系统工程课件--第4章_系统模型及系统建模方法

1、第第4 4章章 系统模型及系统建模方法系统模型及系统建模方法v4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类v4 42 2 系统建模方法概述系统建模方法概述v4 43 3 解释结构建模方法解释结构建模方法v4 44 4 广义模型化方法广义模型化方法4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类一、系统模型定义一、系统模型定义 系统模型一般不是系统对象本身，而是现实系统的描述、模仿或抽象。v系统模型应该具有如下三个特征：v(1)它是现实系统的抽象或模仿抽象或模仿；v(2)它是由反映系统本质或特征系统本质或特征的主要因素构成的；v(3)它集中体现了这些主要因素之间的关系因素之间的关

2、系。4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类二、系统模型的应用重要性：二、系统模型的应用重要性：v系统开发的需要（预测、分析、优化和评价）v经济上的考虑v时间上的考虑v系统模型容易操作，分析结果易于理解4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类 三、三、模型化模型化 为描述系统的结构和行为，对实体系统为描述系统的结构和行为，对实体系统的各种因素适当筛选，用适当的形式表达系的各种因素适当筛选，用适当的形式表达系统实体的方法。简单地说就是就是建立系统统实体的方法。简单地说就是就是建立系统模型的过程。模型的过程。 4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类 四、

3、模型化的本质、作用及地位 模型化的本质：模型化的本质：利用利用模型与原型的相似关系，模型与原型的相似关系，在研究过程中用模型来在研究过程中用模型来代替原型，通过对模型代替原型，通过对模型的研究得到关于原型的的研究得到关于原型的一些信息一些信息。 实际系统模 型现实意义结 论模型化实验、分析解 释比较、指导模型作用与地位示意图4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类 作用：作用： （1）是对研究客体的简洁、形式化表达。）是对研究客体的简洁、形式化表达。 （2）提供了具体内容的逻辑演绎和计算的）提供了具体内容的逻辑演绎和计算的基础，导致科学规律、理论、原理的发现。基础，导致科学规律、

4、理论、原理的发现。 （3）利用模型可以进行）利用模型可以进行“思想思想”试验。试验。4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类增加增加物理模型物理模型数学模型数学模型实实体体模模型型比比例例模模型型模模拟拟模模型型概概念念模模型型解解析析模模型型逻逻辑辑模模型型网网络络模模型型图图像像与与表表格格信息信息网络网络与数与数字化字化模模 型型五、系统模型分类五、系统模型分类4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类v实体模型实体模型系统本身。系统本身。v比例模型比例模型对于系统的放大或缩小，使对于系统的放大或缩小，使之适合在桌面上研究。之适合在桌面上研究。v模拟模型模拟模型

5、根据相似系统原理，利用一根据相似系统原理，利用一种系统去替代另一种系统。种系统去替代另一种系统。4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类 解析模型解析模型 用解析式子表示的模型。用解析式子表示的模型。 逻辑模型逻辑模型 表示逻辑关系的模型，如方框表示逻辑关系的模型，如方框图、计算机程序等。图、计算机程序等。 网络模型网络模型 用网络图形来描述系统的组成用网络图形来描述系统的组成元素以及元素之间的相互关系，如统筹法的统元素以及元素之间的相互关系，如统筹法的统筹图。筹图。 图像与表格图像与表格-这里说的图像是坐标系中的曲这里说的图像是坐标系中的曲线、曲面和点等几何图形，以及甘特图、直

6、方线、曲面和点等几何图形，以及甘特图、直方图、切饼图等，图、切饼图等， 信息网络与数字化模型信息网络与数字化模型 这是一类新的模这是一类新的模型，如仿真模型。型，如仿真模型。 4 41 1 系统模型的定义和分类系统模型的定义和分类v概念模型：任务书、明细表、说明书、技概念模型：任务书、明细表、说明书、技术报告、咨询报告等，以及表达概念的示术报告、咨询报告等，以及表达概念的示意图。意图。4 42 2 系统建模方法概述系统建模方法概述一、系统建模的基本原则一、系统建模的基本原则1 1、考虑系统的结构性、考虑系统的结构性2 2、考虑信息的相关性、考虑信息的相关性3 3、考虑信息的准确性、考虑信息的准

