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工业系统工程工业系统工程你现在浏览的是第一页，共45页(一一)结构分析的概念和意义结构分析的概念和意义 任何系统都是由两个以上有机联系、相互作用的任何系统都是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成的，具有特定功能与结构的整体。结构即组要素所组成的，具有特定功能与结构的整体。结构即组成系统诸要素之间相互关联的方式。包括现代企业在内成系统诸要素之间相互关联的方式。包括现代企业在内的大规模复杂系统具有要素及其层次众多、结构复杂和的大规模复杂系统具有要素及其层次众多、结构复杂和社会性突出等特点。在研究和解决这类系统问题时，往社会性突出等特点。在研究和解决这类系统问题时，往往要通过建立系统的结构模型，进行系统的结构分析，往要通过建立系统的结构模型，进行系统的结构分析，以求得对问题全面和本质的认识。以求得对问题全面和本质的认识。系统结构模型化基础系统结构模型化基础你现在浏览的是第二页，共45页 结构模型是定性表示系统构成要素以及它们之间存在着的结构模型是定性表示系统构成要素以及它们之间存在着的本质上相互依赖、相互制约和关联情况的模型。结构模型化即本质上相互依赖、相互制约和关联情况的模型。结构模型化即建立系统结构模型的过程。该过程注重表现系统要素之间相互建立系统结构模型的过程。该过程注重表现系统要素之间相互作用的性质，是系统认识、准确把握复杂问题，并对问题建立作用的性质，是系统认识、准确把握复杂问题，并对问题建立数学模型、进行定量分析的基础。阶层性是大规模复杂系统的数学模型、进行定量分析的基础。阶层性是大规模复杂系统的基本特性，在结构模型化过程中，对递阶结构的研究是一项重基本特性，在结构模型化过程中，对递阶结构的研究是一项重要工作。要工作。你现在浏览的是第三页，共45页 结构分析是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。结构分析是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。其具体内容包括：对系统目的其具体内容包括：对系统目的-功能的认识；系统构成要素的选功能的认识；系统构成要素的选取；对要素间的联系及其层次关系的分析；系统整体结构的确取；对要素间的联系及其层次关系的分析；系统整体结构的确定及其解释。系统结构模型化是结构分析的基本内容。定及其解释。系统结构模型化是结构分析的基本内容。结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化分析、结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化分析、设计与管理的基础。尤其是在分析与解决社会经济系统设计与管理的基础。尤其是在分析与解决社会经济系统问题时，对系统结构的正确认识与描述更具有数学模型问题时，对系统结构的正确认识与描述更具有数学模型和定量分析所无法替代的作用。和定量分析所无法替代的作用。你现在浏览的是第四页，共45页(二二)系统结构的基本表达方式系统结构的基本表达方式 系统的要素及其关系形成系统的特定系统的要素及其关系形成系统的特定结构。在通常情况下，可采用集合、有向结构。在通常情况下，可采用集合、有向图和矩阵等三种相互对应的方式来表达系图和矩阵等三种相互对应的方式来表达系统的某种结构。统的某种结构。你现在浏览的是第五页，共45页1、系统结构的集合表达、系统结构的集合表达 设系统由设系统由n(n2)个要素个要素(S1，S2，Sn)所组成，其集合为所组成，其集合为S，则有：，则有：S=S1，S2，Sn 系统的诸多要素有机地联系在一起，并且一般都是以系统的诸多要素有机地联系在一起，并且一般都是以两个要素之间的二元关系为基础。所谓二元关系是根据系两个要素之间的二元关系为基础。所谓二元关系是根据系统的性质和研究的目的所约定的一种需要讨论的、存在于统的性质和研究的目的所约定的一种需要讨论的、存在于系统中的两个要素系统中的两个要素(Si、Sj)之间的关系之间的关系Rij(简记为简记为R)。