系统工程案例简述PPT课件

第六章系统工程案例 本章重点掌握系统工程方法论及其相关决策方法与实际管理问题结合的方式与方法 掌握应用系统工程处理实际问题的技巧 并对相关系统工程在实际管理问题中的应用前景进行了解 决策是指在面临多种方案时需要依据一定的标准选择某一种方案 日常生活中有许多决策问题 例如在基础研究 应用研究和数学教育中选择一个领域申报科研课题 要考虑成果的贡献 实用价值 科学意义 可行性 难度 周期和经费 和人才培养 层次分析法 AHP法 是一种解决多目标的复杂问题的定性与定量相结合的决策分析方法 该方法将定量分析与定性分析结合起来 用决策者的经验判断各衡量目标能否实现的标准之间的相对重要程度 并合理地给出每个决策方案的每个标准的权数 利用权数求出各方案的优劣次序 比较有效地应用于那些难以用定量方法解决的课题 案例1大学毕业生就业选择问题获得大学毕业学位的毕业生 在 双向选择 时 用人单位与毕业生都有各自的选择标准和要求 就毕业生来说选择单位的标准和要求是多方面的 例如 能发挥自己才干作出较好贡献 即工作岗位适合发挥自己的专长 工作收入较好 待遇好 生活环境好 大城市 气候等工作条件等 单位名声好 声誉等 工作环境好 人际关系和谐等 发展晋升机会多 如新单位或前景好 等 工作选择 可供选择的单位P1 P2 Pn 目标层 准则层 方案层 目标层 O 选择旅游地 准则层 方案层 案例选择旅游地 如何在3个目的地中按照景色 费用 居住条件等因素选择 将决策问题分为3个或多个层次 最高层 目标层 表示解决问题的目的 即层次分析要达到的总目标 通常只有一个总目标 中间层 准则层 指标层 表示采取某种措施 政策 方案等实现预定总目标所涉及的中间环节 一般又分为准则层 指标层 策略层 约束层等 最低层 方案层 表示将选用的解决问题的各种措施 政策 方案等 通常有几个方案可选 每层有若干元素 层间元素的关系用相连直线表示 层次分析法的思维过程的归纳 层次分析法所要解决的问题是关于最低层对最高层的相对权重问题 按此相对权重可以对最低层中的各种方案 措施进行排序 从而在不同的方案中作出选择或形成选择方案的原则 在确定各层次各因素之间的权重时 如果只是定性的结果 则常常不容易被别人接受 因而Santy等人提出 一致矩阵法 即 1 不把所有因素放在一起比较 而是两两相互比较 2 对此时采用相对尺度 以尽可能减少性质不同的诸因素相互比较的困难 以提高准确度 判断矩阵是表示本层所有因素针对上一层某一个因素的相对重要性的比较 判断矩阵的元素aij用Santy的1 9标度方法给出 案例国家实力分析 案例工作选择 横渡江河 海峡方案的抉择 案例科技成果的综合评价 案例应用 某单位拟从3名干部中选拔一名领导 选拔的标准有政策水平 工作作风 业务知识 口才 写作能力和健康状况 下面用AHP方法对3人综合评估 量化排序 目标层 选一领导干部 准则层 方案层 建立层次结构模型 运用系统工程思想与方法解决实际问题 系统概念 系统思想 系统理论用系统观点认识世界系统工程概念 系统工程方法论用系统方法解决问题系统工程技术与方法用恰当的方法与技术处理问题 系统工程方法内容准则和程序以及基本思路 方法论关于认识世界 改造世界的根本方法的学说 在某一门学科体系上所采用的研究方式 方法的综合 系统工程方法论框架系统思想程序体系系统分析最优化方法 用系统观点认识世界 系统思想与视角 用系统理论武装头脑系统概念 系统属性老三论系统论 要素 功能 结构 环境控制论 目标 机制 评价 信息论 信息 传递与转换 其他理论耗散结构理论 时间可逆 无序 极大熵 有序 无序 动态平衡 开放系统 混沌理论 系统演化不确定 确定性系统中有随机行为 协同学 自组织 序参量 协同 突变理论大系统理论 案例纵深 天津港大爆炸 新加坡是怎么做的 作为全球最大的炼油中心之一 新加坡化工行业集中布局在西南部的裕廊岛 其中包括埃克森美孚和壳牌等世界级石化巨头 我们来看看新加坡在规划化工项目 管理危险化学品 以及预防事故的一些主要措施 规划 必须远离人们的居住区 新加坡对化工项目布局有整体规划化 炼化设施大多集中在距主岛不足两公里的裕廊岛以及附近一些岛屿 天津港谜团 重化工企业分布在沿海沿江地区是必然 便于运输也较安全 这正好和人群分布的密集区重合 然而 一旦发生事故 极易造成人员和财产巨大损失 国家和企业现在试图避开人口密集区 比如滨海新区建立就远离天津市 利用了荒无人烟的盐碱地和废弃的晒盐场 