第四章-系统分析案例要点

1系统分析综合案例21)要为8个中队（24×8＝192架）F－10B飞机增加武装，条件是只可在喇叭狗式导弹和500磅炸弹中选其一（可行方案不再开发）。2)空军、陆军主张不一，相持不下，领导者难于决策，只好请SA机构提供定量可靠的依据辅助领导者决策，解决空军、陆军的矛盾。1、明确问题和确定目标一、美军F－10B飞机武器选型的SA3每摧毁一个目标需导弹2枚或炸弹6枚；每发武器的命中概率为：导弹70％，炸弹30％；飞机每架次升空飞行时间2小时，每小时飞行成本800美元；每枚武器的成本：导弹为6500＋500＝7000美元（购置费＋存储费）炸弹为0＋100＝100美元；每架飞机成本240万美元，加装导弹和炸弹后分别为270万美元和242.5万美元；飞机的载弹量分别为导弹6枚、炸弹10枚；飞机被击毁的概率为1％每飞行小时。2、搜集资料要作定量分析，必须搜集有关计量指标。调研后知：4“用经济有效的手段摧毁目标”——即需要计算各个方案摧毁一个目标的成本是多少？摧毁一个目标的总成本C＝武器成本C0＋投射成本Cd＋损耗成本Ca其中：C0＝每枚武器的成本×摧毁一个目标的武器数量；Ca＝每架飞机成本×＝每架飞机成本×摧毁一个目标的飞行时间×每飞行小时的飞机损毁率3、建立模型（进行定量分析）先应将目标具体化为准则，以便明确评价方案优劣的标准。每架次平均飞行时间每架载弹量/摧毁一个目标的武器数量×每飞行小时的飞机损毁率摧毁一个目标的武器数量每架次的载弹量Cd＝每小时飞行成本×每架次的平均飞行时间×5使用两个方案分别摧毁一个目标的成本计算如下表所示：方案成本方案Ⅰ（安装导弹）方案Ⅱ（安装炸弹）武器成本C0(6500+500)×2=14000(0+100)×6＝600投射成本Cd800×2×(2/6)＝533800×2×(6/10)＝960损毁成本Ca2700000×2/(6/2)×0.01＝180002450000×2/(10/6)×0.01＝29100总成本14000+533+18000＝32533600+960+29100＝30660单位：美元61)单从成本考虑，每摧毁一个目标方案Ⅰ成本高出1873美元；2)使用方案Ⅰ，精确度高，可减少陆军伤亡；3)使用方案Ⅰ，飞机摧毁目标多。以飞机完好率80％计算，每机每天飞行一架次，则3天可摧毁目标数为：方案Ⅰ(6/2)×3×192×80%=1382(个)方案Ⅱ(10/6)×3×192×80%=783(个)方案Ⅱ仅为方案Ⅰ的56.6%4)使用方案Ⅰ后，飞机的飞行高度提高，敌方防空武器的火力命中率降低，可指望飞机被击落的概率降低。4、综合评价（判断）71)减少地面部队的伤亡；2)增加摧毁目标的潜力；3)降低飞机损失。5、结论每摧毁一个目标，安装导弹方案的成本虽然高出1873美元，但有如下三项好处：故建议安装喇叭狗式导弹。8每天送200万桶。油田处北极圈内，常年冰封，最低温度-50oC。如何从美国第49州阿拉斯加东北部的普拉德霍湾向美本土输油的问题。1.任务与环境二、阿拉斯加原油输送方案的SA9方案Ⅰ：油船运。每天只需4－5艘，但要破冰船引航，起点和终点需建大油库；不安全、费用大、无保证。方案Ⅱ：用带加温S的油管输。可用成熟的管道输油技术，但沿途设站无人愿干，为防管道断裂必须用底架支撑和作保温处理，成本提高3倍。2.开发方案方案竞争的第一阶段开发两个方案：为保安全和稳定，淘汰方案Ⅰ，保留方案Ⅱ，继续拨款鼓励竞争出新方案。10方案Ⅳ：由麻省理工SA所的两人提出油气混输（将天然气转换为甲醇后加到原油中去，降低溶点，提高流动性），从而用一管既输油又送气，不仅不需输送20％的无用海水，还可省掉海水分离工艺流程，节省一条送气管道（60亿），比方案Ⅲ省了一半。方案Ⅲ：把含10％－20％氯化钠的海水加到原油中去，提高低温下原油流动性，用普通油管即可输送，取得专利。