系統(tǒng)工程課件第4章系統(tǒng)模型及系統(tǒng)建模方法

1、第第4 4章章 系統(tǒng)模型及系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)模型及系統(tǒng)建模方法v4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類v4 42 2 系統(tǒng)建模方法概述系統(tǒng)建模方法概述v4 43 3 解釋結(jié)構(gòu)建模方法解釋結(jié)構(gòu)建模方法v4 44 4 廣義模型化方法廣義模型化方法4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類一、系統(tǒng)模型定義一、系統(tǒng)模型定義 系統(tǒng)模型一般不是系統(tǒng)對(duì)象本身，而是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的描述、模仿或抽象。v系統(tǒng)模型應(yīng)該具有如下三個(gè)特征：v(1)它是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象或模仿抽象或模仿；v(2)它是由反映系統(tǒng)本質(zhì)或特征系統(tǒng)本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成的；v(3)它集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系因素之間的關(guān)

2、系。4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類二、系統(tǒng)模型的應(yīng)用重要性：二、系統(tǒng)模型的應(yīng)用重要性：v系統(tǒng)開發(fā)的需要（預(yù)測(cè)、分析、優(yōu)化和評(píng)價(jià)）v經(jīng)濟(jì)上的考慮v時(shí)間上的考慮v系統(tǒng)模型容易操作，分析結(jié)果易于理解4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類 三、三、模型化模型化 為描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為，對(duì)實(shí)體系統(tǒng)為描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為，對(duì)實(shí)體系統(tǒng)的各種因素適當(dāng)篩選，用適當(dāng)?shù)男问奖磉_(dá)系的各種因素適當(dāng)篩選，用適當(dāng)?shù)男问奖磉_(dá)系統(tǒng)實(shí)體的方法。簡(jiǎn)單地說就是就是建立系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)體的方法。簡(jiǎn)單地說就是就是建立系統(tǒng)模型的過程。模型的過程。 4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類 四、

3、模型化的本質(zhì)、作用及地位 模型化的本質(zhì)：模型化的本質(zhì)：利用利用模型與原型的相似關(guān)系，模型與原型的相似關(guān)系，在研究過程中用模型來在研究過程中用模型來代替原型，通過對(duì)模型代替原型，通過對(duì)模型的研究得到關(guān)于原型的的研究得到關(guān)于原型的一些信息一些信息。 實(shí)際系統(tǒng)模 型現(xiàn)實(shí)意義結(jié) 論模型化實(shí)驗(yàn)、分析解 釋比較、指導(dǎo)模型作用與地位示意圖4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類 作用：作用： （1）是對(duì)研究客體的簡(jiǎn)潔、形式化表達(dá)。）是對(duì)研究客體的簡(jiǎn)潔、形式化表達(dá)。 （2）提供了具體內(nèi)容的邏輯演繹和計(jì)算的）提供了具體內(nèi)容的邏輯演繹和計(jì)算的基礎(chǔ)，導(dǎo)致科學(xué)規(guī)律、理論、原理的發(fā)現(xiàn)?；A(chǔ)，導(dǎo)致科學(xué)規(guī)律、

4、理論、原理的發(fā)現(xiàn)。 （3）利用模型可以進(jìn)行）利用模型可以進(jìn)行“思想思想”試驗(yàn)。試驗(yàn)。4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類增加增加物理模型物理模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型實(shí)實(shí)體體模模型型比比例例模模型型模模擬擬模模型型概概念念模模型型解解析析模模型型邏邏輯輯模模型型網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)模模型型圖圖像像與與表表格格信息信息網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)與數(shù)字化字化模模 型型五、系統(tǒng)模型分類五、系統(tǒng)模型分類4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類v實(shí)體模型實(shí)體模型系統(tǒng)本身。系統(tǒng)本身。v比例模型比例模型對(duì)于系統(tǒng)的放大或縮小，使對(duì)于系統(tǒng)的放大或縮小，使之適合在桌面上研究。之適合在桌面上研究。v模擬模型模擬模型