他说 随着厂房的增加 生活区也随之崛起 周围的楼房越修越多 挤占了原有的安全距离 2001年 国家安监局颁布的 危险化学品经营企业开业条件和技术要求 规定 危险化学品仓库和周边建筑的安全距离为1000米 媒体报道称 此次爆炸点方圆1000米内 有5600多家住户 新加坡的经验 监管 细心保护 危险化学品 在具体的危险品存放上 新加坡规定 企业必须为所有有害的化学用品或者易燃易爆品建立合适的系统存放 要综合考虑到化学物质的属性是否相容 存储数量以及操作守则 预防 消防局平均每年演练多次 为预防事故发生 裕廊岛消防局将裕廊岛分为6个区域 每个区域由一家较大的公司牵头组织制定应急互助预案 组织制定了工业伙伴应急预案 资源互助预案 灾难应变预案和企业内部应急准则 要求各企业将生产危险性 灾害特点和处置措施等 用文字 图表和计划书的形式提供给消防局和有关单位 消防局每2个月与企业进行1次演练 全年共6次 每年2次高层建筑火灾扑救演练 2年1次大型联合演练 在岛内力量明显不足的情况下 有其他民防部队力量和社会力量支援的预案 812天津港大爆炸引发思考 研究对象 天津能源重化工科技发展规划研究 环境分析 1 确定 环境分析 中的相关要素2 确定影响每要素发展水平的主要因素 3 分析探讨要素间的关联状况 当地环境 国际国内环境分析 划定系统边界 二 探寻目标 1 影响目标的因素2 分析相互影响和制约以及在系统中所占权重3 结合实际情况及未来愿景拟定目标4 确定目标 以能源资源对其区域经济 社会 环境可持续发展的永续支持5 建立目标结构 1 该地区能源重化工产业结构调整2 生态环境建设3 技术路线和产品链的设计 人口子系统 国民生产总值 基础设施 就业水平 文化教育等能与子系统 煤炭 天然气 石油 煤层气储量 运输基础设施能源工业结构等经济子系统 工业总产值 基础设施等环境子系统 环保投资 环保资产净值等 人口 能源环境 经济 创新技术 主成分分析和聚类分析方法 三 建立模型 1 探讨该地区资源综和开发和利用的系统战略和对策2 对该地区能源 环境 经济 社会系统进行定量描述和定性研究3 分析该地区能源 环境 人口 经济持续协调发展的永动机制4 建立抽象控制模型 系统动力学 能源生态学 优化该地区能能源综合开发利用的环境影响和资源效率 1 能源重化工产业结构调整2 技术路线和产品的设计3 生态环境建设 四 根据系统目标以及系统模型确定子系统及其实施方案 1 认识 分析子系统2 确定影响子系统的相关因素及其之间的相互影响和制约关系3 探寻子系统目标4 确定子系统模型5 研究国内外有关案例6 确定研究思路及方法7 分析 比较 改善思路及方法8 选择方案9 实施 天津港火灾 或者其他类似的化工灾难事件 如果公司系统里面有足够多的技术人员 科学有效的管理 很多灾难其实完全是可以避免的 避免 中国式灾难 媒体曝光 在4万平米的占地空间上做出了对手中化滨海13万平米的业绩 的逐利行为 化工产品的仓租 不是一味可以追求高业绩的 没有科学支撑的容积比 本身就是巨大问题 而如此高级别的危险品仓库 居然离人员聚集区那么近 更是巨大隐患 天津港有经营危险品仓储资质的近有三家 中化天津物流事业部所属滨海物流公司 中化和天津港合资的津港中化物流公司以及瑞海国际 为什么不能正规地引入民营企业竞争 从而把经营水平和风险控制都做好 有 额外付出 的牌照 必定有为了攫取超级利润而带来大巨大隐患 只有一家中化物流的天津港 不是最好的选择 B2B电商可以帮助重资源行业减少库存 尽量防御隐患 案例纵深 金沙江水电工程进退维谷 说在前面 任何科学研究都必须实事求是 尊重事实 模型不能突破事物内在规律的限制 就像人体温度不可能是极限 然而模型会到极限 科学是对真理和规律的发现 伪科学就是没有得到证实的假说或者是谎言 人定胜天是一个谬误 生态环境需要保护 最需要保护的是人的灵魂 远离贪婪 愚昧和犯罪 可持续发展虽然是每个国家的国策 但是持续与否在实际中不容乐观 到底是谁在威胁白鳍豚的生存 濒危原因 白鳍豚处于长江水生生物食物链的顶端 在长江水域中没有任何天敌 因此 其濒危不可能是自然原因造成 它所面临的所有威胁都来自人类 这是死去的白鳍豚 环境污染 长江部分江段水质污染十分严重 也严重危害着白鳍豚的生存 2005年 长江被排进污水184 2亿吨 沿江城市500余个取水口已受到不同程度污染 全国2万多家化工企业 有9000多家分布在长江沿岸 仅三峡库区就达2000多家 