11序号方案内容方案特点备注方案Ⅰ油船运输运输费用大，既不安全、又不可靠淘汰方案Ⅱ带加温S的油管输送油管架设成本高出三倍，沿途设加温站难度大淘汰方案Ⅲ原油掺海水后用常规油管送方案可行，但输送了无用的海水并增加分离工艺流程淘汰方案Ⅳ油气混合一管两送既输油又送气，成本低、安全、可靠，仅管道费就节约60亿美元中选1220世纪60年代末，美国纽约市负责全市供水的供水委员会花费了几十万美元拟订了一个扩建供水网的工程设计计划。全部计划预计耗资10亿美元，分五个阶段执行，全部竣工后，可满足随后40年该市人口增加25%时的用水需要。该计划遭到了市预算当局的反对，认为扩建供水网是多余的。双方在相持不下的情况下，请麻省理工学院的系统分析人员对该工程进行系统分析。三、纽约市供水网扩建工程的系统分析13一、问题的提出纽约供水系统扩建的设计问题，是由供水委员会最初提出的。该委员会认为纽约市必须增强全市的供水能力，主要理由如下：(1)今后40年，城市居民将逐年增加；(2)现有的供水系统必须广泛地检修。141、最初的设计方案供水委员会的最初设计方案是增设50英里长的直径为28英寸的水管。1967年估算需要投资10亿美元，分五个阶段进行。第一段阶投资3.23亿美元，主要是铺设最大的水管。所有的水管都要在坚硬的岩石中铺设，所以工程艰巨，投资浩大，是纽约市最大的土木工程项目之一。最初设计方案提出了如下的设计规定：(1)只考虑一个供水网的地理几何布局；(2)只使用一个评审准则，即第一级网络终端的自来水压力必须达到40磅/英寸2；(3)工程的预计使用期限为40年，即能满足公元2010年时的用水需要；(4)整个网络只依靠重力把水压送到各终端。15麻省理工学院的系统分析师对这个扩建工程进行系统分析，主要工作有:提出评价准则，建立系统模型，探索各种可行方案，选出最优的设计和实施方案。2、部门间的互相制约在实践过程中，很难实施技术上的最优方案，因为这样一些方案往往会遭到有关部门的反对，所以最后实施的往往只是一些为各有关部门均能接受的折衷方案(或满意方案)。另一个制约系统分析工作的因素是，该项计划的资金来源是否容易。供水委员会可以采用发行债券的办法，比较容易取得资金。因此，它在开始设计时并不进行系统分析，一心想搞一个大工程，以便树碑立传。16二、系统分析的方法1、制定分析步骤本项分析把整个过程分为五个阶段：(1)制定目标和评价准则；(2)制定衡量工程效果的准则和量化的指标，从而能够衡量工程达到原定目标的程度；(3)开发各种类型的方案，并且使用模型和计算机模拟分别对每一类型方案中的各个方案进行周密的分析；(4)运用衡量工程效果的准则，评价每个方案的成就；(5)在对每个方案的各种成就进行评价之后，最终选出最佳的实施方案。172、制定目标供水委员会最初为整个工程制定的目标只有一个，即在供水网络终端的水压要求达到40磅/英寸2。显然这样衡量整个系统的质量是不充分的，因为城市用水的部门是多样的：1/4的水量是家庭用水，而大部分是工业用水，剩下的少数水量主要用于消防、城市卫生、绿化等。不同用户对供水系统的质量要求也不同。饮用的水要求卫生、色味俱佳；工业用水要求保证供水量，并且要求化学腐蚀作用小；消防则要求水源可靠，保证随时都有水。作为市政当局来说，当然要关心各方面用户是否都能充分满足。18最后制定的目标包括如下内容：(1)系统的总性能；(2)市区用水的方便程度；(3)供水的可靠性；(4)基建和保持运行的总费用。193、制定衡量效果的准则作为估算，可采用供水压力来评价供水系统的性能。由于静压能用来测量水的能量，所以它可转换成速度。从力学观点说，可以用此来表示供水的质量。系统的总性能即是以供水网络中各主要点上的压力的平均值，乘以加权因子(即每个点上所需的水量)，具体地说，这个指标即是有了总性能之后，还需要有衡量局部效果的准则。有时为了取得所需的总性能，往往需要牺牲某些局部的性能，本例的局部性能就是网络终端的性能。供水系统的可靠性是指当三个主管道中的一个发生故障必须关闭时，系统的性能将受到什么影响。204、制定方案在研究了许多类型方案以后，选定了三类。