系统工程---第二章 系统分析与评价.ppt

第二章 系统分析与评价,2.1 系统分析概述 2.2 系统模型化 2.3 系统的评价,2.1 系统分析概述,2.1.1 系统分析的定义 2.1.2 系统分析的要素 2.1.3 系统分析的原则 2.1.4 系统分析的步骤 小结 作业,定义：系统分析是应用建模、优化、仿真等技术对系统的各个方面进行定量和定性的分析，为选择最优的系统方案提供决策依据的分析研究过程。, 系统分析的工具是电子计算机,系统分析的主要方法是最优化方法，如：规划论、图论、排队论等。,系统分析,2.1 系统分析概述,2.1.1 系统分析的定义,兰德公司的系统分析人员，曾对系统分析所要解决的问题作过如下的论述： 1.要明确系统希望达到的目的和目标。 2.确定要达到的目的和目标所需的各种装备和技术条件。 3.要计算各种替代方案所需的费用和能获得的经济效益。 4.建立各种替代方案及其相应的模型。 5.根据有关的技术经济指标等设计价值系统，确定评价准则。,根据这些系统分析需要解决的问题，后来人们总结出系统分析的要素： 目的和目标、替代方案、模型、费用和效益、评价准则、结论,2.1 系统分析概述,2.1.2 系统分析的要素,目标,模型,研 究,可行方案,评价准则,评 价,结论,目标是系统目的的具体化，是系统分析的基础。如：增加获利的目的等等,在设计阶段，常需要制定出为达到系统预定目标的若干种方案，以供进一步比较和选择。,模型是系统分析的重要因素，通过模型可以预测出各种替代方案的性能、费用、效果、时间等指标的情况，以利于方案的分析和比较模型的优化与评价。,评价准则是评价各种方案优劣的标准。通过评价准则对各种方案进行综合，确定出各方案的优劣顺序。,2.1 系统分析概述,系统分析的要素结构图,（1）内部因素和外部因素相结合 （2）当前利益和长远利益相结合 （3）局部利益和整体利益相结合 （4）定量分析和定性分析相结合,构成一个系统，不仅受到内部因素的影响，而且也受到外部条件的制约，例如设计一个企业，作为一个系统，不仅要受到企业本身的各种因素的，如生产类型、生产过程、生产环节、物流和信息流的相互制约，而且要受到外部自然环境、市场状况、协作和运输情况等外部因素的影响。所以进行系统分析时，必须把内部因素和外部条件结合起来综合分析。,2.1 系统分析概述,2.1.3 系统分析的原则,（1）内部因素和外部因素相结合 （2）当前利益和长远利益相结合 （3）局部利益和整体利益相结合 （4）定量分析和定性分析相结合,在建立一个工厂或实施一个方案时，不仅要从目前利益出发，而且还要考虑到将来的利益。如果采用的方案，对目前和将来都是有利的，这当然是最理想的。当长远利益与当前利益发生矛盾时，就要从实际出发，根据各种要素认真权衡利弊、慎重考虑。 如：毁林造田，英国与德国的工业发展，牧民定居？,2.1 系统分析概述,2.1.3 系统分析的原则,（1）内部因素和外部因素相结合 （2）当前利益和长远利益相结合 （3）局部利益和整体利益相结合 （4）定量分析和定性分析相结合,一个系统是由若干个子系统构成的，如果每个子系统的效益是好的，组织起来的总系统的效益也是好的话，这当然是最为理想的，但实际中却往往很难做到这一步。 例如：两人得、失和问题 方案1 方案2 方案3 得： 5 4 1 失： -4 -2 -1 追求局部最优，但不是整体最优,一枝独秀不是春， 百花齐放春满园。,2.1.3 系统分析的原则,2.1 系统分析概述,系统工程是关于“整体性”的科学！,整体大于 部分之和！,思想,核心,2.1 系统分析概述,（1）内部因素和外部因素相结合 （2）当前利益和长远利益相结合 （3）局部利益和整体利益相结合 （4）定量分析和定性分析相结合,定量分析可以用模型、公式、数据指标等方式表示出来，对那些不易或不能用数量表示的指标，如政治体制、政治因素、环境污染造成的某些影响等，则可用定性分析的方法来处理。 因此在进行系统分析时，需要把定性分析和定量分析结合起来综合分析，只有这样才能达到系统的优化目的。,2.1.3 系统分析的原则,2.1 系统分析概述,界定问题,确定目标,提出方案,建立模型,分析效果,综合评价,决 策,是,否,通常问题是在一定的外部环境作用和系统内部发展的需要中产生的。它不可避免地带有一定的本质属性和存在范围。只有明确了问题的性质和范围后，系统分析才有了可靠的起点。,目标通常通过某些指标来表达，而标准则是衡量目标达到的尺度，系统分析是针对所提出的具体目标而展开的，由于实现系统功能的目的，是靠多方面的因素来保证的，因此系统目标也必然由若干个。,对照目标整理资料，找出影响目标的各种因素，而后提出能达到目标条件的各种替代方案（可行方案）。,就是把实体系统置换成简要的、在时间上或理论上都能处理的模型。,利用已经建立的各种模型对替代方案可能产生的结果进行计算测定，考察各种指标达到的程度。,在上述分析的基础上，再考虑各种定性因素，对比系统目标达到的程度，用标准来衡量,2.1 系统分析概述,2.1.4 系统分析的步骤,2.1 系统分析概述,小结 系统分析是应用建模、优化、仿真等技术对系统的各个方面进行定量和定性的分析，为选择最优的系统方案提供决策依据的分析研究过程，系统分析主要方法是最优化方法，如：规划论、图论、排队论等。 系统分析要遵循一定的原则，按照一定的步骤进行。 随着自然、社会、经济的发展，系统分析的应用将会越来越广泛。,2.1 系统分析概述,思考题 什么是系统分析？ 举例说明系统分析的步骤。,2.2 系统模型化,2.2.1 系统模型的定义 2.2.2 系统模型的特征 2.2.3 系统模型的分类 2.2.4 系统模型的作用 2.2.5 建立模型的几种常用方法 小结 思考题,系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式（如：文字、符号、图表、数学公式等）提供关于该系统的知识。,注：对同一个系统根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型；另一方面，同一种模型也可以代表多个系统。