1、第二章 系統(tǒng)分析,2.1 系統(tǒng)分析的概念 2.2系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容 2.3系統(tǒng)目標(biāo)分析 2.4系統(tǒng)環(huán)境分析 2.5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 2.6系統(tǒng)建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),概念： 系統(tǒng)分析（SA）是在對(duì)系統(tǒng)問題現(xiàn)狀及目標(biāo)充分挖掘的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建模及預(yù)測、優(yōu)化、仿真、評(píng)價(jià)等方法，對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)方面進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的分析，為決策者選擇滿意的系統(tǒng)方案提供決策依據(jù)的分析研究過程。 SA是SE（系統(tǒng)工程）的核心內(nèi)容、分析過程和基本方法。,第一節(jié) 系統(tǒng)分析的概念, 問題 目的及目標(biāo) 方案 模型（結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、仿真） 評(píng)價(jià) 決策者,SA要素：,2.1 系統(tǒng)分析的概念,2.1 系統(tǒng)分析的概念,2.1 系統(tǒng)分析的概念,（1）堅(jiān)

2、持問題導(dǎo)向 （2）以整體為目標(biāo) （3）多方案模型分析和選優(yōu) （4）定量分析與定性分析相結(jié)合 （5）多次反復(fù)進(jìn)行,2.1 系統(tǒng)分析的概念,第2節(jié) 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,系統(tǒng)分析的一般過程,1,系統(tǒng)分析的主要活動(dòng)內(nèi)容,2,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,五個(gè)環(huán)節(jié)，兩個(gè)注意：反復(fù)和交流,系統(tǒng)分析過程的邏輯結(jié)構(gòu),一闡明問題階段工作內(nèi)容： 本身就是一個(gè)小規(guī)模的系統(tǒng)工程，要在某種程度上研究目標(biāo)結(jié)構(gòu)、價(jià)值觀念、約束條件、備選方案、后果及相關(guān)人員的反應(yīng)。 1、問題剖析 包括兩部分：問題性質(zhì)和問題條件。 （ 5W1H：What, Why, When, Where, Who, How ） 檢視 利益相關(guān)者,2.2

3、系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,2、階段結(jié)果報(bào)告 包括：問題的由來和背景；重要性；可能采取行動(dòng)的組織和個(gè)人；利益相關(guān)者的組織和人員；目標(biāo)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、約束條件、備選方案的初步描述、建議等、 1）目標(biāo)：應(yīng)幫助決策者達(dá)到真正的目標(biāo)并找出適當(dāng)?shù)耐緩?2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,2）評(píng)價(jià)指標(biāo) 衡量決策者對(duì)方案后果的滿意程度，需要確定一組指標(biāo)。 也是綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。 盡量量化，如醫(yī)療狀況，用嬰兒死亡率、預(yù)期壽命做指標(biāo)。 輸入不宜做指標(biāo)，垃圾清理系統(tǒng)的用戶繳納的清潔費(fèi)。,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,3）約束條件 約束條件是對(duì)備選方案、后果和目標(biāo)的限制。 資源、技術(shù)、環(huán)境、時(shí)間、法律、制度,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和

4、內(nèi)容,二謀劃（提出）備選方案 都江堰，秦太守李冰父子，“魚嘴”分水工程，“飛沙堰”分洪 排沙工程，“寶瓶口”引水工程，120個(gè)附屬渠堰。,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,阿拉斯加原油輸送方案的系統(tǒng)分析 普拉德霍灣油田美國本土 任務(wù)：每天運(yùn)送200萬桶 環(huán)境：油田處于北極圈內(nèi)，海灣長年處于冰封階段；陸地長年冰凍，最低氣溫達(dá)零下50C。,三建模和預(yù)計(jì)后果 建模從直覺到科學(xué)的分析。 1、分析模型：分析模型通常用數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)變量之間的關(guān)系。如運(yùn)籌學(xué)模型。 2、仿真模型：通過一系列“偽試驗(yàn)”（一般用計(jì)算機(jī)），來預(yù)測結(jié)果。 蒙特卡洛仿真 圣吉的微世界模型 物流和交通仿真,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,3、

