系統(tǒng)工程第二章系統(tǒng)分析與評價(jià)課件

1、第二章 系統(tǒng)分析與評價(jià)2.1 系統(tǒng)分析概述2.2 系統(tǒng)模型化2.3 系統(tǒng)的評價(jià)2.1 系統(tǒng)分析概述 2.1.1 系統(tǒng)分析的定義 2.1.2 系統(tǒng)分析的要素2.1.3 系統(tǒng)分析的原則2.1.4 系統(tǒng)分析的步驟 小結(jié)作業(yè)廣義：系統(tǒng)工程的同義語狹義：是系統(tǒng)工程的一個(gè)邏輯步驟，即用科學(xué)和數(shù) 學(xué)方法對系統(tǒng)進(jìn)行研究的一種方法。定義：系統(tǒng)分析是應(yīng)用建模、優(yōu)化、仿真等技術(shù)對系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行定量和定性的分析，為選擇最優(yōu)的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。 系統(tǒng)分析的工具是電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析的主要方法是最優(yōu)化方法，如：規(guī)劃論、圖論、排隊(duì)論等。系統(tǒng)分析2.1 系統(tǒng)分析概述2.1.1 系統(tǒng)分析的定義 蘭德公司的系

2、統(tǒng)分析人員，曾對系統(tǒng)分析所要解決的問題作過如下的論述： 1.要明確系統(tǒng)希望達(dá)到的目的和目標(biāo)。 2.確定要達(dá)到的目的和目標(biāo)所需的各種裝備和技術(shù)條件。 3.要計(jì)算各種替代方案所需的費(fèi)用和能獲得的經(jīng)濟(jì)效益。 4.建立各種替代方案及其相應(yīng)的模型。 5.根據(jù)有關(guān)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等設(shè)計(jì)價(jià)值系統(tǒng)，確定評價(jià)準(zhǔn)則。 根據(jù)這些系統(tǒng)分析需要解決的問題，后來人們總結(jié)出系統(tǒng)分析的要素：目的和目標(biāo)、替代方案、模型、費(fèi)用和效益、評價(jià)準(zhǔn)則、結(jié)論2.1 系統(tǒng)分析概述2.1.2 系統(tǒng)分析的要素目標(biāo)模型A1A3A2A5A4研究可行方案效果（+）費(fèi)用（-）+-評價(jià)準(zhǔn)則A1A2A4A5A3評 價(jià)結(jié)論 目標(biāo)是系統(tǒng)目的的具體化，是系統(tǒng)分析的

3、基礎(chǔ)。如：增加獲利的目的等等 在設(shè)計(jì)階段，常需要制定出為達(dá)到系統(tǒng)預(yù)定目標(biāo)的若干種方案，以供進(jìn)一步比較和選擇。 建立一個(gè)系統(tǒng)都需要一定的人力、物力、財(cái)力等的投入。 系統(tǒng)在運(yùn)行后總會(huì)產(chǎn)生一定的效果，系統(tǒng)的效果有能換算成貨幣和不能換算成貨幣兩種情況。 模型是系統(tǒng)分析的重要因素，通過模型可以預(yù)測出各種替代方案的性能、費(fèi)用、效果、時(shí)間等指標(biāo)的情況，以利于方案的分析和比較模型的優(yōu)化與評價(jià)。 評價(jià)準(zhǔn)則是評價(jià)各種方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。通過評價(jià)準(zhǔn)則對各種方案進(jìn)行綜合，確定出各方案的優(yōu)劣順序。 2.1 系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)分析的要素結(jié)構(gòu)圖（1）內(nèi)部因素和外部因素相結(jié)合（2）當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益相結(jié)合（3）局部利益和整體利益相

