系统工程系统分析与评价.pptx

2.1 系统分析概述 2.1.1 系统分析的定义 2.1.2 系统分析的要素2.1.3 系统分析的原则2.1.4 系统分析的步骤 小结作业第1页/共44页广义：系统工程的同义语狭义：是系统工程的一个逻辑步骤，即用科学和数 学方法对系统进行研究的一种方法。定义：系统分析是应用建模、优化、仿真等技术对系统的各个方面进行定量和定性的分析，为选择最优的系统方案提供决策依据的分析研究过程。系统分析的工具是电子计算机系统分析的工具是电子计算机系统分析的主要方法是最优化方法，如：规划论、图论、排队论等。系统分析2.1 系统分析概述2.1.1 系统分析的定义第2页/共44页 兰德公司的系统分析人员，曾对系统分析所要解决的问题作过如下的论述：1.要明确系统希望达到的目的和目标。2.确定要达到的目的和目标所需的各种装备和技术条件。3.要计算各种替代方案所需的费用和能获得的经济效益。4.建立各种替代方案及其相应的模型。5.根据有关的技术经济指标等设计价值系统，确定评价准则。根据这些系统分析需要解决的问题，后来人们总结出系统分析的要素：目的和目标、替代方案、模型、费用和效益、评价准则、结论2.1 系统分析概述2.1.2 系统分析的要素第3页/共44页目标模型A1A3A2A5A4研究可行方案效果（+）费用（-）+-评价准则A1A2A4A5A3评 价结论 目标是系统目的的目标是系统目的的具体化，是系统分析的具体化，是系统分析的基础。如：增加获利的基础。如：增加获利的目的等等目的等等 在设计阶段，常需要制定出在设计阶段，常需要制定出为达到系统预定目标的若干种方为达到系统预定目标的若干种方案，以供进一步比较和选择。案，以供进一步比较和选择。建立一个系统都需要建立一个系统都需要一定的人力、物力、财一定的人力、物力、财力等的投入。力等的投入。系统在运行后总会产生一定系统在运行后总会产生一定的效果，系统的效果有能换的效果，系统的效果有能换算成货币和不能换算成货币算成货币和不能换算成货币两种情况。两种情况。模型是系统分析的模型是系统分析的重要因素，通过模型可重要因素，通过模型可以预测出各种替代方案以预测出各种替代方案的性能、费用、效果、的性能、费用、效果、时间等指标的情况，以时间等指标的情况，以利于方案的分析和比较利于方案的分析和比较模型的优化与评价。模型的优化与评价。评价准则是评价各种方案优劣的标评价准则是评价各种方案优劣的标准。通过评价准则对各种方案进行综准。通过评价准则对各种方案进行综合，确定出各方案的优劣顺序。合，确定出各方案的优劣顺序。2.1 系统分析概述系统分析的要素结构图第4页/共44页（1）内部因素和外部因素相结合（2）当前利益和长远利益相结合（3）局部利益和整体利益相结合（4）定量分析和定性分析相结合 构成一个系统，不仅受到内构成一个系统，不仅受到内部因素的影响，而且也受到部因素的影响，而且也受到外部条件的制约，外部条件的制约，例如设计例如设计一个企业，作为一个系统，一个企业，作为一个系统，不仅要受到企业本身的各种不仅要受到企业本身的各种因素的，如生产类型、生产因素的，如生产类型、生产过程、生产环节、物流和信过程、生产环节、物流和信息流的相互制约，而且要受息流的相互制约，而且要受到外部自然环境、市场状况、到外部自然环境、市场状况、协作和运输情况等外部因素协作和运输情况等外部因素的影响。的影响。所以进行系统分析所以进行系统分析时，必须把内部因素和外部时，必须把内部因素和外部条件结合起来综合分析。条件结合起来综合分析。2.1 系统分析概述2.1.3 系统分析的原则第5页/共44页（1）内部因素和外部因素相结合（2）当前利益和长远利益相结合（3）局部利益和整体利益相结合（4）定量分析和定性分析相结合 在建立一个工厂或实施一在建立一个工厂或实施一个方案时，不仅要从目前个方案时，不仅要从目前利益出发，而且还要考虑利益出发，而且还要考虑到将来的利益。如果采用到将来的利益。如果采用的方案，对目前和将来都的方案，对目前和将来都是有利的，这当然是最理是有利的，这当然是最理想的。当长远利益与当前想的。当长远利益与当前利益发生矛盾时，就要从利益发生矛盾时，就要从实际出发，根据各种要素实际出发，根据各种要素认真权衡利弊、慎重考虑。认真权衡利弊、慎重考虑。如：毁林造田，英国与德如：毁林造田，英国与德国的工业发展，牧民定居国的工业发展，牧民定居？2.1 系统分析概述2.1.3 系统分析的原则第6页/共44页（1）内部因素和外部因素相结合（2）当前利益和长远利益相结合（3）局部利益和整体利益相结合（4）定量分析和定性分析相结合 一个系统是由若干个子系统构一个系统是由若干个子系统构成的，如果每个子系统的效益成的，如果每个子系统的效益是好的，组织起来的总系统的是好的，组织起来的总系统的效益也是好的话，这当然是最效益也是好的话，这当然是最为理想的，但实际中却往往很为理想的，但实际中却往往很难做到这一步。