工業(yè)系統(tǒng)工程

工業(yè)系統(tǒng)工程第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日(一)結(jié)構(gòu)分析的概念和意義任何系統(tǒng)都是由兩個(gè)以上有機(jī)聯(lián)系、相互作用的要素所組成的，具有特定功能與結(jié)構(gòu)的整體。結(jié)構(gòu)即組成系統(tǒng)諸要素之間相互關(guān)聯(lián)的方式。包括現(xiàn)代企業(yè)在內(nèi)的大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)具有要素及其層次眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和社會(huì)性突出等特點(diǎn)。在研究和解決這類系統(tǒng)問題時(shí)，往往要通過建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，以求得對(duì)問題全面和本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ)第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)模型是定性表示系統(tǒng)構(gòu)成要素以及它們之間存在著的本質(zhì)上相互依賴、相互制約和關(guān)聯(lián)情況的模型。結(jié)構(gòu)模型化即建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的過程。該過程注重表現(xiàn)系統(tǒng)要素之間相互作用的性質(zhì)，是系統(tǒng)認(rèn)識(shí)、準(zhǔn)確把握復(fù)雜問題，并對(duì)問題建立數(shù)學(xué)模型、進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)。階層性是大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的基本特性，在結(jié)構(gòu)模型化過程中，對(duì)遞階結(jié)構(gòu)的研究是一項(xiàng)重要工作。第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)分析是一個(gè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化并加以解釋的過程。其具體內(nèi)容包括：對(duì)系統(tǒng)目的--功能的認(rèn)識(shí)；系統(tǒng)構(gòu)成要素的選取；對(duì)要素間的聯(lián)系及其層次關(guān)系的分析；系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的確定及其解釋。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化是結(jié)構(gòu)分析的基本內(nèi)容。結(jié)構(gòu)分析是系統(tǒng)分析的重要內(nèi)容，是系統(tǒng)優(yōu)化分析、設(shè)計(jì)與管理的基礎(chǔ)。尤其是在分析與解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)問題時(shí)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的正確認(rèn)識(shí)與描述更具有數(shù)學(xué)模型和定量分析所無法替代的作用。第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日(二)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基本表達(dá)方式系統(tǒng)的要素及其關(guān)系形成系統(tǒng)的特定結(jié)構(gòu)。在通常情況下，可采用集合、有向圖和矩陣等三種相互對(duì)應(yīng)的方式來表達(dá)系統(tǒng)的某種結(jié)構(gòu)。第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的集合表達(dá)設(shè)系統(tǒng)由n(n≥2)個(gè)要素(S1，S2，…，Sn)所組成，其集合為S，則有：

S={S1，S2，…，Sn}

系統(tǒng)的諸多要素有機(jī)地聯(lián)系在一起，并且一般都是以兩個(gè)要素之間的二元關(guān)系為基礎(chǔ)。所謂二元關(guān)系是根據(jù)系統(tǒng)的性質(zhì)和研究的目的所約定的一種需要討論的、存在于系統(tǒng)中的兩個(gè)要素(Si、Sj)之間的關(guān)系Rij(簡記為R)。通常有影響關(guān)系、因果關(guān)系、包含關(guān)系、隸屬關(guān)系以及各種可以比較的關(guān)系(如大小、先后、輕重、優(yōu)劣等)。第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的有向圖表達(dá)6374512第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的矩陣表達(dá)

(1)鄰接矩陣鄰接矩陣(A)是表示系統(tǒng)要素間基本二元關(guān)系或直接聯(lián)系情況的方陣。若A=(aij)n×n，則其定義式為：

aij=1Si對(duì)Sj有某種二元關(guān)系

aij=0Si對(duì)Sj沒有某種二元關(guān)系第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日A=

S1S1S2S3S4S5S6S7S2S3S4S5S6S7第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日

(2)可達(dá)矩陣若在要素Si和Sj間存在著某種傳遞性二元關(guān)系，或在有向圖上存在著由節(jié)點(diǎn)i至j的有向通路時(shí)，稱Si是可以到達(dá)Sj的，或者說Sj是Si可以到達(dá)的。所謂可達(dá)矩陣(M)，就是表示系統(tǒng)要素之間任意次傳遞性二元關(guān)系或有向圖上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過任意長的路徑可以到達(dá)情況的方陣。

