系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析課件

1、系統(tǒng)工程原理 主講：顏兆林 副教授單 位：信息系統(tǒng)與管理學(xué)院系統(tǒng)工程系一室E-mail：電 話：84573540(O)，139731807601第三章 系統(tǒng)建模與系統(tǒng)分析2主要內(nèi)容3.1 S模型概述定義與特性為什么要用S模型S模型的分類使用數(shù)學(xué)模型的好處3.2 S建模方法對(duì)S模型的要求S建模的原則建模者應(yīng)具備的素質(zhì)建模的主要方法3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原則S分析的要點(diǎn)與步驟S分析的方法3.4 SA應(yīng)用實(shí)例美軍F10B飛機(jī)武器選型阿拉斯加原油輸送方案紐約市供水網(wǎng)擴(kuò)建工程的系統(tǒng)分析3主要內(nèi)容3.1 S模型概述定義與特性為什么要用S模型S模型的分類使用數(shù)學(xué)模型的好處3.2

2、S建模方法對(duì)S模型的要求S建模的原則建模者應(yīng)具備的素質(zhì)建模的主要方法3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原則S分析的要點(diǎn)與步驟S分析的方法3.4 SA應(yīng)用實(shí)例美軍F10B飛機(jī)武器選型阿拉斯加原油輸送方案紐約市供水網(wǎng)擴(kuò)建工程的系統(tǒng)分析4一. 定義與特性定義： S模型是一個(gè)S某一方面本質(zhì)屬性的描述，以某種確定形式(文字、符號(hào)、圖表、實(shí)物、數(shù)學(xué)公式等）提供關(guān)于該S的知識(shí)。 E=MC2 F=maW=1/2mv25一. 定義與特性例3-1：耐用消費(fèi)品新舊更替模型。 考察一個(gè)國(guó)家某類耐用消費(fèi)品（冰箱、洗衣機(jī)等）擁有情況。假設(shè)家庭購(gòu)買新冰箱并一直使用到其損壞或者報(bào)廢。故任一時(shí)刻，全國(guó)有一個(gè)用了

3、不同時(shí)間的冰箱擁有量的分布，為建立系統(tǒng)模型，做如下假定：（1）假定以一年為單位考察不同使用年限的冰箱的擁有量。（2）任何已使用了i年的冰箱至少還能使用一年的概率為i(對(duì)新冰箱可能較大，對(duì)舊冰箱可能較小)。（3）假設(shè)冰箱的最長(zhǎng)壽命為n年。（4）第k年新購(gòu)買的冰箱數(shù)目為u(k)。6一. 定義與特性 根據(jù)上述假定，設(shè)xi(k)表示第k年使用了i年的冰箱數(shù)目，i=0,1,n。則 使用年數(shù)小于1年的冰箱數(shù)等于該年內(nèi)所購(gòu)新冰箱數(shù)，即綜合上面的分析可以得到如下的模型 7理解系統(tǒng)與模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系：同一系統(tǒng)，不同模型同一模型，不同系統(tǒng)8對(duì)應(yīng)關(guān)系1-同一系統(tǒng)，不同模型a 流通功能AB串聯(lián)模型b 關(guān)閉功能AB并聯(lián)模

4、型管道系統(tǒng)9對(duì)應(yīng)關(guān)系2-同一模型，不同系統(tǒng)-1Y=kx（k為常量）幾何：一條通過(guò)原點(diǎn)的直線K=p，x為直徑，則y為圓周長(zhǎng)代數(shù)：比例關(guān)系物理：胡克定律、牛頓力學(xué)公式10對(duì)應(yīng)關(guān)系2-同一模型，不同系統(tǒng)-2AB邏輯模型-串聯(lián)串聯(lián)系統(tǒng)ABAB并聯(lián)系統(tǒng)R=RA*RB解析模型11一. 定義與特性2.特性：由反映S本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成的；集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系；一般是現(xiàn)實(shí)S的抽象或模仿，并非S本身。12二.為什么要用S模型S開(kāi)發(fā)的需要經(jīng)濟(jì)上的考慮安全上的考慮時(shí)間上的考慮S模型易操作、易理解，便于多方案分析比較。1.為什么要用S模型13二.為什么要用S模型K毀傷力Y威力（爆炸當(dāng)量）C命中誤差CE

5、P（圓概率誤差）N分彈頭數(shù)例3-2：美國(guó)曾建立戰(zhàn)略核武器毀傷力數(shù)學(xué)模型如下： Y 2/3K = N C 2（1） 當(dāng)Y Y8Y，而C，N不變時(shí)，K4K 前蘇聯(lián)模式（2） 當(dāng)C CC/8，而Y，N不變時(shí)， K64K 美國(guó)模式14二.為什么要用S模型2.為什么能用S模型 客觀世界中不同事物具有同型性（即相似規(guī)律不同本質(zhì)的事物在撇開(kāi)其具體屬性之后彼此之間還存在的相似性），故可以在S分析過(guò)程中通過(guò)建立S模型來(lái)對(duì)真實(shí)S進(jìn)行分析。15三. S模型的分類常用的幾種S模型的特性比較如下圖所示：實(shí)體模型現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) 文字模型 網(wǎng)絡(luò)模型 圖表模型 邏輯模型 解析模型 比例模型 相似模型 物理模型數(shù)學(xué)模型增加減少研究的

