第4章系統(tǒng)工程模型與模型化技術(shù)編

者：郭波

雷洪濤報(bào)告人：雷洪濤

國防科技大學(xué)全國工程管理專業(yè)學(xué)位研究生教育核心課程規(guī)劃教材系統(tǒng)工程重慶大學(xué)出版社胡祥培、蘇秦主編；

于明、吳鋒副主編01.系統(tǒng)模型與模型化02.03.04.目錄CONTENTS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)主成分分析及聚類分析狀態(tài)空間模型05.系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動力學(xué)系統(tǒng)模型與模型化01

1.1引例

1.1引例1.2定義與特征定義：系統(tǒng)模型是一個(gè)系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述，以某種確定形式(文字、符號、圖表、實(shí)物、數(shù)學(xué)公式等）提供關(guān)于該系統(tǒng)的知識。E=MC2F=maW=1/2mv2特征：一般是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象或模仿，并非系統(tǒng)本身。由反映系統(tǒng)本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成的；集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系；1.2定義與特征系統(tǒng)與模型的對應(yīng)關(guān)系：同一系統(tǒng)，不同模型同一模型，不同系統(tǒng)1.2定義與特征對應(yīng)關(guān)系1：同一系統(tǒng)，不同模型-1

湖南省地圖高速公路地圖地形地圖1.2定義與特征對應(yīng)關(guān)系1：同一系統(tǒng)，不同模型-2管道系統(tǒng)(a)流通功能AB串聯(lián)模型(b)關(guān)閉功能AB并聯(lián)模型1.2定義與特征對應(yīng)關(guān)系2--同一模型，不同系統(tǒng)-1

力學(xué)電路R1.2定義與特征認(rèn)識和改造世界的研究方法有：實(shí)驗(yàn)法：直接對系統(tǒng)本身進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，局限性大。抽象法：基于一般理論概念進(jìn)行推理，缺乏實(shí)體感。模型法：客觀世界中不同事物具有同型性（即相似規(guī)律——不同本質(zhì)的事物在撇開其具體屬性之后彼此之間還存在的相似性），而且模型法結(jié)合以上方法的優(yōu)點(diǎn)。1.3使用系統(tǒng)模型的必要性實(shí)際系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)世界的分析、預(yù)測、決策與控制模型結(jié)論模型化比較檢驗(yàn)?zāi)Ｐ徒忉尙F(xiàn)實(shí)問題實(shí)驗(yàn)分析現(xiàn)實(shí)世界與模型的關(guān)系1.3使用系統(tǒng)模型的必要性

1.3使用系統(tǒng)模型的必要性系統(tǒng)開發(fā)的需要經(jīng)濟(jì)上的考慮安全上的考慮時(shí)間上的考慮系統(tǒng)模型易操作、易理解，便于多方案分析比較1.3使用系統(tǒng)模型的必要性1.4

系統(tǒng)模型的分類下表列出了系統(tǒng)模型的部分分類方法，可見系統(tǒng)模型的多樣性。分類原則模型種類1按建模材料不同抽象、實(shí)物2按與實(shí)體的關(guān)系形象、類似、數(shù)學(xué)3按模型表征信息的程度觀念性、數(shù)學(xué)、物理4按模型的構(gòu)造方法理論、經(jīng)驗(yàn)、混合5按模型的功能結(jié)構(gòu)、性能、評價(jià)、最優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)6按與時(shí)間的依賴關(guān)系靜態(tài)、動態(tài)7按是否描述系統(tǒng)內(nèi)部特性黑箱、白箱8按模型的應(yīng)用場合通用、專用9數(shù)學(xué)模型的分類：（1）按變量形式分（2）按變量之間的關(guān)系分確定性、隨機(jī)性、連續(xù)型、離散型代數(shù)方程、微分方程、概率統(tǒng)計(jì)、邏輯常用的系統(tǒng)模型的特性比較如下圖所示：1.4

系統(tǒng)模型的分類1.5系統(tǒng)模型化的要求和原則系統(tǒng)模型化是系統(tǒng)工程人員的重要工作之一。

系統(tǒng)模型化既是一種技術(shù)，又是一種“藝術(shù)”。系統(tǒng)模型化是“技術(shù)”系統(tǒng)模型化是“藝術(shù)”建立一個(gè)簡明的適用的系統(tǒng)模型，將為系統(tǒng)的分析、評價(jià)和決策提供可靠的依據(jù)。建造系統(tǒng)模型，尤其是建造抽象程度很高的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，是一種創(chuàng)造性勞動1、現(xiàn)實(shí)性能較好反映系統(tǒng)客觀實(shí)際。應(yīng)把系統(tǒng)本質(zhì)的特征和關(guān)系反映進(jìn)去，而把非本質(zhì)的東西去掉，但又不影響反映本質(zhì)的真實(shí)程度。