难做到这一步。例如：两人得、失和问题 方案1 方案2 方案3得：5 4 1失：-4 -2 -1 追求局部最优，但不是整体最优一一枝枝独独秀秀不不是是春春，百百花花齐齐放放春春满满园园。2.1.3 系统分析的原则2.1 系统分析概述第7页/共44页系统工程是关于“整体性”的科学！整体大于部分之和！思想核心2.1 系统分析概述第8页/共44页（1）内部因素和外部因素相结合（2）当前利益和长远利益相结合（3）局部利益和整体利益相结合（4）定量分析和定性分析相结合 定量分析可以用模型、定量分析可以用模型、公式、数据指标等方式公式、数据指标等方式表示出来，表示出来，对那些不易对那些不易或不能用数量表示的指或不能用数量表示的指标，标，如政治体制、政治如政治体制、政治因素、环境污染造成的因素、环境污染造成的某些影响等，某些影响等，则可用定则可用定性分析的方法来处理。性分析的方法来处理。因此在进行系统分因此在进行系统分析时，需要把定性分析析时，需要把定性分析和定量分析结合起来综和定量分析结合起来综合分析，只有这样才能合分析，只有这样才能达到系统的优化目的。达到系统的优化目的。2.1.3 系统分析的原则2.1 系统分析概述第9页/共44页界定问题确定目标提出方案建立模型分析效果综合评价决 策满意否是否通常问题是在一定的外部环境作用和系通常问题是在一定的外部环境作用和系统内部发展的需要中产生的。它不可避统内部发展的需要中产生的。它不可避免地带有一定的本质属性和存在范围。免地带有一定的本质属性和存在范围。只有明确了问题的性质和范围后，系统只有明确了问题的性质和范围后，系统分析才有了可靠的起点。分析才有了可靠的起点。目标通常通过某些指标来表达，而标准则是衡量目标达到目标通常通过某些指标来表达，而标准则是衡量目标达到的尺度，系统分析是针对所提出的具体目标而展开的，由的尺度，系统分析是针对所提出的具体目标而展开的，由于实现系统功能的目的，是靠多方面的因素来保证的，因于实现系统功能的目的，是靠多方面的因素来保证的，因此系统目标也必然由若干个。此系统目标也必然由若干个。对照目标整理资料，找出影响目对照目标整理资料，找出影响目标的各种因素，而后提出能达到标的各种因素，而后提出能达到目标条件的各种替代方案（可行目标条件的各种替代方案（可行方案）。方案）。就是把实体系统置换成简要的、就是把实体系统置换成简要的、在时间上或理论上都能处理的模在时间上或理论上都能处理的模型。型。利用已经建立的各种模型对替代利用已经建立的各种模型对替代方案可能产生的结果进行计算测方案可能产生的结果进行计算测定，考察各种指标达到的程度。定，考察各种指标达到的程度。在上述分析的基础上，再考虑各在上述分析的基础上，再考虑各种定性因素，对比系统目标达到种定性因素，对比系统目标达到的程度，用标准来衡量的程度，用标准来衡量 2.1 系统分析概述2.1.4 系统分析的步骤第10页/共44页2.1 系统分析概述小结系统分析是应用建模、优化、仿真等技术对系统的各个方面进行定量和定性的分析，为选择最优的系统方案提供决策依据的分析研究过程，系统分析主要方法是最优化方法，如：规划论、图论、排队论等。系统分析要遵循一定的原则，按照一定的步骤进行。随着自然、社会、经济的发展，系统分析的应用将会越来越广泛。第11页/共44页2.1 系统分析概述思考题什么是系统分析？举例说明系统分析的步骤。第12页/共44页2.2 系统模型化 2.2.1 系统模型的定义 2.2.2 系统模型的特征2.2.3 系统模型的分类2.2.4 系统模型的作用2.2.5 建立模型的几种常用方法小结思考题第13页/共44页 系统模型系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它是一个系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式（如：文字、符号、图表、数学公式以某种确定的形式（如：文字、符号、图表、数学公式等）提供关于该系统的知识。等）提供关于该系统的知识。注：对同一个系统根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型；另一方面，同一种模型也可以代表多个系统。例如：y=k x(k为常数)几何上：代表一条通过原点的直线代数上：代表比例关系设 k=2，x 代表直径，则 y 表示圆周长设k 表示弹性系数，x 表示伸长量，则 y 表示弹簧力大小设 k=a 表示加速度，x=m 代表质量，则 y 表示物体所受外力的大小2.2 系统模型化2.2.1 系统模型的定义第14页/共44页 系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又高于实际系统而具有同类问题的共性。