5、根據(jù)相似系統(tǒng)原理，利用一根據(jù)相似系統(tǒng)原理，利用一種系統(tǒng)去替代另一種系統(tǒng)。種系統(tǒng)去替代另一種系統(tǒng)。4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類 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。 邏輯模型邏輯模型 表示邏輯關(guān)系的模型，如方框表示邏輯關(guān)系的模型，如方框圖、計(jì)算機(jī)程序等。圖、計(jì)算機(jī)程序等。 網(wǎng)絡(luò)模型網(wǎng)絡(luò)模型 用網(wǎng)絡(luò)圖形來描述系統(tǒng)的組成用網(wǎng)絡(luò)圖形來描述系統(tǒng)的組成元素以及元素之間的相互關(guān)系，如統(tǒng)籌法的統(tǒng)元素以及元素之間的相互關(guān)系，如統(tǒng)籌法的統(tǒng)籌圖。籌圖。 圖像與表格圖像與表格-這里說的圖像是坐標(biāo)系中的曲這里說的圖像是坐標(biāo)系中的曲線、曲面和點(diǎn)等幾何圖形，以及甘特圖、直

6、方線、曲面和點(diǎn)等幾何圖形，以及甘特圖、直方圖、切餅圖等，圖、切餅圖等， 信息網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字化模型信息網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字化模型 這是一類新的模這是一類新的模型，如仿真模型。型，如仿真模型。 4 41 1 系統(tǒng)模型的定義和分類系統(tǒng)模型的定義和分類v概念模型：任務(wù)書、明細(xì)表、說明書、技概念模型：任務(wù)書、明細(xì)表、說明書、技術(shù)報(bào)告、咨詢報(bào)告等，以及表達(dá)概念的示術(shù)報(bào)告、咨詢報(bào)告等，以及表達(dá)概念的示意圖。意圖。4 42 2 系統(tǒng)建模方法概述系統(tǒng)建模方法概述一、系統(tǒng)建模的基本原則一、系統(tǒng)建模的基本原則1 1、考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性、考慮系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性2 2、考慮信息的相關(guān)性、考慮信息的相關(guān)性3 3、考慮信息的準(zhǔn)確性、考慮信息的準(zhǔn)

7、確性4 4、考慮系統(tǒng)的集結(jié)性、考慮系統(tǒng)的集結(jié)性4 42 2 系統(tǒng)建模方法概述系統(tǒng)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：建一新倉庫，其位置為P供應(yīng)n個(gè)工地的用料，工地位置為Pi（i=1，2，n）運(yùn)費(fèi)近似等于運(yùn)量與運(yùn)距之積各工地的需求量為wi（i=1，2，n）如何確定總運(yùn)費(fèi)最少的新倉庫位置P？4 42 2 系統(tǒng)建模方法概述系統(tǒng)建模方法概述采用直接分析法進(jìn)行分析：22)()(iiyyxxid使總運(yùn)費(fèi)最小就是求：22)()(11),(miniiyyxxniniiiiwdwyxCP(x,y)P1(x1,y1)P2(x2,y2)Pi(xi,yi)Pn(xn,

8、yn)d1d2didnXY設(shè)工地Pi的坐標(biāo)為（xi，yi） 新倉庫P的坐標(biāo)為（x，y）則P至 Pi的距離為：2.數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法 如為預(yù)測(cè)我國膠合板生產(chǎn)量，需找出膠合板生產(chǎn)量變化的規(guī)律。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，膠合板生產(chǎn)量隨時(shí)間的推移呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，若僅限于研究膠合板隨時(shí)間變化的規(guī)律性，則可利用現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)資料采用回歸分析的方法建立模型。tY537. 110.11 式中：Y 膠合板產(chǎn)量預(yù)測(cè)值（萬立方米）； t 年（1970年t=0） 經(jīng)回歸分析建立的我國膠合板生產(chǎn)量的預(yù)測(cè)模型為：4 42 2 系統(tǒng)建模方法概述系統(tǒng)建模方法概述3、綜合法4、老手法（德爾斐 Delphi 法 ）5、辯證法（管理對(duì)策辨證咨詢系統(tǒng)） 4 4

