《系統(tǒng)工程》期末復習資料

1、《系統(tǒng)工程》復習課件,工業(yè)工程是一門工程技術與管理技術相結(jié)合的綜合性工程領域的學科，在社會經(jīng)濟發(fā)展和生產(chǎn)建設中起著重要作用?？傮w來說，工業(yè)工程以降低成本、提高質(zhì)量和生產(chǎn)率為導向，采用系統(tǒng)化、專業(yè)化和科學化的方法，綜合運用多種學科的知識，對人員、物料、設備、能源和信息所組成的集成系統(tǒng)進行規(guī)劃、設計、評價、創(chuàng)新和決策等工作，把目標定位建設更有效、更合理的綜合優(yōu)化系統(tǒng)。,《系統(tǒng)工程學》是工業(yè)工程專業(yè)以及管理工程專業(yè)的基礎課程之一。它的任務是通

2、過對本課程的學習，使學生熟悉系統(tǒng)及系統(tǒng)工程的概念和內(nèi)涵，了解國內(nèi)外系統(tǒng)工程的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，掌握系統(tǒng)工程的預測技術、分析方法、設計理論、模型與仿真、決策分析，并引導學生將系統(tǒng)工程的觀點、思想、方法和原理具體應用到工程機械的制造、規(guī)劃和管理以及路橋機械化施工等工程實踐中。,這門課程一共講授48個學時，根據(jù)這些學時，我們安排了如下一些內(nèi)容第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程：掌握系統(tǒng)及系統(tǒng)工程的概念、特征、分類以及系統(tǒng)工程的產(chǎn)生背景與發(fā)展方向，對系統(tǒng)工

3、程的基礎理論（一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構理論、協(xié)同論和突變論）有概括了解。,第二章 系統(tǒng)分析：學習系統(tǒng)分析的意義、概念、特點以及系統(tǒng)分析的要素和步驟， 了解常用系統(tǒng)分析技術，重點掌握層次分析法、模糊聚類分析及灰色關聯(lián)分析處理問題的方法與步驟。,第三章 系統(tǒng)模型：了解系統(tǒng)模型分類和建模步驟；理解鄰接矩陣、可達矩陣的概念并會計算，掌握建立結(jié)構模型的方法；能用蒙特卡洛法對簡單隨機系統(tǒng)進行模擬；了解系統(tǒng)動力學因果反饋結(jié)構，掌握系統(tǒng)動力

4、學建模方法。,第四章 網(wǎng)絡計劃技術：網(wǎng)絡計劃技術是系統(tǒng)管理的重要工具之一，是系統(tǒng)工程常用的管理技術。它是利用網(wǎng)絡圖對計劃任務的進度、費用及其組成部分之間的相互關系進行計劃、檢查和控制，以使系統(tǒng)協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)的科學方法。通過本章學習，同學們能夠了解了解網(wǎng)絡計劃技術知識及其應用領域 ，掌握CPM，PERT，GERP的工程實際應用。,第五章 系統(tǒng)決策：系統(tǒng)決策是指在一定的條件下，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)在可采取的各種策略中，依據(jù)系統(tǒng)目標選取一個最優(yōu)策略并付諸

5、實施的過程。掌握決策中常用方法，掌握多準則決策的基本內(nèi)容，了解模糊決策的基本方法。,學習本課程的建議：1.注重系統(tǒng)思考2.堅持問題導向3.采用系統(tǒng)化方法教學要求：上課及考核（閉卷考試）,教學參考書：1. 《系統(tǒng)工程實用教程》姚德民，李漢鈴哈爾濱工業(yè)大學出版社1996 2. 《系統(tǒng)工程概論》夏紹偉 楊家本 楊振斌 清華大學出版社1995 3. 《系統(tǒng)工程原理與方法》徐克紹上海科學技術出版社1996 4. 《系統(tǒng)工程理論

6、、方法與應用》汪應洛高等教育出版社2002 5.《系統(tǒng)工程》吳祈宗 北京理工大學出版社 2005,第一章 系統(tǒng)與系統(tǒng)工程,§1 系統(tǒng)工程概述一、系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應用二、系統(tǒng)工程的研究對象三、系統(tǒng)工程的內(nèi)容與特點,一、系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應用,（一）系統(tǒng)思想及系統(tǒng)理論的產(chǎn)生與發(fā)展 系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，即：“只見森林（樸素的系統(tǒng)思想）階段——“只見樹木”階段——“先見森林，后見樹木”（科學的系統(tǒng)思

7、想）階段。 古代中國和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻。 整體思想和聯(lián)系思想是科學系統(tǒng)思想的核心與實質(zhì)。 一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構理論、協(xié)同學及自組織理論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和SE的理論基礎。,（二）系統(tǒng)工程的發(fā)展概況,（三） 系統(tǒng)工程在我國的發(fā)展及應用,上世紀50至60年代，我國的一些研究機構和著名學者為SE的研究與應用作了理論上的探討、應用上的嘗試和技術方法上的準備。其主要標

8、志和集中代表是錢學森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國志的《運籌學》。 我國大規(guī)模地研究與應用SE是從70年代末、80年代初開始的。,1978年9月27日，錢學森、許國志、王壽云在《文匯報》發(fā)表題為“組織管理的技術——系統(tǒng)工程”的長篇文章； 從1978年起，西安交大、天津大學、清華大學、華中理工大學、大連理工大學等國內(nèi)著名大學開始招收了第一批SE專業(yè)碩士研究生；,1980年11月，中國系統(tǒng)工程學會在北京成立；