这样的水环境 作为活化石 漫长历史时期未受污染之苦的白鳍豚自然无法适应 空喊了多年的污染 其实越治越污 并未有任何进展 相反环境在日益恶化 三峡大坝造成长江环境变化 航运的高速发展 渔业的延伸 酷捕滥捞 经常误杀白鳍豚 大规模的水利工程设施建设日渐压缩白鳍豚的生存空间 破坏其栖息地 并阻断白鳍豚的洄游路线 渔民捕捞作业对白鳍豚的误伤屡见不鲜 繁忙的水上交通威胁着白鳍豚的安全 航道的日益繁忙使白鳍豚的生活空间越来越小 船舶的噪音污染 使白鳍豚的生活彻底打乱 干扰了他们的的声纳系统 淇淇 走后的思考 比大熊猫更古老 更美丽 更稀有 更濒危的国宝 国家一级保护动物白鳍豚 正在走向灭绝边缘 从对白鳍豚死因分析看 人类活动致死的约占90 另外 江水污染严重 也是无形的杀手 水生生物学家警示 白鳍豚如再不采取特殊措施加紧抢救 它将在 年之内彻底灭绝 当代生物灭绝特点 规模大涉及面广时间短世界范围内疯狂的野生动物狩猎及走私活动 生物多样性的保护 就地保护 迁地保护 加强教育和法制管理 建立自然保护区 有代表性的自然生态系统和珍稀濒危动植物的天然集中分布区 中华人民共和国野生动物保护法 中华人民共和国森林法 中国自然保护纲要 将生存和繁衍受到严重威胁的物种迁出原地 移入动物园 植物园 水族馆和濒危动物繁殖中心 进行特殊的保护和管理 渔业资源 可持续发展 可持续发展是一项系统工程 涉及经济系统 社会系统和环境系统 涵盖的范围包括经济发展和经济效率的事项 自然资源的有效配置和永续利用 环境质量的改善和社会公平与适宜的社会组织形式等 指标体系的建立涉及社会经济生活和生态环境的各个方面 1 建立可持续发展指标体系的目标和原则 1 目标 构建评估系统 评价可持续发展水平和能力 监测 揭示区域发展过程中的经济问题和环境问题 为制定可持续发展战略和措施提供科学依据 2 建立指标体系的原则 1 科学性原则客观反映系统发展的内涵 各子系统和指标之间的相互联系 能较好地度量区域可持续发展目标的实现程度 2 层次性原则在系统不同层次水平选择不同的指标 供政府在不同层次上进行调控和决策 3 相关性原则体现指标与指标之间的内在联系 4 简明性原则指标体系简单明了 可比性强 容易获取 3 可持续发展指标体系框架 1 驱动力 状态 相应框架驱动力指标 人类社会活动 引起经济和环境变化的原因 状态指标 经济 环境状态 质量和数量 描述可持续发展状态 响应指标 对可持续发展状态所作的选择和反应 中国的可持续发展指标体系 中国科学院 2002 1 总体层综合表达可持续发展的总体能力 代表着可持续发展总体运行态势和战略实施的总体效果 2 系统层将可持续发展总系统解析为内部具有逻辑关系的子系统 生存支持系统 发展支持系统 环境支持系统 社会支持系统 智力支持系统 3 状态层在每一个子系统内能够表征系统行为的关系结构 以某一时刻为断面 表现为静态 而随着时间的变化 它们则呈现动态特征 4 变量层共采用45个 指数 加以代表 它们从本质上反映 揭示状态的行为 关系 变化等的原因和动力 5 要素层采用可测的 可比的 可以获得的指标及指标群 对变量层的数量表现 强度表现 速率表现给予直接地度量 本报告采用了219个 指标 全面系统地对于45个指数进行了定量描述 构成了指标体系的最基层要素 系统动力学理论 1956年出现 创始人为美国麻省理工学院 MIT 的福瑞斯特 J W Forrester 教授 他为分析生产管理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法 最初叫工业动态学 1961年 福瑞斯特发表的 工业动力学 industrialdynamics 成为经典著作 随后 系统动力学应用范围日益扩大 几乎遍及各个领域 逐渐形成了比较成熟的新学科 系统动力学 系统动力学是在总结运筹学的基础上 为适应现代社会系统的管理需要而发展起来的 它以现实世界的存在为前提 从整体出发寻求改善系统行为的机会和途径 它不是依据数学逻辑的推演而获得答案 而是依据对系统的实际观测信息建立动态的仿真模型 并通过计算机试验来获得对系统未来行为的描述 系统动力学将生命系统和非生命系统都作为信息反馈系统来研究 并且认为 在每个系统之中都存在着信息反馈机制 而这恰恰是控制论的重要观点 所以 系统动力学是以控制论为理论基础的 系统动力学把研究对象划分为若干子系统 并且建立起各个子系统之间的因果关系网络 立足于整体以及整体之间的关系研究 