通常有。通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种可以比较影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种可以比较的关系的关系(如大小、先后、轻重、优劣等如大小、先后、轻重、优劣等)。你现在浏览的是第六页，共45页2、系统结构的有向图表达、系统结构的有向图表达 6374512你现在浏览的是第七页，共45页3、系统结构的矩阵表达、系统结构的矩阵表达 (1)邻接矩阵邻接矩阵 邻接矩阵邻接矩阵(A)是表示系统要素间基本二是表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况的方阵。元关系或直接联系情况的方阵。若若A=(aij)nn，则其定义式为：，则其定义式为：aij=1 Si对对Sj有某种二元关系有某种二元关系 aij=0 Si对对Sj没有某种二元关系没有某种二元关系 你现在浏览的是第八页，共45页A=S1S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7S2S3S4S5S6S7你现在浏览的是第九页，共45页 (2)可达矩阵可达矩阵 若在要素若在要素Si和和Sj间存在着某种传递性二元关系，或在有间存在着某种传递性二元关系，或在有向图上存在着由节点向图上存在着由节点i至至j的有向通路时，称的有向通路时，称Si是可以到达是可以到达Sj的，或者说的，或者说Sj是是Si可以到达的。所谓可达矩阵可以到达的。所谓可达矩阵(M)，就是，就是表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图上两个表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图上两个节点之间通过任意长的路径可以到达情况的方阵。节点之间通过任意长的路径可以到达情况的方阵。(A+I)(A+I)2(A+I)3(A+I)r-1 (A+I)r=(A+I)r+1=(A+I)n=M你现在浏览的是第十页，共45页二、解释结构模型法（二、解释结构模型法（ISM）的原理及应用）的原理及应用 系统结构模型化技术是以各种创造性技术为基础的系统结构模型化技术是以各种创造性技术为基础的系统整体结构的决定技术。它们通过探寻系统构成要素、系统整体结构的决定技术。它们通过探寻系统构成要素、定义要素间关联的意义、给出要素间以二元关系为基础定义要素间关联的意义、给出要素间以二元关系为基础的具体关系，并且将其整理成图、矩阵等较为直观、易的具体关系，并且将其整理成图、矩阵等较为直观、易于理解和便于处理的形式，逐步建立起复杂系统的结构于理解和便于处理的形式，逐步建立起复杂系统的结构模型。常用的系统结构模型化技术有：关联树法、解释模型。常用的系统结构模型化技术有：关联树法、解释结构模型化技术、系统动力学结构模型化技术等，其中结构模型化技术、系统动力学结构模型化技术等，其中解释结构模型化解释结构模型化(ISM)技术是最基本和最具特色的系统结构技术是最基本和最具特色的系统结构模型化技术。模型化技术。你现在浏览的是第十一页，共45页 ISMISM技术是美国技术是美国JNJN沃菲尔德教授于沃菲尔德教授于19731973年作为分年作为分析复杂的社会经济系统结构问题的一种方法而开发的。其基析复杂的社会经济系统结构问题的一种方法而开发的。其基本思想是：通过各种创造性技术，提取问题的构成要素，利本思想是：通过各种创造性技术，提取问题的构成要素，利用有向图、矩阵等工具和计算机技术，对要素及其相互关系用有向图、矩阵等工具和计算机技术，对要素及其相互关系等信息进行处理，最后用文字加以解释说明，明确问题的层等信息进行处理，最后用文字加以解释说明，明确问题的层次和整体结构，提高对问题的认识和理解程度。该技术由于次和整体结构，提高对问题的认识和理解程度。