如：地球儀和世界地圖系統(tǒng)模型化的要求1.5系統(tǒng)模型化的要求和原則系統(tǒng)模型化的要求2、簡明性在滿足現(xiàn)實(shí)性要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量使系統(tǒng)模型簡單明了，以節(jié)約建模的費(fèi)用和時(shí)間。如：空中交通模型。1.5系統(tǒng)模型化的要求和原則系統(tǒng)模型化的要求3、標(biāo)準(zhǔn)化盡量用標(biāo)準(zhǔn)化模型，或?qū)?biāo)準(zhǔn)化模型加以修改，使之適合對象系統(tǒng)。如：制圖圖例，公式的標(biāo)準(zhǔn)變量符號。以上要求常相互沖突，需綜合權(quán)衡。一般：現(xiàn)實(shí)性簡明性標(biāo)準(zhǔn)化1.5系統(tǒng)模型化的要求和原則1、抓住主要矛盾。模型只應(yīng)包括與研究目的有關(guān)的方面，抓住問題的主要方面，而非對象系統(tǒng)的所有方面。如：空運(yùn)調(diào)度模型不需描述飛行姿態(tài)；旅游地圖、交通地圖、軍事地圖。2、力爭清晰明了。子模型之間，除了保留研究目的所必要的信息聯(lián)系外，其它耦合關(guān)系盡可能減少，以保證模型結(jié)構(gòu)盡可能清晰。系統(tǒng)模型化的原則1.5系統(tǒng)模型化的要求和原則4、盡量使用標(biāo)準(zhǔn)模型。3、精度要求適當(dāng)。建立系統(tǒng)模型，應(yīng)視研究目的和使用環(huán)境不同，選擇適當(dāng)精度，以保證模型切題、實(shí)用，而又不致花費(fèi)太多。系統(tǒng)模型化的原則例：不同使用環(huán)境的精度要求

1.5系統(tǒng)模型化的要求和原則分析法——分析解剖問題，深入研究客體系統(tǒng)內(nèi)部的細(xì)節(jié)（如結(jié)構(gòu)形式、函數(shù)關(guān)系等）。如利用邏輯演繹方法，從公理、定律導(dǎo)出系統(tǒng)模型。實(shí)驗(yàn)法——通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察和分析，利用邏輯歸納法導(dǎo)出系統(tǒng)模型。數(shù)理模型方法是典型代表。綜合法——既重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)又承認(rèn)理論價(jià)值，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)統(tǒng)一于建模之中。通常利用演繹方法從已知定理中導(dǎo)出模型，對于某些不詳之處，則利用實(shí)驗(yàn)方法來補(bǔ)充，再利用歸納法從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中搞清關(guān)系，建立模型。。經(jīng)驗(yàn)法——通過專家之間啟發(fā)式討論，逐步完善對系統(tǒng)的認(rèn)識，構(gòu)造出模型來。其本質(zhì)集中了專家對于系統(tǒng)的認(rèn)識及經(jīng)驗(yàn)。主要有Delph法。辯證法——其基本觀點(diǎn)認(rèn)為系統(tǒng)是一個(gè)對立統(tǒng)一體，是由矛盾的兩方面構(gòu)成的，因此必須構(gòu)成兩個(gè)相反的分析模型，相同數(shù)據(jù)可以通過兩個(gè)模型來解釋，這樣關(guān)于未來的描述和預(yù)測是兩個(gè)對立模型解釋的辯證發(fā)展的結(jié)果。針對不同的系統(tǒng)對象，可用以下方法建造系統(tǒng)的模型：基本模型化方法1.6系統(tǒng)模型化基本方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)02