5、博弈模型 又叫對(duì)策論，在人類的互動(dòng)行為中，結(jié)局依賴于兩個(gè)或更多的人們所采取的交互式的戰(zhàn)略。 如沖突分析 4、判斷模型 軟系統(tǒng)方法，會(huì)議法，Delphi法等,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,四預(yù)測未來環(huán)境 環(huán)境是決策人無法控制的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和技術(shù)的未來狀態(tài)。 1、離開未來實(shí)施環(huán)境去談方案后果是沒有實(shí)際意義的。系統(tǒng)工程者向決策人后果信息只能這樣表述：在某種環(huán)境下采取某種行動(dòng)將會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果。 2、行動(dòng)方案從決策到實(shí)施有一段時(shí)間間隔，而未來狀態(tài)是不確定的，不確定是系統(tǒng)工程全過程的一個(gè)基本特點(diǎn)。,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,五評(píng)比備選方案 對(duì)備選方案排出優(yōu)先持續(xù)。方案評(píng)價(jià)是復(fù)雜的。 或?qū)溥x方案和

6、情景列于同一表格或圖表，如蘭德公司在為荷蘭三角灣防洪這項(xiàng)巨大工程所進(jìn)行的系統(tǒng)分析中，就將四種備選方案（建封閉水壩、建防風(fēng)浪水壩、修堤防和維持現(xiàn)狀）在投資、經(jīng)常費(fèi)用、安全、生態(tài)、漁業(yè)、運(yùn)輸、旅游、國民經(jīng)濟(jì)及區(qū)域經(jīng)濟(jì)等方面的后果指標(biāo)值用不同顏色標(biāo)志登記在同一記分表格中，供決策者比較判斷。 在很大程度上，系統(tǒng)工程是決策支持，而非直接給出決策結(jié)果，涉及價(jià)值觀和效用函數(shù)。,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,六系統(tǒng)工程分析報(bào)告 包括三部分： 1、簡略報(bào)告，要點(diǎn)、依據(jù)、結(jié)論和行動(dòng)方案的建議，提供給決策者。 2、主體報(bào)告，用非技術(shù)語言描述整個(gè)分析過程，包括背景分析、問題的闡明、分析的依據(jù)和設(shè)想、方案的篩選、分析過

7、程的關(guān)鍵問題、結(jié)論，提供給主管或?qū)嵤╉?xiàng)目的有關(guān)決策者和管理人員。 3、技術(shù)報(bào)告，包括分析過程的技術(shù)內(nèi)容、數(shù)學(xué)模型、計(jì)算機(jī)程序及使用說明等，提供給審查分析報(bào)告的專家閱讀。 寫作順序一般為技術(shù)報(bào)告、主體報(bào)告到簡報(bào)。 還可能需要講解材料和答辯。,2.2 系統(tǒng)分析的步驟和內(nèi)容,目標(biāo)分析的主要內(nèi)容有： 論證系統(tǒng)總目標(biāo)的合理性、可行性和經(jīng)濟(jì)性，并確定建立系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值； 當(dāng)系統(tǒng)總目標(biāo)比較概括時(shí)，需要分解為各級(jí)分目標(biāo)，建立目標(biāo)系統(tǒng)（或目標(biāo)集）以便逐項(xiàng)落實(shí)與保證總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；可以采用目標(biāo)手段系統(tǒng)圖（見下圖） 目標(biāo)分解過程有深度和寬度問題。寬度問題是指一個(gè)總目標(biāo)該用幾個(gè)子目標(biāo)來衡量，子目標(biāo)的增多雖然能使目標(biāo)