4、結(jié)合（4）定量分析和定性分析相結(jié)合 構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，不僅受到內(nèi)部因素的影響，而且也受到外部條件的制約，例如設(shè)計(jì)一個(gè)企業(yè)，作為一個(gè)系統(tǒng)，不僅要受到企業(yè)本身的各種因素的，如生產(chǎn)類型、生產(chǎn)過程、生產(chǎn)環(huán)節(jié)、物流和信息流的相互制約，而且要受到外部自然環(huán)境、市場狀況、協(xié)作和運(yùn)輸情況等外部因素的影響。所以進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)，必須把內(nèi)部因素和外部條件結(jié)合起來綜合分析。 2.1 系統(tǒng)分析概述2.1.3 系統(tǒng)分析的原則（1）內(nèi)部因素和外部因素相結(jié)合（2）當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益相結(jié)合（3）局部利益和整體利益相結(jié)合（4）定量分析和定性分析相結(jié)合 在建立一個(gè)工廠或?qū)嵤┮粋€(gè)方案時(shí)，不僅要從目前利益出發(fā)，而且還要考慮到將來的利益。如

5、果采用的方案，對目前和將來都是有利的，這當(dāng)然是最理想的。當(dāng)長遠(yuǎn)利益與當(dāng)前利益發(fā)生矛盾時(shí)，就要從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)各種要素認(rèn)真權(quán)衡利弊、慎重考慮。如：毀林造田，英國與德國的工業(yè)發(fā)展，牧民定居？2.1 系統(tǒng)分析概述2.1.3 系統(tǒng)分析的原則（1）內(nèi)部因素和外部因素相結(jié)合（2）當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益相結(jié)合（3）局部利益和整體利益相結(jié)合（4）定量分析和定性分析相結(jié)合 一個(gè)系統(tǒng)是由若干個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的，如果每個(gè)子系統(tǒng)的效益是好的，組織起來的總系統(tǒng)的效益也是好的話，這當(dāng)然是最為理想的，但實(shí)際中卻往往很難做到這一步。 例如：兩人得、失和問題 方案1 方案2 方案3得： 5 4 1失： -4 -2 -1 追求局部最優(yōu)，

6、但不是整體最優(yōu)一枝獨(dú)秀不是春，百花齊放春滿園。 2.1.3 系統(tǒng)分析的原則2.1 系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)工程是關(guān)于“整體性”的科學(xué)！整體大于部分之和！思想核心2.1 系統(tǒng)分析概述（1）內(nèi)部因素和外部因素相結(jié)合（2）當(dāng)前利益和長遠(yuǎn)利益相結(jié)合（3）局部利益和整體利益相結(jié)合（4）定量分析和定性分析相結(jié)合 定量分析可以用模型、公式、數(shù)據(jù)指標(biāo)等方式表示出來，對那些不易或不能用數(shù)量表示的指標(biāo)，如政治體制、政治因素、環(huán)境污染造成的某些影響等，則可用定性分析的方法來處理。 因此在進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)，需要把定性分析和定量分析結(jié)合起來綜合分析，只有這樣才能達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化目的。 2.1.3 系統(tǒng)分析的原則2.1 系統(tǒng)分析概述

7、界定問題確定目標(biāo)提出方案建立模型分析效果綜合評價(jià)決 策滿意否是否通常問題是在一定的外部環(huán)境作用和系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)展的需要中產(chǎn)生的。它不可避免地帶有一定的本質(zhì)屬性和存在范圍。只有明確了問題的性質(zhì)和范圍后，系統(tǒng)分析才有了可靠的起點(diǎn)。 目標(biāo)通常通過某些指標(biāo)來表達(dá)，而標(biāo)準(zhǔn)則是衡量目標(biāo)達(dá)到的尺度，系統(tǒng)分析是針對所提出的具體目標(biāo)而展開的，由于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的目的，是靠多方面的因素來保證的，因此系統(tǒng)目標(biāo)也必然由若干個(gè)。 對照目標(biāo)整理資料，找出影響目標(biāo)的各種因素，而后提出能達(dá)到目標(biāo)條件的各種替代方案（可行方案）。 就是把實(shí)體系統(tǒng)置換成簡要的、在時(shí)間上或理論上都能處理的模型。 利用已經(jīng)建立的各種模型對替代方案可能產(chǎn)生的