7、确性4 4、考虑系统的集结性、考虑系统的集结性4 42 2 系统建模方法概述系统建模方法概述二、建立模型的基本方法二、建立模型的基本方法1、分析方法（直接分析法）例：建一新仓库，其位置为P供应n个工地的用料，工地位置为Pi（i=1，2，n）运费近似等于运量与运距之积各工地的需求量为wi（i=1，2，n）如何确定总运费最少的新仓库位置P？4 42 2 系统建模方法概述系统建模方法概述采用直接分析法进行分析：22)()(iiyyxxid使总运费最小就是求：22)()(11),(miniiyyxxniniiiiwdwyxCP(x,y)P1(x1,y1)P2(x2,y2)Pi(xi,yi)Pn(xn,

8、yn)d1d2didnXY设工地Pi的坐标为（xi，yi） 新仓库P的坐标为（x，y）则P至 Pi的距离为：2.数理统计分析法 如为预测我国胶合板生产量，需找出胶合板生产量变化的规律。经统计分析，胶合板生产量随时间的推移呈增长趋势，若仅限于研究胶合板随时间变化的规律性，则可利用现有统计资料采用回归分析的方法建立模型。tY537. 110.11 式中：Y 胶合板产量预测值（万立方米）； t 年（1970年t=0） 经回归分析建立的我国胶合板生产量的预测模型为：4 42 2 系统建模方法概述系统建模方法概述3、综合法4、老手法（德尔斐 Delphi 法 ）5、辩证法（管理对策辨证咨询系统） 4 4

9、2 2 系统建模方法概述系统建模方法概述三、建立模型的步骤三、建立模型的步骤 1、明确建模的目的和要求；2、对系统进行一般语言描述；3、确定主要因数（变量）及其相互关系;4、确定模型结构；5、估计模型的参数；6、求解、检验与实验研究；7、必要修改。4 43 3 解释结构建模方法解释结构建模方法v常用的系统结构建模方法有：常用的系统结构建模方法有：v关联树法关联树法v系统动力学结构模型化技术系统动力学结构模型化技术4 43 3 解释结构建模方法解释结构建模方法一、一、 ISM实用化方法原理实用化方法原理 设定设定问题问题、形、形成意成意识模识模型型找出找出影响影响要素要素要素要素关系关系分析分析

10、（关（关系图系图）建立可建立可达矩阵达矩阵(M)和和缩减缩减矩阵矩阵（M/）矩阵矩阵层次层次化处化处理理(ML/)绘制绘制多级多级递阶递阶有向有向图图建立建立解释解释结构结构模型模型分析分析报告报告比较比较/F 学习学习4 43 3 解释结构建模方法解释结构建模方法二、二、ISM实用方法基础实用方法基础（1）集合表达法）集合表达法系统：SS1,S2,S3,Sn二元关系：要素之间的某种关系R； 二元关系表示：； 传递性；传递次数、强连接关系；系统二元关系表达： Rb (Si ,Sj) |Si RSj， Si ,Sj S，i,j=1,n1、系统结构的表达方式、系统结构的表达方式4 43 3 解释结

11、构建模方法解释结构建模方法(2)有向图表示有向图表示图论基本知识：图论基本知识： 图、邻接、关联、有向图图、邻接、关联、有向图有向图表示：有向图表示： 节点、节点、 有向边、有向边、 通路、通路、 路长、路长、 回路、回路、 强连接回路、强连接回路、 环环（3）矩阵表达邻接矩阵：表示要素间基本二元关系； 输入要素（源点）； 输出要素（汇点）；可达矩阵：表示要素间直接和间接二元关系； 求法：利用推移特性和布尔代数法则A1 AI；A2 （AI）2； Ar1（AI）r1Ar （AI）r 则可达矩阵MAr1 Ar三、三、ISM实用化方法步骤及应用实用化方法步骤及应用 该方法的核心：是对系统要素间的关系