6、速度現(xiàn)實(shí)性修改的方便性 建模時(shí)間抽象性 建模費(fèi)用16飛機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)17三. S模型的分類下表列出了S模型的部分分類方法，可見(jiàn)S模型的多樣性。分 類 原 則模 型 種 類1按建模材料不同抽象、實(shí)物2按與實(shí)體的關(guān)系形象、類似、數(shù)學(xué)3按模型表征信息的程度觀念性、數(shù)學(xué)、物理4按模型的構(gòu)造方法理論、經(jīng)驗(yàn)、混合5按模型的功能結(jié)構(gòu)、性能、評(píng)價(jià)、最優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)6按與時(shí)間的依賴關(guān)系靜態(tài)、動(dòng)態(tài)7按是否描述系統(tǒng)內(nèi)部特性黑箱、白箱8按模型的應(yīng)用場(chǎng)合通用、專用9數(shù)學(xué)模型的分類：（1）按變量形式分（2）按變量之間的關(guān)系分確定性、隨機(jī)性、連續(xù)型、離散型代數(shù)方程、微分方程、概率統(tǒng)計(jì)、邏輯18四.使用數(shù)學(xué)模型的好處數(shù)學(xué)模型：是定量

7、分析的基礎(chǔ)；是S預(yù)測(cè)和決策的工具；可變性好，適應(yīng)性強(qiáng)，分析問(wèn)題速度快、省時(shí)、省錢，且便于使用計(jì)算機(jī),是使用最廣泛的一種模型。19主要內(nèi)容3.1 S模型概述定義與特性為什么要用S模型S模型的分類使用數(shù)學(xué)模型的好處3.2 S建模方法對(duì)S模型的要求S建模的原則建模者應(yīng)具備的素質(zhì)建模的主要方法3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原則S分析的要點(diǎn)與步驟S分析的方法3.4 SA應(yīng)用實(shí)例美軍F10B飛機(jī)武器選型阿拉斯加原油輸送方案紐約市供水網(wǎng)擴(kuò)建工程的系統(tǒng)分析20S建模方法 系統(tǒng)建模是系統(tǒng)工程人員的重要工作之一。建立一個(gè)簡(jiǎn)明、適用的系統(tǒng)模型，將為系統(tǒng)分析、評(píng)價(jià)和決策提供可靠的依據(jù)。建造系統(tǒng)模型

8、，尤其是建造抽象程度很高的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，是一種創(chuàng)造性勞動(dòng)。 系統(tǒng)建模既是一種技術(shù)，又是一種“藝術(shù)”。21一.對(duì)S模型的要求1. 現(xiàn)實(shí)性 即能較好反映S客觀實(shí)際。應(yīng)把S本質(zhì)的特征和關(guān)系反映進(jìn)去，而把非本質(zhì)的東西去掉，但又不影響反映本質(zhì)的真實(shí)程度。即S模型應(yīng)有足夠的精度。 如：地球儀和世界地圖22一.對(duì)S模型的要求2. 簡(jiǎn)明性 在滿足現(xiàn)實(shí)性要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量使S模型簡(jiǎn)單明了，以節(jié)約建模的費(fèi)用和時(shí)間。如：世界地圖。3. 標(biāo)準(zhǔn)化（規(guī)范化） 應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化模型，或者對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化模型加以某些修改，使之適合對(duì)象S。如：標(biāo)準(zhǔn)的制圖圖例。以上要求經(jīng)常相互沖突，需要綜合權(quán)衡、妥善處理。一般：現(xiàn)實(shí)性簡(jiǎn)明性標(biāo)準(zhǔn)化23

9、二. S建模應(yīng)遵循的原則 切題。模型只應(yīng)包括與研究目的有關(guān)的方面，而不是對(duì)象S的所有方面。如：空運(yùn)調(diào)度模型不需描述飛行姿態(tài)；旅游地圖、交通地圖、軍事地圖。 清晰。在一個(gè)S模型內(nèi)的子模型之間，除了保留研究目的所必要的信息聯(lián)系外，其它的耦合關(guān)系要盡可能減少，以保證模型結(jié)構(gòu)盡可能清晰。 精度要求適當(dāng)。建立S模型，應(yīng)該視研究目的和使用環(huán)境不同，選擇適當(dāng)?shù)木鹊燃?jí)，以保證模型切題、實(shí)用，而又不致花費(fèi)太多。24二. S建模應(yīng)遵循的原則例：不同使用環(huán)境的精度要求F = M dv/dt 只適合速度V足夠小F = M dv/dt + kv2 v大到不可忽略空氣阻力F = d(mv)/dt + kv2 v=光速4

10、. 盡量使用標(biāo)準(zhǔn)模型或盡可能向標(biāo)準(zhǔn)模型靠攏。25三. 建模者應(yīng)具備的素質(zhì)對(duì)客觀事物或過(guò)程能夠透過(guò)現(xiàn)象抓住本質(zhì)；要有一定的數(shù)學(xué)修養(yǎng)，并掌握一套數(shù)學(xué)思路和方法；具有把實(shí)際問(wèn)題與數(shù)學(xué)聯(lián)系起來(lái)的能力；注意避免建模過(guò)程中的四種傾向：懶 不詳細(xì)調(diào)查，隨意假設(shè)饞 要求數(shù)據(jù)太多貪 希望把一切細(xì)節(jié)都考慮進(jìn)去，抓不住本質(zhì)，可能導(dǎo)致無(wú)法求解變 改變問(wèn)題去適應(yīng)模型26四. 建模的主要方法推理法對(duì)白箱S，可以利用已知的定律和定理，經(jīng)過(guò)一定的分析和推理，得到S模型。實(shí)驗(yàn)法對(duì)允許實(shí)驗(yàn)的黑箱或灰箱S，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量其輸入和輸出，然后按照一定的辨識(shí)方法，得到S模型。統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)不允許實(shí)驗(yàn)的黑箱或灰箱系統(tǒng)，可采用數(shù)據(jù)收集和