8、結(jié)果進(jìn)行計(jì)算測定，考察各種指標(biāo)達(dá)到的程度。 在上述分析的基礎(chǔ)上，再考慮各種定性因素，對比系統(tǒng)目標(biāo)達(dá)到的程度，用標(biāo)準(zhǔn)來衡量 2.1 系統(tǒng)分析概述2.1.4 系統(tǒng)分析的步驟2.1 系統(tǒng)分析概述小結(jié)系統(tǒng)分析是應(yīng)用建模、優(yōu)化、仿真等技術(shù)對系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行定量和定性的分析，為選擇最優(yōu)的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程，系統(tǒng)分析主要方法是最優(yōu)化方法，如：規(guī)劃論、圖論、排隊(duì)論等。系統(tǒng)分析要遵循一定的原則，按照一定的步驟進(jìn)行。隨著自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，系統(tǒng)分析的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。 2.1 系統(tǒng)分析概述思考題什么是系統(tǒng)分析？ 舉例說明系統(tǒng)分析的步驟。 2.2 系統(tǒng)模型化 2.2.1 系統(tǒng)模型的定義 2.

9、2.2 系統(tǒng)模型的特征2.2.3 系統(tǒng)模型的分類2.2.4 系統(tǒng)模型的作用2.2.5 建立模型的幾種常用方法小結(jié)思考題 系統(tǒng)模型是一個(gè)系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述，它以某種確定的形式（如：文字、符號、圖表、數(shù)學(xué)公式等）提供關(guān)于該系統(tǒng)的知識(shí)。注：對同一個(gè)系統(tǒng)根據(jù)不同的研究目的，可以建立不同的系統(tǒng)模型；另一方面，同一種模型也可以代表多個(gè)系統(tǒng)。例如：y = k x ( k為常數(shù) )幾何上：代表一條通過原點(diǎn)的直線代數(shù)上：代表比例關(guān)系設(shè) k = 2 ， x 代表直徑，則 y 表示圓周長設(shè)k 表示彈性系數(shù)， x 表示伸長量，則 y 表示彈簧力大小設(shè) k = a 表示加速度， x = m 代表質(zhì)量，則 y 表

10、示物體所受外力的大小2.2 系統(tǒng)模型化2.2.1 系統(tǒng)模型的定義 系統(tǒng)模型反映著實(shí)際系統(tǒng)的主要特征，但它又高于實(shí)際系統(tǒng)而具有同類問題的共性。一般說來，一個(gè)適用的系統(tǒng)模型應(yīng)該具有如下三個(gè)特征：它是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象或模仿；它是由反映系統(tǒng)本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成的；它集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系。2.2 系統(tǒng)模型化2.2.2 系統(tǒng)模型的特征 系統(tǒng)種類繁多，作為系統(tǒng)的描述系統(tǒng)模型的種類也是很多的。 一般可將系統(tǒng)模型分為物理模型、文字模型、數(shù)學(xué)模型三大類。系統(tǒng)模型物理模型數(shù)學(xué)模型文字模型比例模型相似模型網(wǎng)絡(luò)模型圖表模型邏輯模型解析模型實(shí)體模型現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)2.2 系統(tǒng)模型化2.2.3 系統(tǒng)模型的分類分類原則

11、模型種類123456789按建模材料不同按與實(shí)體的關(guān)系按模型表征信息的程度按模型的構(gòu)造方法按模型的功能按與時(shí)間的依賴關(guān)系按是否描述系統(tǒng)內(nèi)部特性按模型的應(yīng)用場合數(shù)學(xué)模型的分類：（1）按變量形式分（2）按變量之間的關(guān)系分抽象模型、實(shí)物模型形象、類似、數(shù)學(xué)觀念性、數(shù)學(xué)、物理理論、經(jīng)驗(yàn)、混合結(jié)構(gòu)、性能、評價(jià)、最優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)黑箱、白箱通用、專用確定性、隨機(jī)性、連續(xù)性、離散性代數(shù)方程、微分方程、概率統(tǒng)計(jì)、邏輯2.2 系統(tǒng)模型化系統(tǒng)模型的一種分類方法基本分類定性或定量形式變量變化 情 況分析對象類 別一般分類系統(tǒng)或子系統(tǒng)物理模型思考模型宏觀模型微觀模型數(shù)學(xué)模型邏輯模型圖像模型探索模型確定模型隨機(jī)模型