9、2 2 系統(tǒng)建模方法概述系統(tǒng)建模方法概述三、建立模型的步驟三、建立模型的步驟 1、明確建模的目的和要求；2、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一般語言描述；3、確定主要因數(shù)（變量）及其相互關(guān)系;4、確定模型結(jié)構(gòu)；5、估計(jì)模型的參數(shù)；6、求解、檢驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)研究；7、必要修改。4 43 3 解釋結(jié)構(gòu)建模方法解釋結(jié)構(gòu)建模方法v常用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模方法有：常用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模方法有：v關(guān)聯(lián)樹法關(guān)聯(lián)樹法v系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)4 43 3 解釋結(jié)構(gòu)建模方法解釋結(jié)構(gòu)建模方法一、一、 ISM實(shí)用化方法原理實(shí)用化方法原理 設(shè)定設(shè)定問題問題、形、形成意成意識(shí)模識(shí)模型型找出找出影響影響要素要素要素要素關(guān)系關(guān)系分析分析

10、（關(guān)（關(guān)系圖系圖）建立可建立可達(dá)矩陣達(dá)矩陣(M)和和縮減縮減矩陣矩陣（M/）矩陣矩陣層次層次化處化處理理(ML/)繪制繪制多級(jí)多級(jí)遞階遞階有向有向圖圖建立建立解釋解釋結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模型模型分析分析報(bào)告報(bào)告比較比較/F 學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)4 43 3 解釋結(jié)構(gòu)建模方法解釋結(jié)構(gòu)建模方法二、二、ISM實(shí)用方法基礎(chǔ)實(shí)用方法基礎(chǔ)（1）集合表達(dá)法）集合表達(dá)法系統(tǒng)：SS1,S2,S3,Sn二元關(guān)系：要素之間的某種關(guān)系R； 二元關(guān)系表示：； 傳遞性；傳遞次數(shù)、強(qiáng)連接關(guān)系；系統(tǒng)二元關(guān)系表達(dá)： Rb (Si ,Sj) |Si RSj， Si ,Sj S，i,j=1,n1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表達(dá)方式4 43 3 解釋結(jié)

11、構(gòu)建模方法解釋結(jié)構(gòu)建模方法(2)有向圖表示有向圖表示圖論基本知識(shí)：圖論基本知識(shí)： 圖、鄰接、關(guān)聯(lián)、有向圖圖、鄰接、關(guān)聯(lián)、有向圖有向圖表示：有向圖表示： 節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)、 有向邊、有向邊、 通路、通路、 路長(zhǎng)、路長(zhǎng)、 回路、回路、 強(qiáng)連接回路、強(qiáng)連接回路、 環(huán)環(huán)（3）矩陣表達(dá)鄰接矩陣：表示要素間基本二元關(guān)系； 輸入要素（源點(diǎn)）； 輸出要素（匯點(diǎn)）；可達(dá)矩陣：表示要素間直接和間接二元關(guān)系； 求法：利用推移特性和布爾代數(shù)法則A1 AI；A2 （AI）2； Ar1（AI）r1Ar （AI）r 則可達(dá)矩陣MAr1 Ar三、三、ISM實(shí)用化方法步驟及應(yīng)用實(shí)用化方法步驟及應(yīng)用 該方法的核心：是對(duì)系統(tǒng)要素間的關(guān)系

12、（尤其是因果關(guān)是對(duì)系統(tǒng)要素間的關(guān)系（尤其是因果關(guān)系）進(jìn)行層次化處理，最終形成具有多級(jí)遞階關(guān)系和解系）進(jìn)行層次化處理，最終形成具有多級(jí)遞階關(guān)系和解釋功能的結(jié)構(gòu)模型（圖）。釋功能的結(jié)構(gòu)模型（圖）。 第第1步：步： 找出影響系統(tǒng)問題的主要因素，并尋求要素間的直接找出影響系統(tǒng)問題的主要因素，并尋求要素間的直接二元關(guān)系，給出系統(tǒng)的鄰接矩陣；二元關(guān)系，給出系統(tǒng)的鄰接矩陣； 第第2步：步： 考慮二元關(guān)系的傳遞性，建立反映諸要素間關(guān)系的可考慮二元關(guān)系的傳遞性，建立反映諸要素間關(guān)系的可達(dá)矩陣；達(dá)矩陣； 第第3步：步： 依據(jù)可達(dá)矩陣，找到特色要素，進(jìn)行區(qū)域劃分；依據(jù)可達(dá)矩陣，找到特色要素，進(jìn)行區(qū)域劃分； 第第4步