该技术由于具有不需高深的数学知识、模型直观且有启发性、可吸收各具有不需高深的数学知识、模型直观且有启发性、可吸收各种有关人员参加等特点，因而广泛适用于认识和处理各类社种有关人员参加等特点，因而广泛适用于认识和处理各类社会经济系统的问题。会经济系统的问题。你现在浏览的是第十二页，共45页可达矩阵骨架矩阵递阶结构模型（多级递阶有向图）分检作图要素及其关系集合推断修正（人）计算机解释SjRSj?意识模型解释结构模型分析报告你现在浏览的是第十三页，共45页 由图可知，实施由图可知，实施ISMISM技术，首先是提出问题，组建技术，首先是提出问题，组建ISMISM实施实施小组；接着采用集体创造性技术，搜集和初步整理问题的小组；接着采用集体创造性技术，搜集和初步整理问题的构成要素，并设定某种必须考虑的二元关系构成要素，并设定某种必须考虑的二元关系(如因果关系如因果关系)，经小组成员及与其他有关人员的讨论，形成对问题初，经小组成员及与其他有关人员的讨论，形成对问题初步认识的意识步认识的意识(构思构思)模型。模型。在此基础上，实现意识模型的具体化、规范化、系统在此基础上，实现意识模型的具体化、规范化、系统化和结构模型化，即进一步明确定义各要素，通过人机对化和结构模型化，即进一步明确定义各要素，通过人机对话，判断各要素之间的二元关系情况话，判断各要素之间的二元关系情况(即即SiRSj?)SiRSj?)，形成某，形成某种形式的种形式的“信息库信息库”；你现在浏览的是第十四页，共45页 根据要素间关系的传递性，通过对邻接矩阵的计算根据要素间关系的传递性，通过对邻接矩阵的计算或逻辑推断，得到可达矩阵；或逻辑推断，得到可达矩阵；将可达矩阵进行分解、缩约和简化处理，得到反映系将可达矩阵进行分解、缩约和简化处理，得到反映系统递阶结构的骨架矩阵，据此绘制要素间多级递阶有向图，统递阶结构的骨架矩阵，据此绘制要素间多级递阶有向图，形成递阶结构模型；形成递阶结构模型；通过对要素的解释说明，建立起反映系统问题某种通过对要素的解释说明，建立起反映系统问题某种二元关系的解释结构模型。二元关系的解释结构模型。你现在浏览的是第十五页，共45页 最后，将解释结构模型与人们已有的意识模型进最后，将解释结构模型与人们已有的意识模型进行比较，如不相符合，一方面可对有关要素及其二行比较，如不相符合，一方面可对有关要素及其二元关系和解释结构模型的建立进行修正；元关系和解释结构模型的建立进行修正；更重要的是，人们通过对解释结构模型的研究和更重要的是，人们通过对解释结构模型的研究和学习，可对原有的意识模型有所启发和修正。经过学习，可对原有的意识模型有所启发和修正。经过反馈、比较、修正、学习，最终得到一个令人满意、反馈、比较、修正、学习，最终得到一个令人满意、具有启发性和指导意义的结构分析结果。具有启发性和指导意义的结构分析结果。你现在浏览的是第十六页，共45页 通过对可达矩阵的处理，建立系统问题的多通过对可达矩阵的处理，建立系统问题的多级递阶结构模型，这是级递阶结构模型，这是ISMISM技术的核心内容。技术的核心内容。根据问题规模和分析条件，可在掌握基本原根据问题规模和分析条件，可在掌握基本原理及其规范方法的基础上，采用多种手段、理及其规范方法的基础上，采用多种手段、选择不同方法来完成此项工作。选择不同方法来完成此项工作。你现在浏览的是第十七页，共45页 邻接矩阵是表示系统要素间基本二元关系或直接邻接矩阵是表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况的方阵。若联系情况的方阵。若A=(aij)nn，则其定义式为：，则其定义式为：aij=1 Si对对Sj有某种二元关系有某种二元关系 aij=0 Si对对Sj没有某种二元关系没有某种二元关系 1 建立邻接矩阵建立邻接矩阵ISM建模步骤建模步骤你现在浏览的是第十八页，共45页 一般情况下，建立邻接矩阵前，根据一般情况下，建立邻接矩阵前，根据ISM工作工作小组成员的实际经验，对系统结构先有一个大小组成员的实际经验，对系统结构先有一个大体的或模糊的认识，可以建立一个构思模型；体的或模糊的认识，可以建立一个构思模型；接着，回答接着，回答Si与与Sj是否有关，这样即可构造出系统是否有关，这样即可构造出系统的邻接矩阵的邻接矩阵A，并可事先设想的构思模型进行比，并可事先设想的构思模型进行比较和调整。