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第1章 系统与系统工程一、系统思想及系统理论的产生与发展系统思想的发展经历了三个阶段：1、“只见森林（朴素的系统思想）阶段；2、“只见树木”阶段；3、“先见森林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。 整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。1930年代，美国发展与研究广播电视正式提出系统方法(System approach)的概念。二、系统工程研究对象（一）SE的研究对象是大规模复杂系统，该类系统的主要特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人机系统、经济性突出等。（二）系统的概念1.系统的定义：系统是由两个以上相互联系的要素所构成，且具有特定功能、结构、环境的整体。2.系统的属性：整体性、关联性、环境适应性。3.管理系统（三）系统的分类：自然系统与人造系统；实体系统与概念系统；动态系统与静态系统；封闭系统与开放系统。三、SE的内容与特点SE强调以下基本观点：1）整体性和系统化观点（前提）；2）总体最优或平衡协调观点（目的）；3）多种方法综合运用的观点（手段）；4）问题导向及反馈控制观点（保障）。第2章 系统分析了解常用系统分析技术：层次分析法、模糊聚类分析及灰色关联分析处理问题的方法与步骤。2 SE理论与方法论一、SE基本工作过程 两种方法的比较相同点：问题导向，注重程序及阶段；不同点：研究对象及应用领域、基本方法、核心内容或关键点、反馈机制、三、系统分析原理及其应用问题1.系统分析概念系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方案提供决策依据的分析过程。 SA是SE的核心内容、分析过程和基本方法。SA要素：1）问题；2）目的及目标；3）方案；4）模型（结构、数学、仿真）；5）评价；6）决策者。2. SA程序框图：1）重视做好初步SA：5W1H方法是做好这段工作的基本线索；2）在规范分析中一般需要（或尽可能）建立结构模型、数学模型或仿真模型。3）每段结束后系统方案的变化轨迹是：可行方案非劣方案经排序的非劣方案（或称选择性方案）4）环境分析贯穿SA全过程，在SA中是十分重要和必不可少的。5）在管理应用SA过程中，并不一定要（或能）遍历并完成每一个具体过程。3.SA的特点及原则：1）问题导向；2）以整体为目标；3）多方案模型分析和选优；4）定量分析和定性分析相结合；5）多次反复进行。第二章 系统评价方法及分析技术系统评价程序图2 关联矩阵法（relational matrix analysis)，简称RMA）:关联矩阵法是常用的系统综合评价法，它主要是用矩阵形式来表示个替代方案有关评价指标及其重要度与方案关于具体指标的价值评定量之间的关系。 逐对比较法：是确定评价指标权重的简便方法之一。其基本的做法是：对各替代方案的评价指标进行逐对比较，对相对重要的指标给予较高得分，据此可得到各评价项目的权重Wj。再根据评价主体给定的评价尺度，对各替代方案在不同评价指标下一一进行评价，得到相应的评价值，进而求加权和得到综合评价值。古林法：当对各评价项目的重要性可作出定量估计时，古林法比逐对比较法前进了一大步。他是确定指标权重和方案权重的基本方法。3 层次分析法（AHP）AHP方法把复杂问题分解成各个组成因素，又将这些因素按支配关系分组形成阶梯层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性。然后综合有关人员的判断，确定被选方案相对重要度的总排序。整个过程体现了人们分解-判断-综合的思维特征。AHP方法步骤： （1）分析评价系统中各基本要素之间的关系，建立系统的递阶层次结构（分解法、ISM法）； （2）对同一层次的各要素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造判断矩阵（专家调查法）； （3）由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重（方根法或几何平均法）； （4）计算各层要素相对于系统目的（总目标）的合成（总）权重，并据此对方案等排序（关联矩阵表及加权和法）。4 模糊集理论模糊理论（Fuzzy Theory）是指用到了模糊集合的基本概念或连续隶属度函数的理论。它可分类为模糊数学，模糊系统，不确定性和信息，模糊决策这五个分支，它并不是完全独立的，它们之间有紧密的联系。例如，模糊控制就会用到模糊数学和模糊逻辑中的概念。从实际应用的观点来看，模糊理论的应用大部分集中在模糊系统上，尤其集中在模糊控制上。