系统工程（systemsengineering,se）

系统工程第五讲解释结构模型经济管理学院工业工程系第一节：概述第二节：系统结构模型化技术系统结构分析基础；ISM基础ISM方法和步骤思考讨论题第三节：解释结构模型法的应用解释结构模型5.1概述模型有三个特征：1.它是现实世界部分的抽象或模仿；2.它是由那些与分析的问题有关的因素构成；3.它表明了有关因素间的相互关系；模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。一、模型及模型化的定义二、模型化的本质、作用及地位5.1概述1.本质：利用模型与原型之间某方面的相思关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。2.作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。这种表达是简洁的、形式化的。②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。③利用模型可以进行“思想”试验。3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。它不能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。5.1概述实际系统结论模型现实意义模型化实验、分析解释比较图5.1系统模型(化)的作用与地位5.1概述三、模型的分类模型类比仿真形象符号概念图像物理数学图示字句描述思维图5.2模型分类5.1概述四、构造模型的一般原则5.1概述1.建立方框图2.考虑信息相关性3.考虑准确性4.考虑结集性①明确建模的目的和要求②对系统进行一般语言描述③寻找主要因素及其相互关系④确定模型的结构⑤估计模型的参数⑥实验研究⑦必要修改五、建模的基本步骤5.1概述1.分析方法；2.实验方法；3.综合法；4.老手法；5.辩证法。5.1概述六、模型化的基本方法①减少变量，减去次要变量；②改变变量性质；③合并变量（集结）；④改变函数关系；⑤改变约束条件。5.1概述七、模型的简化一、系统结构模型化基础结构→结构模型→结构模型化→结构分析结构分析是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化分析、设计与管理的基础5.2系统结构模型化技术1、结构分析的概念和意义理解系统结构的概念（构成系统诸要素间的关联方式或关系）及其有向图（节点与有向弧）和矩阵（可达矩阵等）这两种常用的表达方式。比较有代表性的系统结构分析方法有：关联树（如问题树、目标树、决策树）法、解释结构模型化（ISM）方法、系统动力学（SD）结构模型化方法等。2、系统结构表达及分析方法5.2系统结构模型化技术3、ISM实用化方法原理设定问题、形成意识模型找出影响要素要素关系分析（关系图）建立可达矩阵(M)和缩减矩阵（M/）矩阵层次化处理(ML/)绘制多级递阶有向图建立解释结构模型分析报告比较/F学习5.2系统结构模型化技术二、ISM实用方法基础（1）集合表达法系统：S＝{S1,S2,S3,…,Sn}二元关系：要素之间的某种关系R；二元关系表示：；传递性；传递次数、强连接关系；系统二元关系表达：Rb＝{(Si,Sj)|SiRSj，Si,Sj∈S，i,j=1,…,n}1、系统结构的表达方式5.2系统结构模型化技术(2)有向图表示图论基本知识：图、邻接、关联、有向图有向图表示：节点、有向边、通路、路长、回路、强连接回路、环5.2系统结构模型化技术（3）矩阵表达5.2系统结构模型化技术邻接矩阵：表示要素间基本二元关系；输入要素（源点）；输出要素（汇点）；可达矩阵：表示要素间直接和间接二元关系；求法：利用推移特性和布尔代数法则A1＝A＋I；A2＝（A＋I）2；……Ar－1＝（A＋I）r－1Ar＝（A＋I）r则可达矩阵M＝Ar－1＝Ar三、ISM实用化方法步骤及应用5.2系统结构模型化技术该方法的核心：是对系统要素间的关系（尤其是因果关系）进行层次化处理，最终形成具有多级递阶关系和解释功能的结构模型（图）。第1步：找出影响系统问题的主要因素，并寻求要素间的直接二元关系，给出系统的邻接矩阵；第2步：考虑二元关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可达矩阵；第3步：依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分；第4步：在区域划分基础上继续层次划分；第5步：提取骨架矩阵，分为三步：（1）去强连接要素得缩减矩阵；（2）去越级二元关系；（3）去单位阵得骨架矩阵；第6步：作出多级递阶有向图。作图过程为：（1）分区域逐级排列系统要素；（2）将缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并标明其间的相互作用关系；（3）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系；（4）补充必要的越级关系。第7步：经直接转换，建立解释结构模型。5.2系统结构模型化技术7654312实例分析5.3解释结构模型法的应用一、ISM的工作程序1.组建ISM实施小组2.设定关键问题，选择影响关键问题的导致因素3.列举各导致因素的相关性4.根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵5.对可达矩阵分解后，建立结构模型6.根据结构模型建立解释结构模型5.3解释结构模型法的应用二、ISM的优点及不足1、优点可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型特别适用于变量众多,关系复杂而结构不明晰的系统分析中,也可用于方案的排序2、缺点级与级间不存在反馈回路系统各要素间的逻辑关系在一定程度上还依赖于人们的经验能够胜任协调人角色的人员目前尚不多见