指根據(jù)需求選擇合適的設備型號和數(shù)量，并做相應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），設備昂貴設計柔性制造系統(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）、裝卸工件的機器人、運送工件的自動導引小車（AGV）以及運輸軌道系統(tǒng)構(gòu)成

3、。 柔性制造系統(tǒng)構(gòu)成實例 設計環(huán)境零件不確定零件工藝不同在不同機床上進行不同加工依照不同次序，零件到達分布規(guī)律是隨機的，但符合某種分布，零件加工的過程相當于排隊網(wǎng)如何設計制造系統(tǒng)？設計過程需求分析初步設計與成本規(guī)格確定機床數(shù)量零件流刀具流夾具操作工最終設計實施UserSupplier引例2：A 機電設備制造公司運營效率診斷A機電設備制造有限公司（以下簡稱A公司）系中國某機電設備制造公司與日本某機電株式會社合資組建的合資公司，其產(chǎn)品主要為電器設備。該公司系全國先進制造技術(shù)試點網(wǎng)點單位，其設備完全采用日本公司所提供自動化加工中心和數(shù)控機床，并配備先進的全自動立體倉庫。公司管理信息系統(tǒng)采用德國的SA

4、P R/3 MRPII（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。由于日方更關注產(chǎn)品質(zhì)量能否達到其本國標準，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)劃與設計屬于

5、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)設計屬于社會經(jīng)濟系統(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)第二節(jié) 系統(tǒng)分析原理系統(tǒng)分析原理概念系統(tǒng)工程是研究大規(guī)模復雜問題的思想、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)分析是用科學或數(shù)量的方法對系統(tǒng)進行研究的一種方法 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

6、闡明問題謀劃備選方案預測未來環(huán)境建模預測后果評比備選方案決策原始情況約束條件評價指標目標備選方案后果提供分析結(jié)果闡明問題階段分析研究階段評價比較階段系統(tǒng)分析過程一、闡明問題二、謀劃被選方案三、建模與預計后果四、預測未來環(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

7、方案謀劃方案技術(shù) 頭腦風暴法 Delphi法 635法 類比法 矩陣法三、建模與預計后果常見模型：結(jié)構(gòu)模型、數(shù)學模型、仿真模型常見模型：結(jié)構(gòu)模型、數(shù)學模型、仿真模型國防科技大學的杜玠教授將模型分為： 原樣模型 相似模型 邏輯模型 數(shù)學模型西安交通大學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）等 。四、預測未來環(huán)境每項系統(tǒng)工程都需要預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)境有關通常使用“情景分析法”解決方案的未來環(huán)境問題 五

8、、評比被選方案評價方法 關聯(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）認識評認識評價問題價問題(5W1H)(5W1H)搜集、整搜集、整理、分析理、分析資料資料方案方案準則準則主體主體選擇評

9、價選擇評價方法、建方法、建立評價模立評價模型型 分析分析 、計算、計算 評價評價 值值綜合綜合評價評價決決策策關聯(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、關聯(lián)矩陣法關聯(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評價指標及其重要度與方案關于具體指標的價值評定量之間的關系 Ai是某評價對象的m個替代方案；Xj是評價替代方案的n個評價指標或評價項目；j是n個評價指標的權(quán)重；Vij是第i個替代方案Ai的關于指標Xj的價值評定量（其中i=1m,j=1n）n21Vi X1 X2 Xn mjjjmjjjnjjjVVVVVV2

10、2111XjjVijAiA1A2Am.?j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為五項。它們分別是：畝產(chǎn)量x1/kg ；每百斤產(chǎn)量費用x2/元；每畝用工x3/工日；每畝純收入x4/元；土壤肥力增減級數(shù)x5根據(jù)專業(yè)人士的預測和估計，實施這三種方案后關于五個評價項目的結(jié)果如下表所示 方案能達到的指標值 逐對比較法步驟一：用逐對比較法，求出各評價指標的權(quán)重 1x2x3x4x5x評價的指標及其權(quán)重評價的指標及其權(quán)重逐對比較法步驟二：由評價主體確定評價