8、描述更為完整細(xì)致，但同時(shí)也增加了決策的難度；深度問題是指目標(biāo)層次數(shù)，這主要依賴于用這些層次來做什么和是否便于對(duì)各層次引入效用和屬性，從而對(duì)子目標(biāo)進(jìn)行度量來決定。,第三節(jié) 系統(tǒng)目標(biāo)分析,目標(biāo)手段分析法 目標(biāo)手段分析法就是將要達(dá)到的目標(biāo)和所需要的手段按照系統(tǒng)展開，一級(jí)手段等于二級(jí)目標(biāo)，二級(jí)手段等于三級(jí)目標(biāo)，依次類推，便產(chǎn)生了層次分明、相互聯(lián)系又逐漸具體化的分層目標(biāo)系統(tǒng)。 在分解過程中，要注意使分解的分目標(biāo)與總目標(biāo)保持一致，分目標(biāo)的集合一定要保證總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),2.3 系統(tǒng)目標(biāo)分析,2.3 系統(tǒng)目標(biāo)分析,1. 環(huán)境分析的意義 了解系統(tǒng)所處環(huán)境是解決問題的第一步。環(huán)境給出了系統(tǒng)的外部約束條件，系統(tǒng)分析的

9、資料要取自環(huán)境，一旦環(huán)境發(fā)生變換，將引出新的系統(tǒng)分析課題。 2環(huán)境因素的分類 系統(tǒng)的環(huán)境一般可以分為三個(gè)方面：自然地理環(huán)境、科學(xué)技術(shù)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境。 3環(huán)境分析的主要內(nèi)容是： 確定系統(tǒng)與環(huán)境的邊界 摸清環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響程度，包括找出相關(guān)的環(huán)境因素集，確定各環(huán)境因素的影響范圍、程度和各因素間的相關(guān)程度，并在方案分析中予以考慮，分清主次。,第四節(jié) 系統(tǒng)環(huán)境分析,4.未來環(huán)境預(yù)測 未來環(huán)境預(yù)測是根據(jù)所掌握的信息和數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境因素的發(fā)展變化，對(duì)系統(tǒng)壽命周期內(nèi)未來環(huán)境的可能狀態(tài)以及對(duì)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的后果進(jìn)行估計(jì)。 情景分析法是未來環(huán)境預(yù)測常用的一種方法。 情景分析法對(duì)于每種方案都確定幾組未來實(shí)施環(huán)境的特

10、征和條件。如對(duì)市場：好、持平、差。一般需要給出每種情景的可能性，好：30；持平：40；差30，比較方案的期望后果。,2.4 系統(tǒng)環(huán)境分析,1.概念 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)保持整體性和使系統(tǒng)具備必要的整體功能的內(nèi)部依據(jù)，它反映系統(tǒng)內(nèi)部元素之間的相互聯(lián)系、相互作用的形式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析就是系統(tǒng)組成元素集，元素之間的相互關(guān)系集以及它們?cè)趯哟畏植忌系淖顑?yōu)組合，并使系統(tǒng)得到最優(yōu)的或滿意的系統(tǒng)輸出。 2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的因果關(guān)系圖方法 因果關(guān)系：因果關(guān)系是表示兩個(gè)因素（變量）之 間的關(guān)系。它構(gòu)成所研究的系統(tǒng)內(nèi)部各因素之間的影響機(jī)制。因果分析，首先從系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)際運(yùn)行機(jī)制出發(fā)，找出系統(tǒng)要素，畫出因果關(guān)系圖。,第五節(jié) 系統(tǒng)

11、結(jié)構(gòu)分析,因果鏈極性：每條因果鏈都具有極性，或者為正(+)或者為負(fù) （-）。極性是指當(dāng)箭尾端變量變化時(shí)，箭頭端變量會(huì)如何變化。極性為正是指兩個(gè)變量的變化趨勢(shì)相同，極性為負(fù)指兩個(gè)變量的變化趨勢(shì)相反。,2.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析,3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的主要內(nèi)容 系統(tǒng)要素集的確定。 相關(guān)關(guān)系分析。對(duì)于復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，常 可將其簡化為二元或多元關(guān)系。 首先要根據(jù)分目標(biāo)的要求明確系統(tǒng)要素間必須存在或不應(yīng)存在的關(guān)系； 其次了解二元關(guān)系的性質(zhì)及其變化對(duì)系統(tǒng)分目標(biāo)或總目標(biāo)的影響，即相關(guān)性的靈敏度； 最后按照需要加以綜合。相關(guān)關(guān)系分析具體內(nèi)容見第3章。,2.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析, 系統(tǒng)的層次性（階層性）分析。主要解決系統(tǒng)分層

