第二章 系統(tǒng)工程基本分析方法

第二章系統(tǒng)工程基本分析方法第一節(jié)系統(tǒng)工程方法論引例第二節(jié)系統(tǒng)分析原理第三節(jié)系統(tǒng)評價方法第四節(jié)決策分析方法第五節(jié)分析實例——某特區(qū)S機場選址第一節(jié) 系統(tǒng)工程方法論引例引例1：柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃問題引例2：A機電設備制造公司運營效率診斷引例1：柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃問題 某紡織機械設備制造公司以制造噴氣織機為主營業(yè)務，產品位居全國高檔噴氣織機市場份額的前三位。隨著浙江、廣東個體紡織業(yè)的發(fā)展，噴氣織機的需求由原來的標準化逐步轉向個性化，為適應產品多品種、小批量的特點，企業(yè)決定引進柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）來滿足制造上的要求。如何設計一個滿足本企業(yè)要求的柔性制造系統(tǒng)是擺在該企業(yè)工程規(guī)劃人員面前亟待解決的問題。 柔性制造系統(tǒng)是在自動化制造的背景下的一種制造模式，適應于單件小批量生產，其特點是，自動化程度很高，系統(tǒng)可以靈活適應產品的變化，但設備價格昂貴。相關概念規(guī)化是指根據需求選擇合適的設備型號和數量，并做相應的布置柔性制造系統(tǒng)是自動化制造的背景下的一種制造模式，其特點是自動化程度很高（無人工廠），設備昂貴

設計柔性制造系統(tǒng)首先需要了解柔性制造系統(tǒng)的構成。柔性制造系統(tǒng)包括若干加工中心，刀庫、緩沖站（Buffer）、裝卸工件的機器人、運送工件的自動導引小車（AGV）以及運輸軌道系統(tǒng)構成。

柔性制造系統(tǒng)構成實例設計環(huán)境零件不確定零件工藝不同在不同機床上進行不同加工依照不同次序，零件到達分布規(guī)律是隨機的，但符合某種分布，零件加工的過程相當于排隊網如何設計制造系統(tǒng)？設計過程需求分析初步設計與成本規(guī)格確定機床數量零件流刀具流夾具操作工最終設計實施UserSupplier引例2：A機電設備制造公司運營效率診斷 A機電設備制造有限公司（以下簡稱A公司）系中國某機電設備制造公司與日本某機電株式會社合資組建的合資公司，其產品主要為電器設備。該公司系全國先進制造技術試點網點單位，其設備完全采用日本公司所提供自動化加工中心和數控機床，并配備先進的全自動立體倉庫。公司管理信息系統(tǒng)采用德國的SAPR/3MRPII（制造資源規(guī)劃）系統(tǒng)。 公司人力資源來自中日雙方合資母公司。由于日方更關注產品質量能否達到其本國標準，因而公司制造部部長由日方出任，日方的另外一名員工是候任總經理，由于合資雙方各占50%的股份，總經理由中日雙方輪流擔任，每4年更換一次總經理，由中方首先派出總經理。公司組織結構圖總經理管理部長制造部長行政財務供銷裝配加工NC技術計劃操作層ABCDEFGHIJK日本人分析問題：

診斷并設計新的組織結構

“人人有事干，事事有人干”方法論研究：從哪里開始著手解決問題？如何設計解決問題的過程？如何最終完成企業(yè)提出的問題？小結 上述兩個問題分別屬于兩類問題，柔性制造系統(tǒng)規(guī)劃與設計屬于工程系統(tǒng)問題，霍爾方法論可以很好的解決類似的硬問題。 企業(yè)組織效率與工作系統(tǒng)設計屬于社會經濟系統(tǒng)一類的軟問題，切克蘭德方法論適合于解決該類問題。第二節(jié) 系統(tǒng)分析原理概念系統(tǒng)工程是研究大規(guī)模復雜問題的思想、方法（論）、程序與技術的總稱“程序”即指系統(tǒng)分析過程，就是常說的解決問題的“套路”系統(tǒng)分析是用科學或數量的方法對系統(tǒng)進行研究的一種方法廣義系統(tǒng)分析就等同于系統(tǒng)工程狹義的系統(tǒng)分析是指運用建模、優(yōu)化、仿真、評價等技術對系統(tǒng)的各個方面進行定性與定量相結合的分析，為選擇最優(yōu)或滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據的分析研究過程系統(tǒng)分析過程可分為闡明問題、分析研究與評價比較三個階段系統(tǒng)分析程序系統(tǒng)分析過程一、闡明問題二、謀劃被選方案三、建模與預計后果四、預測未來環(huán)境五、評比被選方案六、系統(tǒng)工程報告一、闡明問題幾個概念提出問題與解決問題硬問題與軟問題決策者，提出問題者，委托人與SA人員闡明階段的工作內容問題的性質問題的條件闡明階段的工作內容問題的性質問題提出者？決策者？他們的目的？相關問題？環(huán)境？問題的條件（約束）大體資源？人力？物力？財力？技術？時間？其他約束？二、謀劃備選方案案例：美國阿拉斯加原油運輸方案謀劃方案技術頭腦風暴法Delphi法635法類比法矩陣法三、建模與預計后果

