系統(tǒng)工程(系統(tǒng)模型與模型化)

3

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〔SSM〕

一.概述

1.根本概念及意義模型——對現(xiàn)實系統(tǒng)抽象表達的結(jié)果。應(yīng)能反映〔抽象或模仿〕出系統(tǒng)某個方面的組成局部〔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)實性和易處理性。意義及特點：對系統(tǒng)問題進行標準研究的根底和標志；經(jīng)濟、方便、快速、可重復(fù)，“思想〞或“政策〞試驗；經(jīng)過了分析人員對客體的抽象，因而必須再拿到現(xiàn)實中去檢驗。概述2.模型的分類與模型化的根本方法模型的分類：A——概念模型A1〔思維或意識模型A11;字句模型A12;描述模型A13〕符號模型A2〔圖表模型A21;數(shù)學模型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根本方法B——分析模型B1[通常用數(shù)學關(guān)系式表達]仿真模型B2[主要基于“計算機導(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)學模型C2仿真模型C3

概述——模型的分類與模型化的根本方法D——實體模型D1〔實物模型D11;模擬模型D12〕抽象模型或符號模型D2〔數(shù)學模型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根本方法模型化的根本方法：機理法或分析方法〔A22,B1,B3,C2,D21〕實驗方法：擬合法——“理論〞導(dǎo)向經(jīng)驗法——“數(shù)據(jù)〞導(dǎo)向〔A22,B1,C2,D21〕模擬法——“計算機〞或“實物〞導(dǎo)向〔A3,A4,B2,C3,D1,D23〕專家法或老手法〔A21,B4,C1,D22〕……概述3.建模的一般原那么〔1〕建立方框圖；〔2〕考慮信息相關(guān)性；〔3〕考慮準確性；〔4〕考慮結(jié)集性。概述4.建模的根本步驟〔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〕估計模型參數(shù)；〔6〕模型試運行；〔7〕對模型進行實驗研究；〔8〕對模型進行必要修正。概述5.模型的簡化〔1〕減少變量；〔2〕改變變量性質(zhì)；〔3〕合并變量；〔4〕改變函數(shù)關(guān)系；〔5〕改變約束條件。

幾種典型的系統(tǒng)模型

ISM〔InterpretativeStructuralModeling〕SS〔StateSpace〕SD〔SystemDynamics〕CA〔ConflictAnalysis〕……二.解釋結(jié)構(gòu)模型〔ISM〕〔一〕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化根底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)點與有向弧〕和矩陣〔可達矩陣等〕這兩種常用的表達方式。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本表達方式

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化根底

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、目標樹、決策樹〕法、解釋結(jié)構(gòu)模型化〔ISM〕方法、系統(tǒng)動力學〔SD〕結(jié)構(gòu)模型化方法等。

本局部要求大家主要學習和掌握ISM方法〔實用化方法、標準方法〕?！捕矷SM實用化方法設(shè)定問題、形成意識模型找出影響要素要素關(guān)系分析（關(guān)系圖）建立可達矩陣(M)和縮減矩陣（M/）矩陣層次化處理(ML/)繪制多級遞階有向圖建立解釋結(jié)構(gòu)模型分析報告比較/F學習初步分析標準分析綜合分析圖2ISM實用化方法原理圖〔二〕ISM實用化方法〔二〕ISM實用化方法〔二〕ISM實用化方法〔二〕ISM實用化方法〔二〕ISM實用化方法〔二〕ISM實用化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法15〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔三〕ISM標準化方法〔四〕ISM的實施及應(yīng)用

ISM的實施：一般來說，需要三種角色的人員參加，即掌握建模方法的專家、協(xié)調(diào)人和參與者。方法技術(shù)專家協(xié)調(diào)人參與者〔四〕ISM的實施及應(yīng)用經(jīng)小組討論得出影響人口增長的諸多因素：(1)社會保障(8)社會思想習慣(2)老年效勞(9)營養(yǎng)水平(3)生育欲望(10)污染(4)平均壽命(11)國民收入(5)醫(yī)療保健水平(12)出生率(6)生育能力(13)死亡率(7)方案生育政策(14)總?cè)丝趹?yīng)用實例：討論人口控制綜合策略問題通過小組成員的經(jīng)驗分析，并經(jīng)過屢次小組討論，確定各因素間的關(guān)系：S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14〔四〕ISM的實施及應(yīng)用由此建立可達矩陣，再進行劃分，建立結(jié)構(gòu)模型如以下圖所示：總?cè)丝诔錾仕劳雎噬夏晷谏鐣Ｕ仙鐣枷肓晳T國民收入保健生育能力計生政策平均壽命污染營養(yǎng)●●●●●●〔四〕ISM的實施及應(yīng)用〔四〕ISM的實施及應(yīng)用

ISM的缺陷推移律的假定可能會影響分析的正確性；〔通過可達矩陣來〕確定系統(tǒng)各要素間邏輯關(guān)系確實定，依賴人們的經(jīng)驗；實施ISM的三種人員，也會影響方法的應(yīng)用效果。三.狀態(tài)空間模型〔SSM〕〔數(shù)學〕模型建模概論機理法建?！踩丝陬A(yù)測模型〕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)空間方程實例連續(xù)系統(tǒng)：宏觀經(jīng)濟模型離散系統(tǒng)：1人才系統(tǒng)；2宏觀經(jīng)濟模型；3人口遷移模型〔一〕數(shù)學模型建模方法概述1數(shù)學模型定義數(shù)學模型是案照某種數(shù)學語言〔數(shù)學關(guān)系式、拓撲結(jié)構(gòu)、計算機語言等〕對研究對象系統(tǒng)的某些屬性抽象描述和定量表達的結(jié)果。2利用數(shù)學模型建模的程序例1全球人口總數(shù)預(yù)測例2城鎮(zhèn)人口遷移數(shù)學模型建模程序變量類型

領(lǐng)域類型1類型2經(jīng)濟外生變量內(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。機理法：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)根本合理，那么進一步按照某種法那么去選擇模型參數(shù)?！矓M合法建模實例：人口預(yù)測〕〔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〕。社會經(jīng)濟系統(tǒng)大多為離散系統(tǒng)。例1宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)模型例2銀行儲蓄

例1宏觀經(jīng)濟模型 變量說明:Z(t)為總需；C(t)為總消費；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時有u(k)元，T為計息周期〔例如月〕，利率為B，求第K個周期的本利和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)建模實例例1城市人口遷移例2某企業(yè)人才系統(tǒng)例3宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)建模

例1預(yù)測城市人口流動狀況及結(jié)果。5個節(jié)點分別代表5個城市，節(jié)點i到節(jié)點j的權(quán)重為