12、和各層規(guī)模的合理性問題?？蓮膬蓚€(gè)方面考慮：一是傳遞物質(zhì)、能量和信息的效率、費(fèi)用和質(zhì)量；二是功能單元的合理結(jié)合與歸屬。 系統(tǒng)整體性分析。綜合上述分析成果，從整體最優(yōu)上進(jìn)行概括和協(xié)調(diào)，著重解決三個(gè)問題： 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，用以衡量和分析系統(tǒng)的整體結(jié)合效果； 建立反映系統(tǒng)的集合性、相關(guān)性、階層性等特定的結(jié)合模型； 建立結(jié)合模型的優(yōu)選程序。,2.5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析,1.模型的概念 一切客觀存在的事物及其運(yùn)動(dòng)形態(tài)統(tǒng)稱為實(shí)體，模型是對(duì)實(shí)體的特征及其變化規(guī)律的一種抽象或者表征，而且往往是對(duì)實(shí)體中那些所要研究的特定的特征的抽象。 模型是把對(duì)象實(shí)體通過適當(dāng)?shù)倪^濾，用適當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)規(guī)則描繪的簡潔的模仿品。 模型建立是以

13、模型與原型之間的相似性為基礎(chǔ)的，這里的相似可以是外表的相似，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相似或僅為功能的相似。 模型可以是定量的，也可以是定性的，或是兩者的結(jié)合模型,第六節(jié) 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),2 系統(tǒng)模型的特征 它是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象或模仿； 它是由反映系統(tǒng)本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu)成； 它集中體現(xiàn)這些主要因素之間的關(guān)系。 3模型的分類 實(shí)體模型和抽象模型兩大類 實(shí)體模型：實(shí)物模型（如城市規(guī)劃模型、作戰(zhàn)沙盤等）和模擬模型（地圖、電路圖、電路模擬機(jī)械運(yùn)動(dòng)） 抽象模型：也稱為符號(hào)模型，模型中豐富多彩的部分，包括數(shù)學(xué)模型、結(jié)構(gòu)模型、仿真模型,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),4 建模的原則 （1

14、）現(xiàn)實(shí)性：把本質(zhì)的東西和關(guān)系反映進(jìn)去，非本質(zhì)的東西去掉，而又不影響反映現(xiàn)實(shí)的真實(shí)程度。 （2）簡明性：模型既要精確，又要簡明。 （3）適應(yīng)性：在運(yùn)算分析方面、適應(yīng)問題的變化、操作方面等具有適應(yīng)性。 （4）完整性 （5）規(guī)范性：盡量借鑒標(biāo)準(zhǔn)形式。 一般處理原則：力求達(dá)到真實(shí)性，在真實(shí)的基礎(chǔ)上達(dá)到簡明性，最后盡可能達(dá)到適應(yīng)性要求。,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),5 系統(tǒng)建模方法與步驟 （1） 系統(tǒng)建模方法 1)推理法“白箱”系統(tǒng) 常用的三種數(shù)學(xué)模型為： 微分方程，建立的主要方法是機(jī)理分析法（演繹法） 傳遞函數(shù)，建立系統(tǒng)傳遞函數(shù)的主要方法是拉氏變換法 狀態(tài)空間模型，系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型可以在演繹法的基

15、礎(chǔ)上，通過適當(dāng)選取系統(tǒng)的狀態(tài)變量來建立 2)辨識(shí)法（實(shí)驗(yàn)法）“黑箱”或“灰箱”系統(tǒng)，允許做實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)的方法測量其輸入和輸出，然后按照一定的辨識(shí)方法，建立系統(tǒng)模型,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),3)統(tǒng)計(jì)分析法對(duì)于那些屬于“黑箱”，但又不允許直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察的系統(tǒng) 4)模擬法通過建立計(jì)算機(jī)仿真模型，來模擬實(shí)際系統(tǒng)的行為。例如系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型Vensim軟件等 5)混合法大部分系統(tǒng)模型的建造往往是上述幾種方法綜合運(yùn)用的結(jié)果 對(duì)信息已知的部分采用演繹法； 對(duì)信息未知的部分采用歸納法，或者根據(jù)已知的物理和結(jié)構(gòu)特性建立某種程度的數(shù)學(xué)模型 利用經(jīng)過統(tǒng)計(jì)處理的輸入輸出數(shù)據(jù)來修正模型,2.6 系統(tǒng)的建模