常見模型：結構模型、數學模型、仿真模型國防科技大學的杜玠教授將模型分為：原樣模型相似模型邏輯模型數學模型西安交通大學李懷祖教授將模型分為：分析模型仿真模型博奕模型判斷模型此外，還有許多其他模型分類方法，如按模型量化的程度分定性模型（遞階結構模型）、定量模型（狀態(tài)空間方程）以及定性定量行相結合模型（系統(tǒng)動力學）等。四、預測未來環(huán)境每項系統(tǒng)工程都需要預測各種備選方案的后果，而每種后果都與將付諸實施時的環(huán)境有關通常使用“情景分析法”解決方案的未來環(huán)境問題五、評比被選方案評價方法關聯(lián)矩陣法逐對比較法古林法AHP法模糊評價法六、系統(tǒng)工程報告系統(tǒng)工程報告分類簡略報告（給決策人）主體報告（給委托人）技術報告（給專家，學位論文）第三節(jié) 系統(tǒng)評價方法系統(tǒng)評價要素系統(tǒng)評價工具—關聯(lián)矩陣逐對比較法古林法層次分析（AHP）法模糊綜合評價法一、系統(tǒng)評價要素系統(tǒng)評價是多方面要素（5W1H）所構成的問題復合體評價對象（What）評價主體（Who）評價目的（Why）評價時期（When）評價地點（Where）評價方法（How）認識評價問題(5W1H)搜集、整理、分析資料方案準則主體選擇評價方法、建立評價模型

分析、計算評價值綜合評價決策關聯(lián)矩陣法（原理性方法）層次分析法（評價要素多層次分布）模糊綜合評判法（多評價主體）程序和方法

二、關聯(lián)矩陣法關聯(lián)矩陣是常用的系統(tǒng)綜合評價工具，它主要是用矩陣的形式來表示各替代方案有關評價指標及其重要度與方案關于具體指標的價值評定量之間的關系Ai是某評價對象的m個替代方案；Xj是評價替代方案的n個評價指標或評價項目；ωj是n個評價指標的權重；Vij是第i個替代方案Ai的關于指標Xj的價值評定量（其中i=1~m,j=1~n）Vi

X1X2

…Xn

XjVijAiA1A2Am…………………...逐對比較法、古林法

Vij=?三、逐對比較法例

某農業(yè)縣為提高其土地產值決定從市場上購進一批高效化肥，現(xiàn)有A1、A2、A3三種類型的化肥采購方案可供選擇。通過權威部門及人士討論決定評價指標為五項。它們分別是：①畝產量x1/kg；②每百斤產量費用x2/元；③每畝用工x3/工日；④每畝純收入x4/元；⑤土壤肥力增減級數x5根據專業(yè)人士的預測和估計，實施這三種方案后關于五個評價項目的結果如下表所示x1/kgx2/元x3/工日x4/元x5A114004.1221154A218004.8351254A321506.552902方案能達到的指標值逐對比較法步驟一：用逐對比較法，求出各評價指標的權重評價指標比較次數累計得分權重12345678910x1111030.3x2011020.2x3000000x4001010.1x5111140.4評價的指標及其權重逐對比較法評價值x1/kgx2/元x3/工日x4/元x552200以上3以下20以下140以上641900-22003-420-30120-140531600-19004-530-40100-120421300-16005-640-5080-100311000-13006-750-6060-80201000以下7以上60以上60以下1步驟二：由評價主體確定評價尺度，如下表方案的評價尺度逐對比較法步驟三：根據評價尺度表及方案指標值表，對各替代方案的進行綜合評定對替代方案A1有 V1=0.3*2+0.2*3+0.1*3+0.4*3=2.7對替代方案A2有 V2=0.3*3+0.2*3+0*3+0.1*4+0.4*3=3.1對替代方案A4有 V3=0.3*4+0.2*1+0*1+0.1*2+0.4*1=2.0逐對比較法x1x2/元x3/工日x4/元x5Vi0.30.200.10.4A1234332.7A2333433.1A3411212.0關聯(lián)矩陣例表步驟三：將以上計算結果用關聯(lián)矩陣表示四、古林法步驟一：確定評價指標的重要度Rj

序號評價項目RjKjWj1土壤肥力增減級數x53180.5802畝產量x11.560.1943每百斤產量費用x2240.1294每畝純收入x4220.0655每畝用工x3—10.032合計311.000關聯(lián)矩陣例表古林法步驟二：Rj的基準化處理