9、 中國系統(tǒng)工程學會是中國系統(tǒng)科學和系統(tǒng)工程科學技術工作者的學術性社會團體，是中國科學技術協(xié)會的組成部分。1979年由錢學森、宋健、關肇直、許國志等21名專家、學者共同倡議并籌備。1980年11月18日在北京正式成立。由自然科學領域的科學家錢學森和社會科學領域的經(jīng)濟學家薛暮橋擔任名譽理事長，充分體現(xiàn)系統(tǒng)工程跨部門、跨領域交叉學科性質(zhì)特點。 第一屆理事會理事長關肇直，第二、三屆理事長許國志。第四、五屆理事長顧基發(fā)、第六屆理

10、事長陳光亞。 1980年10月至1981年1月，中國科協(xié)、中央電視臺會同中國系統(tǒng)工程學會、中國自動化學會聯(lián)合舉辦“系統(tǒng)工程電視普及及講座（45講）”，取得了良好的社會效果。,70年代末以來，應用SE理論和方法來研究與解決我國的重大現(xiàn)實問題，在許多領域和方面取得了較好的效果，如：人口問題的定量研究及應用（始于1978年）2000年中國的研究（1983年至1985年）全國和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）全國人才和教育規(guī)劃（始

11、于1983年）農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程（始于1980年）,區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略（始于1982年）投入產(chǎn)出表的應用（始于是60年代和1976年）軍事系統(tǒng)工程（始于1978年）水資源的開發(fā)利用（始于1978年）等。,90年代以來，系統(tǒng)工程在與以下七個方面的結(jié)合上具有初步結(jié)果和強勁勢頭：企業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型時期我國改革發(fā)展的重大現(xiàn)實問題（綜合配套改革、和諧社會建設、自主創(chuàng)新、資源能源問題、新農(nóng)村建設、城鎮(zhèn)化、社會保障、應急管理等）管理科學、經(jīng)濟科學、工程

12、科學各種前沿問題落實科學發(fā)展觀社會信息化變革重大投資和大型項目管理思維科學和生命科學,二、系統(tǒng)工程研究對象（一）SE的研究對象是大規(guī)模復雜系統(tǒng) 該類系統(tǒng)的主要特點有：規(guī)模龐大、結(jié)構復雜、屬性及目標多樣、一般為人機系統(tǒng)、經(jīng)濟性突出等。（二）系統(tǒng)的概念1.系統(tǒng)的定義：系統(tǒng)是由兩個以上相互聯(lián)系的要素所構成，且具有特定功能、結(jié)構、環(huán)境的整體。2.系統(tǒng)的屬性：整體性、關聯(lián)性、環(huán)境適應性。3.管理系統(tǒng),思考題要求

13、結(jié)合某管理系統(tǒng)問題說明：1）系統(tǒng)的功能及要素；2）系統(tǒng)的環(huán)境影響及輸入、輸出要素；3）系統(tǒng)的結(jié)構（最好能用框圖表達）；4）系統(tǒng)功能與結(jié)構和環(huán)境的關系；5）管理系統(tǒng)的主要特點。,（三）系統(tǒng)的分類自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)動態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)封閉系統(tǒng)與開放系統(tǒng)主要明確SE研究什么樣的系統(tǒng)問題？,三、SE的內(nèi)容與特點 所謂SE，是用來開發(fā)、運行、革新一個大規(guī)模復雜系統(tǒng)所需思想、程序、方法的綜合（或總

14、稱）。 SE強調(diào)以下基本觀點：1）整體性和系統(tǒng)化觀點（前提）2）總體最優(yōu)或平衡協(xié)調(diào)觀點（目的）3）多種方法綜合運用的觀點（手段）4）問題導向及反饋控制觀點（保障）,思考討論題1.選擇一個你所熟悉的系統(tǒng)問題說明（1）系統(tǒng)的功能及其要素；（2）系統(tǒng)的環(huán)境及輸入、輸出；（3）系統(tǒng)的結(jié)構（最好用框圖表達）；（4）系統(tǒng)的功能與結(jié)構、環(huán)境的關系。2.說明系統(tǒng)一般屬性的含義，并據(jù)此歸納出若干系統(tǒng)思想或觀點；3.管理系統(tǒng)有何

15、特點？與工程系統(tǒng)有何異同？為什么說現(xiàn)代管理系統(tǒng)是典型的（大規(guī)模）復雜系統(tǒng)？4.結(jié)合系統(tǒng)工程應用領域及其特點，說明系統(tǒng)工程在你所學專業(yè)領域的可能應用及其前景。,§2 SE理論與方法論一、SE理論二、SE基本工作過程三、系統(tǒng)分析原理及其應用問題,一 SE理論,1.簡述一般系統(tǒng)論、控制論和信息論對系統(tǒng)工程方法論的啟示；2.請設計適當項目，列表比較系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構理論、協(xié)同學、突變論的特點；你如何理解從定性

16、到定量的綜合集成方法？,（二）SE基本工作過程,作　　者： （美）塞奇，（美）阿姆斯特朗 著，胡保生，彭勤科 譯出 版 社： 西安交通大學出版社出版時間： 2006-9-1 字　　數(shù)： 477000 版　　次： 1 頁　　數(shù)： 552 印刷時間： 2006/09/01 開　　本： 印　　次： 紙　　張： 膠版紙 I S B N ： 9787560522357 包　　裝： 平裝 所屬分類： 圖書 >>

17、工業(yè)技術 >> 一般工業(yè)技術,3.兩種方法的比較（？）相同點：問題導向，注重程序及階段；…不同點：研究對象及應用領域、基本方法、核心內(nèi)容或關鍵點、反饋機制、…,三、系統(tǒng)分析原理及其應用問題1.系統(tǒng)分析概念 系統(tǒng)分析（SA）是在對系統(tǒng)問題現(xiàn)狀及目標充分挖掘的基礎上，運用建模及預測、優(yōu)化、仿真、評價等方法，對系統(tǒng)的有關方面進行定性與定量相結(jié)合的分析，為決策者選擇滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析過程。

