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)結構分析的概念和意義任何系統(tǒng)都是由兩個以上有機聯(lián)系、相互作用的要素所組成的，具有特定功能與結構的整體。結構即組成系統(tǒng)諸要素之間相互關聯(lián)的方式。包括現(xiàn)代企業(yè)在內的大規(guī)模復雜系統(tǒng)具有要素及其層次眾多、結構復雜和社會性突出等特點。在研究和解決這類系統(tǒng)問題時，往往要通過建立系統(tǒng)的結構模型，進行系統(tǒng)的結構分析，以求得對問題全面和本質的認識。系統(tǒng)結構模型化基礎第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日結構模型是定性表示系統(tǒng)構成要素以及它們之間存在著的本質上相互依賴、相互制約和關聯(lián)情況的模型。結構模型化即建立系統(tǒng)結構模型的過程。該過程注重表現(xiàn)系統(tǒng)要素之間相互作用的性質，是系統(tǒng)認識、準確把握復雜問題，并對問題建立數學模型、進行定量分析的基礎。階層性是大規(guī)模復雜系統(tǒng)的基本特性，在結構模型化過程中，對遞階結構的研究是一項重要工作。第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日結構分析是一個實現(xiàn)系統(tǒng)結構模型化并加以解釋的過程。其具體內容包括：對系統(tǒng)目的--功能的認識；系統(tǒng)構成要素的選??；對要素間的聯(lián)系及其層次關系的分析；系統(tǒng)整體結構的確定及其解釋。系統(tǒng)結構模型化是結構分析的基本內容。結構分析是系統(tǒng)分析的重要內容，是系統(tǒng)優(yōu)化分析、設計與管理的基礎。尤其是在分析與解決社會經濟系統(tǒng)問題時，對系統(tǒng)結構的正確認識與描述更具有數學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)結構的基本表達方式系統(tǒng)的要素及其關系形成系統(tǒng)的特定結構。在通常情況下，可采用集合、有向圖和矩陣等三種相互對應的方式來表達系統(tǒng)的某種結構。第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日1、系統(tǒng)結構的集合表達設系統(tǒng)由n(n≥2)個要素(S1，S2，…，Sn)所組成，其集合為S，則有：

S={S1，S2，…，Sn}

系統(tǒng)的諸多要素有機地聯(lián)系在一起，并且一般都是以兩個要素之間的二元關系為基礎。所謂二元關系是根據系統(tǒng)的性質和研究的目的所約定的一種需要討論的、存在于系統(tǒng)中的兩個要素(Si、Sj)之間的關系Rij(簡記為R)。通常有影響關系、因果關系、包含關系、隸屬關系以及各種可以比較的關系(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)結構的有向圖表達6374512第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日3、系統(tǒng)結構的矩陣表達

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

aij=1Si對Sj有某種二元關系

aij=0Si對Sj沒有某種二元關系第八頁，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)可達矩陣若在要素Si和Sj間存在著某種傳遞性二元關系，或在有向圖上存在著由節(jié)點i至j的有向通路時，稱Si是可以到達Sj的，或者說Sj是Si可以到達的。所謂可達矩陣(M)，就是表示系統(tǒng)要素之間任意次傳遞性二元關系或有向圖上兩個節(jié)點之間通過任意長的路徑可以到達情況的方陣。

(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、解釋結構模型法（ISM）的原理及應用系統(tǒng)結構模型化技術是以各種創(chuàng)造性技術為基礎的系統(tǒng)整體結構的決定技術。它們通過探尋系統(tǒng)構成要素、定義要素間關聯(lián)的意義、給出要素間以二元關系為基礎的具體關系，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，逐步建立起復雜系統(tǒng)的結構模型。常用的系統(tǒng)結構模型化技術有：關聯(lián)樹法、解釋結構模型化技術、系統(tǒng)動力學結構模型化技術等，其中解釋結構模型化(ISM)技術是最基本和最具特色的系統(tǒng)結構模型化技術。第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日

ISM技術是美國J·N·沃菲爾德教授于1973年作為分析復雜的社會經濟系統(tǒng)結構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，提取問題的構成要素，利用有向圖、矩陣等工具和計算機技術，對要素及其相互關系等信息進行處理，最后用文字加以解釋說明，明確問題的層次和整體結構，提高對問題的認識和理解程度。該技術由于具有不需高深的數學知識、模型直觀且有啟發(fā)性、可吸收各種有關人員參加等特點，因而廣泛適用于認識和處理各類社會經濟系統(tǒng)的問題。