11、統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)建造S模型。混合法上述幾種方法的綜合運(yùn)用。類似法依據(jù)不同事物具有的同型性，建造原S的類似模型。針對(duì)不同的S對(duì)象，可用以下方法建造S的數(shù)學(xué)模型：主要建模方法271.推理法（1）對(duì)象：比較簡(jiǎn)單的白箱S；（2）方法：利用自然科學(xué)的各種定理、定律（如物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、電學(xué)的定理、定律）和社會(huì)科學(xué)的各種規(guī)律（如經(jīng)濟(jì)規(guī)律），經(jīng)過(guò)一定的分析和推理，可以得到S的數(shù)學(xué)模型。（3）應(yīng)用實(shí)例例3-3：生產(chǎn)優(yōu)化安排的數(shù)學(xué)模型某化工廠生產(chǎn)A、B兩種產(chǎn)品，已知：生產(chǎn)A產(chǎn)品一公斤需耗煤9T，電力4000度和3個(gè)勞動(dòng)日，可獲利700元；B 4T， 5000度10 ， 1200元。因條件限制，這個(gè)廠只能得到煤3

12、60T，電力20萬(wàn)度和勞動(dòng)力300個(gè)，問(wèn)：如何安排生產(chǎn)（即生產(chǎn)A、B產(chǎn)品各多少？）才能獲利最多，請(qǐng)建立解決此問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。四.建模的主要方法28解：這是在一定條件求極值的數(shù)學(xué)問(wèn)題，可運(yùn)用數(shù)學(xué)中的線性規(guī)劃方法（運(yùn)籌學(xué)方法）建立線性規(guī)劃模型。先將給出的數(shù)據(jù)整理成下表： 活 動(dòng) 資 源產(chǎn)品A生產(chǎn)（1公斤）產(chǎn)品B生產(chǎn)（1公斤）資源的限制煤（T）94360電力（千度）45200勞動(dòng)日（個(gè)）310300獲利（百元）712四.建模的主要方法29設(shè)生產(chǎn)A、B產(chǎn)品各為x1，x2公斤，則此問(wèn)題變?yōu)榍髕1，x2滿足下列條件:9 x1+4 x2 3604 x1+5 x2 200 3 x1+10 x2 300 x10

13、, x20(1)使得總獲利最大： max 7 x1+12 x2 (2) 顯然(1)為約束條件，(2)為目標(biāo)函數(shù)，這是一個(gè)典型的線性規(guī)劃模型。四.建模的主要方法30四.建模的主要方法9x1 +4 x2 =360 x1x2408030609003x1 +10 x2 =3004x1 +5 x2 =200C(20,24)最優(yōu)生產(chǎn)計(jì)劃為：A產(chǎn)品：20公斤B產(chǎn)品：24公斤最大獲利為42800元圖解法：目標(biāo)函數(shù)等值線：Z=7x1+12x2312.實(shí)驗(yàn)法和統(tǒng)計(jì)分析法（1）對(duì)象：可實(shí)驗(yàn)和不可實(shí)驗(yàn)的黑箱和灰箱S；（2）方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)或者查閱歷史統(tǒng)計(jì)資料，找出S的輸入和輸出數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用自控中的傳遞函數(shù)方法或其他的

14、數(shù)學(xué)方法（如回歸分析、時(shí)序分析等方法），建立S輸出與輸入之間的關(guān)系S的數(shù)學(xué)模型。四.建模的主要方法32糧 食 生 產(chǎn) 系 統(tǒng)投入播種面積 x1(t)有效灌溉面積x2(t)化肥投放量 x3(t)氣 候 x4(t) xn(t)產(chǎn)出糧食總產(chǎn)量y(t)通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以找到糧食總產(chǎn)量y(t)與各種投入因素x1(t)， x2(t) xn(t)之間的數(shù)量關(guān)系，構(gòu)造出數(shù)學(xué)模型y(t) = f(x1, x2xn)或y(t) =a0+a1x1(t)+ a2x2(t)+ anxn(t)例3-4：建造一個(gè)糧食生產(chǎn)S的數(shù)學(xué)模型33例3-5：建造城市公交運(yùn)營(yíng)的數(shù)學(xué)模型全國(guó)14個(gè)大中城市的公交運(yùn)營(yíng)總額y(t)與各城市的人口總

15、數(shù)x1(t)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值x2(t)之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系如下：Y(t) = -172.2415+5.1075 x1 + 0.3636 x2萬(wàn)人公里 萬(wàn)人 億元如某市x1 1500萬(wàn)人， x2 2000億元，y 8216萬(wàn)人公里四.建模的主要方法34回顧：系統(tǒng)建模的主要方法推理法對(duì)白箱S，可以利用已知的定律和定理，經(jīng)過(guò)一定的分析和推理，得到S模型。實(shí)驗(yàn)法對(duì)允許實(shí)驗(yàn)的黑箱或灰箱S，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量其輸入和輸出，然后按照一定的辨識(shí)方法，得到S模型。統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)不允許實(shí)驗(yàn)的黑箱或灰箱系統(tǒng)，可采用數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)分析的方法來(lái)建造S模型?；旌戏ㄉ鲜鰩追N方法的綜合運(yùn)用。類似法依據(jù)不同事物具有的同型性，建造原