要素集分析相關(guān)性分析層次性分析特定整體功能整體性分析要了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，一個(gè)有效方法就是建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，而結(jié)構(gòu)模型技術(shù)已發(fā)展到一百余種，其中最著名的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)之一就是解析結(jié)構(gòu)模型。20世紀(jì)70年代以來，解析結(jié)構(gòu)模型在社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，如在區(qū)域環(huán)境規(guī)劃和農(nóng)業(yè)區(qū)劃方面、技術(shù)評估和系統(tǒng)診斷方面等。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述解釋結(jié)構(gòu)模型（InterpretiveStructuralModeling）是JohnN.Warfield（1925-2009）在1973年提出的，用于分析復(fù)雜的社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。其基本思想是：通過利用專家的經(jīng)驗(yàn)和知識將復(fù)雜系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，并構(gòu)造多層的結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)模型。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述解析結(jié)構(gòu)模型屬靜態(tài)的定性模型?；纠碚撌菆D論，通過一些基本假設(shè)和圖、矩陣運(yùn)算，可得可達(dá)性矩陣；再通過人-機(jī)結(jié)合，分解可達(dá)性矩陣，使復(fù)雜的系統(tǒng)分解成多級遞階結(jié)構(gòu)形式。解析結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述組織一個(gè)工作小組；設(shè)定問題；選擇構(gòu)成系統(tǒng)的要素；根據(jù)要素之間的相互影響關(guān)系，建立鄰接矩陣；計(jì)算可達(dá)性矩陣，分解建立結(jié)構(gòu)模型；建立解析結(jié)構(gòu)模型。解析結(jié)構(gòu)模型分析步驟2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述節(jié)點(diǎn)：系統(tǒng)的要素有向邊：要素之間的相互關(guān)系“影響”“取決于”“先于”“需要”“導(dǎo)致”2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述例：溫帶草原食物鏈1.草 2.兔 3.鼠 4.吃草的鳥 5.吃草的昆蟲6.捕食性昆蟲7.蜘蛛8.蟾蜍9.吃蟲的鳥10.蛇11.狐貍12.鷹和貓頭鷹幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述例：一個(gè)4單元系統(tǒng)的關(guān)系圖和鄰接矩陣。1324幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述與關(guān)系圖一一對應(yīng)矩陣元素運(yùn)算遵循布爾矩陣運(yùn)算法則幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念注意2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念（3）布爾矩陣運(yùn)算2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

1次矩陣布爾運(yùn)算

1324（4）可達(dá)性幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述反例：1324

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述練習(xí)：求下列鄰接矩陣的可達(dá)陣2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述（8）可達(dá)性與傳遞性圖論中的可達(dá)性對應(yīng)于二元關(guān)系中的傳遞性。ISM中總假定所涉及的關(guān)系具有傳遞性。幾個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)概念2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)概述組織一個(gè)工作小組；設(shè)定問題；選擇構(gòu)成系統(tǒng)的要素；根據(jù)要素之間的相互影響關(guān)系，建立鄰接矩陣；計(jì)算可達(dá)性矩陣，分解建立結(jié)構(gòu)模型；建立解析結(jié)構(gòu)模型。解析結(jié)構(gòu)模型分析步驟2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分關(guān)系劃分區(qū)域劃分級別劃分是否強(qiáng)連接劃分級上等價(jià)關(guān)系劃分強(qiáng)連接子集的劃分2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

目的：將系統(tǒng)分成若干獨(dú)立、無直接或間接影響的子系統(tǒng)。

可達(dá)集

先行集思路：將底層單元作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)域的劃分。2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

提問：頂層單元怎么定義？

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

這種劃分對經(jīng)濟(jì)區(qū)劃分、行政區(qū)、功能和職能范圍等劃分工作很有意義。

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分例：對一個(gè)7單元系統(tǒng)的區(qū)域劃分關(guān)系圖可達(dá)性矩陣

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分i

R(ei)A(ei)R(ei)∩A(ei)12345671,5,723,5,62,453,5,65,712,43,641,3,5,6,73,61,7123,6453,67區(qū)域劃分表

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

區(qū)域劃分：子系統(tǒng)I子系統(tǒng)II子系統(tǒng)I子系統(tǒng)II

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

思路：級別劃分在每一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。(1)ei為頂層單元的條件為R(ei)=R(ei)∩A(ei)(2)在劃分表中把頂層單元暫時(shí)去掉(3)再用同樣方法可求次一級的“頂層單元”；(4)如此繼續(xù)可逐級把各單元劃分出來。目的：將系統(tǒng)按區(qū)域?qū)⑺袉卧年P(guān)系層級劃分出來，形成系統(tǒng)的層級結(jié)構(gòu)。2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

問題：從下向上怎么劃分？

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分例：上面區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上進(jìn)行級別劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分i

R(ei)A(ei)R(ei)∩A(ei)13567241,5,73,5,653,5,65,722,413,61,3,5,6,73,61,72,4413,653,6724級別劃分表—從上往下

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分i

R(ei)A(ei)R(ei)∩A(ei)13567241,5,73,5,653,5,65,722,413,61,3,5,6,73,61,72,4413,653,6724級別劃分表—從上往下

去掉2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分i

R(ei)A(ei)R(ei)∩A(ei)136741,5,73,5,63,5,65,72,413,63,61,7413,63,674級別劃分表—從上往下2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分i