也有一些模糊专家系统应用于医疗诊断和决策支持。 1.模糊现象与模糊集理论不确定性现象可分为两类，一类是问题概念本身就不够严格，比较模糊，如货币流通正常与否，天气好不好等，概念本身就没有明确的含义和严格的定义，这类问题称为模糊性不确定问题；另一类问题概念本身是清楚的，其不确定性问题是由于客观条件或某些影响因素引起的，如货币回收，货币沉淀，天气晴朗、农业收成等，从概念上看，有明确的含义，但是发生的概率在数量上是不确定的，对这类概念本身明确，因条件不同而不确定的问题，称之为随机性不确定问题。模糊理论合成法则常用于模糊矩阵的乘法运算，其规则是先取小而后取大。5 模糊综合评判对一个事物的评价，常常要涉及多个因素或者多个指标。比如，要判定某项产品设计是否有价值，每个人都可从不同角度考虑：有人看是否易于投产，有人看是否有市场潜力，有人看是否有技术创新，这时就要根据这多个因素对事物作综合评价。具体过程是：将评价目标看成是由多种因素组成的模糊集合（称为因素集u），再设定这些因素所能选取的评审等级，组成评语的模糊集合（称为评判集v），分别求出各单一因素对各个评审等级的归属程度（称为模糊矩阵），然后根据各个因素在评价目标中的权重分配，通过计算（称为模糊矩阵合成），求出评价的定量解值。上述过程即为模糊综合评判。 6 模糊聚类分析用模糊数学将研究或处理的对象按一定的条件和属性进行分类的方法叫模糊聚类分析.首先，求平均，标准差，标准值（与平均数的差除以标准差），绘制标准表，求标准化数据其次；建立模糊关系，求相似程度系数，构成相似矩阵R（单乘积和除以单平均）最后；模糊聚类，由于求出的模糊矩阵R是相似矩阵，故需求出R的传递包t（R），即将R转换为等价矩阵（自反性，对称性），可采取用逐次平方法。灰色关联分析的计算方法：1）数据的无量纲化处理（除以平均数，均值化处理；）2）求关联系数；（首先求出两级最小差和两级最大差，大中选大，小中选小，逐行计算，分辨率自取）3）计算关联度；（直接求平均值，比较）第3章 系统模型1 概述模型在系统工程中占有很重要的地位。了解什么是模型，模型的作用，以及模型的分类对于构造和使用模型是十分重要的。模型是系统分析的工具，使用模型的目的在于通过模型认识和研究实际系统，并为改进系统或构建系统提供有关信息。一般认为逻辑推理法、实验法和模型法是人们认识和探索客观世界的三种基本方法。1.模型概念及意义模型对现实系统抽象表达的结果，应能反映（抽象或模仿）出系统某个方面的组成部分（要素）及其相互关系。模型特征它是现实世界一部分的抽象或模仿；它是由那些与分析的问题有关的因素构成；它表明了有关因素间的相互关系。构造模型的一般原则：（1）依据的充分性；（2）准确性；（3）简便性；（4）使用性。3. 建模一般过程：（1）明确建模目的和要求；（2）弄清系统或子系统中的主要因素及其相互关系 ；（3）选择模型方法；（4）确定模型结构；（5）估计模型参数；（6）模型试运行；（7）对模型进行实验研究；（8）对模型进行必要修正。二 解释结构模型(ISM) P1343 系统仿真及蒙特卡洛方法 149仿真模型又称模拟分析（Simulation Analysis），是运筹学中数学和解析模型的一项自然而合乎逻辑的发展。在连续系统仿真和离散系统仿真方法方法的基础上，还有一些用于系统（特别是社会经济和管理系统）仿真的特殊而有效地方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛方法等。按照一个具体的分布规律产生符合要求的随机数列的过程:首先产生服从均匀分布的一个随机数列；按照特定的分布规律，通过数学变换，把均匀分布随机数列变到符合要求的随机数列；在实验中按需要随时调用所产生的随机数；有时，为了重复进行实验，上述步骤要重复多次。历史上曾经采用的三种产生伪随机数的方法：1.平方取中法，2.乘积取中法，3.菲波那契法。伪随机数均匀性的验定和验证：1.频率检验（frequency test），2.间隙检验（gap test）4 系统仿真及系统动力学模型:系统动力学(System Dynamics)是一门分析研究信息反馈系统的学科，是一门沟通自然科学和社会科学等领域的横向学科，它是系统科学的一个分支。定义：系统动力学是研究社会系统动态行为的计算机仿真方法。它包括以下几个方面：（1）系统动力学把有生命系统和无生命系统都做为反馈系统来研究，并且认为，在每个系统之中都存在信息反馈机构。系统动力学是以控制论为其理论基础的。（2）系统动力学把被研究对象分为若干子系统，并且建立各子系统之间的因果关系。（3）建立被研究对象的计算机仿真模型流图和构造方程式。（4）实行计算机仿真（通过模型做实验）（5）验证模型的有效性。（6）为战略与决策的制定提供依据。系统动力学的研究对象是社会大系统，社会大系统有下面两个特点：（1） 决择性（人，信息）（2）自律性。