(A+I)≠(A+I)2≠(A+I)3≠…≠(A+I)r-1≠(A+I)r=(A+I)r+1=…=(A+I)n=M第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日二、解釋結(jié)構(gòu)模型法（ISM）的原理及應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)是以各種創(chuàng)造性技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的決定技術(shù)。它們通過探尋系統(tǒng)構(gòu)成要素、定義要素間關(guān)聯(lián)的意義、給出要素間以二元關(guān)系為基礎(chǔ)的具體關(guān)系，并且將其整理成圖、矩陣等較為直觀、易于理解和便于處理的形式，逐步建立起復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。常用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)有：關(guān)聯(lián)樹法、解釋結(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)等，其中解釋結(jié)構(gòu)模型化(ISM)技術(shù)是最基本和最具特色的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)。第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日

ISM技術(shù)是美國J·N·沃菲爾德教授于1973年作為分析復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題的一種方法而開發(fā)的。其基本思想是：通過各種創(chuàng)造性技術(shù)，提取問題的構(gòu)成要素，利用有向圖、矩陣等工具和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)要素及其相互關(guān)系等信息進(jìn)行處理，最后用文字加以解釋說明，明確問題的層次和整體結(jié)構(gòu)，提高對(duì)問題的認(rèn)識(shí)和理解程度。該技術(shù)由于具有不需高深的數(shù)學(xué)知識(shí)、模型直觀且有啟發(fā)性、可吸收各種有關(guān)人員參加等特點(diǎn)，因而廣泛適用于認(rèn)識(shí)和處理各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的問題。

第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日可達(dá)矩陣骨架矩陣遞階結(jié)構(gòu)模型（多級(jí)遞階有向圖）分檢作圖要素及其關(guān)系集合推斷修正（人）計(jì)算機(jī)解釋SjRSj?意識(shí)模型解釋結(jié)構(gòu)模型分析報(bào)告第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日由圖可知，實(shí)施ISM技術(shù)，首先是提出問題，組建ISM實(shí)施小組；接著采用集體創(chuàng)造性技術(shù)，搜集和初步整理問題的構(gòu)成要素，并設(shè)定某種必須考慮的二元關(guān)系(如因果關(guān)系)，經(jīng)小組成員及與其他有關(guān)人員的討論，形成對(duì)問題初步認(rèn)識(shí)的意識(shí)(構(gòu)思)模型。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)意識(shí)模型的具體化、規(guī)范化、系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模型化，即進(jìn)一步明確定義各要素，通過人機(jī)對(duì)話，判斷各要素之間的二元關(guān)系情況(即SiRSj?)，形成某種形式的“信息庫”；第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日根據(jù)要素間關(guān)系的傳遞性，通過對(duì)鄰接矩陣的計(jì)算或邏輯推斷，得到可達(dá)矩陣；將可達(dá)矩陣進(jìn)行分解、縮約和簡化處理，得到反映系統(tǒng)遞階結(jié)構(gòu)的骨架矩陣，據(jù)此繪制要素間多級(jí)遞階有向圖，形成遞階結(jié)構(gòu)模型；通過對(duì)要素的解釋說明，建立起反映系統(tǒng)問題某種二元關(guān)系的解釋結(jié)構(gòu)模型。第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日最后，將解釋結(jié)構(gòu)模型與人們已有的意識(shí)模型進(jìn)行比較，如不相符合，一方面可對(duì)有關(guān)要素及其二元關(guān)系和解釋結(jié)構(gòu)模型的建立進(jìn)行修正；更重要的是，人們通過對(duì)解釋結(jié)構(gòu)模型的研究和學(xué)習(xí)，可對(duì)原有的意識(shí)模型有所啟發(fā)和修正。經(jīng)過反饋、比較、修正、學(xué)習(xí)，最終得到一個(gè)令人滿意、具有啟發(fā)性和指導(dǎo)意義的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日通過對(duì)可達(dá)矩陣的處理，建立系統(tǒng)問題的多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)模型，這是ISM技術(shù)的核心內(nèi)容。根據(jù)問題規(guī)模和分析條件，可在掌握基本原理及其規(guī)范方法的基礎(chǔ)上，采用多種手段、選擇不同方法來完成此項(xiàng)工作。第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日鄰接矩陣是表示系統(tǒng)要素間基本二元關(guān)系或直接聯(lián)系情況的方陣。若A=(aij)n×n，則其定義式為：

