系统工程：第5章 系统分析方法

系统工程第五章系统分析程森林二Ｏ一Ｏ年一月主要内容5.1系统分析的基本概念5.2系统分析的要点和步骤5.3系统环境分析5.4定性系统分析方法5.1系统分析的基本概念5.1.1产生和由来5.1.2定义5.1.3基本要素5.1.4原则5.1.1产生和由来由于存在大量的具有不确定性、竞争性的复杂系统的开发、系统改造问题，和国家之间的军事对抗问题，以及企业之间的经济竞争等问题，迫切需要一种方法（或手段）能对人们难以用简单方法处理的复杂问题进行分析、研究和综合，以此为决策者提供决策依据。5.1.1产生和由来“系统分析”一词源于美国RAND公司（ResearchandDevelopment），在1945年，由于许多文职人员的建议，美国道格拉斯飞机公司组织各方面的专家（软硬），为美国空军研究“洲际导弹”，其目的是向美国空军提供有关技术及装备的建议。后来，由于该组织工作影响很大，如成功的预测苏联人造卫星升天，成为世界著名的独立的咨询机构。它虽然为民间组织，但不以盈利为目的，靠政府资助，每年就美国国内、外政策，向政府、国会提供建议，人们称它们为智囊团，由它们发展的一套解决问题的方法称为“系统分析”5.1.1产生和由来1972年，在美、英、法、苏、东德、西德、日本等国的科学家和其它相应组织的倡导下，成立“国际应用系统分析研究所（IIASA）”，邀请国际上有名望的系统分析专家就国际重大问题（人类只有一个地球、能源、环境、债务、发展中国家发展战略等）进行研究，并将研究报告分送有关国家。这种通过国际合作、采用系统分析方法是解决现代社会所面临的全球问题的一项行之有效的手段。5.1.2定义美国RAND公司系统分析是系统地探讨决策的目的，对能实现目的的替代方案（政策和策略）的费用、有效度及风险进行有限制的比较，当被探讨的替代方案有缺陷时作成新的替代方案，从而帮助决策者选择行动的一种方法。5.1.2定义汪应洛教授系统分析是一个有目的、有步骤的探索过程；目的是为决策者提供直接判断和决定最优方案的所需信息资料；步骤是使用科学方法，对系统的目的、功能、环境、效益等进行充分地调查研究，把试验、分析、计算的各种结果，同预期的目标进行比较，最后整理成完整、正确、可行的综合资料，作为决策者择优的主要依据5.1.2定义E.Quad系统分析是一种研究战略的方法，是在各种不确定条件下帮助决策者处理好复杂问题的方法，具体来说就是通过调查全部问题，找出目标与可能选择的方案，利用恰当的评价准则，发挥专家们的见解，帮助决策者选择一系列方案的一种行动。5.1.2定义新科学词典系统分析是一门由定性定量方法组成的为决策者提供正确决策和决定系统最优方案所需信息和资料的技术。它从系统总体最优的观点出发，对系统的目的、功能、环境、费用、效益等进行充分地调查，搜集、分析和处理有关的数据和信息，并据此建立若干方案和必要的模型，并进行大量的仿真计算。在定量分析的基础上，考虑一些未能和无法列入模型的因素，综合考虑各替代方案，形成正确、可行的报告提交决策者5.1.3基本要素(1)系统目标系统目标就是对系统的要求，它是系统分析的基础。系统分析人员最初的也是最重要的任务就是要了解领导者意图，明确存在的问题，确定系统的目标。其次目标是目的的具体化，是建立和更新系统的依据。由于系统问题的复杂性，系统的决策者难以确切的提出系统的目标，往往是通过分析者与决策者进行多次“对话”后得到的，确定目标时应遵守必要性、有依据、可行，使提出的目标科学、合理。5.1.3基本要素(2)替代方案能够实现系统目标的各种可能的途径、措施和办法构成替代方案，到底哪一种方案最合适，这正是系统分析所要解决的问题。因为达到同一目标可由不同方案、途径来实现（条条道路通罗马），但实现同一目标的各替代方案在性能、费用、时间等指标上互有长短，但要能对比，即替代方案具有可比性。其次替代方案的构造是优选的前提，没有足够的替代方案就没有优化。