16、S的類似模型。針對(duì)不同的S對(duì)象，可用以下方法建造S的數(shù)學(xué)模型：主要建模方法35（1）對(duì)象：用推理法難以建模的復(fù)雜的白箱S；（2）方法：利用不同事物具有的同型性，建造原S的類似模型。（3）應(yīng)用實(shí)例例3-6：機(jī)械S的電路類似模型在機(jī)械S與電路S分別用推理法建造出數(shù)學(xué)模型（用微分方程描述的動(dòng)力學(xué)方程）以后發(fā)現(xiàn)，它們具有同型性（即具有相似的數(shù)學(xué)描述并在參數(shù)上一 一對(duì)應(yīng)，其運(yùn)動(dòng)也都具有振蕩的特性），因此，電路S可以認(rèn)為是機(jī)械S的一種類似模型，反之亦然。3.類似法四.建模的主要方法36系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型： Md2x/dt2 +Ddx/dt+Kx = F(t)Ld2q/dt2 +R dq/dt+(1/C) q

17、= E(t) 變量及參數(shù)（屬性）： 距離 x 電荷 q 速度dx/dt 電流dq/dt 外力F(t) 電壓E(t) 質(zhì)量 M 電感 L 阻尼系數(shù) D 電阻 R 彈簧系數(shù) K 電容 C系統(tǒng)行為： 機(jī)械振蕩 電振蕩電路系統(tǒng)BE(t)CRL機(jī)械系統(tǒng)AKDXMF(t)37例3-7：最佳地址的類似模型WnW1W2W3W4P(x,y)P1(x1,y1)P2(x2,y2)P3(x3,y3)P4(x4,y4)Pn(xn,yn)xyC(x,y)=q Wi (xi-x)2+ (yi-y)2 = min其中C(x,y)：總運(yùn)費(fèi)Wi ：運(yùn)量（貨物重量，噸）q ：運(yùn)價(jià)（運(yùn)輸單價(jià)，元/噸公里）i=1n38W1 W2 W4

18、 Wn W3 P1P2PnP4P3類似模型四.建模的主要方法不倒翁39主要內(nèi)容3.1 S模型概述定義與特性為什么要用S模型S模型的分類使用數(shù)學(xué)模型的好處3.2 S建模方法對(duì)S模型的要求S建模的原則建模者應(yīng)具備的素質(zhì)建模的主要方法3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原則S分析的要點(diǎn)與步驟S分析的方法3.4 SA應(yīng)用實(shí)例美軍F10B飛機(jī)武器選型阿拉斯加原油輸送方案紐約市供水網(wǎng)擴(kuò)建工程的系統(tǒng)分析40OR簡(jiǎn)單、確定條件下的優(yōu)化，采用定量分析方法解決；SA復(fù)雜、不確定條件下的優(yōu)化，定性與定量相結(jié)合的方法。 SA（系統(tǒng)分析）從OR（Operation Research）派生出來(lái)，成名于RAN

19、D公司的工作。早期是一種定量分析方法。兩者的區(qū)別：一.什么是SA41SA是對(duì)一個(gè)S的基本問(wèn)題，采用S方法進(jìn)行分析，其具體內(nèi)容包括研究領(lǐng)導(dǎo)者意圖，明確問(wèn)題，確定目標(biāo)，開(kāi)發(fā)可行方案，建立S模型，進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，綜合評(píng)價(jià)和優(yōu)化可行方案，從而為領(lǐng)導(dǎo)者決策提供可靠依據(jù)。廣義：SA SE狹義：SA SE ，它是SE的一個(gè)邏輯步驟。美國(guó)奎德（E.S.Quade）認(rèn)為，系統(tǒng)分析是通過(guò)一系列的步驟，幫助領(lǐng)導(dǎo)者選擇最優(yōu)方案的一種系統(tǒng)方法。一.什么是SA42目標(biāo)：即對(duì)S的要求，它是SA的基礎(chǔ)?？尚蟹桨福耗軐?shí)現(xiàn)S目標(biāo)的各種可能途徑、措施和方法。費(fèi)用：用貨幣形式表示的每一方案所需消耗的全部資源。模型：對(duì)S的

20、本質(zhì)描述，是方案的表達(dá)形式。效果：S達(dá)到目標(biāo)后所得到的結(jié)果，它既可用貨幣形式表示，也可用其它指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)；準(zhǔn)則：目標(biāo)的具體化、S價(jià)值的量度，以評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣；結(jié)論：SA得到的結(jié)果，具體形式有報(bào)告、建議或意見(jiàn)等。二. SA的要素43七個(gè)要素組成的SA要素結(jié)構(gòu)圖A1A3A2A4A5目標(biāo)研究模型效果（）費(fèi)用（）準(zhǔn)則A1A3A2A4A5評(píng)價(jià)可行方案結(jié)論二. SA的要素44內(nèi)外因素相結(jié)合。內(nèi)因可控，選為決策變量；外因不可控，作為約束條件；當(dāng)前利益與長(zhǎng)遠(yuǎn)利益相結(jié)合。要兩者兼顧，如發(fā)生矛盾，應(yīng)堅(jiān)持當(dāng)前利益服從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的原則；局部效益與總體效益相結(jié)合。必須堅(jiān)持“系統(tǒng)總體效益最優(yōu)，局部效益服從總體效益”的原則。定性

