系统工程基本分析方法

第二章系统工程基本分析方法第一节系统工程方法论引例第二节系统分析原理第三节系统评价方法第四节决策分析方法第五节分析实例——某特区S机场选址第一节系统工程方法论引例引例1：柔性制造系统规划问题引例2：A机电设备制造公司运营效率诊断引例1：柔性制造系统规划问题某纺织机械设备制造公司以制造喷气织机为主营业务，产品位居全国高档喷气织机市场份额的前三位。随着浙江、广东个体纺织业的发展，喷气织机的需求由原来的标准化逐步转向个性化，为适应产品多品种、小批量的特点，企业决定引进柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）来满足制造上的要求。如何设计一个满足本企业要求的柔性制造系统是摆在该企业工程规划人员面前亟待解决的问题。柔性制造系统是在自动化制造的背景下的一种制造模式，适应于单件小批量生产，其特点是，自动化程度很高，系统可以灵活适应产品的变化，但设备价格昂贵。相关概念规化是指根据需求选择合适的设备型号和数量，并做相应的布置柔性制造系统是自动化制造的背景下的一种制造模式，其特点是自动化程度很高（无人工厂），设备昂贵设计柔性制造系统首先需要了解柔性制造系统的构成。柔性制造系统包括若干加工中心，刀库、缓冲站（Buffer）、装卸工件的机器人、运送工件的自动导引小车（AGV）以及运输轨道系统构成。刀库NCMTDAGV工件装卸Load/unloadBufferBufferRobotRobot柔性制造系统构成实例设计环境零件不确定零件工艺不同在不同机床上进行不同加工依照不同次序，零件到达分布规律是随机的，但符合某种分布，零件加工的过程相当于排队网如何设计制造系统？设计过程需求分析初步设计与成本规格确定机床数量零件流刀具流夹具操作工最终设计实施UserSupplier引例2：A机电设备制造公司运营效率诊断A机电设备制造有限公司（以下简称A公司）系中国某机电设备制造公司与日本某机电株式会社合资组建的合资公司，其产品主要为电器设备。该公司系全国先进制造技术试点网点单位，其设备完全采用日本公司所提供自动化加工中心和数控机床，并配备先进的全自动立体仓库。公司管理信息系统采用德国的SAPR/3MRPII（制造资源规划）系统。公司人力资源来自中日双方合资母公司。由于日方更关注产品质量能否达到其本国标准，因而公司制造部部长由日方出任，日方的另外一名员工是候任总经理，由于合资双方各占50%的股份，总经理由中日双方轮流担任，每4年更换一次总经理，由中方首先派出总经理。公司组织结构图总经理管理部长制造部长行政财务供销装配加工NC技术计划操作层ABCDEFGHIJK日本人分析问题：诊断并设计新的组织结构“人人有事干，事事有人干”方法论研究：从哪里开始着手解决问题？如何设计解决问题的过程？如何最终完成企业提出的问题？小结上述两个问题分别属于两类问题，柔性制造系统规划与设计属于工程系统问题，霍尔方法论可以很好的解决类似的硬问题。企业组织效率与工作系统设计属于社会经济系统一类的软问题，切克兰德方法论适合于解决该类问题。第二节系统分析原理概念系统工程是研究大规模复杂问题的思想、方法（论）、程序与技术的总称“程序”即指系统分析过程，就是常说的解决问题的“套路”系统分析是用科学或数量的方法对系统进行研究的一种方法广义系统分析就等同于系统工程狭义的系统分析是指运用建模、优化、仿真、评价等技术对系统的各个方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程系统分析过程可分为阐明问题、分析研究与评价比较三个阶段系统分析程序阐明问题谋划备选方案预测未来环境建模预测后果评比备选方案决策原始情况约束条件评价指标目标备选方案后果提供分析结果阐明问题阶段分析研究阶段评价比较阶段系统分析过程一、阐明问题二、谋划被选方案三、建模与预计后果四、预测未来环境五、评比被选方案六、系统工程报告一、阐明问题几个概念提出问题与解决问题硬问题与软问题决策者，提出问题者，委托人与SA人员阐明阶段的工作内容问题的性质问题的条件阐明阶段的工作内容问题的性质问题提出者？决策者？他们的目的？相关问题？环境？问题的条件（约束）大体资源？人力？物力？财力？技术？时间？其他约束？二、谋划备选方案案例：美国阿拉斯加原油运输方案谋划方案技术头脑风暴法Delphi法635法类比法矩阵法三、建模与预计后果常见模型：结构模型、数学模型、仿真模型国防科技大学的杜玠教授将模型分为：原样模型相似模型逻辑模型数学模型西安交通大学李怀祖教授将模型分为：分析模型仿真模型博奕模型判断模型此外，还有许多其他模型分类方法，如按模型量化的程度分定性模型（递阶结构模型）、定量模型（状态空间方程）以及定性定量行相结合模型（系统动力学）等。四、预测未来环境每项系统工程都需要预测各种备选方案的后果，而每种后果都与将付诸实施时的环境有关通常使用“情景分析法”解决方案的未来环境问题五、评比被选方案评价方法关联矩阵法逐对比较法古林法AHP法模糊评价法六、系统工程报告系统工程报告分类简略报告（给决策人）主体报告（给委托人）技术报告（给专家，学位论文）第三节系统评价方法系统评价要素系统评价工具—关联矩阵逐对比较法古林法层次分析（AHP）法模糊综合评价法一、系统评价要素系统评价是多方面要素（5W1H）所构成的问题复合体评价对象（What）评价主体（Who）评价目的（Why）评价时期（When）评价地点（Where）评价方法（How）认识评价问题(5W1H)搜集、整理、分析资料方案准则主体选择评价方法、建立评价模型分析、计算评价值综合评价决策关联矩阵法（原理性方法）层次分析法（评价要素多层次分布）模糊综合评判法（多评价主体）程序和方法二、关联矩阵法关联矩阵是常用的系统综合评价工具，它主要是用矩阵的形式来表示各替代方案有关评价指标及其重要度与方案关于具体指标的价值评定量之间的关系Ai是某评价对象的m个替代方案；Xj是评价替代方案的n个评价指标或评价项目；ωj是n个评价指标的权重；Vij是第i个替代方案Ai的关于指标Xj的价值评定量（其中i=1~m,j=1~n）n21ViX1X2…XnmjjjmjjjnjjjVVVVVV22111XjjVijAiA1A2Am…………………...?j逐对比较法、古林法Vij=?