18、 SA是SE的核心內(nèi)容、分析過程和基本方法。,系統(tǒng)分析原理,SA要素：1）問題2）目的及目標3）方案4）模型（結(jié)構、數(shù)學、仿真）5）評價6）決策者,2.SA程序框圖,What?Why/Who/When/Where?How?,系統(tǒng)分析原理——SA程序,SA程序圖是SA的一般過程，也為全課程提供了基本的邏輯框架，因而十分重要。在對其理解和應用上應注意以下各點：1）重視做好初步SA 5W1H方法是做好這段工

19、作的基本線索；2）在規(guī)范分析中一般需要（或盡可能）建立結(jié)構模型、數(shù)學模型或仿真模型。,系統(tǒng)分析原理——SA程序,3）每段結(jié)束后系統(tǒng)方案的變化軌跡是：可行方案——非劣方案——經(jīng)排序的非劣方案（或稱選擇性方案）4）環(huán)境分析貫穿SA全過程，在SA中是十分重要和必不可少的。5）在管理應用SA過程中，并不一定要（或能）遍歷并完成每一個具體過程。,系統(tǒng)分析原理,3.SA的特點及原則1）問題導向2）以整體為目標3）多方案模型分析和選優(yōu)4

20、）定量分析和定性分析相結(jié)合5）多次反復進行,第二章 系統(tǒng)評價方法及分析技術,§1 系統(tǒng)評價概述1.系統(tǒng)評價意義,2. 概念系統(tǒng)評價:評價——價值 對系統(tǒng)方案滿足系統(tǒng)目標程度的綜合分析及判定。,評價對象(what)評價主體(who) 效用：某主體對某種利益和損失所獨有的感覺及反應。評價目的(why)評價時期(when):期初評價，期中評價， 期末評價，跟蹤評價評價地點(where)評價方法(h

21、ow)系統(tǒng)評價是多方面要素（5W1H）所構成的問題復合體。,系統(tǒng)評價程序圖,系統(tǒng)評價程序圖,§2 關聯(lián)矩陣法,評價尺度例表,§3 層次分析法,層次分析法(AHP)是美國著名運籌學家、匹茲堡大學教授T.L.Satty在20世紀70年代提出的。它是處理多目標、多準則、多因素、多層次的復雜問題，進行決策分析、綜合評價的一種簡單、實用而有效的方法，是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)分析法。,層次分析法的基本原理,在進行

22、系統(tǒng)分析時，我們經(jīng)常會碰到這樣一類情況：有些問題難以甚至根本不可能建立數(shù)學模型來進行定量分析；也可能由于時間緊迫，對有些問題來不及進行過細的定量分析，只需做出初步的選擇和大致的判斷就行了。例如選擇一個新廠的廠址，購買一臺重要設備，確定到哪里去旅游等。這時，我們?nèi)魬脤哟畏治龇ㄟM行分析，就可以簡便而迅速地解決問題。,利用層次分析法分析問題時，首先將所要分析的問題層次化，根據(jù)問題的性質(zhì)和所要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照這

23、些因素間的相互關聯(lián)影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成一個多層次的分析結(jié)構模型，最后將該問題轉(zhuǎn)化為最底層相對最高層（總目標）的比較優(yōu)劣的排序問題，借助這些排序，最終可以對所分析的問題做出評價決策。 層次分析法簡化了系統(tǒng)分析和計算，把一些定性的因素進行定量化，是分析多目標、多準則、多因素的復雜系統(tǒng)的有力工具。它具有思路清晰、方法簡便、使用面廣、系統(tǒng)性強等特點，便于普及推廣，可成為人們工作和生活中思考問題、解決問題的

24、一種方法。,AHP方法的基本工具-----判斷矩陣判斷矩陣標度定義,判斷矩陣及其分析處理舉例,注: Wi的求取采用方根法(幾何平均值法),求綜合重要度(加權求和),AHP方法步驟1.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(jié)構(分解法,ISM法);2.對同一層次的各要素關于上一層中某一準則的重要性進行兩兩比較，構造判斷矩陣(專家調(diào)查法);3.由判斷矩陣計算被比較要素對于該準則的相對權重(方根法)，層底單排序及一致性

25、檢驗;4.計算各層要素相對于系統(tǒng)目的(總目標)的合成(總)權重,并據(jù)此對方案等排序(關聯(lián)矩陣表及加權和法)，層次總排序及一致性檢驗。,§4 模糊集理論,1.模糊現(xiàn)象與模糊集理論 在復雜的社會經(jīng)濟系統(tǒng)中和人們的日常生活中，存在著許多不確定性問題，例如評價商品質(zhì)量的好壞，氣象中的天氣好壞，農(nóng)業(yè)中的收成好壞，經(jīng)濟生活中的貨幣流通正常與否，貨幣回籠和貨幣沉淀如何，生活中的美與丑，高個與矮個等等。這些問題常常難以給出明

26、確的回答，都是一些不確定性現(xiàn)象。,這些不確定性現(xiàn)象可分為兩類，一類是問題概念本身就不夠嚴格，比較模糊，如貨幣流通正常與否，天氣好不好等，概念本身就沒有明確的含義和嚴格的定義，這類問題稱為模糊性不確定問題；另一類問題概念本身是清楚的，其不確定性問題是由于客觀條件或某些影響因素引起的，如貨幣回收，貨幣沉淀，天氣晴朗、農(nóng)業(yè)收成等，從概念上看，有明確的含義，但是發(fā)生的概率在數(shù)量上是不確定的，對這類概念本身明確，因條件不同而不確定的問題，稱之為隨

27、機性不確定問題。 對以上兩類不確定問題，要采用不同的處理方法，本節(jié)主要討論第一類不確定性問題的處理方法：模糊集理論及其應用。,2.模糊集合的基本運算,§5 模糊綜合評判,,,步驟,§6 模糊聚類分析,用模糊數(shù)學將研究或處理的對象按一定的條件和屬性進行分類的方法叫模糊聚類分析.,標準值表,§7 灰色關聯(lián)分析,1.概述 一般抽象系統(tǒng)，如社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等包含有多種因素，