R(ei)A(ei)R(ei)∩A(ei)136741,73,63,67413,63,61,7413,63,674級別劃分表—從上往下2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分i

R(ei)A(ei)R(ei)∩A(ei)111

1級別劃分表—從上往下2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

級別劃分：

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分原圖與新圖的對比：2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分級別劃分的理解頂層單元：結(jié)果底層單元：原因級別劃分即分析表面問題、潛在問題、原因?qū)訂栴}和根本層問題。2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分

2.2解析結(jié)構(gòu)模型的劃分關(guān)系劃分小結(jié)區(qū)域劃分級別劃分強(qiáng)連接單元劃分級上等價(jià)關(guān)系劃分強(qiáng)連接子集科研技術(shù)裝備的管理問題日益突出，制約科研管理水平的提高。為找出影響科研技術(shù)裝備管理職能充分發(fā)揮的因素，并制定相關(guān)措施，利用ISM開展此項(xiàng)分析。案例：西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷2.3解析結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用案例解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的困難：什么問題什么是表面問題什么是潛在問題什么是原因?qū)拥膯栴}什么是根本層的問題

——問題診斷2.3解析結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用案例組織一個(gè)工作小組；設(shè)定問題；選擇構(gòu)成系統(tǒng)的要素；根據(jù)要素之間的相互影響關(guān)系，建立鄰接矩陣；計(jì)算可達(dá)性矩陣，分解建立結(jié)構(gòu)模型；建立解析結(jié)構(gòu)模型。解析結(jié)構(gòu)模型分析步驟2.3解析結(jié)構(gòu)模型應(yīng)用案例1.成立ISM小組

由計(jì)劃處、科技處、財(cái)務(wù)處、國資處、計(jì)量室等部門的十幾位專家組成，包括實(shí)際工作參與者、系統(tǒng)工程專家和業(yè)務(wù)主管3類人。案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷2.確定關(guān)鍵問題及相關(guān)因素，列舉因素間的關(guān)系

問題：科研技術(shù)裝備管理職能未得到有效發(fā)揮。關(guān)鍵問題：科研技術(shù)裝備管理職能未能有效發(fā)揮作用S01對管理的地位認(rèn)識不明確，思想不到位S12缺乏系統(tǒng)化、全過程綜合管理的思想S23主管機(jī)構(gòu)工作跟不上，管理中心作用不突出S34各相關(guān)管理部門職責(zé)不明確，協(xié)調(diào)配合差S45組織管理體系不健全，綜合管理作用與職能受影響S56管理人員素質(zhì)跟不上工作發(fā)展的需要S67管理方法、手段不科學(xué)S78管理者參與高層管理力度受限、權(quán)威性差S89管理基礎(chǔ)工作薄弱，信息傳遞不暢S910管理規(guī)章制度于程序不健全S1011管理部門檢查監(jiān)督監(jiān)控力度不夠S1112管理組織機(jī)構(gòu)設(shè)置不合理S12影響因素案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷2.確定關(guān)鍵問題及相關(guān)因素，列舉因素間的關(guān)系因素間的關(guān)系案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷3.建立可達(dá)矩陣S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S01S111S211S311S4111S5111S61111111S7111S8111S9111S101111111S1111S12111111111案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷4.區(qū)域劃分和級別劃分SiR(Si)A(Si)R(Si)∩A(Si)S000,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,120S10,11,61S20,22,62S30,33,4,5,6,7,8,10,123S40,3,44,10,124S50,3,55,10,125S60,1,2,3,6,7,866S70,3,76,7,127S80,3,86,8,128S90,9,119,10,129S100,3,4,5,9,10,111010S110,119,10,11,1211S120,3,4,5,7,8,9,11,121212B={6,10,12}L1={0}案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷SiR(Si)A(Si)R(Si)∩A(Si)S111,61S222,62S333,4,5,6,7,8,10,123S43,44,10,124S53,55,10,125S61,2,3,6,7,866S73,76,7,127S83,86,8,128S99,119,10,129S103,4,5,9,10,111010S11119,10,11,1211S123,4,5,7,8,9,11,121212L2={1,2,3,11}案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷SiR(Si)A(Si)R(Si)∩A(Si)S444,10,124S555,10,125S66,7,866S776,7,127S886,8,128S999,10,129S104,5,9,101010S124,5,7,8,9,121212L3={4,5,7,8,9}案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷SiR(Si)A(Si)R(Si)∩A(Si)S6666S10101010S12121212L4=B={6,10,12}案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S01S111S211S311S1111S4111S5111S7111S8111S9111S61111111S101111111S12111111111一二三四案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷5.解析結(jié)構(gòu)模型案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷5.解析結(jié)構(gòu)模型表面問題潛在問題原因?qū)痈訉影咐?/p>