较和调整。你现在浏览的是第十九页，共45页 若在要素若在要素Si和和Sj间存在着某种传递性二元关系，或在有向图间存在着某种传递性二元关系，或在有向图上存在着由节点上存在着由节点i至至j的有向通路时，称的有向通路时，称Si是可以到达是可以到达Sj的，或者的，或者说说Sj是是Si可以到达的。可达矩阵，就是表示系统要素之间任可以到达的。可达矩阵，就是表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图上两个节点之间通过任意长意次传递性二元关系或有向图上两个节点之间通过任意长的路径可以到达情况的方阵。的路径可以到达情况的方阵。(A+I)(A+I)(A+I)(A+I)2 2(A+I)(A+I)3 3(A+I)(A+I)r-r-1 1(A+I)(A+I)r r=(A+I)=(A+I)r+1r+1=(A+I)=(A+I)n n=R=R2 建立可达矩阵建立可达矩阵你现在浏览的是第二十页，共45页 对于一个有对于一个有n个要素的系统来说，要构造一个个要素的系统来说，要构造一个n阶的可达矩阵，可以利用邻接矩阵加上单位阵，最阶的可达矩阵，可以利用邻接矩阵加上单位阵，最多经过多经过(n-1)次矩阵验算后可以得到可达矩阵。除此之次矩阵验算后可以得到可达矩阵。除此之外，还可以利用分析的方法有效的得到可以达矩阵外，还可以利用分析的方法有效的得到可以达矩阵.你现在浏览的是第二十一页，共45页 (1)级间划分：级间划分：将系统中的要素，以可以达矩阵为准则，将系统中的要素，以可以达矩阵为准则，划分成不同级（层）次，建立结构模型。划分成不同级（层）次，建立结构模型。具体做法：将与要素具体做法：将与要素S Si i有关的要素集中起来，定义为有关的要素集中起来，定义为S Si i的可的可达集，用达集，用R R（S Si i）表示。）表示。R R（S Si i）是由）是由矩阵中第矩阵中第S Si i行中所有行中所有矩阵元矩阵元素为素为1的列所对应的要素集合；将要到达的列所对应的要素集合；将要到达S Si i的的要素集合定义为要要素集合定义为要素素S Si i的前因集，用的前因集，用A A（S Si i）表示，）表示，A A（S Si i）由）由矩阵中第矩阵中第S Si i列中所有列中所有矩阵元素为矩阵元素为1的行所对应的要素组成。的行所对应的要素组成。3 有向连接图有向连接图结构模型的建立结构模型的建立你现在浏览的是第二十二页，共45页 接着接着,根据根据可达集可达集R R（S Si i）和前因集）和前因集A A（S Si i）就可以划分等级。一）就可以划分等级。一个多级递阶结构的最高要素集个多级递阶结构的最高要素集，是指没有比他在高级别的要素可以是指没有比他在高级别的要素可以到达到达，其可达集其可达集R R（S Si i）只包含他本身的要素集合）只包含他本身的要素集合，而前因集而前因集A A（S Si i）中）中,除包含要素除包含要素S Si i本身外本身外,还包含可以到达他下一级的要素。还包含可以到达他下一级的要素。若若R R（S Si i）=R=R（S Si i）A A（S Si i）则则R R（S Si i）即为最高要素集）即为最高要素集.找出最高要素集后，即可将其从可达矩阵中划去相应的行和列。接找出最高要素集后，即可将其从可达矩阵中划去相应的行和列。接着在从剩下的可达矩阵中继续寻找新的最高要素集。依此类推，可以找出着在从剩下的可达矩阵中继续寻找新的最高要素集。依此类推，可以找出各级所包含的最高要素集。各级所包含的最高要素集。你现在浏览的是第二十三页，共45页 (2)建模建模 根据上述级间划分的各级要素根据上述级间划分的各级要素，按由高到低顺序按由高到低顺序重新排列可达矩阵重新排列可达矩阵，若有两要素行与列要素全相同若有两要素行与列要素全相同,则二则二者构成一回路者构成一回路，选择其一即可选择其一即可，得到缩减可达矩阵。得到缩减可达矩阵。根据缩减可达矩阵建立结构模型。根据缩减可达矩阵建立结构模型。