系统工程

系统工程第1章系统与系统工程1.1系统1.1.1系统概念的形成1.1.2系统的定义1.概念：具有一定功能的、相互间具有有机联系的、由许多要素或构成部分组成的一个的整体。2.系统概念的5个要点：(1)由两个或两个以上的元素组成(2)各元素之间相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用(3)各元素协同运作，使”系统”作为整体具有各组成元素单独存在时所没有的某种特定功能(4)系统是运动和发展变化的，是动态的过程(5)“系统”的运动具有明确的目标1.1.3系统的特性1.所有系统的6个共性：(1)层次性(2)整体性(3)集合性(4)相关性(5)目的性(6)环境适应性2.系统工程研究对象的4个特性：(1)可控性(2)动态性(3)复杂性(4)自律性1.2管理系统1.2.1管理系统与系统管理1.管理系统：是以所研究的管理对象为系统，是整个社会系统的基本组成单元。2.管理：是社会系统中联系隔层子系统的纽带。3.系统管理学：是在管理的基础上产生的一种新学说，即它强调在组织管理上运用一般系统理论及大系统理论，把过去各学派学说兼容并蓄，融为一体，建立通用的模式，寻求普遍的原则。1.2.2管理系统的特点1.管理系统是一个具有多重反馈结构的社会系统。2.管理系统往往是一个非线性的系统。3.管理系统中各变量之间存在着长时滞。4.管理系统中原因和结果具有一定的分离性。5.管理系统具有明显的组织结构特性。1.2.3现代工业企业的系统特征1.工业企业系统是一个人-机系统。2.工业企业系统是一个可分系统。3.工业企业是一个具有自适应能力的动态系统。4.工业企业是一个投入产出系统。5.工业企业是一个开放系统。1.2.4企业的系统模型1.环境与界限2.投入性质3.流量与流向4.转换过程5.产出的形式1.3系统工程1.3.1系统工程的发展1.3.2系统工程的定义：系统工程就是从系统的观点出发，跨学科地考虑问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问题，以实现系统目标的综合最优化。(1)系统的观念：就是整体最优的观念，它是在人类认识社会、认识自然的过程中形成的整体观念，或者称为全局观念。(2)工程的观念：是在人们处理自然、改造自然的社会生产过程中形成的工程方法论。传统的工程观念是对生产技术的实践而言，而且以硬件为目标与对象。系统工程实质上是方法论的科学，它的目标是通过某种方法使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实施的过程。传统方法解决问题的目标往往是单一的。1.4系统工程的方法论1.4.1阐明问题1.问题的性质和范围2.问题的目标：目标太笼统，系统分析难度大，目标太具体，容易以偏概全。3.环境和条件：环境分析由物理和技术环境、经济和经营管理以及社会环境等方面加以综合全面的分析。4.评价指标5.收集和分析资料1.4.2谋划备选方案1.方案的提出(1)集体创造法，又名头脑风暴法(2)“缺点、希望点”列举法：考虑解决该问题将遇到什么障碍和难点，把这些疑难之处一一摆开，再研究对策，成为缺点列举法，希望点列举法与此正相反。(3)特性穷举法：是把构成事物的特点找出来，针对每个特性探索替代方案。(4)哥顿法：有些问题若事先让参与解决问题的人知道反而容易束缚思想，不利于发挥创造性。2.方案的筛选(1)强壮性：坚持原本的系统特性，亦即适应环境的能力。(2)适应性：目标经修正，原方案仍适用，反映了方案的灵活性。(3)可靠性：即失误也能迅速恢复正常。(4)现实性：反映系统实施的可能性。1.4.3预测未来环境1.确定预测内容2.准备数据资料3.确定预测方法，建立数学模型(1)定性预测法，又称经验判断预测法(2)时间序列预测法，又称趋势预测法(3)因果关系预测法，又称因素分析法4.计算预测值，分析预测误差1.4.4建模和预计后果系统分析的主要模型有：图形模型、分析模型、仿真模型、博弈模型和判断模型。