21、分析與定量分析相結(jié)合。定性分析不可忽視，必須兩者結(jié)合或交叉地進(jìn)行。三. SA的原則451.SA的要點(diǎn)四. SA的要點(diǎn)與步驟SA是運(yùn)用邏輯思維推理的方法對(duì)問(wèn)題展開(kāi)分析的，通過(guò)一系列的“為什么？”而使問(wèn)題得到圓滿的解答。用“5W1H”自問(wèn)自答，容易抓住問(wèn)題的要點(diǎn)，找到解決問(wèn)題的關(guān)鍵。46例3-8：臺(tái)灣省核電建設(shè)的SA 擬建一座核電廠，能源部、財(cái)政部和發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)等有關(guān)部門就要針對(duì)核電廠的建設(shè)問(wèn)題，擬定一份問(wèn)題要點(diǎn)進(jìn)行分析研究，并提出解決問(wèn)題的答案。What? 要干什么?在研究該省核電廠的建立問(wèn)題時(shí)，就是用系統(tǒng)分析方法探討在該省建設(shè)核電廠的可行性。Why？為什么要這樣干？該省自產(chǎn)能源很少，歷來(lái)靠從

22、外地調(diào)進(jìn)原油和煤炭發(fā)電，調(diào)進(jìn)能源受經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)輸?shù)扔绊懱?，同時(shí)也為了減少環(huán)境污染和在經(jīng)濟(jì)上求更廉價(jià)的電力。When？何時(shí)建為宜?電力是工業(yè)的先行官，要發(fā)展經(jīng)濟(jì)首先要發(fā)展電力工業(yè)。當(dāng)前世界屢發(fā)能源危機(jī)，為保證經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定與發(fā)展，建設(shè)核電廠刻不容緩。四. SA的要點(diǎn)與步驟47Where？何處建為宜？從避開(kāi)地震、斷裂、海嘯、流沙區(qū)而又有足夠冷卻水，遠(yuǎn)離人口密集的中心城市而又比較接近用電地區(qū)等方面來(lái)看，選址該省沿海地區(qū)為宜。Who？由何單位承建？由核工業(yè)部門及電力公司負(fù)責(zé)建設(shè)，并請(qǐng)工程顧問(wèn)公司提供各種技術(shù)方面的咨詢服務(wù)工作。How？如何進(jìn)行？工程進(jìn)度應(yīng)服從十年發(fā)電規(guī)劃，具體技術(shù)細(xì)節(jié)還須由工程顧問(wèn)公司作

23、進(jìn)一步研后再提出。四. SA的要點(diǎn)與步驟48四. SA的要點(diǎn)與步驟電站名稱地點(diǎn)建設(shè)時(shí)間運(yùn)行時(shí)間金山核電站北部：金山1972.61978國(guó)圣核電站北部：萬(wàn)里1975.111981馬鞍山核電站南部：墾丁1978.81984492. SA的步驟它是三維結(jié)構(gòu)中的邏輯維的進(jìn)一步明確化，更接近與SE活動(dòng)矩陣中的邏輯步驟的提法?？筛爬椋好鞔_問(wèn)題和確定目標(biāo)；搜集資料，探索可行方案；建立模型；綜合評(píng)價(jià)；檢驗(yàn)和核實(shí)。SA只是得到結(jié)論，提出建議。決策要留待領(lǐng)導(dǎo)者去作，決不可越俎代庖。四. SA的要點(diǎn)與步驟定性定量定性50SA方法定量分析法定量方法適用于S結(jié)構(gòu)清楚，收集到的信息準(zhǔn)確，能建立數(shù)模的對(duì)象。可采用投入產(chǎn)出

24、分析法、成本效益分析法等方法（以后各章節(jié)陸續(xù)介紹）。定性分析法當(dāng)S結(jié)構(gòu)不清、收集到的信息不太準(zhǔn)確，或是由于評(píng)價(jià)者的偏好不一，對(duì)于所提方案評(píng)價(jià)不一致，難以形成常規(guī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，可采用目標(biāo)-手段分析法、因果分析法、KJ法等方法。 五. SA的方法51SA方法定量分析法定量方法適用于S結(jié)構(gòu)清楚，收集到的信息準(zhǔn)確，能建立數(shù)模的對(duì)象。可采用投入產(chǎn)出分析法、成本效益分析法等方法（以后各章節(jié)陸續(xù)介紹）。定性分析法當(dāng)S結(jié)構(gòu)不清、收集到的信息不太準(zhǔn)確，或是由于評(píng)價(jià)者的偏好不一，對(duì)于所提方案評(píng)價(jià)不一致，難以形成常規(guī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，可采用目標(biāo)-手段分析法、因果分析法、KJ法等方法。 五. SA的方法521、目標(biāo)手段分