例如：y = k x ( k为常数 ),几何上：代表一条通过原点的直线,代数上：代表比例关系,设 k = 2 ， x 代表直径，则 y 表示圆周长,设k 表示弹性系数， x 表示伸长量，则 y 表示弹簧力大小,设 k = a 表示加速度， x = m 代表质量，则 y 表示物体所受外力的大小,2.2 系统模型化,2.2.1 系统模型的定义,系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又高于实际系统而具有同类问题的共性。,一般说来，一个适用的系统模型应该具有如下三个特征：,它是现实系统的抽象或模仿；,它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的；,它集中体现了这些主要因素之间的关系。,2.2 系统模型化,2.2.2 系统模型的特征,系统种类繁多，作为系统的描述系统模型的种类也是很多的。,一般可将系统模型分为物理模型、文字模型、数学模型三大类。,系统模型,物理模型,数学模型,文字模型,比例模型,相似模型,网络模型,图表模型,逻辑模型,解析模型,2.2 系统模型化,2.2.3 系统模型的分类,2.2 系统模型化,系统模型的一种分类方法,分类,原则,对象,2.2 系统模型化,系统模型的另一种分类方法,（1）直观和定量; （2）应用范围广、成本低; （3）便于抓住问题的本质特征; （4）便于优化; （5）能够模拟实验 。,2.2 系统模型化,2.2.4 系统模型的作用,1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法,2.2 系统模型化,2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法,1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法,当研究的问题比较简单又足够明确时，可以根据物理的、化学的、经济的规律，通过一般的推理直接分析得出模型。例如规划论中的许多模型就是利用直接分析的方法得到的。,2.2 系统模型化,2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法,1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法,在自然科学发展中，人们发现了自然一致性规律，就是说，自然界和人类社会的万千变化纵有外表形态的种种变化与不同，却常常寓有内在本质的共同性，即在某种同态关系。如电路振荡和机械振动、单摆简谐运动和L-C振荡等等。我们可以利用同态关系建立对象的模型。例如，对于复杂的人-机振动系统可以利用电路系统进行模拟。,2.2 系统模型化,2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法,1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法,有些系统结构性质不很清楚，但可以对反映系统功能的数据进行分析来探讨系统的结构模型。这些数据是已知的，或者是按照需要收集来的。有了这些数据就可进行因果关系分析，找出诸因素之间的相互影响，所用数学工具主要是回归分析等。,2.2 系统模型化,2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法,1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法,当现有数据分析不能确定个别因素（变量）对系统工作指标的影响时，时有必要在系统上做局部试验，以搞清哪些是本质的变量及其对指标的影响程度。,2.2 系统模型化,2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法,2.2 系统模型化,小结 系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又高于实际系统而具有同类问题的共性。 按照不同的分类方法可以将系统模型分为不同的类别。 随着自然、社会、经济的发展，系统模型也在不断的发展中。,2.2 系统模型化,思考题 什么是系统模型？ 在用系统模型刻画真实系统时要主要哪些问题？,2.3 系统的评价,2.3.1 系统评价的概念 2.3.2 单目标价值评价方法 2.3.3 多目标价值综合评价方法 作业,系统评价就是利用最优化的结果和各种资料，用技术经济的观点对比各种替代方案，考虑成本与效果之间的关系，权衡各个方案的利弊得失，选择出技术上先进、经济上合理的良好或满意方案。,2.3 系统的评价,2.3.1 系统评价的概念,（1）模糊评分法(专家打分法),2.3 系统的评价,2.3.2 单目标价值评价方法,（2）01评分法,2.3 系统的评价,2.3.2 单目标价值评价方法,0-1评分法实例,0-4评分法实例,多比例打分法实例,多目标的特点是： （1）拮抗性。目标之间存在着对抗性、有矛盾，如企业系统，既要求利润最大，又要求成本最小，自然相互矛盾。 （2）不可公度性。目标之间量纲不统一，无法比较。 （3）没有一致性最优解。不存在一个方案使得所有目标都最优。 对于多目标问题，可以在单目标价值评价的基础上进行综合价值评价。,2.3 系统的评价,2.3.3 多目标价值综合评价方法,（1）平均值法,2.3 系统的评价,2.3.3 多目标价值综合评价方法,平均值法综合评价表,（2）加权法,2.3 系统的评价,2.3.3 多目标价值综合评价方法,加权法综合评价表,加权评价法实例,评价值,目标 方案,性能,成本,进度,可靠性,动力消耗,综合评价值,a1=0.4,a2=0.3,a3=0.1,a4=0,a5=0.2,A1,52,38,50,72,78,52.8,A2,78,64,46,54,34,61.8,A3,44,22,56,60,80,45.8,（3） 效益成本法,在系统评价中，把所有