16、與系統(tǒng)評(píng)價(jià),6.系統(tǒng)評(píng)價(jià)與模型的優(yōu)化 系統(tǒng)評(píng)價(jià)對(duì)系統(tǒng)開發(fā)提供的各種可行方案，從社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的觀點(diǎn)予以綜合考察，全面權(quán)衡利弊得失，從而為系統(tǒng)決策選擇最優(yōu)方案提供科學(xué)的依據(jù)。,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),系統(tǒng)評(píng)價(jià)的原則 1保證評(píng)價(jià)的客觀性。評(píng)價(jià)是決策的前提，評(píng)價(jià)的質(zhì)量影響著決策的正確性。因此，必須注意評(píng)價(jià)資料的全面性和可靠性，同時(shí)要防止評(píng)價(jià)人員的傾向性，注意評(píng)價(jià)人員的代表性和各類專家的組成。 2保證方案的可比性。替代方案在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能上要有可比性和一致性，評(píng)價(jià)指標(biāo)也應(yīng)基本相同。 3評(píng)價(jià)指標(biāo)要成體系。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能全面反映被評(píng)價(jià)問題的主要方面，在基本能滿足評(píng)價(jià)要求和給出決策所需信息的

17、前提下，應(yīng)盡量減少指標(biāo)個(gè)數(shù)，在可能的情況下，盡量定量化，以減少評(píng)價(jià)過程中的主觀性和片面性。 4評(píng)價(jià)方法和手段的綜合性。系統(tǒng)評(píng)價(jià)要對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)側(cè)面，運(yùn)用多種方法和工具進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮各種方法和手段的綜合優(yōu)勢(shì)，為系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)提供全面分析的手段。,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),常用的系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量化方法主要有：排隊(duì)打分法、體操計(jì)分法、專家評(píng)分法、兩兩比較法、連環(huán)比率法等。 1. 排隊(duì)打分法 如果指標(biāo)（例如汽車的時(shí)速、油耗，工廠的產(chǎn)值、利潤、能耗等等）已有明確的數(shù)量表示，就可以采用排隊(duì)打分法。 設(shè)有m種方案，則可采取m級(jí)記分制：最優(yōu)者記m分，最劣者記1分，中間各方案可以等步長記分（步長為

18、1分），也可以不等步長記分，靈活掌握；或者各項(xiàng)指標(biāo)均采用10分制，最優(yōu)者滿分為10分,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),2、體操計(jì)分法 體育比賽中許多計(jì)分方法也可以用到系統(tǒng)評(píng)價(jià)工作中來。例如，體操計(jì)分法是請(qǐng)6位裁判員各自獨(dú)立地對(duì)表演者按10分制評(píng)分，然后舍去最高分和最低分，將中間的4個(gè)分?jǐn)?shù)取平均，就得到表演者最后的得分?jǐn)?shù)。,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),3、專家評(píng)分法 這是一種利用專家經(jīng)驗(yàn)的感覺評(píng)分法。例如，要對(duì)多臺(tái)設(shè)備操作性進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以請(qǐng)若干專家，即有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)際操作者來試車，專家們根據(jù)主觀感覺和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)每臺(tái)設(shè)備按一定的記分制來打分，再將每臺(tái)設(shè)備的得分相加，最后將和數(shù)除以操作者的人數(shù)，就得到了各臺(tái)設(shè)備的得分?jǐn)?shù)。,2.6 系統(tǒng)的建模與系統(tǒng)評(píng)價(jià),4 連環(huán)比率法 連環(huán)比率法是一種確定得分系數(shù)或加權(quán)系數(shù)的方法，用表來說明。,此方法可分成以下三個(gè)步驟進(jìn)行: 1）填寫暫定分