25、析法將要達(dá)到的目標(biāo)和所需手段按照系統(tǒng)展開(kāi)，一級(jí)手段等于二級(jí)目標(biāo)，二級(jí)手段等于三級(jí)目標(biāo)，依次類推，便產(chǎn)生了層次分明、相互聯(lián)系又逐漸具體化的分層目標(biāo)系統(tǒng)。在目標(biāo)分解過(guò)程中，要注意使分解的分目標(biāo)與總目標(biāo)保持一致，分目標(biāo)的集合一定要保證總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。此法的實(shí)質(zhì)是運(yùn)用效能原理不斷進(jìn)行分析的過(guò)程。 五. SA的方法53目標(biāo)手段目標(biāo)手段目標(biāo)發(fā)展能源發(fā)展能源生產(chǎn)開(kāi)發(fā)新能源節(jié)能資源勘探基地建設(shè)運(yùn)輸太陽(yáng)能生物能潮汐能綜合利用節(jié)能設(shè)備五. SA的方法542、因果分析法利用因果分析圖來(lái)分析影響系統(tǒng)的因素，并從中找出產(chǎn)生某種結(jié)果的主要原因的一種定性分析方法。 優(yōu)點(diǎn)：形象簡(jiǎn)單，一目了然，問(wèn)題越復(fù)雜越能發(fā)揮其長(zhǎng)處，適宜于集

26、體討論，統(tǒng)一意見(jiàn)和向領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)匯報(bào)工作。五. SA的方法55因果分析圖（魚刺圖）x2xix1x3xnyx21x23x12x14x13x11x32x31x33x34xn1xn3xn2xn4x22x24xij五. SA的方法56五. SA的方法例：某工廠用于分析產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的因果分析圖573、KJ法（信息卡片歸類法）日本東京工業(yè)大學(xué)的川喜田二郎(Kauakida Jir)教授提出的一種直觀的定性分析方法。它是從很多具體信息中歸納出問(wèn)題整體含義的一種分析方法，故又稱信息卡片歸類法。依據(jù)信息的相關(guān)性（“親近性”）逐漸合并成小組中組大組，然后畫出問(wèn)題的整體結(jié)構(gòu)圖，分析其含義，取得對(duì)問(wèn)題的明確認(rèn)識(shí)。 五.

27、 SA的方法58KJ法的實(shí)質(zhì)這一方法是從錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)象中，用一定的方式來(lái)整理思路、抓住思想實(shí)質(zhì)、找出解決問(wèn)題新途徑的方法59KJ法與統(tǒng)計(jì)法KJ法不同于統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)一切用數(shù)據(jù)說(shuō)話，而KJ法則主要靠用事實(shí)說(shuō)話、靠“靈感”發(fā)現(xiàn)新思想、解決新問(wèn)題KJ法認(rèn)為許多新思想、新理論，往往是靈機(jī)一動(dòng)、突然發(fā)現(xiàn)。但應(yīng)指出，統(tǒng)計(jì)方法和KJ法的共同點(diǎn)，都是從事實(shí)出發(fā)，重視根據(jù)事實(shí)考慮問(wèn)題 60比較統(tǒng)計(jì)方法KJ法1驗(yàn)證假設(shè)型發(fā)現(xiàn)問(wèn)題型2現(xiàn)象數(shù)量化，收集數(shù)值性資料(數(shù)據(jù))不需數(shù)量化、收集語(yǔ)言、文字類的資料（現(xiàn)象、意見(jiàn)、思想）3側(cè)重于分析側(cè)重于綜合4用理論分析（即數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論分析）憑“靈感”歸納問(wèn)題61川喜認(rèn)為，按

28、照KJ法去做，至少可以鍛煉人的思考能力 62KJ法適用場(chǎng)合認(rèn)識(shí)新事物（新問(wèn)題、新辦法）。整理歸納思想。從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，采取措施，打破現(xiàn)狀。提出新理論，進(jìn)行根本改造，“脫胎換骨”。促進(jìn)協(xié)調(diào)，統(tǒng)一思想。貫徹上級(jí)方針，使上級(jí)的方針變成下屬的主動(dòng)行為。 631、勞動(dòng)力不足16、年輕人提拔難31、社會(huì)需求改變2、家庭不和睦17、管理制度不適應(yīng)32、生活環(huán)境變化3、出生率下降18、教育設(shè)施不適應(yīng)33、食物結(jié)構(gòu)改變4、需照顧的老人增多19、社會(huì)福利開(kāi)支大34、服務(wù)行業(yè)增加5、平均壽命增加20、要求退休年齡增大35、服務(wù)人員不足6、生活水平下降21、青少年感到孤獨(dú)36、教育設(shè)施不適應(yīng)7、老年人孤獨(dú)22、老年人不受

29、尊敬37、娛樂(lè)設(shè)施不適應(yīng)8、思想僵化23、社會(huì)創(chuàng)造力下降38、青年人受壓抑9、社會(huì)缺乏活力24、衣著式樣不適應(yīng)39、不易產(chǎn)生新思想10、“代溝”加深25、社會(huì)道德觀念不適應(yīng)40、不易出研究成果11、老年醫(yī)療設(shè)施不足26、體育設(shè)施不適應(yīng)41、社會(huì)矛盾增加12、能源消耗大27、兵源不足42、年輕人缺乏獨(dú)立性13、住房緊張28、經(jīng)濟(jì)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力43、年輕人嫌棄老年人14、組織新家庭阻力大29、工資結(jié)構(gòu)不合理44、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)減慢15、交通設(shè)施不適應(yīng)30、生產(chǎn)成本上升45、鮮艷色彩減少，生活單調(diào)枯燥例：社會(huì)老齡化問(wèn)題的有關(guān)信息643、5、20老年人口增多1、34、35勞動(dòng)力不足6、30、28、44經(jīng)濟(jì)困難大