第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日可達矩陣骨架矩陣遞階結構模型（多級遞階有向圖）分檢作圖要素及其關系集合推斷修正（人）計算機解釋SjRSj?意識模型解釋結構模型分析報告第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日由圖可知，實施ISM技術，首先是提出問題，組建ISM實施小組；接著采用集體創(chuàng)造性技術，搜集和初步整理問題的構成要素，并設定某種必須考慮的二元關系(如因果關系)，經小組成員及與其他有關人員的討論，形成對問題初步認識的意識(構思)模型。在此基礎上，實現(xiàn)意識模型的具體化、規(guī)范化、系統(tǒng)化和結構模型化，即進一步明確定義各要素，通過人機對話，判斷各要素之間的二元關系情況(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，星期日根據要素間關系的傳遞性，通過對鄰接矩陣的計算或邏輯推斷，得到可達矩陣；將可達矩陣進行分解、縮約和簡化處理，得到反映系統(tǒng)遞階結構的骨架矩陣，據此繪制要素間多級遞階有向圖，形成遞階結構模型；通過對要素的解釋說明，建立起反映系統(tǒng)問題某種二元關系的解釋結構模型。第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日最后，將解釋結構模型與人們已有的意識模型進行比較，如不相符合，一方面可對有關要素及其二元關系和解釋結構模型的建立進行修正；更重要的是，人們通過對解釋結構模型的研究和學習，可對原有的意識模型有所啟發(fā)和修正。經過反饋、比較、修正、學習，最終得到一個令人滿意、具有啟發(fā)性和指導意義的結構分析結果。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日通過對可達矩陣的處理，建立系統(tǒng)問題的多級遞階結構模型，這是ISM技術的核心內容。根據問題規(guī)模和分析條件，可在掌握基本原理及其規(guī)范方法的基礎上，采用多種手段、選擇不同方法來完成此項工作。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Sj有某種二元關系

aij=0Si對Sj沒有某種二元關系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ISM工作小組成員的實際經驗，對系統(tǒng)結構先有一個大體的或模糊的認識，可以建立一個構思模型；接著，回答Si與Sj是否有關，這樣即可構造出系統(tǒng)的鄰接矩陣A，并可事先設想的構思模型進行比較和調整。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系，或在有向圖上存在著由節(jié)點i至j的有向通路時，稱Si是可以到達Sj的，或者說Sj是Si可以到達的?？蛇_矩陣，就是表示系統(tǒng)要素之間任意次傳遞性二元關系或有向圖上兩個節(jié)點之間通過任意長的路徑可以到達情況的方陣。

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

(1)級間劃分：將系統(tǒng)中的要素，以可以達矩陣為準則，劃分成不同級（層）次，建立結構模型。具體做法：將與要素Si有關的要素集中起來，定義為Si的可達集，用R（Si）表示。R（Si）是由矩陣中第Si行中所有矩陣元素為1的列所對應的要素集合；將要到達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的行所對應的要素組成。3有向連接圖—結構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,根據可達集R（Si）和前因集A（Si）就可以劃分等級。一個多級遞階結構的最高要素集，是指沒有比他在高級別的要素可以到達，其可達集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,還包含可以到達他下一級的要素。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，即可將其從可達矩陣中劃去相應的行和列。接著在從剩下的可達矩陣中繼續(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)建模根據上述級間劃分的各級要素，按由高到低順序重新排列可達矩陣，若有兩要素行與列要素全相同,則二者構成一回路，選擇其一即可，得到縮減可達矩陣。根據縮減可達矩陣建立結構模型。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日可達矩陣第二十五頁，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數據表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數據表2第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日數據表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，星期日數據表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，星期日數據表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，星期日數據表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，星期日縮減可達矩陣第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日結構模型216510491514133871211第一級第二級第一級第四級第五級第六級第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期日對于一般的工程系統(tǒng)來說，是由許多要素根據一定工藝機理組合而成的，對這樣一來的系統(tǒng)，其鄰接矩陣不難得到。而對于社會經濟系統(tǒng)，一般說來,反而是可達矩陣容易得到，因為根據人們的實踐經驗和直覺判斷，比較容易知道兩要素間有無關系，至于這種關系是直接還是間接的，則不需十分清楚。在這種情況下，可以先通過對話方式先構成可達矩陣，再經過簡化和排序后即可得到結構模型。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間內計劃生育政策貫徹不力等，導致出生率提高。凡此種種原因，都促使我國人口迅速增長，人口過分增長對我國進一步提高人民生活水平提高國民素質，實現(xiàn)四個現(xiàn)代化都有不利影響。試通過對人口增長的各種因素分析，建立解釋結構模型，為制定人口政策，控制人口增長采取相應政策提供參考信息。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，經討論認為主要有以下一些因素：1，預期壽命；2，醫(yī)療保健水平；3，國民生育能力；4，計劃生育政策；5，國民思想風俗；6，食物營養(yǎng)；7，環(huán)境污染程度；8，國民收入；9，國民素質；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預期壽命P2醫(yī)療保健水平P3國民生育能力P4計劃生育政策P5國民思想風俗P6食物營養(yǎng)P7環(huán)境污染程度P8國民收入