設基準化處理的結果為Kj，以最后一個評價指標作為基準，令其K值為1，自下而上計算其他評價項目的K值步驟三：Kj的歸一化處理

將Kj列的數值相加，分別除以各行的K值，所得結果即分別為各評價項目的權重Wj古林法序號（j）評價項目替代方案RjKjVij1畝產量x1A1A2A30.7780.837—0.6510.83710.2620.3360.4022每百斤產量費用x2A1A2A31.1711.354—1.5861.35410.4020.3440.2543每畝用工x3A1A2A31.5911.486—2.3641.48610.4880.3060.2064每畝純收入x4A1A2A30.9201.389—1.2781.38910.3480.3790.2735土壤肥力增減敘述x5A1A2A31.0002.000—2.0002.00010.4000.4000.200步驟四：對各替代方案逐項進行評價

古林法求Vij例表古林法x1x2/元x3/工日x4/元x5Vi0.1940.1290.0320.0650.580A10.2620.4020.4880.3480.4000.373A20.3360.3440.3060.3790.4000.376A30.4020.2540.2060.2730.2000.251步驟五：綜合關聯(lián)矩陣例表和Vij例表的結果，即可計算三個替代方案的綜合評定結果關聯(lián)矩陣例表基本原理產生與發(fā)展基本思想和實施步驟基本方法舉例——供應商評價AHP一般方法建立評價系統(tǒng)的遞階層次結構構造兩兩比較判斷矩陣要素相對權重或重要度向量W的計算方法

五、層次分析法產生與發(fā)展

許多評價問題的評價對象屬性多樣、結構復雜，難以完全采用定量方法或簡單歸結為費用、效益或有效度進行優(yōu)化分析與評價，也難以在任何情況下做到使評價項目具有單一層次結構。需要首先建立多要素、多層次的評價系統(tǒng)，并采用定性與定量有機結合的方法或通過定性信息定量化的途徑，使復雜的評價問題明朗化 美國運籌學家、匹茲堡大學教授T.L.薩迪于20世紀70年代初提出了著名的AHP（AnalyticHierarchyProcessing，解析遞階過程，通常意譯為“層次分析”）方法

基本原理基本原理基本思想

AHP方法把復雜的問題分解為各個組成因素，又將這些因素按支配關系分組形成遞階層次結構，通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合有關人員的判斷，確定各備選方案相對重要性的總排序。實施步驟分析評價系統(tǒng)中各基本要素之間的關系，建立系統(tǒng)的遞階層次結構對同一層次的各元素關于上一層中某一準則的重要性進行兩兩比較，構造兩兩比較判斷矩陣，并進行一致性檢驗由判斷矩陣計算被比較要素對于該準則的相對權重計算各層要素對系統(tǒng)目的（總目標）的合成（總）權重，并對各備選方案排序?；痉椒ㄅe例——供應商評價一、建立該供應商評價問題的遞階結構

基本方法舉例——供應商評價二、建立各階層的判斷矩陣，并進行一致性檢驗判斷矩陣標度定義標度含義1兩因素相比，具有同等重要程度3兩因素相比，前者比后者稍重要5兩因素相比，前者比后者明顯重要7兩因素相比，前者比后者強烈重要9兩因素相比，前者比后者極端重要2，4，6，8取上述兩相鄰判斷中的中值倒數兩個要素相比，后者比前者的重要性標度基本方法舉例——供應商評價AB1B2B3WiWi0λmiB11231.8170.5283.054B21/2131.1450.3323.054B31/31/310.4810.1403.053B1C1C2C3WiWi0λmiC1151/31.1860.2873.094C21/511/60.3220.0783.093C33612.6210.6353.095三、判斷矩陣及重要度計算和一致性檢驗的過程和結果基本方法舉例——供應商評價B2C1C2C3WiWi0λmiC111/381.3870.3003.105C231930.6483.107C31/81/910.2400.0523.111B3C1C2C3WiWi0λmiC11583.4200.7333.094C21/5140.9280.2003.095C31/81/410.3150.0673.094三、判斷矩陣及重要度計算和一致性檢驗的過程和結果基本方法舉例——供應商評價B1B2B30.5280.3320.140C10.2870.3000.7330.354C20.0780.6480.2000.284C30.6350.0520.0670.362四、求各方案的總重要度方案總重要度計算例表結果表明，三個方案的優(yōu)劣順序為：C3、C1、C2，故S3優(yōu)于S1，S1優(yōu)于S2 一、建立評價系統(tǒng)的遞階層次結構三個層次最高層中間層最底層三種結構形式完全相關結構。完全獨立結構——樹形結構。混合結構（包括帶有子層次的混合結構）。兩種建立遞階層次結構的方法分解法解釋結構模型化方法（ISM法）AHP一般方法AHP一般方法 二、構造兩兩比較判斷矩陣判斷矩陣的性質兩兩比較判斷的次數定量指標的處理一致性檢驗方法計算一致性指標C.I.查找相應的平均隨機一致性指標R.I.計算一致性比例C.R. 三、要素相對權重或重要度向量W的計算方法求和法（算術平均法）方根法（幾何平均法）特征