（3）非线性。系统动力学方法通过建立系统动力学模型（流图等）、利用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实系统的仿真实验，从而研究系统结构、功能呢感和行为之间的动态关系。系统动力学仿真的基本步骤（工作程序）: 认识问题，界定系统，要素及其因果分析，建立结构模型，建立量化分析模型，仿真分析，比较与评价，政策分析SD结构模型化原理：1.基本原理， 首先通过对实际系统进行观察，采集有关对象系统状态的信息，随后使用有关信息进行决策。决策的结果是采取行动，行动又作用于实际系统，使系统的状态发生变化。这种变化又为观察者提供新的信息，从而形成系统中的反馈回路。421；4：四个要素；2：两个基本变量；1：一个核心思想（反馈控制）2.因果关系和流图：1）因果关系图因果关系概念：社会系统是符合因果关系的大系统，由于因素间的相互作用，形成因果关系反馈环。因果即原因与结果，因果关系(Causal Relationship)是构成系统动力学的基础，是对社会系统内部关系的一种真实的写照。借助于因果关系图，可以说明社会大系统的边界和内部要素，为模型的建立提供依据（1）因果箭：因果关系 可以用连接因果关系的有向边来表示，这种有向边成为因果箭。（2）因果链：用因果关系将递推关系加以描述形成因果链。正因果链（偶数个负因果箭），负因果链（奇数个负因果箭）。反馈环概念：因果关系反馈环（Causal Fecdbac Loop）:两个以上的因果关系键首尾串联而形成环称作因果关系环。正反馈回路：起自我强化或弱化作用，负反馈回路：起自我调节或稳定作用。流图：流图（Flow Diagram）是SD结构模型的基本形式，绘制流图是SD建模的核心内容。流图通常由以下各要素构成：流，速率（R），水准（L），辅助变量辅助（A），参数 过去（J），现在（K），将来（L）第4章 网络计划技术当系统决策之后，面临的问题就是计划和组织实施。网络计划技术就是在制定计划和组织实施过程中采用的一种科学方法。1. 甘特图法2. 关键路线法（CPM法Critical Path Method）:该方法是美国杜邦公司为建造新工厂从事计划与管理的研究而提出来的，并在1958年的建厂工作中发挥了很大作用，使工程工期提前2个月，初步显示了其优越性。 该方法以网络图的形式表示各工序之间在时间和空间上的相互关系以及各工序的工期，通过时间参数的计算，确定关键线路和总工期，从而制定出系统计划并指示出系统管理的关键所在。关键路线的确定:在网络图中，从始端到终端有若干个通路或线路，各线路上的作业时间之和不相同，其中，所需时间最长的线路为关键路,它影响了整个工程的工期。在网络图中，关键路线上的作业常用双箭头表示。在关键路线上，各节点上的事项时差均为零,各作业的总时差也为零.在复杂的网络图中，找出总时差为零的通路，就是关键路线.1、工期固定,资源力求合理安排：（1） 时间参数计算结果；（2）绘制人员分布图，要优先保证关键路线上各工序对人员的需要。以工序时间为横轴，所需人员数为纵轴，画出各项工序所需人员的分布图。（3）调整：调整的基本原则是：*尽量保证关键工作的日资源需求量，*利用非关键工作的时差错开各工作的使用资源时间，*在技术，章程允许条件下，可适当延长时差大的工作的工时，或切断某些非关键工作，以减少日总需求量。特别注意:在编号时要注意，如果已进行中非关键工作不允许中断，则编号要优先考虑，把它们按照新的总时差与最早开始时间之和的递增顺序排列，否则同于第一段的编号规则。2、 资源有限，工期力求最短：具体做法是将网络整个时间划分为若干时间段,从计划开始执行起,逐段安排各时间段内需要安排的工作.显然,关键工序应予优先安排，时差小的应比时差大的先安排，再根据本时间段可能提供的资源进行平衡。如果资源量不能满足要求时,应将某些工序推迟安排，这样可能使总工期增加。在此情况下应尽可能使总工期向后推迟的时间最少。时间-费用优化：工程的费用（或成本）由直接费用和间接费用两部分组成，缩短工期会引起直接费用增加和间接费用减少；反之，延长工期会引起直接费用减少和间接费用增加。时间、费用优化，就是要使工程成本（直接费用与间接费用的总和）最少，与最小工程成本对应的工期称为最佳工期。计算有关时间参数；确定关键路线所谓时间参数，是指网络计划、工作及节点所具有的各种时间值。3. 计划评审技术（PERT）：293也译作计划协调技术。PERT是由美国海军特种计划局和洛克希德公司、汉米尔顿公司于1958年1月联合开发的一种新的计划管理方法。(1) 根据平均作业时间确定完成任务总工期及概率的方法：该方法对工作工期的估计一般采用“三时估计法”。所谓“三时估计法”就是对该任务的每项工作事先估计出最乐观时间 t0、最可能完成时间tm和最悲观完成时间tp。最乐观完成时间是指完成该工作时，一切如所期望的那样，很顺利地完成所