它们是：(1)关于系统的物理构型，包括管路布局、管道长度、管道直径及基建费用等；(2)关于使用周期的划分，即确定整个供水系统能满足多少年后的用水需求量；(3)是采用水泵加压还是采用加大水管的办法来改进供水系统的性能。215、方案的评审麻省理工学院设计了一个ICES(即综合土木工程系统)模型，对250个方案都进行了评审。评审时进行了费用-效果分析，把能满足各目标的设计方案都标在坐标图中，从而形成一个可行设计区，其中最上面的一条轨迹线（A）表示每种投资水平所能获得的最佳性能，这就是费用—效果函数。有了这个函数后就能考虑和选择最优的设计方案，即以最少费用去满足所有目标要求。22关于总投资和总性能使用计算机计算后获得的第一个结果是总投资可以节约30%，其措施是缩小原定的扩建计划，而性能并没有什么重大改变。分析证明，投资大量减少后还能使设计有效。分析同时表明存在着两种构型，并且第二种构型更好。第二种构型是有备用水管，它能弥补压力的损失，从而改进了整个系统的性能。对供水系统的可靠性进行探讨后也证实，铺设一定规模的备用水管是必要的，否则全市的用水将受到很大威胁，因为现有的水管正在不断损坏。这同时说明供水委员会提出急需扩建供水系统是完全正确的。对各方案进行各种敏感性分析。从管路布局的敏感性分析中得出，不同物理构型的能量损失是不同的，因此，最有效的结构应是能够减少压降、提高供水系统性能的方案。23关于使用周期的确定问题最经济的设计使用期为20～25年，仅为原计划的一半，从而也证明削减设计规模的正确性。使用期定为20年，并不是说40年的使用期是不必要的，只是说明40年的计划应该分两步走更为经济。分两期的做法比较灵活，中途还可以允许设计师调整他的计划。24关于使用水泵加压的方案分析表明，使用水泵可以进一步减少投资。供水系统的基本作业要求是，设计的最高负荷应高于平均负荷的20%～30%，但高峰用水时间是很短的，本例设计高峰日中的高峰小时的发生概率仅为0.001，因此，最高负荷能力在99.9%的时间内是无用的。但是长期使用一个小规模的效率不高的供水系统也是不经济的，因此。必须在作业费用和固定投资之间作最佳的平衡。此外，从费用与管径的关系可知，降低原设计的管径可以降低总费用，采用原设计管径的4/5，可节约总投资30%。25三、实施如预期的那样，最后选定执行的是一个折衷的方案，其主要内容如下：（1）供水系统的整个布局沿用了最初的设计方案；（2）同最初设计一样，没有采用水泵；（3）工程规模仅为原设计的3/5，水管直径降为原设计的4/5，即由26～28英寸降至20～22英寸，仅这一项更改就节约1亿美元，第一期工程的总投资由3.23亿美元降至2.23亿美元。26从这个折衷方案可以看出如下问题：首先，整个系统线路布局没有更改，这是为了照顾供水委员会的威信，该委员会为了保持其威望绝不会从原定的布局后退一步的。然而该委员会认为，为了节约费用，可以对原设计作些更改，但这并不意味着在技术或工程上出了什么问题。当然，纽约市的预算当局是欢迎削减规模、节约费用的。由此可见，经过折衷后产生的设计方案，其系统的最优化并不是占主导地位的。其次，本系统分析的任务，如同其它系统分析一样，只是澄清问题，指出原设计中值得更改之处。系统分析只是提供所需用的炮弹，最后这些炮弹能否发挥作用，除了取决于系统分析的质量外，往往还受许多因素的制约和影响。因此，用系统分析后所取得的实际成果来评价系统分析本身的工作价值是不合适的。27一、背景资料某航空公司拟在沿海地区选址建厂，与外商合作生产轻型运动飞机。年产量为300架，原材料大部份进口，产品全部外销。合作期限20年，基准收益率10%。该航空公司希望从沿海城市选择出适当厂址。（厂址必须满足的先决条件：交通运输便利、协作条件好、生活环境好。四、某航空公司厂址选择系统分析28满意否问题状况二、厂址选择的系统分析过程系统研究系统设计系统量化系统评价Y系统协调与反馈N决策成功问题的背景资料待解决问