30、12、19、29社會(huì)負(fù)擔(dān)重27兵源不足人力資源下降 創(chuàng)造力下降 8 9 23 40經(jīng)濟(jì)問(wèn)題經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)減慢26、37、45文體設(shè)施不適應(yīng)17、18、36教育、管理、不適應(yīng)13、15、24、32、33衣食住行不適應(yīng)31社會(huì)需求變化社會(huì)需求發(fā)生變化 青年人受到壓抑 16213342 老年人不幸福 4 7 2210、25、41社會(huì)問(wèn)題2 、13 、14家庭問(wèn)題社會(huì)矛盾加深社會(huì)問(wèn)題6566主要內(nèi)容3.1 S模型概述定義與特性為什么要用S模型S模型的分類使用數(shù)學(xué)模型的好處3.2 S建模方法對(duì)S模型的要求S建模的原則建模者應(yīng)具備的素質(zhì)建模的主要方法3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原則S分析的

31、要點(diǎn)與步驟S分析的方法3.4 SA應(yīng)用實(shí)例美軍F10B飛機(jī)武器選型阿拉斯加原油輸送方案紐約市供水網(wǎng)擴(kuò)建工程的系統(tǒng)分析67要為8個(gè)中隊(duì)（248192架）F10B飛機(jī)增加武裝，條件是只可在喇叭狗式導(dǎo)彈和500磅炸彈中選其一（可行方案不再開(kāi)發(fā)）?？哲姟㈥戃娭鲝埐灰?，只好請(qǐng)SA機(jī)構(gòu)提供定量可靠的依據(jù)輔助領(lǐng)導(dǎo)者決策，解決空軍、陸軍的矛盾。 1、明確問(wèn)題和確定目標(biāo)一.美軍F10B飛機(jī)武器選型的SA68每摧毀一個(gè)目標(biāo)需導(dǎo)彈2枚或炸彈6枚；每發(fā)武器的命中概率為：導(dǎo)彈70，炸彈30；飛機(jī)每架次升空飛行時(shí)間2小時(shí)，每小時(shí)飛行成本800美元；每枚武器的成本：導(dǎo)彈為6500500 7000美元（購(gòu)置費(fèi)存儲(chǔ)費(fèi)） 炸彈為

32、 0 100 100 美元；每架飛機(jī)成本240萬(wàn)美元，加裝導(dǎo)彈和炸彈后分別為270萬(wàn)美元和242.5萬(wàn)美元；飛機(jī)的載彈量分別為導(dǎo)彈6枚、炸彈10枚；飛機(jī)被擊毀的概率為1每飛行小時(shí)。2、搜集資料 要作定量分析，必須搜集有關(guān)計(jì)量指標(biāo)。調(diào)研后知：一.美軍F10B飛機(jī)武器選型的SA69“用經(jīng)濟(jì)有效的手段摧毀目標(biāo)” 即各個(gè)方案摧毀一個(gè)目標(biāo)的成本？3、建立模型（進(jìn)行定量分析）先應(yīng)將目標(biāo)具體化為準(zhǔn)則，以便明確評(píng)價(jià)方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。一.美軍F10B飛機(jī)武器選型的SA70摧毀一個(gè)目標(biāo)的總成本C武器成本C0投射成本Cd損耗成本Ca其中： C0 每枚武器的成本摧毀一個(gè)目標(biāo)的武器數(shù)量；Ca每架飛機(jī)成本 每架飛機(jī)成本摧毀

33、一個(gè)目標(biāo)的飛行時(shí)間每飛行小時(shí)的飛機(jī)損毀率3、建立模型（進(jìn)行定量分析）每架次平均飛行時(shí)間每架載彈量 / 摧毀一個(gè)目標(biāo)的武器數(shù)量每飛行小時(shí)的飛機(jī)損毀率摧毀一個(gè)目標(biāo)的武器數(shù)量每架次的載彈量 Cd 每小時(shí)飛行成本每架次的平均飛行時(shí)間一.美軍F10B飛機(jī)武器選型的SA71兩個(gè)方案分別摧毀一個(gè)目標(biāo)的成本： 方案成本方案（安裝導(dǎo)彈）方案（安裝炸彈）武器成本C0(6500+500)2=14000(0+100)6600投射成本Cd8002(2/6) 5338002(6/10)960損毀成本Ca27000002/(6/2) 0.011800024500002/(10/6) 0.01 29100總成本14000+5

34、33+1800032533600+960+2910030660單位：美元一.美軍F10B飛機(jī)武器選型的SA72單從成本考慮，每摧毀一個(gè)目標(biāo)方案成本高出1873美元；使用方案，精確度高，可減少陸軍傷亡；使用方案，飛機(jī)摧毀目標(biāo)多。以飛機(jī)完好率80計(jì)算，每機(jī)每天飛行一架次，則3天可摧毀目標(biāo)數(shù)為： 方案 (6/2)319280% = 1382 (個(gè)) 方案 (10/6)319280% = 783 (個(gè)) 方案僅為方案的56.6%使用方案 后，飛機(jī)的飛行高度提高，敵方防空武器的火力命中率降低，可指望飛機(jī)被擊落的概率降低。4、綜合評(píng)價(jià)（判斷）一.美軍F10B飛機(jī)武器選型的SA73減少地面部隊(duì)的傷亡；增加摧