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷6.模型分析管理人員素質(zhì)：1.對管理的地位認(rèn)識不明確、無系統(tǒng)化全過程管理思想；2.不能很好運(yùn)用現(xiàn)代管理方法和手段，無高層管理的能力和業(yè)務(wù)管理工作中的權(quán)威性。故在思想、方法、技術(shù)業(yè)務(wù)水平上影響管理職能。案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷6.模型分析管理機(jī)構(gòu)設(shè)置：1.相關(guān)管理部門職責(zé)不明確；2.管理體系不能按系統(tǒng)化全過程管理的思想建立，使管理方法手段受限；3.管理地位和權(quán)威性下降；4.協(xié)調(diào)控制能力低；5.管理信息來源與傳遞不暢和時(shí)效性、準(zhǔn)確性不高，不能及時(shí)掌握狀況、解決問題。6.模型分析管理規(guī)章制度：管理工作缺乏標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，管理范圍不明，分工不清，工作難協(xié)調(diào)，多頭管理，系統(tǒng)化全過程管理難落實(shí)。管理工作無法規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，使基礎(chǔ)管理工作混亂，管理職能作用無法正常發(fā)揮。案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷7.相應(yīng)措施人員素質(zhì)：管理者技術(shù)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高業(yè)務(wù)素質(zhì)；組織機(jī)構(gòu)：進(jìn)一步研究并進(jìn)行機(jī)構(gòu)重組，科學(xué)設(shè)置；

規(guī)章制度：健全管理規(guī)章制度，明確管理目標(biāo)職責(zé)。案例

西安飛機(jī)試飛研究院的問題診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的貢獻(xiàn)：1結(jié)構(gòu)模型可理清系統(tǒng)要素間關(guān)系，理清子系統(tǒng)劃分、層次關(guān)系、等價(jià)關(guān)系，特別適于系統(tǒng)開發(fā)初始階段。2進(jìn)行系統(tǒng)診斷，在根本層尋求對策。3結(jié)構(gòu)模型利用集合、圖、矩陣等工具為系統(tǒng)“關(guān)系學(xué)”研究提供形式化手段。小結(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型的不足：1級間出現(xiàn)反饋回路時(shí)，把與多數(shù)要素相悖的關(guān)系略去，反饋回路簡化成遞階關(guān)系。雖便于分析，但有時(shí)影響正確性。2“關(guān)系”的確定有主觀性。3實(shí)施ISM需技術(shù)專家、實(shí)際工作參與者、協(xié)調(diào)人。其中勝任協(xié)調(diào)人的人才重要又少見，也缺乏技術(shù)專家。小結(jié)主成成分分析及聚類分析033.1主成成分分析在實(shí)際問題研究中，多變量問題是經(jīng)常會遇到的。變量太多，無疑會增加分析問題的難度與復(fù)雜性。能否在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，用較少的新變量代替原來較多的舊變量，而且使這些較少的新變量盡可能多地保留原來變量所反映的信息？希望探索一種有效的解決方法，既能大大減少參與數(shù)據(jù)建模的變量個(gè)數(shù)，同時(shí)也不會造成信息的大量丟失。主成分分析正是這樣一種能夠有效降低變量維數(shù)，并已得到廣泛應(yīng)用的分析方法。1、基本思想設(shè)法將原來眾多的具有一定相關(guān)性的變量X1,X2,…,Xp（比如p個(gè)指標(biāo)），重新組合成一組較少個(gè)數(shù)的互不相關(guān)的綜合變量Fm來代替原來變量。設(shè)F1表示原變量的第一個(gè)線性組合所形成的主成分指標(biāo)，即F1=a11X1+a12X2…,+a1pXp,每一個(gè)主成分所提取的信息量可用其方差來度量，其方差Var(F1)越大，表示F1包含的信息越多。3.1主成成分分析1、基本思想常常希望第一主成分F1所含的信息量最大，因此在所有的線性組合中選取的F1應(yīng)該是X1,X2,…,Xp的所有線性組合中方差最大的，故稱F1為第一主成分。如果第一主成分不足以代表原來p個(gè)指標(biāo)的信息，再考慮選取第二個(gè)主成分指標(biāo)F2，為有效地反映原信息，F(xiàn)1已有的信息就不需要再出現(xiàn)在F2中，即F2與F1要保持獨(dú)立、不相關(guān)，即其協(xié)方差，所以F2是與F1不相關(guān)的X1,X2,…,Xp的所有線性組合中方差最大的，故稱F2為第二主成分，依此類推構(gòu)造出的F2,F2,…,Fm為原變量X1,X2,…,Xp的第一、第二、……、第m個(gè)主成分。3.1主成成分分析2、主要方法任務(wù)1)確定各主成分Fi(i=1,2,…,m)關(guān)于原變量Xj(j=1,2,…,p)的表達(dá)式，即系數(shù)aij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,p)。2)計(jì)算主成分載荷，主成分載荷是反映主成分Fi與原變量Xj之間的相互關(guān)聯(lián)程度：3.1主成成分分析3、具體分析步驟1）計(jì)算協(xié)方差矩陣，其中2)求出特征值及相應(yīng)的正交化單位特征向量：協(xié)方差矩陣前m個(gè)較大的特征值,就是前m個(gè)主成分對應(yīng)的方差，對應(yīng)的單位特征向量就是主成分的關(guān)于原變量的系數(shù)，則原變量的第i個(gè)主成分為：3.1主成成分分析3、具體分析步驟3）選擇主成分。最終要選擇幾個(gè)主成分，即中m的確定是通過方差（信息）累計(jì)貢獻(xiàn)率來確定4)計(jì)算主成分載荷。主成分載荷是反映主成分與原變量之間的相互關(guān)聯(lián)程度，原來變量在諸主成分上的荷載：5)計(jì)算主成分得分3.1主成成分分析3.2聚類分析方法