1.4.5评比备选方案系统评价的主要方法有：关联矩阵法、费用效益分析法、层次分析法和模糊评价法。1.系统工程研究的系统除具有一般系统的特性外，还具有哪些特性？答：可控性、动态性、复杂性、自律性。2.按照系统存在的形态和性质，举例说明系统有哪些类型。答：3.举例分析管理系统具有的特点。答：管理系统具有多重反馈结构的社会系统、往往是一个非线性的系统、各变量之间存在长时滞、原因和结果具有一定的分离性、具有明显的组织结构特性。4.从系统的角度看，一个工业企业具有哪些系统特征?答：工业系统是一个人一机系统、是一个可分系统、是具有自适应能力的动态系统、是一个投入产出系统、是一个开放系统。5.系统工程与传统方法有哪些区别？答：系统工程实质上是方法论的科学，它的目标是通过某种方法使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实施的过程。传统方法解决问题的目标往往是单一的。6.在系统工程中进行方案的提出和筛选时，备选方案一般应具有哪些特性。答：应具有强壮性、适应性、可靠性、现实性。第2章系统与系统工程2.1系统的环境分析2.1.1系统环境1.系统环境2.系统环境分析的意义(1)环境是提出系统工程课题的来源。(2)系统边界的确定要考虑环境因素。(3)系统分析与决策的资料取决于环境。(4)系统的外部约束通常来自环境。(5)系统分析的好坏最终需要系统环境的检验与评价。2.1.2环境因素的分析1.物理和技术环境：是系统得以存在的基础(1)现存系统(2)技术标准(3)科技发展因素估量(4)自然环境2.经济和经营管理环境：是系统得以存在的根本(1)宏观经济环境(2)政策(3)外部组织结构(4)经营活动(5)产品系统及其价格结构3.社会环境：是系统得以存在的基本依据(1)大范围的社会因素(2)人的因素2.1.3系统与环境的边界1.两种类型的边界划分：(1)系统与环境之间必须有一条边界(2)与被考察的系统相关联的相邻系统的各部分或者说环境的范围必须明确规定2.系统边界的确定两种边界的划分：一种是在系统与环境之间必须有一条边界.另一种是与被考察的系统相关联的相邻系统的各部分或者说环境的范围必须明确规定。2.2系统的目标分析2.2.1系统目标及其相关概念1.目的2.目标3.属性4.目标树或目标集2.2.2系统目标分析的目的、作用和要求1.目的：要论证系统目标的合理性、可行性和经济性——目标集2.作用：经过分析和论证，说明总目标建立的合理性，确定系统建立的社会价值3.要求：(1)制定目标应当是稳妥的(2)要考虑目标可能起到各种作用(3)应将各种目标归纳成目标集(4)要正确认识目标间的冲突2.2.3目标集的建立1.建立目标集的过程：是逐级逐项落实总目标的结果。2.要求：(1)目标要简洁、明确。(2)目标要可评估。(3)目标要有相容性。(4)目标要有挑战性。(5)各种目标要有优先秩序，并形成一个目标体系。(6)组织目标体系的建立要求将短期目标和长期目标、局部目标和整体目标、内部目标和外部目标相结合。2.2.4目标冲突1.利害冲突：具有专业性质的。2.利益冲突：具有社会性质的。2.3系统模型化和最优化1.系统模型化的含义2.构成模型的要素：系统目标和系统约束3.模型的优化和优化方法：模型的优化针对于数学模型，优化方法为直接法和间接法。1.从系统分析角度看，进行系统环境分析有何意义2.举例说明确定环境边界对系统分析的重要意义3.举例说明系统利益冲突和利害冲突之间的关系4.试述系统模型化和最优化的作用于方法5.针对一个具体实例，对其进行系统环境分析6.举例说明系统目标集的建立7.说明构成系统模型的要素第3章系统模型（重点）3.1系统模型概述3.1.1模型的概念和分类1.模型的定义系统模型3个特征：(1)它是对现实世界部分的抽象或模仿；(2)它由与分析问题有关的因素构成；(3)它表明了有关因素间的相互关系。2.模型的分类：(1)图形与实物模型(2)分析模型(3)仿真模型(4)博弈模型(5)判断模型3.1.2模型的构建1.构建模型的4个一般原则：(1)建立方框图(2)考虑信息相关性(3)考虑信息准确性(4)考虑信息结集性2.