28、這些因素之間哪些是主要的，哪些是次要的，哪些需要抑制，……，這些都是因素分析的內(nèi)容。比如在企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，影響企業(yè)收益的因素很多，包括國家政策、金融、市場需求、勞動力來源、能源、原材料、管理水平等，為了提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，有必要進行因素的關聯(lián)分析。,灰色系統(tǒng)理論是從20世紀80年代初提出，到現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛的應用，尤其是在關聯(lián)分析、聚類分析、預測和決策方面顯示了極大的優(yōu)越性。在關聯(lián)分析方面，灰色關聯(lián)分析考慮到回歸分析的種種弊病和不足，

29、采用關聯(lián)分析的方法來進行系統(tǒng)分析。進行灰色關聯(lián)分析首先要指定參考序列，各有關因素作為比較序列，根據(jù)參考序列和比較序列曲線的接近程度來分析判斷因素之間的聯(lián)系程度。,2.灰色關聯(lián)分析的基本思想 灰色關聯(lián)分析的基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密。曲線越接近，相應序列之間的關聯(lián)度就越大，反之就越小。作為一個發(fā)展變化的系統(tǒng)，關聯(lián)度分析事實上是動態(tài)過程發(fā)展態(tài)勢的量化比較分析。發(fā)展態(tài)勢的比較，也就是系統(tǒng)歷年來有關

30、統(tǒng)計數(shù)據(jù)幾何關系的比較。 灰色關聯(lián)分析克服了數(shù)理統(tǒng)計中回歸分析等系統(tǒng)分析的不足之處，具有不追求大的樣本容量、不要求待分析的序列服從某個典型的概率分布、計算量小而且計算過程簡單等優(yōu)點。,3.灰色關聯(lián)分析的計算方法1）數(shù)據(jù)的無量綱化處理2）求關聯(lián)系數(shù)3）計算關聯(lián)度4）優(yōu)勢分析,4.灰色關聯(lián)分析的應用例：棉花產(chǎn)量因素分析。某農(nóng)業(yè)科學研究院在研究棉花的產(chǎn)量時發(fā)現(xiàn)影響棉花產(chǎn)量的因素很多，有數(shù)據(jù)的因素就有10種。如修理、氮肥、

31、磷肥、農(nóng)肥、澆水、藥物、畜耕、人耕、迷霧、噴藥等，經(jīng)過詳細的定量分析找出4種認為是對棉花產(chǎn)量有較大影響的以內(nèi)素，其數(shù)據(jù)如下表示。試分析各因素的重要程度。,4.結(jié)果分析從關聯(lián)矩陣可以看出:(1)第3行的關聯(lián)度(農(nóng)業(yè)投資與各子因素的關聯(lián)度)幾乎是最小的。這說明各種收入與農(nóng)業(yè)投資的關系不大，這也從側(cè)面說明了農(nóng)業(yè)的發(fā)展是一個長遠的投資發(fā)展過程，是不能在短期內(nèi)見效的。,(2)所有元素中,r51最大,即交通投資與國民收入的關聯(lián)度最大，這表明交通

32、投資的多少對國民總收入影響最大。事實上，交通不發(fā)達，則勢必影響工業(yè)收入、交通收入、商業(yè)收入和總收入。其次是r55,這說明交通收入與交通投資的關系密切，今后應加強交通投資，這也有利于全面發(fā)展經(jīng)濟。,（3）第4行中，r42最大，即科技投資與工業(yè)收入的關聯(lián)度最大，這說明科技對工業(yè)收入增長的貢獻最大，這符合科技是第一生產(chǎn)力的科學論斷，同時也說明今后應加大對科技的投入力度。同時可以看出，科技投資與農(nóng)業(yè)收入的關聯(lián)度最小，這表明從全面來看，還沒有使科

33、技投資與農(nóng)村經(jīng)濟掛鉤，也就是說科技投資針對的不是農(nóng)業(yè)科技，而是著眼于其他方面，如工業(yè)。因此當務之急應加強農(nóng)村科技投資，發(fā)展農(nóng)業(yè)科技。,（4）在第1行中，固定資產(chǎn)投資與交通收入、工業(yè)收入和國民收入的關聯(lián)度比較大，這說明了固定資產(chǎn)投資對國民經(jīng)濟增長的推動作用，但固定資產(chǎn)也農(nóng)業(yè)收入的關聯(lián)度最小，這說明固定資產(chǎn)投資中用于農(nóng)業(yè)的比較少；其次是商業(yè)收入，這說明商業(yè)是不嚴重依賴于固定資產(chǎn)投資的一個行業(yè)，還言之，商業(yè)是對投資的消耗比較少的行業(yè)。,

34、67;8 德爾菲法,德爾菲法（Delphi Method）是蘭德公司于40年代末提出的，是一種重要的定性預測方法，又稱專家咨詢調(diào)查法。它主要依靠人們的知識、經(jīng)驗、綜合分析和判斷能力，對事物未來發(fā)展趨勢作出科學的預測，適用于沒有足夠信息資料的中長期社會、經(jīng)濟、科技發(fā)展趨勢的預測，在制定長遠規(guī)劃等方面發(fā)揮了重要的作用，成為一種重要的輔助決策工具。,,傳統(tǒng)直觀型預測——專家座談會：即針對要預測的問題，邀請有關人士和專家進行座談會，這種形式存在