11、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值表 ，對各替代方案的進行綜合評定 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逐對比較法關聯(lián)矩陣例表 步驟三：將以上計算結(jié)果用關聯(lián)矩陣表示 四、古林法 步驟一：確定評價指標的重要度Rj 關聯(lián)矩陣例表 古林法步驟二：Rj的基準化處理設基準化處理的結(jié)果為Kj，以最后一個評價指標作為基準，令其K值為1，自下而上計算其他評價項目的

12、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古林法步驟四：對各替代方案逐項進行評價 古林法求Vij例表古林法步驟五：綜合關聯(lián)矩陣例表和Vij例表的結(jié)果，即可計算三個替代方案的綜合評定結(jié)果 關聯(lián)矩陣例表 五、層次分析法 基本原理 產(chǎn)生與發(fā)展 基本思想和實施步驟 基本方法舉例供應商評價 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 基本原理產(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、效益或有效度進行優(yōu)化分析與評價，也難以在任何情況下做

13、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結(jié)合的方法或通過定性信息定量化的途徑，使復雜的評價問題明朗化 美國運籌學家、匹茲堡大學教授T. L.薩迪于20世紀70年代初提出了著名的AHP（Analytic Hierarchy Processing，解析遞階過程，通常意譯為“層次分析”）方法 基本原理基本思想AHP方法把復雜的問題分解為各個組成因素，又將這些因素按支配關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系，建立系統(tǒng)的

14、遞階層次結(jié)構(gòu) 對同一層次的各元素關于上一層中某一準則的重要性進行兩兩比較，構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣，并進行一致性檢驗 由判斷矩陣計算被比較要素對于該準則的相對權(quán)重 計算各層要素對系統(tǒng)目的（總目標）的合成（總）權(quán)重，并對各備選方案排序?；痉椒ㄅe例供應商評價 一、建立該供應商評價問題的遞階結(jié)構(gòu) 基本方法舉例供應商評價二、建立各階層的判斷矩陣，并進行一致性檢驗 判斷矩陣標度定義 基本方法舉例供應商評價三、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商評價三、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商評價四、求各方案的總重要度31ijijiCbC方案總重要度計算例表

15、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S2AHPAHP一般方法一、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）AHPAHP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) 定量指標的處理 一致性檢驗方法 計算一致性指標C.I.查找相應的平均隨機一致性指標R.I.計算一致性比例C.R.AHPAHP一般方法三、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

16、均法） 特征根方法 最小二乘法 引例醫(yī)院健康狀況會診的系統(tǒng)評價主要步驟及有關概念理論與方法基礎六、模糊綜合評價法 醫(yī)院健康狀況會診的系統(tǒng)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評定的可能性大小（可能性程度） 3、確定權(quán)重向量WF等WF為評價項目或指標的權(quán)重或權(quán)系數(shù)

17、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 模糊數(shù)學的產(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決策分析的過程： 問題分析、診斷及信息活動 對目標、準則及方案的設計活動 對非劣備選方案進行綜合分析、比較、評價的抉擇或選擇活動 將決策結(jié)果付諸實施并進行有效評估、反饋、跟蹤、學習的執(zhí)行或?qū)嵤┗顒印?二（1）、決策問題的基本模型決策問題的基本模式為：Wij=f

18、(Ai,j),i=1,2,m，j=1,2,nAi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；j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 決策問題的要素決策問題的類型完全把握 確定性決策不完全把握 風險型決策對自然不確定不確定型決策完全不把握 對人的不確定對抗型決策（對策）政治、經(jīng)濟、軍事、能源、人口、教育等決策戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)等決策 A W 定性、定量、模糊決策單目標、多目標決策隱式、顯式?jīng)Q策決策

19、者個人、群體決策 三、幾類基本決策問題的分析 確定性決策 條件：存在決策者希望達到的明確目標（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，常用運籌學中規(guī)劃論等方法來分析解決，如線性規(guī)劃、目標規(guī)劃 案例：EOQ模型幾類基本決策問題的分析風險性決策 條件存在決策者希望達到的明確目標（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)驗和科學理論等可以預先估算出自然狀態(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

20、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到的明確目標（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、解決機場選址問題步驟五、結(jié)論一、問題的背景項目背景上世紀80年代初，S市的領導班子根據(jù)區(qū)域發(fā)展規(guī)劃，決定建設一個國際機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 飛機噪聲污染 預防鳥擊飛機 污水便于排除 效益問題三、備選方案的特征分析