这就是说，系统分析者和决策者要运用自己丰富的想象力、创造力，根据已掌握的信息，提出达到同一目标的多种方案。5.1.3基本要素(2)替代方案例如，两点之间运输方式的选择问题，可供选择的运输方式有：航空、铁路、公路、水运；而铁路有高速、一般（单轨、双轨），公路有高速、一级、二级等，为达到某一运输需求量的要求，可将上述运输方式进行不同组合，构造出替代方案。又如某地块的开发问题，在满足总体规划的前提下，设计出不同的开发方案（替代方案）5.1.3基本要素(3)评价指标在系统分析中，常把系统的性能、费用、效益、时间等方面的内容作为评价指标（如方案的社会、环境、生态等方面的效应相差不大时），由于达到同一目标而消耗的人、财、物不同，产生的效益也不同，需要的时间也不同。所以，不同指标的综合分析和对比是决定方案优劣、取舍的标志。在评价方案优劣尺度的设计时要有标准可依，其概念要明确、具体、单一，还要可计量，尽可能用数据表示。在计算各项指标时要考虑系统生命周期内的投入和产出，还要考虑环境的收益和负作用。5.1.3基本要素(4)分析模型分析模型是根据系统分析的目标要求，用若干参数或因素对系统本质方面进行描述的产物。也可以说，根据某种目标要求，将系统进行抽象的复制的复制品。利用分析模型和计算机以及所需信息、资料，能方便地进行预测、评价和优化，以便分析者在计算结果的基础上，综合考虑其它因素作用，得到较满意的方案。5.1.3基本要素(5)研究报告研究报告是系统分析的最终产物，具体形式可采用报告、建议或意见等形式。研究报告要用通俗易懂语言，一定不要用难懂的术语和复杂的推导，使决策者容易理解和使用。研究报告的作用只是阐明问题和提出处理问题的意见和建议，而不是代替决策者进行决策。因此，研究报告要将决策的依据、信息、分析结论等告诉决策者，以便决策者正确决策。5.1.4原则(1)内部因素与外部因素相结合系统的内部因素往往是可控的，而外部因素往往是不可控的，系统的功能或行为不仅受到内部因素的作用，而且受到外部因素的影响和制约，因此对系统进行分析，必须把内外各种有关因素结合到一起来考虑。通常的处理办法是，把内部因素选为决策变量，把外部因素作为约束条件，用一组联立方程式来反映它们之间的相互关系。5.1.4原则(2)当前利益与长远利益相结合不同的方案对系统的近期和远期的作用是不同的，如开发强度较大的方案对近期目标的作用较大，而注重环境保护的方案对近期的作用较小，在选择实施方案时，不仅要从目前利益出发，而且还要同时考虑长远利益，要两者兼顾。如果两者发生矛盾，应该坚持当前利益服从长远利益的原则5.1.4原则(3)局部效益与总体效益相结合在系统规划和计划过程中，处理局部最优和全局最优问题一直是决策者和分析者所关心的。局部最优并不意味着总体最优，总体最优往往要求局部放弃最优而实现次优或次次优。所以在进行系统分析时，必须坚持“系统总体效益最优、局部效益服从总体效益”的原则，但应充分考虑各子系统的利益，通过子系统与系统的信息交互，在实现整体最优的前提下，提高子系统的效益。5.1.4原则(3)定性分析与定量分析相结合定量分析是指采用数学模型进行的数量指标的分析，但是一些政治因素与心理因素、社会效果与精神效果目前还无法建立数学模型进行定量分析，只能依靠人的经验和判断力进行定性分析。因此在系统分析中，不可忽视定性分析，必须把定性分析与定量分析结合起来进行综合分析，或者交叉地进行，这样才能使系统分析的成果具有实用性和可操作性。5.2系统分析的要点和步骤5.2.1系统分析的要点5.2.2系统分析的步骤5.2.1系统分析的要点系统分析是运用逻辑思维推理的方法对问题进行分析，在分析时往往要通过一系列的“为什么?”而使问题得到圆满的解答。(1)．任务的对象是什么?即要干什么?(What)(2)．这个任务何以需要?即为什么这样干?(Why)(3)．它在什么时候和什么样的情况下使用?即何时干?(When)(4)．使用的场所在哪里?即在何处干?(Where)(5)．是以谁为对象的系统?即谁来干?(Who)(6)．