聚類分析作為數(shù)據(jù)挖掘中重要的分析方法，在客戶細(xì)分、文本歸類、結(jié)構(gòu)分組和行為跟蹤等問題中被廣泛應(yīng)用，成為大數(shù)據(jù)分析方法中一個(gè)重要分支。3.2聚類分析方法1、基本思想聚類分析（clusteranalysis）又稱為集群分析，是將一批樣本或變量按照它們在性質(zhì)上的相似、疏遠(yuǎn)程度進(jìn)行科學(xué)分類的一種多元統(tǒng)計(jì)方法。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，計(jì)算各觀察個(gè)體或變量之間親疏關(guān)系的統(tǒng)計(jì)量。根據(jù)某種準(zhǔn)則使同一類內(nèi)的差別較小，而類與類之間的差別較大，最終將觀察個(gè)體或變量分為若干類。Q型聚類R型聚類樣本的函數(shù)，不含總體分布的任何未知參數(shù)

3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法4、分析步驟（1）確定待分類的樣本指標(biāo)。（2）收集數(shù)據(jù)。（3）對數(shù)據(jù)進(jìn)行變換處理，消除量綱對數(shù)據(jù)的影響。（4）使各樣本自成一類，計(jì)算各樣本點(diǎn)之間的距離，并將距離最近的兩個(gè)樣本點(diǎn)并成一類。（5）選擇并計(jì)算類與類之間的距離，并將距離最近的兩類合并，重復(fù)上面的做法直至所有樣本點(diǎn)歸為所需類數(shù)為止。（6）最后繪制聚類圖，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)或不同的分類原則，得出不同的分類結(jié)果。3.2聚類分析方法例：為了研究2001年我國部分地區(qū)工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的分布規(guī)律，需要根據(jù)調(diào)查資料進(jìn)行類型劃分，調(diào)查多的數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果如表所示，請利用最長距離法進(jìn)行聚類分析。3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法