你现在浏览的是第二十四页，共45页可达矩阵可达矩阵你现在浏览的是第二十五页，共45页要素要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)A(Pi)111,3,4,7,8,9,11,12,131222,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15231,2,3,4,5,8,93,7,8,11,123,841,2,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,952,53,4,5,7,8,9,10,11,12,13,14,15562,66,10,14,15671,2,3,4,5,7,8,97,11,12781,2,3,4,5,8,93,7,8,11,123,891,2,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,9102,5,6,1010,14,1510111,2,3,4,5,7,8,9,111111121,2,3,4,5,7,8,9,121212131,2,4,5,9,131313142,5,6,10,141414152,5,6,10,151515数据表数据表1你现在浏览的是第二十六页，共45页要素要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)A(Pi)3,3,4,5,8,93,7,8,11,123,84,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,95,53,4,5,7,8,9,10,11,12,13,14,1556,66,10,14,1567,3,4,5,7,8,97,11,12783,4,5,8,93,7,8,11,123,89,4,5,93,4,7,8,9,11,12,134,9105,6,1010,14,1510113,4,5,7,8,9,111111123,4,5,7,8,9,121212134,5,9,131313145,6,10,141414155,6,10,151515数据表数据表2你现在浏览的是第二十七页，共45页数据表数据表3要素要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)A(Pi)3,3,4,8,93,7,8,11,123,84,4,93,4,7,8,9,11,12,134,97,3,4,7,8,97,11,12783,4,8,93,7,8,11,123,89,4,93,4,7,8,9,11,12,134,9101010,14,1510113,4,7,8,9,111111123,4,7,8,9,121212134,9,1313131410,1414141510,151515你现在浏览的是第二十八页，共45页数据表数据表4要素要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)A(Pi)33,8,3,7,8,11,123,87,3,7,87,11,12783,8，3,7,8,11,123,8113,7,8,111111123,7,8,12121213,1313131414141415151515你现在浏览的是第二十九页，共45页数据表数据表5要素要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)A(Pi)777,127117,111111127,121212你现在浏览的是第三十页，共45页数据表数据表6要素要素iR(Pi)A(Pi)R(Pi)A(Pi)1111111112121212你现在浏览的是第三十一页，共45页缩减可达矩阵缩减可达矩阵你现在浏览的是第三十二页，共45页结构模型结构模型216510491514133871211第一级第一级第二级第二级第一级第一级第四级第四级第五级第五级第六级第六级你现在浏览的是第三十三页，共45页 对于一般的工程系统来说，是由许多要素根据一定工艺对于一般的工程系统来说，是由许多要素根据一定工艺机理组合而成的，对这样一来的系统，其邻接矩阵不难得到机理组合而成的，对这样一来的系统，其邻接矩阵不难得到。