12、過程模型狀態(tài)空間模型性能模型可靠性模型時(shí)間模型價(jià)值模型人間行為模型組織模型決策模型數(shù)學(xué)模型描述模型圖像模型計(jì)算機(jī)模型硬件模型軟件模型分類原則對象2.2 系統(tǒng)模型化系統(tǒng)模型的另一種分類方法 （1）直觀和定量; （2）應(yīng)用范圍廣、成本低; （3）便于抓住問題的本質(zhì)特征; （4）便于優(yōu)化; （5）能夠模擬實(shí)驗(yàn) 。2.2 系統(tǒng)模型化2.2.4 系統(tǒng)模型的作用 1）直接分析法 2）模擬法 3）數(shù)據(jù)分析法 4）試驗(yàn)分析法2.2 系統(tǒng)模型化2.2.5 建立系統(tǒng)模型的幾個(gè)常用分析方法 1）直接分析法 2）模擬法 3）數(shù)據(jù)分析法 4）試驗(yàn)分析法當(dāng)研究的問題比較簡單又足夠明確時(shí)，可以根據(jù)物理的、化學(xué)的、經(jīng)濟(jì)的規(guī)律

13、，通過一般的推理直接分析得出模型。例如規(guī)劃論中的許多模型就是利用直接分析的方法得到的。 2.2 系統(tǒng)模型化2.2.5 建立系統(tǒng)模型的幾個(gè)常用分析方法 1）直接分析法 2）模擬法 3）數(shù)據(jù)分析法 4）試驗(yàn)分析法在自然科學(xué)發(fā)展中，人們發(fā)現(xiàn)了自然一致性規(guī)律，就是說，自然界和人類社會(huì)的萬千變化縱有外表形態(tài)的種種變化與不同，卻常常寓有內(nèi)在本質(zhì)的共同性，即在某種同態(tài)關(guān)系。如電路振蕩和機(jī)械振動(dòng)、單擺簡諧運(yùn)動(dòng)和L-C振蕩等等。我們可以利用同態(tài)關(guān)系建立對象的模型。例如，對于復(fù)雜的人-機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)可以利用電路系統(tǒng)進(jìn)行模擬。2.2 系統(tǒng)模型化2.2.5 建立系統(tǒng)模型的幾個(gè)常用分析方法 1）直接分析法 2）模擬法 3）

14、數(shù)據(jù)分析法 4）試驗(yàn)分析法有些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)不很清楚，但可以對反映系統(tǒng)功能的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來探討系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。這些數(shù)據(jù)是已知的，或者是按照需要收集來的。有了這些數(shù)據(jù)就可進(jìn)行因果關(guān)系分析，找出諸因素之間的相互影響，所用數(shù)學(xué)工具主要是回歸分析等。2.2 系統(tǒng)模型化2.2.5 建立系統(tǒng)模型的幾個(gè)常用分析方法 1）直接分析法 2）模擬法 3）數(shù)據(jù)分析法 4）試驗(yàn)分析法當(dāng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析不能確定個(gè)別因素（變量）對系統(tǒng)工作指標(biāo)的影響時(shí)，時(shí)有必要在系統(tǒng)上做局部試驗(yàn)，以搞清哪些是本質(zhì)的變量及其對指標(biāo)的影響程度。2.2 系統(tǒng)模型化2.2.5 建立系統(tǒng)模型的幾個(gè)常用分析方法2.2 系統(tǒng)模型化小結(jié)系統(tǒng)模型反映著實(shí)際系統(tǒng)的