aij=1Si對(duì)Sj有某種二元關(guān)系

aij=0Si對(duì)Sj沒有某種二元關(guān)系1建立鄰接矩陣ISM建模步驟第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日

一般情況下，建立鄰接矩陣前，根據(jù)ISM工作小組成員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)先有一個(gè)大體的或模糊的認(rèn)識(shí)，可以建立一個(gè)構(gòu)思模型；接著，回答Si與Sj是否有關(guān)，這樣即可構(gòu)造出系統(tǒng)的鄰接矩陣A，并可事先設(shè)想的構(gòu)思模型進(jìn)行比較和調(diào)整。第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日若在要素Si和Sj間存在著某種傳遞性二元關(guān)系，或在有向圖上存在著由節(jié)點(diǎn)i至j的有向通路時(shí)，稱Si是可以到達(dá)Sj的，或者說Sj是Si可以到達(dá)的?？蛇_(dá)矩陣，就是表示系統(tǒng)要素之間任意次傳遞性二元關(guān)系或有向圖上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過任意長的路徑可以到達(dá)情況的方陣。

(A+I)≠(A+I)2≠(A+I)3≠…≠(A+I)r-1≠(A+I)r=(A+I)r+1=…=(A+I)n=R2建立可達(dá)矩陣第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日對(duì)于一個(gè)有n個(gè)要素的系統(tǒng)來說，要構(gòu)造一個(gè)n階的可達(dá)矩陣，可以利用鄰接矩陣加上單位陣，最多經(jīng)過(n-1)次矩陣驗(yàn)算后可以得到可達(dá)矩陣。除此之外，還可以利用分析的方法有效的得到可以達(dá)矩陣.第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日

(1)級(jí)間劃分：將系統(tǒng)中的要素，以可以達(dá)矩陣為準(zhǔn)則，劃分成不同級(jí)（層）次，建立結(jié)構(gòu)模型。具體做法：將與要素Si有關(guān)的要素集中起來，定義為Si的可達(dá)集，用R（Si）表示。R（Si）是由矩陣中第Si行中所有矩陣元素為1的列所對(duì)應(yīng)的要素集合；將要到達(dá)Si的要素集合定義為要素Si的前因集，用A（Si）表示，A（Si）由矩陣中第Si列中所有矩陣元素為1的行所對(duì)應(yīng)的要素組成。3有向連接圖—結(jié)構(gòu)模型的建立第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日接著,根據(jù)可達(dá)集R（Si）和前因集A（Si）就可以劃分等級(jí)。一個(gè)多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)的最高要素集，是指沒有比他在高級(jí)別的要素可以到達(dá)，其可達(dá)集R（Si）只包含他本身的要素集合，而前因集A（Si）中,除包含要素Si本身外,還包含可以到達(dá)他下一級(jí)的要素。若R（Si）=R（Si）∩A（Si）則R（Si）即為最高要素集.找出最高要素集后，即可將其從可達(dá)矩陣中劃去相應(yīng)的行和列。接著在從剩下的可達(dá)矩陣中繼續(xù)尋找新的最高要素集。依此類推，可以找出各級(jí)所包含的最高要素集。第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日