35、的缺點？,,由于地區(qū)、交通和費用等方面的限制，參加會議的人數(shù)不可能很多，因而廣泛性和可靠性受到限制。在會議上，出于從眾心里，會出現(xiàn)隨大流、一面倒的情況，他別是權威專家在場，由于種種原因，人們不便直抒己見和充分發(fā)表見解。處于自尊心等原因，有人會固執(zhí)己見，不愿放棄和修正自己的錯誤意見。會議主持人的意見可能影響和干擾預測結(jié)果。,一、德爾菲法的兩項關鍵工作 在組織咨詢調(diào)查時有兩項重要工作，即選擇專家和準備與預測主題有關的調(diào)查表及資

36、料。選擇專家：選擇的專家應是在相關領域從事實際工作或研究工作多年的專業(yè)人士和主要管理人員，應具備有關預測主題的知識和經(jīng)驗。不僅要選擇精通技術、有一定名望和具有學派代表性的專家，還要選擇邊緣學科、交叉學科和社會經(jīng)濟等方面的專家。專家組的規(guī)模應適當，一般的預測主題，可聘請10~50名專家。準備有關預測主題的資料和調(diào)查表：應用德爾菲法時，預測小組首先要研究預測程序、任務和內(nèi)容，擬定調(diào)查表，準備和提供有關的背景資料。調(diào)查表是德爾菲法進行調(diào)查

37、預測的主要工具。制定調(diào)查表的基本原則是問題的提出和陳述應明確簡練，便于專家回答?？筛鶕?jù)預測主題的特點設計調(diào)查表。要明確表達預測的目的和任務，提問要明確，用詞要準確，要避免含糊不清和缺乏定量性的詞匯。,二、德爾菲法的工作程序,事先就預測主題擬定一份調(diào)查表，準備必要的背景材料，以及德爾菲法的簡要介紹，用信函方式郵寄給選定的專家。專家回答所提問題，并郵寄回預測調(diào)查組，對回收的調(diào)查表，預測調(diào)查小組進行統(tǒng)計分析。預測小組將第一輪調(diào)查表的統(tǒng)計結(jié)果

38、和同樣的調(diào)查表，仍郵寄給同一批專家，再次進行調(diào)查。專家們可以參考上一輪的統(tǒng)計匯總結(jié)果回答提問，并允許改變自己的意見，而無需公開說明理由。調(diào)查者在反饋匯總統(tǒng)計結(jié)果時，必須忠實于專家們得回答，在任何情況下都不應泄露和暗示自己的意向。專家們在答完第二輪調(diào)查表中的問題后，仍寄回預測調(diào)查小組。對回收的第二輪調(diào)查表再作統(tǒng)計分析，匯總結(jié)果將再次反饋給專家們。對于存在分歧的問題，尤其是對待極力贊同或激烈反對觀點的專家，可以要求他們說明其特殊理由。,三

39、、德爾菲法的特點,德爾菲法是一種廣泛的直觀型定性預測方法，其主要特點有：匿名性反饋性統(tǒng)計性,四、應用德爾菲法需注意問題,對德爾菲法應作出簡要說明，因為參與咨詢調(diào)查的專家不可能都了解這種方法；問題要有針對性，不要過于分散，提出的問題要按先簡后繁、先綜合后局部、由淺入深的順序排列，這樣既便于評價，也能引起回答問題的興趣；預測小組不應在調(diào)查表中顯露和表明自己的意見，尤其在出現(xiàn)意見分歧時，否則，會使專家們?nèi)ビ项A測小組的觀點，以致結(jié)論

40、失真；調(diào)查表用詞確切，避免概念模糊，每次列出的問題不要過多，以不超過25個為宜，否則難以突出重點。,五、德爾菲法應用舉例,例：某城市洗衣機廠的產(chǎn)品主要市場在本省。為了制定發(fā)展規(guī)劃，現(xiàn)采用德爾菲法預測今后三年內(nèi)的總需求量，其主要工作如下：選擇了10名專家，包括業(yè)務經(jīng)理、推銷員和經(jīng)濟學家等；準備的資料包括：本廠產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標、性能、特點、成本以及擬定的銷售價格，外省同類產(chǎn)品的質(zhì)量和價格，各種洗衣機在本省歷年的銷售情況，人們今后三年

41、內(nèi)的收入情況預測，目前本省洗衣機擁有量，最高需求量和最可能的需求量，將調(diào)查表和資料寄給每一位專家,將專家意見匯總整理，返回給各位專家，請他們進一步發(fā)表意見。 咨詢調(diào)查反復進行3輪，得出的調(diào)查結(jié)果如下表所示，由表中可看出，經(jīng)過三輪調(diào)查，專家意見逐漸統(tǒng)一。此時可由此作出預測。,以最后一次調(diào)查表為準，計算出最低需求量、最可能需求量和最高需求量分別為8.3萬臺，10.8萬臺和12.7萬臺。對這3種預測進行加權平均，權重分別取0.2、

42、0.6、0.2，由此可得加權平均值10.68萬臺，作為需求量的預測值。,作業(yè)：1.如圖所示的遞階層次結(jié)構，經(jīng)專家討論得到以下兩兩判斷矩陣，試利用層次分析法確定各方案的優(yōu)先順序,2.環(huán)境單元分類。每個環(huán)境單元可以包括空氣、水分、土壤、作物等四個要素。環(huán)境單元的污染狀況由污染物在四個要素中含量的超標限度來描述。現(xiàn)有五個單元A1，A2，A3，A4，A5，它們的污染數(shù)據(jù)如下表所示。試對這五個環(huán)境單元進行聚類分析。,3. 已知某地區(qū)1992-1

43、998年間農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、種植業(yè)總產(chǎn)值和畜牧業(yè)總產(chǎn)值的數(shù)據(jù)如下表所示，試分析農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和種植業(yè)總產(chǎn)值、畜牧業(yè)總產(chǎn)值之間的關系。,第三章 系統(tǒng)模型,§1 概述 模型在系統(tǒng)工程中占有很重要的地位。了解什么是模型，模型的作用，以及模型的分類對于構造和使用模型是十分重要的。模型是系統(tǒng)分析的工具，使用模型的目的在于通過模型認識和研究實際系統(tǒng)，并為改進系統(tǒng)或構建系統(tǒng)提供有關信息。一般認為邏輯推理法、實驗法和模型法是人們認識