怎样才能解决问题?即如何干?(How)5.2.1系统分析的要点5W1H项目│为什么│应该如何│采取什么对策目的│为什么提出这个问题?│应提什么?│删去工作中不必要部分对象│为什么从此入手?│应找哪个?│地点│为什么在这里做?│应在何处做?│合并重复的工作内容人│为什么由此人做?│应由谁做?│方法│为什么这样做?│如何去做?│使工作尽量简化时间│为什么在这时做?│应何时做?│What，Why，When，Where，Who，How。5.2.1系统分析的要点以台湾省建立核电厂为例1．要干什么?在研究台湾省核电厂的建立问题时，就是用系统分析方法探讨在台湾省建设核电厂的可行性如何。2．为什么在台湾省建立核电厂?因为台湾省自产能源很少，历来靠从岛外调进原油和煤炭发电，调进能源受政治、经济、交通运输等影响太大，自己无法掌握主动。同时也为了减少环境污染和在经济上求得更廉价的电力。3．何时建立为宜?电力是工业的先行官，要发展经济首先要发展电力工业。当前世界屡发能源危机，因此，为保证台湾经济的稳定与发展，建设核电厂—是刻不容缓的事情。5.2.1系统分析的要点以台湾省建立核电厂为例4、何处建厂为宜?从避开地震、断裂、海啸、流沙区而又有足够冷却水，远离人口密集的中心城市而又比较接近用电地区等方面来看，选址台湾省北部沿海为宜。，5．由何单位承建?由台湾省电力公司负责建设，并请工程顾问公司提供各种技术方面的咨询服务工作。6、如何进行?工程进度应服从十年发电规划，具体技术细节还须由工程顾问公司作进一步研究后再提出。5.2.1系统分析的要点在系统分析过程中，明确问题是最主要、最关键的；其次深入的调查研究，找到系统分析所涉及的要素和相互之间的关联至关重要；找关联的常用方法有投入产出和系统动力学方法；系统建模、系统仿真和评价、以及系统综合等过程是系统分析的主要步骤。5.2.2系统分析的步骤明确问题和确定目标搜集资料、确定因素和边界建立系统分析模型对各方案进行仿真计算综合分析、确定最佳方案满意否提出报告、提交决策者否是否否5.2.2系统分析的步骤(1)明确问题和确定目标系统分析人员要反复多次与决策者“对话”，要明确系统存在的问题和影响因素，确定系统分析的目标，要通过“对话”和查阅资料，实地调查等手段逐步明确。确定目标时要注意目标的可行性和经济性。一般情况下，决策者对要解决的问题是明确的，对系统存在的问题也是清楚的。但往往很难用确切的文字表达出来。这就需要分析人员根据以往的经验，帮助决策者分析出系统的主要目标，存在的主要问题，并将要解决的问题，用文字表达清楚。5.2.2系统分析的步骤(1)明确问题和确定目标如江西省山江湖开发治理问题，存在着许多需要研究的问题，通过分析者与决策者的对话和分析者的调查研究，最后确定了四大问题，即开发治理的资金分配、不同流失强渡治理资金的分配、地上资源的综合评价和赣江梯级开发方案和开发顺序的确定，最后以合同的方式确定下来。5.2.2系统分析的步骤(2)搜集资料、确定因素及边界在确定目标和明确问题的基础上搜集资料要调查影响系统目标诸因素的历史、现状，搜集国内外同类问题的指标和标准，对搜集到的资料的可靠性要进行推敲，反复核对，以免出现大的差错。系统边界的确定要适当对构成系统的要素要进行“计量”5.2.2系统分析的步骤(2)搜集资料、确定因素及边界确定因素指找影响系统关键因素和它们之间的关联，这是系统分析的关键步骤。利用投入产出分析方法(O/I)和系统动力学方法(SD)找关联是一种好方法。因果图分析确定了因素之间的相互作用的方向，而投入产出的比例确定了两者之间的量的关系，这为系统建模奠定了基础。5.2.2系统分析的步骤(3)建立系统分析模型在调查研究的基础上，根据分析的目的和已掌握的资料可建立不同的模型模型可以表示全部，也可以是系统的一部分，可以定量的因素当然要列入模型，不可直接定量的因素，可设法间接定量后列入模型，或不列入模型，留在系统综合时考虑。5.2.2系统分析的步骤(3)建立系统分析模型针对研