13、：步：在區(qū)域劃分基礎(chǔ)上繼續(xù)層次劃分；在區(qū)域劃分基礎(chǔ)上繼續(xù)層次劃分； 第第5步：步：提取骨架矩陣，分為三步：提取骨架矩陣，分為三步： （1 1）去強(qiáng)連接要素得縮減矩陣；（）去強(qiáng)連接要素得縮減矩陣；（2 2）去越級(jí)二元關(guān)系；）去越級(jí)二元關(guān)系； （3 3）去單位陣得骨架矩陣；）去單位陣得骨架矩陣； 第第6步：步：作出多級(jí)遞階有向圖。作圖過程為：作出多級(jí)遞階有向圖。作圖過程為： （1 1）分區(qū)域逐級(jí)排列系統(tǒng)要素；）分區(qū)域逐級(jí)排列系統(tǒng)要素； （2 2）將縮減掉的要素隨其代表要素同級(jí)補(bǔ)入，并標(biāo)明其間）將縮減掉的要素隨其代表要素同級(jí)補(bǔ)入，并標(biāo)明其間的相互作用關(guān)系；的相互作用關(guān)系； （3 3）用從下到上的有向

14、弧來顯示逐級(jí)要素間的關(guān)系；）用從下到上的有向弧來顯示逐級(jí)要素間的關(guān)系； （4 4）補(bǔ)充必要的越級(jí)關(guān)系。）補(bǔ)充必要的越級(jí)關(guān)系。 第第7步：步：經(jīng)直接轉(zhuǎn)換，建立解釋結(jié)構(gòu)模型。經(jīng)直接轉(zhuǎn)換，建立解釋結(jié)構(gòu)模型。 大學(xué)生上課積極性 解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）小組成員：謝雄、陳金瑞、楊威小組成員：謝雄、陳金瑞、楊威 高魁、張照艷、周麗冰高魁、張照艷、周麗冰影響大學(xué)生上課積極性的因素有哪些？Brain Storming頭腦風(fēng)暴法頭腦風(fēng)暴法確定議題小組成員提出意見會(huì)后評(píng)價(jià)6課程難易程度課程難易程度7周圍人群影響周圍人群影響8睡眠質(zhì)量睡眠質(zhì)量9天氣天氣10老師點(diǎn)名頻率老師點(diǎn)名頻率1上課時(shí)間上課時(shí)間2對(duì)學(xué)習(xí)的興趣對(duì)學(xué)習(xí)

15、的興趣3老師個(gè)人魅力老師個(gè)人魅力4當(dāng)天心情當(dāng)天心情5個(gè)人上課習(xí)慣個(gè)人上課習(xí)慣影響因子影響因子鄰接矩陣（M）01234567891000000000000011000100110121000100000031010010000141010000100151010000000061010000100071000110000081000100000091000100110010100010000000、上課積極性1、上課時(shí)間 2、對(duì)學(xué)習(xí)的興趣3、老師個(gè)人魅力4、當(dāng)天心情5、個(gè)人上課習(xí)慣6、課程難易程度7、周圍人群的影響8、睡眠質(zhì)量9、天氣10、老師點(diǎn)名頻率M+I0123456789100100000

16、0000011100100110121010100000031011010000141010100100151010010000061010001100071000110100081000100010091000100111010100010000010123456789100100000000001111011011012101010010013101111000014101011010015101011000006101011110007101011010018101010011019101011011111010101001001(M+I)2注：紅字為新增(M+I)3注：藍(lán)字為新增012

17、3456789100100000000001111011011012101011010013101111010014101011010015101011010016101011110017101011010018101011011019101011011111010101101001等級(jí)劃分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、