44、和探索客觀世界的三種基本方法。,1.模型概念及意義模型——對現(xiàn)實系統(tǒng)抽象表達的結(jié)果。 應能反映（抽象或模仿）出系統(tǒng) 某個方面的組成部分（要素） 及其相互關系。模型特征——它是現(xiàn)實世界一部分的抽象或模仿；它是由哪些與分析的問題有關的因素構成；它表明了有關因素間的相互關系。,模型意義模型是實際系統(tǒng)的簡化描述，具有易于處理的形式，通過改變模型的參數(shù)、變量和有關條

45、件，可以對問題作多方面深入的研究；于很難甚至無法作實驗的系統(tǒng)，如社會經(jīng)濟系統(tǒng)、戰(zhàn)爭系統(tǒng)等，可以借助模型對其進行研究；有些系統(tǒng)發(fā)展變化的特征需要做長期觀察，而通過基于模型的研究可以較快地獲得結(jié)果；可以通過靈敏度分析，研究多因素對系統(tǒng)的影響。,模型化——構建系統(tǒng)模型的過程及方法。 要注意兼顧到現(xiàn)實性和易處理性。意義及特點：對系統(tǒng)問題進行規(guī)范研究的基礎和標志；經(jīng)濟、方便、快速、可重復，“

46、思想”或“政策”試驗；經(jīng)過了分析人員對客體的抽象，因而必須再拿到現(xiàn)實中去檢驗。,2.模型的分類與模型化的基本方法模型的分類： A——抽象模型A1概念模型，這是人們應用知識、經(jīng)驗和直覺，在缺乏資料的情況下，通過構想一些資料，建立初始模型，再逐漸擴展和完善而形成的，在形式上它們可以是思維的、文字的或者描述性的。 （思維或意識模型A11; 字句模型A12; 描述模型A13）,A2圖式模型：這是用少量文字、簡明的數(shù)字、線條等構成的模型

47、，它能夠直觀形象地表示出實際系統(tǒng)的一些本質(zhì)和特征，如流程圖、方框圖、流圖、網(wǎng)絡圖等。A3模擬模型：這是用一組便于控制的條件代表真實系統(tǒng)的特征，通過模仿性實驗，來了解實際系統(tǒng)的特征或變化規(guī)律。如地圖上利用等高線或不同顏色代表實際地勢的高低，用電路系統(tǒng)模擬一個機械力學系統(tǒng)，用計算機仿真程序去模擬一個排隊系統(tǒng)，利用計算機模擬和研究人工智能等。A4數(shù)學模型：這是用數(shù)字、符號、變量和參數(shù)等建立起來的關系式以及圖表、圖象等。數(shù)學模型是對研究對象

48、的一個抽象，最能反映事物的本質(zhì)，切易于求解和運算。,D——形象模型D1，比例模型：這是對實際系統(tǒng)加以放大或者縮小而形成的模型，它與原形是相似的，如相片、飛機的風洞實驗模型、建筑模型等。D2，實物模型：當實際系統(tǒng)適合分析研究的需要時，可將它作為模型。如抽樣試驗的產(chǎn)品。這些樣本來自總體，用作研究總體的模型。,構造模型的一般原則（1）依據(jù)的充分性（2）準確性（3）簡便性（4）使用性,建模所考慮的因素與變量（1）內(nèi)部對系統(tǒng)有重要影

49、響的因素，建模時必須加以考慮。這類因素是系統(tǒng)可以決定和調(diào)整的，稱為可控因素或內(nèi)部因素。（2）系統(tǒng)外部環(huán)境中對系統(tǒng)有重要影響的因素，也必須在模型中加以考慮。由于環(huán)境因素是系統(tǒng)無法控制的，故稱為不可控因素或外部因素。（3）對系統(tǒng)影響較小或不十分顯著的因素，建模時可以忽略不計。因為這些因素相對次要，為使模型簡單，便于求解，應該舍去。,模型化的基本方法：機理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21）實驗方法：擬合法——“理論”導向

50、 經(jīng)驗法——“數(shù)據(jù)”導向 （A22,B1,C2,D21） 模擬法——“計算機”或“實物”導向 （A3,A4,B2,C3,D1,D23）專家法或老手法（A21,B4,C1,D22） ……,3.建模一般過程 （1）明確建模目的和要求； （2）弄清系統(tǒng)或子系統(tǒng)中的主

51、要因素及其相互關系 ； （3）選擇模型方法； （4）確定模型結(jié)構； （5）估計模型參數(shù)； （6）模型試運行； （7）對模型進行實驗研究； （8）對模型進行必要修正。,幾種典型的系統(tǒng)模型,ISM（Interpretative Structural Modeling）SS （State Space）SD （System Dynamics）CA （Conflict Analysis）新進展——軟計算或“擬人”方法（人工神經(jīng)

52、 網(wǎng)絡、遺傳算法等）； 新型網(wǎng)絡技術（Petri網(wǎng)等）； ……,二 解釋結(jié)構模型(ISM),系統(tǒng)是由很多相互作用的要素組成的。研究一個系統(tǒng)，首先要知道系統(tǒng)中各要素的相互關系，也就是要知道系統(tǒng)的結(jié)構或建立系統(tǒng)的結(jié)構模型。結(jié)構模型是表明系統(tǒng)各要素間相互關系的宏觀模型。一種最方便的辦法就是用圖的形式