3.2聚類分析方法狀態(tài)空間模型04狀態(tài)空間分析法狀態(tài)空間分析法是現(xiàn)代控制理論進(jìn)行描述、分析和設(shè)計(jì)的工具，是現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)和標(biāo)志，而這一切都是建立在系統(tǒng)狀態(tài)這一概念上的。4.1基本概念系統(tǒng)狀態(tài)（states）：表征動態(tài)系統(tǒng)運(yùn)動（發(fā)展、變化，即動態(tài)行為）的信息。4.1基本概念根據(jù)牛頓定律：狀態(tài)變量確定系統(tǒng)狀態(tài)的一組數(shù)目最少的獨(dú)立變量。4.1基本概念狀態(tài)向量：任一組狀態(tài)變量的列向量表示。狀態(tài)向量每種取值稱系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)空間：以狀態(tài)向量的每個(gè)分量為坐標(biāo)軸構(gòu)成的空間，即狀態(tài)向量的取值空間。4.1基本概念給定初速度v(t0)初始位移x(t0)從t=t0時(shí)刻開始的輸入量F(t)可以唯一確定物體M在任意時(shí)刻的位移和速度狀態(tài)向量4.1基本概念狀態(tài)空間分析法在狀態(tài)空間中，以系統(tǒng)的狀態(tài)變量或狀態(tài)向量來描述系統(tǒng)、揭示系統(tǒng)狀態(tài)之間的相互聯(lián)系，并進(jìn)行分析設(shè)計(jì)的方法。用狀態(tài)空間分析法，可列出反映系統(tǒng)動態(tài)變化特性的狀態(tài)空間表達(dá)式。這種表達(dá)式是遞推式，可用于預(yù)測系統(tǒng)未來狀態(tài)。4.1基本概念揭示系統(tǒng)運(yùn)動和變化的規(guī)律與機(jī)制反映系統(tǒng)各因素和變量之間的相互聯(lián)系把系統(tǒng)的發(fā)展、變化同系統(tǒng)的控制變量（輸入）聯(lián)系起來，建立一種因果關(guān)系用于系統(tǒng)狀態(tài)的預(yù)測狀態(tài)空間分析預(yù)測4.1基本概念狀態(tài)空間分析法狀態(tài)空間分析的建模一般所需數(shù)據(jù)信息較多，建立模型結(jié)構(gòu)的難度也較大。有關(guān)狀態(tài)空間分析法的詳細(xì)內(nèi)容請參見現(xiàn)代控制理論的文獻(xiàn)。典型的離散時(shí)間狀態(tài)空間模型——人口模型。4.1基本概念1979年宋健等人建立中國人口模型。1987年《人口系統(tǒng)定量研究》課題獲國家科技進(jìn)步一等獎。參見：宋健等，人口發(fā)展過程的預(yù)測，中國科學(xué)雜志，1980.9第9期宋健，于景元.《人口控制論》，科學(xué)出版社，1985軟科學(xué)研究獲此殊榮的第一個(gè)課題。它突破了不能用自然科學(xué)方法研究社會問題的思想束縛，是應(yīng)用SE方法輔助黨和政府戰(zhàn)略決策取得巨大成功的一個(gè)范例。4.2人口模型人口問題是重大問題。中國人口增長（1978-2014）GDP人口中國9.2413.6美國16.83.15歐盟17.3652013年GDP和人口數(shù)據(jù)單位：GDP：萬億美元，人口：億4.2人口模型人口系統(tǒng)的狀態(tài)變量：xi(t)——t年度人口系統(tǒng)內(nèi)年滿i歲但不足i＋1歲的人數(shù)，i=1,2,…,m，m是系統(tǒng)中人口能活到的最大年齡人口系統(tǒng)的狀態(tài)向量：4.2人口模型死亡人口動態(tài)變化生育隨機(jī)擾動引起人口系統(tǒng)狀態(tài)變化的三個(gè)基本要素戰(zhàn)爭疾病災(zāi)荒遷移4.2人口模型年齡過程4.2人口模型生育過程4.2人口模型人口系統(tǒng)動態(tài)過程4.2人口模型人口系統(tǒng)動態(tài)過程4.2人口模型年齡過程模型xi(t)：t年度i足歲人口數(shù)

i(t)：t年度(t年度至t+1年度)i歲人口按齡死亡率

i(t)：1-

i(t)fi(t)：t年度（t年度至t+1年度）i歲人口隨機(jī)凈增長量4.2人口模型年齡過程模型即4.2人口模型年齡過程模型矩陣形式4.2人口模型

r1：系統(tǒng)內(nèi)婦女最低生育年齡；r2：最高生育年齡

j(t)：t年度j歲婦女生育的嬰兒總數(shù)，j=r1,…,r2(t)：t年度生育的嬰兒總數(shù)

00(t)：t年度嬰兒死亡率η00(t)：1-00(t)bj：按齡增生率j=r1,…,r2生育過程生育過程生育過程模型4.2人口模型人口動態(tài)模型4.2人口模型