三、逐对比较法例某农业县为提高其土地产值决定从市场上购进一批高效化肥，现有A1、A2、A3三种类型的化肥采购方案可供选择。通过权威部门及人士讨论决定评价指标为五项。它们分别是：①亩产量x1/kg；②每百斤产量费用x2/元；③每亩用工x3/工日；④每亩纯收入x4/元；⑤土壤肥力增减级数x5根据专业人士的预测和估计，实施这三种方案后关于五个评价项目的结果如下表所示x1/kgx2/元x3/工日x4/元x5A114004.1221154A218004.8351254A321506.552902方案能达到的指标值逐对比较法步骤一：用逐对比较法，求出各评价指标的权重1x2x3x4x5x评价指标比较次数累计得分权重12345678910x1111030.3x2011020.2x3000000x4001010.1x5111140.4评价的指标及其权重逐对比较法步骤二：由评价主体确定评价尺度，如下表评价值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方案的评价尺度逐对比较法步骤三：根据评价尺度表及方案指标值表，对各替代方案的进行综合评定对替代方案A1有V1=0.3*2+0.2*3+0.1*3+0.4*3=2.7对替代方案A2有V2=0.3*3+0.2*3+0*3+0.1*4+0.4*3=3.1对替代方案A4有V3=0.3*4+0.2*1+0*1+0.1*2+0.4*1=2.0逐对比较法x1x2/元x3/工日x4/元x5Vi0.30.200.10.4A1234332.7A2333433.1A3411212.0关联矩阵例表•步骤三：将以上计算结果用关联矩阵表示四、古林法步骤一：确定评价指标的重要度Rj序号评价项目RjKjWj1土壤肥力增减级数x53180.5802亩产量x11.560.1943每百斤产量费用x2240.1294每亩纯收入x4220.0655每亩用工x3—10.032合计311.000关联矩阵例表古林法步骤二：Rj的基准化处理设基准化处理的结果为Kj，以最后一个评价指标作为基准，令其K值为1，自下而上计算其他评价项目的K值步骤三：Kj的归一化处理将Kj列的数值相加，分别除以各行的K值，所得结果即分别为各评价项目的权重Wj古林法步骤四：对各替代方案逐项进行评价序号（j）评价项目替代方案RjKjVij1亩产量x1A1A2A30.7780.837—0.6510.83710.2620.3360.4022每百斤产量费用x2A1A2A31.1711.354—1.5861.35410.4020.3440.2543每亩用工x3A1A2A31.5911.486—2.3641.48610.4880.3060.2064每亩纯收入x4A1A2A30.9201.389—1.2781.38910.3480.3790.2735土壤肥力增减叙述x5A1A2A31.0002.000—2.0002.00010.4000.4000.200古林法求Vij例表古林法步骤五：综合关联矩阵例表和Vij例表的结果，即可计算三个替代方案的综合评定结果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关联矩阵例表五、层次分析法基本原理产生与发展基本思想和实施步骤基本方法举例——供应商评价AHP一般方法建立评价系统的递阶层次结构构造两两比较判断矩阵要素相对权重或重要度向量W的计算方法基本原理产生与发展许多评价问题的评价对象属性多样、结构复杂，难以完全采用定量方法或简单归结为费用、效益或有效度进行优化分析与评价，也难以在任何情况下做到使评价项目具有单一层次结构。需要首先建立多要素、多层次的评价系统，并采用定性与定量有机结合的方法或通过定性信息定量化的途径，使复杂的评价问题明朗化美国运筹学家、匹兹堡大学教授T.L.萨迪于20世纪70年代初提出了著名的AHP（AnalyticHierarchyProcessing，解析递阶过程，通常意译为“层次分析”）方法基本原理基本思想AHP方法把复杂的问题分解为各个组成因素，又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合有关人员的判断，确定各备选方案相对重要性的总排序。实施步骤分析评价系统中各基本要素之间的关系，建立系统的递阶层次结构对同一层次的各元素关于上一层中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较判断矩阵，并进行一致性检验由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重计算各层要素对系统目的（总目标）的合成（总）权重，并对各备选方案排序。基本方法举例——供应商评价一、建立该供应商评价问题的递阶结构1B2B3B1C2C3C（目的层）（准则层）（方案层）A基本方法举例——供应商评价二、建立各阶层的判断矩阵，并进行一致性检验标度含义1两因素相比，具有同等重要程度3两因素相比，前者比后者稍重要5两因素相比，前者比后者明显重要7两因素相比，前者比后者强烈重要9两因素相比，前者比后者极端重要2，4，6，8取上述两相邻判断中的中值倒数