系统的评价与决策8.15

系统的评价与决策系统评价是对系统开发提供的各种可行方案，从社会、政治、经济、技术的观点予以综合考察，全面权衡利弊得失，从而为系统决策选择最优方案提供科学的依据。因此，系统评价是系统工程工作中的一项重要的基础工作。5.1系统评价5.1.1系统评价的复杂性在系统的开发过程中，不仅要提出许多开发系统的可行方案，而且还要通过系统评价从众多的可行方案中找出所需要的最优方案。所谓系统评价，就是评定系统可行方案的价值。具体地说，就是根据预定的系统目的，利用系统模型和资料，根据技术、经济、环境等方面的客观要求，从系统整体出发，分析对比各种方案，全面权衡利弊得失，最后选出技术上先进、经济上合理的最优方案的过程。系统的价值是一个综合的概念，指的是系统的效果或目标能达到的程度。一般有如下两方面的特点：一是相对性。这是由于系统总是存在于一定的环境条件下，而评价主体（人或集体）在评价时的立场、观点、环境、目的等均有所不同，对价值的认识和估计也就会持一定的态度和观点，并且会随着时间的推移而发生变化。二是可分性。系统价值包括许多组成要素（或称价值要素），它们共同决定着系统的总价值。因此，在系统评价时，往往需要对系统的价值进行多个方面的衡量与评价，对系统的价值作出合理有效地划分。对于复杂的大系统，其评价往往更加复杂。例如城市交通系统，其评价不但要考虑交通工具的动力、推进等技术方面的问题，还要考虑交通线路的建设费用和日常经营费用等经济方面的问题，除此之外还要有交通工具的方便性、舒适性、安全性、美观性，以及环境保护、地方团体的利益、有关节能、能源政策等方面的考虑。一般情况下，指标和方案越多，评价问题就越复杂。另外，由于对系统的评价以及指标的选择都是由人来完成的，因此人的价值观在系统评价中具有重要的影响。由于评价主体有不同的观点、立场和标准，因此对同一个问题，不同的评价者可得出不同的结论。总的说来，系统评价工作主要存在以下两方面的困难：①有的指标难以量化，有时同使用人或评价人的主观感觉和经验有关，例如系统使用的方便性、舒适性就是这样的一类指标；②不同的方案可能各有所长，难以取舍，且指标越多，问题就越复杂，方案也就越难定夺。针对这两个困难，可能的解决方法是：①将各项指标数量化；②将所有指标归一化。将各项指标数量化之后，还必须使其量纲一元化，才能做到所有指标归一化。量纲一元化的重要方法是无量纲化。然后可以将各种方案在同一项指标下加以比较。5.1.2系统评价与系统决策系统评价与系统决策至少有两点区别：第一，系统评价是一项技术工作，是由分析者即系统工程人员承担的；而系统决策则是领导工作，是领导者在系统工程人员的辅助下完成的；第二，系统评价是系统决策的主要依据，但是重大问题的决策往往还有其它因素（如政治）在起作用，这些因素往往难以纳入系统工程人员的评价工作之中。系统评价与系统开发、系统决策之间的关系如图5-1所示。系统开发指标数量化量纲指标一元化归一化系统决策其它因素系统评价A*实施A1A2∶An方案F1F2∶∶Fn-1Fn指标图5-1系统评价与系统开发、系统决策之间的关系系统工程导论-2-5.1.3系统评价应该遵循的原则一、系统评价的原则1．保证评价的客观性。评价是决策的前提，评价的质量影响着决策的正确性。因此，必须注意评价资料的全面性和可靠性，同时要防止评价人员的倾向性，注意评价人员的代表性和各类专家的组成。2．保证方案的可比性。替代方案在实现系统的基本功能上要有可比性和一致性，评价指标也应基本相同。3．评价指标要成体系。评价指标应能全面反映被评价问题的主要方面，在基本能满足评价要求和给出决策所需信息的前提下，应尽量减少指标个数，在可能的情况下，尽量定量化，以减少评价过程中的主观性和片面性。此外，评价指标还应与国家的方针、政策及法律的要求相一致。4．评价方法和手段的综合性。系统评价要对系统的各个侧面，运用多种方法和工具进行全面综合评价，充分发挥各种方法和手段的综合优势，为系统的综合评价提供全面分析的手段。