12、（尤其是因果关是对系统要素间的关系（尤其是因果关系）进行层次化处理，最终形成具有多级递阶关系和解系）进行层次化处理，最终形成具有多级递阶关系和解释功能的结构模型（图）。释功能的结构模型（图）。 第第1步：步： 找出影响系统问题的主要因素，并寻求要素间的直接找出影响系统问题的主要因素，并寻求要素间的直接二元关系，给出系统的邻接矩阵；二元关系，给出系统的邻接矩阵； 第第2步：步： 考虑二元关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可考虑二元关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可达矩阵；达矩阵； 第第3步：步： 依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分；依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分； 第第4步

13、：步：在区域划分基础上继续层次划分；在区域划分基础上继续层次划分； 第第5步：步：提取骨架矩阵，分为三步：提取骨架矩阵，分为三步： （1 1）去强连接要素得缩减矩阵；（）去强连接要素得缩减矩阵；（2 2）去越级二元关系；）去越级二元关系； （3 3）去单位阵得骨架矩阵；）去单位阵得骨架矩阵； 第第6步：步：作出多级递阶有向图。作图过程为：作出多级递阶有向图。作图过程为： （1 1）分区域逐级排列系统要素；）分区域逐级排列系统要素； （2 2）将缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并标明其间）将缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并标明其间的相互作用关系；的相互作用关系； （3 3）用从下到上的有向

14、弧来显示逐级要素间的关系；）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系； （4 4）补充必要的越级关系。）补充必要的越级关系。 第第7步：步：经直接转换，建立解释结构模型。经直接转换，建立解释结构模型。 大学生上课积极性 解释结构模型（ISM）小组成员：谢雄、陈金瑞、杨威小组成员：谢雄、陈金瑞、杨威 高魁、张照艳、周丽冰高魁、张照艳、周丽冰影响大学生上课积极性的因素有哪些？Brain Storming头脑风暴法头脑风暴法确定议题小组成员提出意见会后评价6课程难易程度课程难易程度7周围人群影响周围人群影响8睡眠质量睡眠质量9天气天气10老师点名频率老师点名频率1上课时间上课时间2对学习的兴趣对学习

15、的兴趣3老师个人魅力老师个人魅力4当天心情当天心情5个人上课习惯个人上课习惯影响因子影响因子邻接矩阵（M）01234567891000000000000011000100110121000100000031010010000141010000100151010000000061010000100071000110000081000100000091000100110010100010000000、上课积极性1、上课时间 2、对学习的兴趣3、老师个人魅力4、当天心情5、个人上课习惯6、课程难易程度7、周围人群的影响8、睡眠质量9、天气10、老师点名频率M+I0123456789100100000

16、0000011100100110121010100000031011010000141010100100151010010000061010001100071000110100081000100010091000100111010100010000010123456789100100000000001111011011012101010010013101111000014101011010015101011000006101011110007101011010018101010011019101011011111010101001001(M+I)2注：红字为新增(M+I)3注：蓝字为新增012

17、3456789100100000000001111011011012101011010013101111010014101011010015101011010016101011110017101011010018101011011019101011011111010101101001等级划分RARA000、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10010、1、2、4、5、7、8、101120、2、4、5、7、101、2、3、4、5、6、7、8、9、102、4、5、7、1030、2、3、4、5、7、103340、2、4、5、7、101、2、3、4、5、6、7、8、9、102、4、5、7、1050、2、4、5、7、101、2、3、4、5、6、7、8、9、102、4、5、7、1060、2、4、5、6、7、106670、2、4、5、7、