53、表示這種關系。通常用網(wǎng)絡圖表示。網(wǎng)絡圖理論近幾年來有很大發(fā)展。由于它比較直觀，在系統(tǒng)分析中有廣泛的應用。,1.鄰接矩陣和可達矩陣,鄰接矩陣特性：（1）全零的行所對應的點為匯點，即系統(tǒng)輸出要素；（2）全零的列所對應的點為源點，即系統(tǒng)的輸入要素；（3）對應于每點的行中1的數(shù)目就是離開該點的線段數(shù)；（4）對應于每點的列中1的數(shù)目就是進入該點的線段數(shù)。,稱R=（A+I）n-1為可達矩陣。它表明了各點間經(jīng)長度不大于n-1的通路的可達情況。

54、對于點數(shù)為n的圖，最長的通路不能超過n-1.,可達矩陣R性質(zhì)：（1）如果R矩陣的所有元素為1，則表示從圖中任一節(jié)點出發(fā)，都可達到圖中任一其他節(jié)點。（2）如R陣不是所有元素為1，表示該圖不是強連接圖。（3）圖的層次化。（4）骨架矩陣。（5）最短通路矩陣。,二 解釋結(jié)構模型(ISM),對于復雜的社會經(jīng)濟系統(tǒng)，難以用定量的解析模型表示時,常用定性模型來描述，結(jié)構模型是一種定性模型。在結(jié)構模型中有代表性的是結(jié)實結(jié)構模型(Interpr

55、etive Structural Modeling),這一種方法是美國Botteller研究所開發(fā)的。其特點是將復雜的問題分解成一系列的輔助問題,通過人和計算機的交互作用，把人的認識和直覺送入計算機，計算機按一定模式輸出結(jié)果，反饋給人去作比較、判斷、分析和決策，反復進行，可使各個輔助問題的結(jié)構關系逐步明確，并形成整體問題。,二 解釋結(jié)構模型(ISM),比較有代表性的系統(tǒng)結(jié)構分析方法有：關聯(lián)樹（如問題樹、目標樹、決策樹）法、解釋結(jié)構模型化

56、（ISM）方法、系統(tǒng)動力學（SD）結(jié)構模型化方法等。 本部分要求大家主要學習和掌握ISM方法（實用化方法、規(guī)范方法）。,（二）ISM實用化方法,初步分析,,,規(guī)范分析,綜合分析,ISM實用化方法原理圖,實施ISM步驟,*組成實施ISM小組。小組成員10人左右，他們應持有不同的觀點；*設定問題。對某一復雜的社會經(jīng)濟系統(tǒng)問題，小組成員站在各自的立場上，掌握不同的情況，有不同的目的，因此要共同設定問題的

57、范圍、目標、要求等；*選擇構成問題的要素。小組成員可提出許多問題，經(jīng)歸納整理，應使要素的數(shù)目適當，一般以10~30項要素為宜，由問題的復雜程度來決定，不宜太多也不宜太少。每項要素表示有向圖中的一個節(jié)點；,* 構造有向圖，明確要素之間的關系。若i項要素與j項要素有關系，則結(jié)構矩陣的i行j列元素為1，否則為0。這樣找到直接關系矩陣，即鄰接矩陣；同時可得一有向圖，并可在計算機上顯示出來，供小組討論。由鄰接矩陣又可得到可達矩陣，它包

58、含了直接和間接的關系； ISM法假定要素項目間存在轉(zhuǎn)移律，即：如i項目比j項目優(yōu)先，j項目比k項目優(yōu)先，則i項目必定比k項目優(yōu)先，這樣就不必再比較i與k的關系，使建立結(jié)構模型的提問減少。但成立轉(zhuǎn)移律就意味著項目間有順序，在優(yōu)先比較時不存在反饋（環(huán)），這在實際應用時受到限制，因為實際問題常存在反饋關系，使用時要注意。,*解釋結(jié)構模型的意思，并交小組討論，如大家認為需補充設定問題，可轉(zhuǎn)到步驟2，再重新構造模型，重復上述步

59、驟。如認為此模型已提出滿意的結(jié)論和對策，即可到此為止。 以上步驟中，較困難的是建立復雜問題的鄰接矩陣或可達矩陣，以得到有向圖。為此，采用分塊矩陣的方法處理，使復雜問題分解成若干子問題，逐個解決，然后再合成。這一過程大體分為三個階段。,第二階段是確定剩下的非對角線上的子塊；第三階段為用盡可能簡單的有向圖來表示該可達矩陣。先找出強連接部分，將其歸為一個層次，其余部分，按輸入輸出關系分層次，輸出為高一級層次，輸入為低一級層次

60、。依次排序，可得出結(jié)構圖。 初步得出的結(jié)構圖需返回小組討論，研究其合理性和可用性，可修改初始假定關系，再進行系統(tǒng)構模。,ISM法的特點是：在構造模型的過程中，有小組成員參加提問和討論，得出結(jié)構圖后，又由小組研究和修改，反復進行，直到全體成員認可和理解。因此，這是一個定性與定量相結(jié)合的方法，應用很廣泛。然而，從理論上看，它存在一個大問題，就是關于推移律的假定，這意味著項目關系必須是順序的或半順序的，不存在反饋，但如前所

61、述，實際問題卻常存在反饋關系。同時，ISM法決定結(jié)構過程中，常采用兩兩項目的關系符號，而復雜社會經(jīng)濟系統(tǒng)中項目間的關系如何，常常是含糊的，判斷也常因人而異，有時僅看兩兩項目關系而不從整體考慮，得出結(jié)果也會有片面性，這是ISM法的一些不足之處。,§3 仿真模型,仿真模型又稱模擬分析（Simulation Analysis），是運籌學中數(shù)學和解析模型的一項自然而合乎邏輯的發(fā)展。在不少解析模型中，都是建立一個決策模式來近似現(xiàn)實世界中