(2)建模根據(jù)上述級(jí)間劃分的各級(jí)要素，按由高到低順序重新排列可達(dá)矩陣，若有兩要素行與列要素全相同,則二者構(gòu)成一回路，選擇其一即可，得到縮減可達(dá)矩陣。根據(jù)縮減可達(dá)矩陣建立結(jié)構(gòu)模型。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日可達(dá)矩陣第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)∩A(Pi)111,3,4,7,8,9,11,12,131222,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15231,2,3,4,5,8,93,7,8,11,123,841,2,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,952,53,4,5,7,8,9,10,11,12,13,14,15562,66,10,14,15671,2,3,4,5,7,8,97,11,12781,2,3,4,5,8,93,7,8,11,123,891,2,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,9102,5,6,1010,14,1510111,2,3,4,5,7,8,9,111111121,2,3,4,5,7,8,9,121212131,2,4,5,9,131313142,5,6,10,141414152,5,6,10,151515數(shù)據(jù)表1第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)∩A(Pi)3,3,4,5,8,93,7,8,11,123,84,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,95,53,4,5,7,8,9,10,11,12,13,14,1556,66,10,14,1567,3,4,5,7,8,97,11,12783,4,5,8,93,7,8,11,123,89,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,9105,6,1010,14,1510113,4,5,7,8,9,111111123,4,5,7,8,9,121212134,5,9,131313145,6,10,141414155,6,10,151515數(shù)據(jù)表2第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日數(shù)據(jù)表3要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)

∩A(Pi)3,3,4,,8,93,7,8,11,123,84,4,,93,4,7,8,9,11,12,134,97,3,4,7,8,97,11,12783,4,,8,93,7,8,11,123,89,4,,93,4,7,8,9,11,12,134,9101010,14,1510113,4,7,8,9,111111123,4,7,8,9,121212134,,9,1313131410,1414141510,151515第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日數(shù)據(jù)表4要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)∩A(Pi)33,8,3,7,8,11,123,87,3,7,87,11,12783,,8，3,7,8,11,123,8113,7,8,111111123,7,8,12121213,1313131414141415151515第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日數(shù)據(jù)表5要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)∩A(Pi)777,127117,111111127,121212第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日數(shù)據(jù)表6要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)∩A(Pi)1111111112121212第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日縮減可達(dá)矩陣第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)模型216510491514133871211第一級(jí)第二級(jí)第一級(jí)第四級(jí)第五級(jí)第六級(jí)第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日對(duì)于一般的工程系統(tǒng)來說，是由許多要素根據(jù)一定工藝機(jī)理組合而成的，對(duì)這樣一來的系統(tǒng)，其鄰接矩陣不難得到。而對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，一般說來,反而是可達(dá)矩陣容易得到，因?yàn)楦鶕?jù)人們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和直覺判斷，比較容易知道兩要素間有無關(guān)系，至于這種關(guān)系是直接還是間接的，則不需十分清楚。在這種情況下，可以先通過對(duì)話方式先構(gòu)成可達(dá)矩陣，再經(jīng)過簡化和排序后即可得到結(jié)構(gòu)模型。第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日新中國成立后，隨著醫(yī)療保障體系的建立，人民健康水平有了明顯提高，反映在人口期望壽命上有了較大提高，死亡率相應(yīng)降低。另一方面，由于國民收入不斷增長，生活水平不斷提高，在加上在過去較長一段時(shí)間內(nèi)計(jì)劃生育政策貫徹不力等，導(dǎo)致出生率提高。凡此種種原因，都促使我國人口迅速增長，人口過分增長對(duì)我國進(jìn)一步提高人民生活水平提高國民素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化都有不利影響。試通過對(duì)人口增長的各種因素分析，建立解釋結(jié)構(gòu)模型，為制定人口政策，控制人口增長采取相應(yīng)政策提供參考信息。第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日影響人口長的因素很多，經(jīng)討論認(rèn)為主要有以下一些因素：1，預(yù)期壽命；2，醫(yī)療保健水平；3，國民生育能力；4，計(jì)劃生育政策；5，國民思想風(fēng)俗；6，食物營養(yǎng)；7，環(huán)境污染程度；8，國民收入；9，國民素質(zhì)；10，出生率；11，死亡率。第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日VVAAAAVVVVVAA

AVVVAAVVAAVVVVVVVVVVVVP1預(yù)期壽命P2醫(yī)療保健水平P3國民生育能力P4計(jì)劃生育政策P5國民思想風(fēng)俗P6食物營養(yǎng)P7環(huán)境污染程度P8國民收入