以整体观替代传统的元素观 系统动力学的研究方法是建立计算机仿真模型 流图和构造方程式 实行计算机仿真试验 验证模型的有效性 为战略与决策的制定提供依据 定义生态足迹 EF 是二十世纪九十年代提出来的比较成功的可持续发展指标之一 该方法通过估算维持人类的自然资源消费量和同化人类产生的废弃物所需要的生态生产性空间面积大小 并与给定人口区域的生物承载力 BC 进行比较 来衡量区域的可持续发展状况 现在 生态足迹分析方法已经成为计算国家及地区之间物质和服务贸易的重要工具 生态分析法是由加拿大生态经济学家威廉 雷斯 WilliamRees 及其博士生马希斯 瓦克纳戈尔 MathisWackernagel 于20世纪90年代初提出的一种度量可持续发展程度的方法 近年来 以瓦克纳戈尔为代表的 加拿大生态足迹小组 已经用于测算世界上50多个国家和地区的生态足迹 获得良好效果 生态足迹理论 生态足迹指标就是通过测度人类为维持自身生存对自然生态服务的需求和自然生态系统所能提供的生态服务之间的差距 来定量揭示人类对生态系统的影响 因此 该指标能较好地测量和定量分析人类社会活动对自然生态环境的影响 里斯 WilliamE Ress 教授曾将 生态足迹 形象地比喻为 一只负载着人类与人类所创造的城市 工厂等的巨脚踏在地球上留下的脚印 生态足迹是一种可以将全球关于人口 收入 资源应用和资源有效性汇总为一个简单的 通用的 进行国家间比较的便利手段 是一种账户工具 生态足迹的计算基于以下两个基本事实 1 人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其所产生的废弃物量 2 这些资源和废弃物量能转换成相应的生物生产面积 因此 任何已知人口 某个个人 一个城市或一个国家 的生态足迹就是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产土地的总面积 在生态足迹的计算中 主要考虑耕地 林地 草地 化石能源地 建筑用地和水域6种生产土地类型 把具有生态生产力的土地划分为耕地 林地 牧草地 水域 建筑用地和能源用地六类 作为一种度量可持续发展程度的方法 生态足迹分析法从需求面计算生态足迹 DEF 的大小 从供给面计算生态承载力 SEF 的大小 通过两者的土地面积比较 以评价计算对象的土地资源可持续利用状况 这里的土地面积是以 全球性公顷 globalhectare 来表示 相当于1hm2具有全球平均产量的生态土地 生态足迹的计算是基于以下两个基本事实 人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其产生的废弃物的数量 这些资源和废弃物能转换成相应的生物生产面积 因此 任何已知人口 某个个人 一个城市或一个国家 的生态足迹是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产总面积 包括陆地面积和水域面积 生态足迹分析法生态足迹计算的公式 一个城市的人口规模小于城市生态环境的容量 人口规模还有一定的扩张余地 如果城市人口规模大于城市生态环境的容量 则说明城市人口对资源生态环境系统或社会经济系统的综合压力已超出了两系统的最大承载能力 一旦出现这种情况 将会引起城市的自然资源供给系统的过载或引起城市社会经济系统的紊乱 在我国 现阶段城市发展过程中所出现的城市问题 如交通拥挤 住房紧张 环境恶化 基础设施建设滞后等等 究其原因 快速城市化引起的人口集聚和人口的盲目集中使城市人口规模超过了城市生态环境的人口承载量 是引发当今城市发展矛盾的主要原因 北上广已经严重出现这种超载现象 影响城市适度人口规模的因素 应用例子 1 资源环境因素 2 区位要素及空间演化 3 社会经济因素 水域生态足迹与水域生物承载力为保证水域生物承载力可持续增长 需采取适度开发策略 必须控制最大水域生态足迹增长率 人类才可获得持续的最大水域生态足迹 背景 近年来 绿色 循环 低碳等关键字不断受到人们的重视与青睐 说到循环经济 它以资源的高效利用和循环利用为核心 是对 大量生产 大量消费 大量废弃 的传统增长模式的根本变革 高效的循环经济首先需要企业合理布局 需要资源的优化配置 需要从工业园区规划设计 产品设计就开始 按照循环经济原理构建基础设施和产品全寿命周期的循环利用最优路线 尤为重要的是 整个社会应围绕着循环型 节约型社会建设 减少不合理消费 形成绿色消费模式 循环经