信息的3个分类：(1)可忽略其影响的因素(2)对模型起作用但不属于模型描述范围的因素(3)模型所需研究的因素3.建模的5个基本步骤：(1)形成问题(2)确定系统的特征因素(3)确定模型的结构(4)构建模型(5)模型真实性检验3.2结构模型化技术3.2.1结构模型的概念定义：是应用有向连接图描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型。基本性质：(1)结构模型是一种图形模型。(2)结构模型是一种定性分析为主的模型。(3)结构模型可以用矩阵形式来描述，从而使得定性分析与定量分析得到有效结合。(4)结构模型作为对系统进行描述的一种形式，正好处在自然科学领域用的数学模型形式和社会科学领域用的以文字表现的逻辑分析形式之间。3.2.2图的基本概念及其矩阵表示法1.有向连接图2.链3.回路4.邻接矩阵5.可达矩阵3.2.3系统要素可达矩阵的构造A（Si）没有回路的上位集B（Si）有回路的上位集C（Si）无关集D（Si）下位集3.2.4解释结构模型法1.特点2.工作程序3.结构模型的建立(1)可达集R(Si)(2)前因集A(Si)(3)共同集合(4)最高级要素集合建立结构模型的一般步骤(1)区域划分(2)级间划分(3)强连通块划分(4)求缩减可达矩阵S2(5)做结构模型3.2.5ISM的应用举例3.2.6ISM的缺陷3.3预测模型3.3.1回归分析1.因果关系回归分析回归方程：Ŷ=a+bXŶ为因变量的拟合值，X为自变量的观察值；a为回归直线的截距；b为回归直线斜率𝑏=∑𝑋𝑌−𝑛𝑋𝑌̅̅̅̅∑𝑋2−𝑛𝑋̅2a=Y̅−bX̅2.具有时间序列关系的回归分析3.3.2趋势线分析1.二次趋势曲线预测分析𝑦𝑖=𝑎+𝑏𝑥+𝑐𝑥22.三次趋势曲线预测分析𝑦𝑖=𝑎+𝑏𝑥+𝑐𝑥2+𝑑𝑥33.4优化模型简介1.概念：通常是对数学模型而言的。对于一个复杂的系统或拟建系统的各类指标提供优化的结论；为改善系统现状提供明确的方向；为提高运行的效能或经济效果提供可靠的依据；提供系统分析工作的科学性。2.优化技术分类3.优化模型的构建(1)无约束优化模型(2)约束优化——线性规划模型(3)整数规划3.5系统仿真模型1.概念：系统仿真是设计系统的计算机模型，利用它进行实验以了解系统的行为或评估系统运用的各种策略的过程。2.优缺点：4个优点1.很多复杂的、带有随机因素的现实世界系统，不可能正确地用解析方法计算的数学模型来描述2.仿真允许人们在假设的一组运用条件下估计现有系统的性能3.提出的可供选择的系统设计可通过仿真进行比较，以便找出最好的满足特定要求的一种设计。4.仿真使人们能在较短的时间内研究长时间范围的系统，或在扩展的时间内研究系统的详细运行情况。3个缺点：1.仿真模型一般费用较为昂贵，而且开发一个仿真模型要花很长时间。2.随机仿真模型每运行一次，仅对一组特定的输入参数产生模型的真是性的估计。3.仿真研究产生大量数据，使人们产生一种更信任仿真研究结果的趋向。3.步骤：(1)定义问题(2)制定仿真模型(3)证实模型(4)设计仿真实验(5)仿真运行并分析数据4.蒙特卡罗法：是一种适用于对静态离散系统进行仿真试验的方法。有以下3中方法：1.随机数表，2.随机数发生器，3.利用数学方法产生随机数。1.试述模型的概念、特征和分类2.模型构建的原则和主要步骤是什么3.建立模型必须有赖于反映系统特征的各种因素，根据因素在模型中所起的作用不同，可以将因素划分为哪三类？4.试分析邻接矩阵和可达矩阵各自的特点以及二者的区别5.假如一个系统由n个要素组成，我们任选其中一个要素S，则S与余下的其他要素的关系可归为哪几类？请用图示方法说明他们之间的关系6.系统仿真的一般步骤是什么第4章系统评价（重点）4.1系统评价概述4.1.1系统评价基本概念评价：是指按照明确目标测定对象的属性，把它变成主观效用（满足主体要求的程度）的行为，即明确价值的过程。系统评价：就是评定系统的价值。价值：从哲学意义上来讲，就是评价主体（个人或集体）对某个评价对象（