二、系统评价的步骤系统评价的步骤一般应包括以下各项：1．对各个评价方案做出简要说明，使方案的特点清晰明了，便于评价人员掌握；2．确定由所有单项和大类指标组成的评价指标体系；3．确定各大类及单项评价指标的权重，并从整体上调整；4．进行单项评价，查明各项评价指标的实现程度；5．进行综合评价，综合各大类指标的价值和系统整体价值。5.1.4评价指标体系系统评价的指标体系是由若干个单项评价指标所组成的整体，它反映了系统所要解决问题的各项目标要求。指标体系要实际、完整、合理、科学，并基本上能为有关人员和部门所接受。指标体系通常可考虑如下方面：1．政策性指标。包括政府的方针、政策、法令、法律及发展规划等方面的要求，它对国防或国计民生方面的重大项目或大型系统尤为重要。2．技术性指标。包括产品的性能、寿命、可靠性、安全性等。工程项目的地质条件、设备、设施、建筑物、运输等技术指标要求。3．经济性指标。包括方案成本、利润和税金、投资额、流动资金占有量、回收期、建设周期等。4．社会性指标。包括社会福利、社会节约、综合发展、就业机会、污染、生态环境等。5．资源性指标。包括人、财、物等资源的保证程度。如工程项目中的物质、人力、能源、水源、土地条件等。6．时间性指标。如工程进度、时间节约、试制周期等。以上6个方面是一般所要考虑的大类指标，每一个指标又可包含许多小类指标，在具体条件下，可以有所选择和增减甚至不予考虑。至于大类下的单项指标，则要根据系统性质、目标要求、有关系统的特殊问题等全面予以考虑。评价指标体系的组成是随具体问题而异的，不同的系统，其组成的指标因素是大不一样的。5.2评价指标的数量化方法常用的系统评价指标数量化方法主要有：排队打分法、体操计分法、专家评分法、两两比较法、连环比率法等。下面分别简单介绍。5.2.1排队打分法如果指标（例如汽车的时速、油耗，工厂的产值、利润、能耗等等）已有明确的数量表示，就可以采用排队打分法。设有m种方案，则可采取m级记分制：最优者记m分，最劣者记1分，中间各方案可以等步长记分（步长为1分），也可以不等步长记分，灵活掌握；或者各项指标均采用10分制，最优者满分为10分。第五章系统的评价与决策-3-5.2.2体操评分法体育比赛中许多计分方法也可以用到系统评价工作中来。例如，体操计分法是请6位裁判员各自独立地对表演者按10分制评分，然后舍去最高分和最低分，将中间的4个分数取平均，就得到表演者最后的得分数。在系统评价工作中，也可以采用这种体操计分法得到系统的各评价指标的最后得分。5.2.3专家评分法这是一种利用专家经验的感觉评分法。例如，要对多台设备操作性进行评价，可以请若干专家，即有经验的实际操作者来试车，专家们根据主观感觉和经验，对每台设备按一定的记分制来打分，再将每台设备的得分相加，最后将和数除以操作者的人数，就得到了各台设备的得分数。5.2.4两两比较法这也是一种感觉（经验）评分法。它是将方案两两比较而打分，然后对每一方案的得分求和，并进行百分化等处理。打分时可以采用0~1打分法，0~4打分法或多比例打分法等等。1．0~1打分法设有n种方案，我们排成一个nn方阵，其元素1，当方案i比j优时；aij=0，当方案i比j劣时；(5.2-1)空白，当方案i=j时很明显，有aji=1－aij，即当aij=1时，aji=0；当aij=0时，aji=1。aij总是表示第i方案得到的分数。若第i方案与第j方案相当，分不出优劣时，则令aij=aji=0.5。2．0~4打分法这种打分法比0~1打分法来得细一些。当两个方案i与j同等优越时，令aij=aji=2；当方案i比j稍微优越时，令aij=3，aji=1；当方案i比j显著优越时，令aij=4，aji=0。3．多比例打分法0~4打分法可以看成是一种比例打分法，两个方案的得分分别是如下比例：4：0，3：1，2：2，两者得分之和为4。