15、主要特征，但它又高于實(shí)際系統(tǒng)而具有同類問題的共性。按照不同的分類方法可以將系統(tǒng)模型分為不同的類別。隨著自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，系統(tǒng)模型也在不斷的發(fā)展中。 2.2 系統(tǒng)模型化思考題什么是系統(tǒng)模型？ 在用系統(tǒng)模型刻畫真實(shí)系統(tǒng)時(shí)要主要哪些問題？ 2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.1 系統(tǒng)評價(jià)的概念2.3.2 單目標(biāo)價(jià)值評價(jià)方法2.3.3 多目標(biāo)價(jià)值綜合評價(jià)方法作業(yè) 系統(tǒng)評價(jià)就是利用最優(yōu)化的結(jié)果和各種資料，用技術(shù)經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)對比各種替代方案，考慮成本與效果之間的關(guān)系，權(quán)衡各個(gè)方案的利弊得失，選擇出技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理的良好或滿意方案。 2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.1 系統(tǒng)評價(jià)的概念（1）模糊評分法(專家打分

16、法) 2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.2 單目標(biāo)價(jià)值評價(jià)方法（2）01評分法 2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.2 單目標(biāo)價(jià)值評價(jià)方法 0-1評分法實(shí)例得分001010101110000011113214010方案j方案 i 0-4評分法實(shí)例得分0142403134300111234398613440方案j方案 i 多比例打分法實(shí)例得分00.20.90.510.10.70.40.80.90.80.10.10.30.20.20.50.60.90.82.41.81.43.21.210方案j方案 i多目標(biāo)的特點(diǎn)是： （1）拮抗性。目標(biāo)之間存在著對抗性、有矛盾，如企業(yè)系統(tǒng)，既要求利潤最大，又要求成本最小，自然相

17、互矛盾。 （2）不可公度性。目標(biāo)之間量綱不統(tǒng)一，無法比較。 （3）沒有一致性最優(yōu)解。不存在一個(gè)方案使得所有目標(biāo)都最優(yōu)。 對于多目標(biāo)問題，可以在單目標(biāo)價(jià)值評價(jià)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合價(jià)值評價(jià)。 2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.3 多目標(biāo)價(jià)值綜合評價(jià)方法（1）平均值法 2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.3 多目標(biāo)價(jià)值綜合評價(jià)方法平均值法綜合評價(jià)表Q1 Q2 Qn綜合評價(jià)值ViA1A2Am v11 v12 v1n v21 v22 v2n vm1 vm2 vmnV1V2Vm指標(biāo)Qj方案Ai（2）加權(quán)法2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.3 多目標(biāo)價(jià)值綜合評價(jià)方法加權(quán)法綜合評價(jià)表指標(biāo)Qj Q1 Q2 Qn綜合評價(jià)值Vi權(quán)重aj

18、a1 a2 an方案AiA1A2Am v11 v12 v1n v21 v22 v2n vm1 vm2 vmn 加權(quán)評價(jià)法實(shí)例 評價(jià)值 目標(biāo)方案性能成本進(jìn)度可靠性動(dòng)力消耗綜合評價(jià)值a1=0.4a2=0.3a3=0.1a4=0a5=0.2A1523850727852.8A2786446543461.8A3442256608045.8（3） 效益成本法 在系統(tǒng)評價(jià)中，把所有的評價(jià)指標(biāo)分兩類：一類是效益，一類是成本。將個(gè)方案的效益與成本分別計(jì)算后，再比較效益/成本，就可以評價(jià)方案的優(yōu)劣。效益/成本愈大，方案愈好。2.3 系統(tǒng)的評價(jià) 2.3.3 多目標(biāo)價(jià)值綜合評價(jià)方法序號指標(biāo)單位第1方案第2方案第3方案1234567造價(jià)建成年限建成后需流動(dòng)資金建成后發(fā)揮效益時(shí)間年產(chǎn)值產(chǎn)值利潤率環(huán)境污染程度萬元年萬元年萬元%100545.81026012稍重86433.31019615最輕75338.51022012.5輕 某廠為擴(kuò)大生產(chǎn)，準(zhǔn)備新建一廠房。為此提出三個(gè)方案，如下表所示，請用效益成本法對三個(gè)方案進(jìn)行評價(jià)。實(shí)例指標(biāo)單位方案1方案2方案3總利潤額全部投資額利潤高于投資的余額投資利潤