bi（按齡增生率）反映某年齡段婦女生育總量，需要統(tǒng)計(jì)或預(yù)測；在進(jìn)行人口分析時(shí)需要考慮以下因素：ABCDA.各年齡段婦女比例B.各年齡段生育能力C.單個(gè)家庭生育數(shù)量D.生育模式或生育政策4.2人口模型1998年中國城鄉(xiāng)婦女生育率年齡分布4.2人口模型利用以上模型可以進(jìn)行以下問題研究：死亡率變化的影響。人口擾動的影響。利用人口遷移達(dá)到一定的人口目標(biāo)，如新城市建設(shè)將會遷入大量人口，可以用來研究遷入或遷出對人口數(shù)量、質(zhì)量的影響。計(jì)劃生育的影響。胎數(shù)，胎數(shù)上升導(dǎo)致人口上升（可能會使人口結(jié)構(gòu)趨于年輕化）；胎數(shù)下降導(dǎo)致人口下降（可能會使人口結(jié)構(gòu)趨于老齡化）。系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動力學(xué)05系統(tǒng)仿真仿真就是利用模型對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過程。系統(tǒng)仿真是指通過建立和運(yùn)行系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，來模仿實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及其隨時(shí)間變化的規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)的全過程。4.1概述是一種數(shù)值方法，是一種對系統(tǒng)問題求數(shù)值解的計(jì)算技術(shù)。是一種實(shí)驗(yàn)手段，但它區(qū)別于普通實(shí)驗(yàn)。電子計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)仿真的主要工具。系統(tǒng)仿真實(shí)質(zhì)是對系統(tǒng)狀態(tài)在時(shí)間序列中的動態(tài)描述。4.1概述分類原則模型種類1按按模型的性質(zhì)物理仿真（實(shí)物仿真）、數(shù)學(xué)仿真（計(jì)算機(jī)仿真）和數(shù)學(xué)物理混合仿真（半實(shí)物仿真）2按數(shù)學(xué)模型的時(shí)間集合和狀態(tài)變量特性連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真和連續(xù)—離散事件混合系統(tǒng)仿真3按仿真時(shí)間尺度和自然時(shí)間尺度之間的關(guān)系實(shí)時(shí)仿真、超實(shí)時(shí)仿真和亞實(shí)時(shí)仿真4.1概述4.1概述系統(tǒng)仿真的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型和量化分析模型，并將其轉(zhuǎn)化為適合在計(jì)算機(jī)上編程的仿真模型，然后對模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。由于連續(xù)系統(tǒng)和離散（事件）系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有很大差別，所以系統(tǒng)仿真方法基本上分為兩大類，即連續(xù)系統(tǒng)仿真方法和離散系統(tǒng)仿真方法。連續(xù)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)離散系統(tǒng)仿真系統(tǒng)是指系統(tǒng)中的狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)地變化的系統(tǒng)。由于連續(xù)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型主要描述每一實(shí)體的變化速率，故數(shù)學(xué)模型通常是由微分方程組成的。是指系統(tǒng)狀態(tài)變量只在一些離散的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化的系統(tǒng)。描述這類系統(tǒng)的模型一般不是一組數(shù)學(xué)表達(dá)式，而是一副表示數(shù)量關(guān)系和邏輯關(guān)系的流程圖。4.1概述系統(tǒng)仿真建模的一般主要過程步驟有：問題闡述，系統(tǒng)分析與描述，建立數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)數(shù)據(jù)搜集，建立仿真模型，模型確認(rèn)、驗(yàn)證和認(rèn)定，仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，仿真運(yùn)行和仿真結(jié)果分析。其通常可歸納為三個(gè)階段：①模型建立階段。根據(jù)研究目的、系統(tǒng)原理和系統(tǒng)數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)模型。②模型變換階段。根據(jù)模型形式和仿真目的，將模型轉(zhuǎn)換成適合計(jì)算機(jī)處理的代碼。③模型實(shí)驗(yàn)階段。該階段設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)方案、控制模型運(yùn)行、觀察實(shí)驗(yàn)過程、整理和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4.2系統(tǒng)動力學(xué)原理系統(tǒng)動力學(xué)（SystemDynamics，SD），是由美國麻省理工學(xué)院（MIT）的福瑞斯特（J.W．Forrester）教授創(chuàng)造，一門以控制論、信息論、決策論等有關(guān)理論為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為手段，定量研究非線性、高階次、多重反饋復(fù)雜系統(tǒng)的學(xué)科。4.2系統(tǒng)動力學(xué)原理系統(tǒng)動力學(xué)是一門基于系統(tǒng)內(nèi)部變量的因果關(guān)系，通過建模仿真方法，全面動態(tài)研究系統(tǒng)問題的學(xué)科，它具有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)動力學(xué)能夠研究工業(yè)、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)等多學(xué)科系統(tǒng)問題。系統(tǒng)動力學(xué)模型是一種因果關(guān)系機(jī)理性模型，它強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)與環(huán)境相互聯(lián)系、相互作用；它的行為模式與特性主要由系統(tǒng)內(nèi)部的動態(tài)結(jié)構(gòu)和反饋機(jī)制所決定，不受外界因素干擾。系統(tǒng)動力學(xué)模型是一種結(jié)構(gòu)模型，不需要提供特別精確的參數(shù)，著重于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為的研究。4.2系統(tǒng)動力學(xué)原理系統(tǒng)動力學(xué)是一門基于系統(tǒng)內(nèi)部變量的因