在多比例打分法中，两者得分之和为1，其比例可为：1：0，0.9：0.1，0.8：0.2，0.7：0.3，0.6：0.4，0.5：0.5，这样的分档就更细了。5.2.5连环比率法连环比率法是一种确定得分系数或加权系数的方法，我们用表5-1来说明。此方法可分成以下三个步骤进行。1．填写暂定分数列（由上而下）对比A1与A2，设A1的优越性是A2的两倍，则对应于A1填写2.0；对比A2与A3，设A2的优越性仅为A3的一半，则对应于A2填写0.5；类似地，对应于A3与A4填写3.0与1.5；最后A5填写1.0。2．填写修正分数列（由下而上）取A5为基础值，其修正分数为1.00；用1.00乘以A4的暂定分数1.5，得到A4的修正分数为1.50；用1.50乘以A3的暂定分数3.0，得到A3的修正分数为4.50；类似地得到A2与A1的修正分数为2.25与4.50。表5-1连环比率法方案暂定分数修正分数fi得分系数fjA12.04.50.33A20.52.250.16A33.04.500.33A41.51.500.11A51.01.000.07∑13.751.00系统工程导论-4-对所有修正分数求和75.13)(51的修正分数iiA(5.2-2)3．计算得分系数fiiiiiAAf)(的修正分数的修正分数(5.2-3)例如33.075.1350.41f(5.2-4)16.075.1325.22f(5.2-5)很显然，fi满足如下关系式：0≤fi≤1,niif11(5.2-6)这正是统计学中对于权系数的定义（按照习惯，权系数记为wi)，用连环比率法确定权系数时，只需要把“优越性”的比较换为“重要性”的比较即可。5.3评价指标综合的主要方法将各评价指标数量化，得到各个可行方案的所有评价指标的无量纲的统一得分以后，采用下述各种方法进行指标的综合，就可以得到每一方案的综合评价值，再根据综合评价值的高低就能排出方案的优劣顺序。5.3.1加权平均法加权平均法是指标综合的基本方法。它具有两种形式，分别称为加法规则与乘法规则。设方案Ai的指标因素Fj的得分（或得分系数fi）为aij，将aij排列成评价矩阵，如表5-2所示。一、加法规则图5-2给出了加权平均法（加法规则）的一般思路，方案i的综合评价φi按如下公式计表5-2评价矩阵指标因素F1F2…Fn综合评价值φi权重wjw1w2…wn方A1a11a12…a1n案Aja21a22…a2nAi:::…:Amam1am2…amn图5-2加法平均法示意图性能ai1成本ai2w1w2可靠性ai3w3∶∶维修性ai4w4寿命ai5w5重量ai6w6能耗ainwnnjijjiaw1与其它方案去比较指标得分权重某一方案资料(来自系统开发)第五章系统的评价与决策-5-算njijjiaw1，i=1,2,…,m（5.3-1）其中wj为权系数，满足如下关系式0≤wj≤1,nijw11(5.3-2)在应用加权平均法时，有两点值得注意：列写指标因素应考虑周全，避免遗漏；列写各项指标因素分配的权重要适当。二、乘法规则乘法规则采用下列公式计算各个方案的综合评价值φi：,1njwijijai=1,2,…,m(5.3-3)其中aij为方案i的第j项指标的得分，wj为第j项指标的权重。对式(5.3-3)的两边取对数，得njijjiaw1lglg，i=1,2,…,m(5.3-4)对照式（5.3-1），可知这是对数形式的加法规则。乘法规则使用的场合要求各项指标尽可能取得较好的水平，才能使总的评价值相同。它不允许哪一项指标处于最低水平上。只要有一项指标的得分为零，不论其余的指标得分为多高，总的评价值都将是零，因而该方案将被淘汰。例如一个系统的各项技术指标尽管很好，但由于有碍于政治的因素，最后还是要被否决的。相反，在加法规则式（5.3-1）中，各项指标的得分可以线性地互相补偿。一项指标的得分比较低，其它指标的得分都比较高，总的评价值仍然比较高，任何一项指标的改善，都可以使得总的评价值提高。5.3.2功率系数法设系统具有n项评价指标f1(x)，f