而对于社会经济系统，一般说来而对于社会经济系统，一般说来,反而是可达矩阵容易得到，反而是可达矩阵容易得到，因为根据人们的实践经验和直觉判断，比较容易知道两要因为根据人们的实践经验和直觉判断，比较容易知道两要素间有无关系，至于这种关系是直接还是间接的，则不需素间有无关系，至于这种关系是直接还是间接的，则不需十分清楚十分清楚。在这种情况下，可以先通过对话方式先构成在这种情况下，可以先通过对话方式先构成可达矩阵，再经过简化和排序后即可得到结构模型可达矩阵，再经过简化和排序后即可得到结构模型。你现在浏览的是第三十四页，共45页 新中国成立后，随着医疗保障体系的建立，人民健康水平新中国成立后，随着医疗保障体系的建立，人民健康水平有了明显提高，反映在人口期望寿命上有了较大提高，死亡率有了明显提高，反映在人口期望寿命上有了较大提高，死亡率相应降低。另一方面，由于国民收入不断增长，生活水平不断相应降低。另一方面，由于国民收入不断增长，生活水平不断提高，在加上在过去较长一段时间内计划生育政策贯彻不力等，提高，在加上在过去较长一段时间内计划生育政策贯彻不力等，导致出生率提高。凡此种种原因，都促使我国人口迅速增长，导致出生率提高。凡此种种原因，都促使我国人口迅速增长，人口过分增长对我国进一步提高人民生活水平提高国民素质，人口过分增长对我国进一步提高人民生活水平提高国民素质，实现四个现代化都有不利影响。试通过对人口增长的各种因素实现四个现代化都有不利影响。试通过对人口增长的各种因素分析，建立解释结构模型，为制定人口政策，控制人口增长采分析，建立解释结构模型，为制定人口政策，控制人口增长采取相应政策提供参考信息。取相应政策提供参考信息。你现在浏览的是第三十五页，共45页 影响人口长的因素很多，经讨论认为主要有以下一影响人口长的因素很多，经讨论认为主要有以下一些因素：些因素：1，预期寿命；，预期寿命；2，医疗保健水平；，医疗保健水平；3，国民生育，国民生育能力；能力；4，计划生育政策；，计划生育政策；5，国民思想风俗；，国民思想风俗；6，食物营养；，食物营养；7，环境污染程度；，环境污染程度；8，国民收入；，国民收入；9，国民素质；，国民素质；10，出生，出生率；率；11，死亡率。，死亡率。你现在浏览的是第三十六页，共45页VVAAAAVVVVVAA AVVVAAVVAAVVVVVVVVVVVVP1预期寿命预期寿命P2医疗保健水平医疗保健水平P3国民生育能力国民生育能力P4计划生育政策计划生育政策P5国民思想风俗国民思想风俗P6食物营养食物营养P7环境污染程度环境污染程度P8国民收入国民收入P9国民素质国民素质P10出生率出生率P11死亡率死亡率P12总人口总人口你现在浏览的是第三十七页，共45页可达矩阵可达矩阵你现在浏览的是第三十八页，共45页缩减可达矩阵缩减可达矩阵你现在浏览的是第三十九页，共45页你现在浏览的是第四十页，共45页结构模型结构模型第一级第一级121110第二级第二级第三级第三级1543第四级第四级28697你现在浏览的是第四十一页，共45页总总 人人 口口出出 生生 率率死死 亡亡 率率国民生育能力国民生育能力计划生育政策计划生育政策国民思想风俗国民思想风俗期望寿命期望寿命医疗保健水平医疗保健水平食物营养食物营养国民收入国民收入国民素质国民素质环境污染程度环境污染程度你现在浏览的是第四十二页，共45页S10S1S6S7S2S3S4S8S9S5S101000000000S11100000000S61010000000S71001000000S21100100000S31100010000S41010001000S81110000100S91011000010S51011000001你现在浏览的是第四十三页，共45页10163528749你现在浏览的是第四十四页，共45页女大学生就业难N女生自身因素A2政策法规不完善B1用人单位性别歧视A1生理上不适于竞争B3社会保障不健全B2缺乏必要求职技巧B4过度依赖他人B6求职主动性差A3就业信息关注不够 B5你现在浏览的是第四十五页，共45页