62、的環(huán)境，并且對得到的方程通過數(shù)字或數(shù)學處理產(chǎn)生一個答案，以供人們分析或決策。很自然會有那樣一些現(xiàn)實情況，由于問題的隨機性很復雜，以致很難甚至不可能用數(shù)學模式來描述。有時，能比較正確描述現(xiàn)實環(huán)境的數(shù)學模式非常繁瑣和復雜，或者有多項相互影響的隨機因素而難以求解。這時，模擬技術就成為解決問題的一種極為重要的方法了。,系統(tǒng)仿真概述,系統(tǒng)仿真就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關系的基礎上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構或行為過程的、且具有一

63、定邏輯關系或數(shù)量關系的仿真模型，據(jù)此進行試驗或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。,系統(tǒng)仿真的實質(zhì),1）系統(tǒng)仿真是一種對系統(tǒng)問題求數(shù)值解的計算技術。尤其當系統(tǒng)無法通過建立數(shù)學模型求解時，仿真技術能有效地來處理；2）仿真是一種人為的試驗手段。它和現(xiàn)實系統(tǒng)實驗的差別在于，仿真實驗不是依據(jù)實際環(huán)境，而是作為實際系統(tǒng)映象的系統(tǒng)模型以及相應的“人造”環(huán)境下進行的。這是仿真的主要功能。3）仿真可以比較真實地描述系統(tǒng)的運行、演變及其發(fā)展過程。

64、,系統(tǒng)仿真的作用,仿真的過程也是實驗的過程，而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過程。尤其是對一些復雜的隨機問題，應用仿真技術常常是提供所需信息的唯一令人滿意的方法。對一些難以建立物理模型和數(shù)學模型的對象系統(tǒng)，可通過仿真模型來順利地解決預測、分析和評價等系統(tǒng)問題。通過系統(tǒng)仿真，可以把一個復雜系統(tǒng)分解成若干子系統(tǒng)以便于分析。通過系統(tǒng)仿真，能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略，還能暴露出原系統(tǒng)中隱藏的一些問題，以便及時解決。,系統(tǒng)仿真方法,系統(tǒng)仿真

65、的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構模型和量化分析模型，并將其轉(zhuǎn)換為（或作為）適合在計算機上編程的仿真模型，然后對模型進行仿真實驗。由于連續(xù)系統(tǒng)和離散（事件）系統(tǒng)的數(shù)學模型有很大差別，所以系統(tǒng)仿真方法基本上分為兩大類，即連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)仿真方法。,在以上兩類基本方法的基礎上，還有一些用于系統(tǒng)（特別是社會經(jīng)濟和管理系統(tǒng)）仿真的特殊而有效地方法，如系統(tǒng)動力學方法、蒙特卡洛方法等。,1.偽隨機數(shù) 在差不多所有的模擬實驗中，總是需

66、要用到服從某一分布規(guī)律的隨機統(tǒng)計數(shù)列。這個分布規(guī)律必須能充分地描述和代表實驗中所包含的實際過程。并且，在同一個實際過程的模擬實驗中，往往要重復多次地用這種隨機統(tǒng)計變數(shù)數(shù)列。,按照一個具體的分布規(guī)律產(chǎn)生符合要求的隨機數(shù)列的過程 :首先產(chǎn)生服從均勻分布的一個隨機數(shù)列；按照特定的分布規(guī)律，通過數(shù)學變換，把均勻分布隨機數(shù)列變到符合要求的隨機數(shù)列；在實驗中按需要隨時調(diào)用所產(chǎn)生的隨機數(shù)；有時，為了重復進行實驗，上述步驟要重復多次。,均勻分布

67、在模擬技術中是非常重要的，其重要性在于模擬實驗用它作為從更復雜的分布產(chǎn)生隨機數(shù)列的基礎。人們利用由此產(chǎn)生的多種隨機數(shù)加以綜合運算，從而得出模擬所需要的一些結(jié)論。 一般情況下，在數(shù)字計算機上產(chǎn)生均勻隨機數(shù)的方式有三種:外部供給；通過一個隨機物理過程在內(nèi)部產(chǎn)生；利用數(shù)學遞推公式在內(nèi)部產(chǎn)生。,均勻分布隨機數(shù)的產(chǎn)生,一個產(chǎn)生均勻分布隨機數(shù)的發(fā)生器應具有特性：產(chǎn)生出來的數(shù)字應盡可能均勻分布；產(chǎn)生的速度要快；產(chǎn)生的過

68、程不應占有過多的內(nèi)存；發(fā)生器應有較長的周期（即產(chǎn)生足夠多的隨機數(shù)之后才出現(xiàn)循環(huán)）；應能產(chǎn)生另外一系列不同的隨機數(shù)，或者重新產(chǎn)生一系列隨機數(shù)；不應退化到反復產(chǎn)生一個常數(shù)。,歷史上曾經(jīng)采用的三種產(chǎn)生偽隨機數(shù)的方法,1.平方取中法 開始時在發(fā)生器中選一個四位的數(shù)字作為種子。將它平方后取中間4位數(shù)字，作為第一個隨機數(shù)；再以它作為種子，平方取中后得到第2個隨機數(shù)。重復這一過程，得到一系列偽隨機數(shù)。 這

69、個方法今天已很少用，因為退化得很快，一旦出現(xiàn)一個零后，后面就都是零，除非采取其他措施。此外，這個方法產(chǎn)生隨機數(shù)的速度很慢。2.乘積取中法這個方法同平方取中法類似，只是每次將上一個隨機數(shù)乘上一個常數(shù)K，以后再取中間的幾位數(shù)字。乘積取中法有一些特點：一是周期比平方取中法有改善，但還是不夠長；二是隨機數(shù)的分布比平方取中法均勻；三是要退化。3.菲波那契法 這個方法產(chǎn)生隨機數(shù)的公式是，其中是任一指定的常數(shù)，表示前面的數(shù)被除后的