35、毀目標(biāo)的潛力；降低飛機(jī)損失。5、結(jié)論每摧毀一個(gè)目標(biāo)，安裝導(dǎo)彈方案的成本雖然高出1873美元，但有如下三項(xiàng)好處：結(jié)論：建議安裝喇叭狗式導(dǎo)彈一.美軍F10B飛機(jī)武器選型的SA74中國(guó)式建設(shè)必須在此處搞建設(shè)？必須拆除原有建筑？有沒(méi)有一次到位的建設(shè)，避免拉鏈工程？75每天送200萬(wàn)桶。油田處北極圈內(nèi)，常年冰封，最低溫度-50oC。如何從美國(guó)阿拉斯加?xùn)|北部的普拉德霍灣向美本土輸油。1. 任務(wù)與環(huán)境二.阿拉斯加原油輸送方案的SA76方案：油船運(yùn)。每天只需45艘，但要破冰船引航，起點(diǎn)和終點(diǎn)需建大油庫(kù)；不安全、費(fèi)用高、無(wú)保證。方案：用帶加溫S的油管輸?？捎贸墒斓墓艿垒斢图夹g(shù)，但沿途設(shè)站無(wú)人愿干，為防管道斷裂必

36、須用底架支撐和作保溫處理，成本提高3倍。2. 開(kāi)發(fā)方案 方案競(jìng)爭(zhēng)的第一階段開(kāi)發(fā)兩個(gè)方案：為保安全和穩(wěn)定，淘汰方案，保留方案，繼續(xù)撥款鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)出新方案。二.阿拉斯加原油輸送方案的SA77方案：由麻省理工SA所的兩人提出油氣混輸（將天然氣轉(zhuǎn)換為甲醇后加到原油中去，降低溶點(diǎn)，提高流動(dòng)性），從而用一管既輸油又送氣，不僅不需輸送20的無(wú)用海水，還可省掉海水分離工藝流程，節(jié)省一條送氣管道（60億），比方案省了一半。方案：把含1020氯化鈉的海水加到原油中去，提高低溫下原油流動(dòng)性，用普通油管即可輸送，取得專利。二.阿拉斯加原油輸送方案的SA78序號(hào)方案內(nèi)容方案特點(diǎn)備注方案油船運(yùn)輸運(yùn)輸費(fèi)用大，既不安全、又不可

37、靠淘汰方案帶加溫S的油管輸送油管架設(shè)成本高出三倍，沿途設(shè)加溫站難度大淘汰方案原油摻海水后用常規(guī)油管送方案可行，但輸送了無(wú)用的海水并增加分離工藝流程淘汰方案油氣混合一管兩送既輸油又送氣，成本低、安全、可靠，僅管道費(fèi)就節(jié)約60億美元中選二.阿拉斯加原油輸送方案的SA79三. 紐約市供水網(wǎng)擴(kuò)建工程的系統(tǒng)分析 20世紀(jì)60年代末期，紐約市供水委員會(huì)花費(fèi)幾十萬(wàn)美元擬定了一個(gè)擴(kuò)建供水網(wǎng)的工程設(shè)計(jì)計(jì)劃，預(yù)計(jì)耗資10億美元，分五個(gè)階段，完成后將可滿足今后40年紐約市人口增加25%時(shí)的用水需要。 計(jì)劃遭市預(yù)算局的反對(duì)，他們認(rèn)為供水委員會(huì)預(yù)估的40年后25%的人口增長(zhǎng)不合理，故供水網(wǎng)擴(kuò)建不必要。 在市預(yù)算局的要求

38、下，市政府聘請(qǐng)麻省理工學(xué)院的系統(tǒng)分析人員進(jìn)行系統(tǒng)分析。工程背景801.問(wèn)題的提出 供水委員會(huì)認(rèn)為增強(qiáng)紐約市供水能力的理由： 今后40年，城市居民將逐年增加； 現(xiàn)有供水系統(tǒng)必須廣泛檢修。 紐約市自來(lái)水由兩個(gè)部門各負(fù)其責(zé)。供水委員會(huì)負(fù)責(zé)全市直徑10英寸以上的一級(jí)管道；直徑6英寸以下的管道由另一個(gè)市政部門負(fù)責(zé)。因此本擴(kuò)建方案局限于一級(jí)管道的擴(kuò)建。三. 紐約市供水網(wǎng)擴(kuò)建工程的系統(tǒng)分析811.問(wèn)題的提出(1)最初的設(shè)計(jì)方案 增設(shè)50英里長(zhǎng)的直徑為28英寸的水管，需10億美元。分5個(gè)階段，其中第一階段投資3.23億美元（鋪設(shè)最大的水管，需經(jīng)過(guò)堅(jiān)硬的巖石）。設(shè)計(jì)方案： 只考慮一個(gè)供水網(wǎng)的地理布局； 只使用一個(gè)評(píng)審準(zhǔn)則，即第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)的終端自來(lái)水壓力須達(dá)到40磅/英寸2； 工程的預(yù)計(jì)使用期限為40年，即滿足到2010年的用水需要； 不采用水泵增壓，靠重力輸送。821.問(wèn)題的提出(2) 部門間的相互制約 好的設(shè)計(jì)方案要清楚的意識(shí)到其所受的各種制約條件和邊界。供水網(wǎng)設(shè)計(jì)受到多方面制約，其中物理方面的制約可由傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)師解決，經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)性的制約則需由系統(tǒng)分析師來(lái)分析處理。 系統(tǒng)分析工作的制約包括： 職權(quán)制約：受職權(quán)因素影響，技術(shù)上最優(yōu)的方案可能遭反對(duì)，最后實(shí)施的往