一般说来，一个适用的系统模型应该具有如下三个特征：它是现实系统的抽象或模仿；它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的；它集中体现了这些主要因素之间的关系。2.2 系统模型化2.2.2 系统模型的特征第15页/共44页 系统种类繁多，作为系统的描述系统模型的种类也是很多的。一般可将系统模型分为物理模型、文字模型、数学模型三大类。系统模型物理模型数学模型文字模型比例模型相似模型网络模型图表模型逻辑模型解析模型实体模型现实系统2.2 系统模型化2.2.3 系统模型的分类第16页/共44页分类原则模型种类123456789按建模材料不同按与实体的关系按模型表征信息的程度按模型的构造方法按模型的功能按与时间的依赖关系按是否描述系统内部特性按模型的应用场合数学模型的分类：（1）按变量形式分（2）按变量之间的关系分抽象模型、实物模型形象、类似、数学观念性、数学、物理理论、经验、混合结构、性能、评价、最优化、网络静态、动态黑箱、白箱通用、专用确定性、随机性、连续性、离散性代数方程、微分方程、概率统计、逻辑2.2 系统模型化系统模型的一种分类方法第17页/共44页基本分类定性或定量形式变量变化 情 况分析对象类 别一般分类系统或子系统物理模型思考模型宏观模型微观模型数学模型逻辑模型图像模型探索模型确定模型随机模型过程模型状态空间模型性能模型可靠性模型时间模型价值模型人间行为模型组织模型决策模型数学模型描述模型图像模型计算机模型硬件模型软件模型分类原则对象2.2 系统模型化系统模型的另一种分类方法第18页/共44页 （1）直观和定量;（2）应用范围广、成本低;（3）便于抓住问题的本质特征;（4）便于优化;（5）能够模拟实验。2.2 系统模型化2.2.4 系统模型的作用第19页/共44页 1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法2.2 系统模型化2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法第20页/共44页 1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法当研究的问题比较简单又足够明确时，当研究的问题比较简单又足够明确时，可以根据物理的、化学的、经济的规可以根据物理的、化学的、经济的规律，通过一般的推理直接分析得出模律，通过一般的推理直接分析得出模型。例如规划论中的许多模型就是利型。例如规划论中的许多模型就是利用直接分析的方法得到的。用直接分析的方法得到的。2.2 系统模型化2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法第21页/共44页 1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法在自然科学发展中，人们发现了自然在自然科学发展中，人们发现了自然一致性规律，就是说，自然界和人类一致性规律，就是说，自然界和人类社会的万千变化纵有外表形态的种种社会的万千变化纵有外表形态的种种变化与不同，却常常寓有内在本质的变化与不同，却常常寓有内在本质的共同性，即在某种同态关系。如电路共同性，即在某种同态关系。如电路振荡和机械振动、单摆简谐运动和振荡和机械振动、单摆简谐运动和L-C振荡等等。我们可以利用同态关系建振荡等等。我们可以利用同态关系建立对象的模型。例如，对于复杂的人立对象的模型。例如，对于复杂的人-机振动系统可以利用电路系统进行模机振动系统可以利用电路系统进行模拟。拟。2.2 系统模型化2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法第22页/共44页 1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法有些系统结构性质不很清楚，但可以对有些系统结构性质不很清楚，但可以对反映系统功能的数据进行分析来探讨系反映系统功能的数据进行分析来探讨系统的结构模型。这些数据是已知的，或统的结构模型。这些数据是已知的，或者是按照需要收集来的。有了这些数据者是按照需要收集来的。有了这些数据就可进行因果关系分析，找出诸因素之就可进行因果关系分析，找出诸因素之间的相互影响，所用数学工具主要是回间的相互影响，所用数学工具主要是回归分析等。归分析等。2.2 系统模型化2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法第23页/共44页 1）直接分析法 2）模拟法 3）数据分析法 4）试验分析法当现有数据分析不能确定个别因素（变当现有数据分析不能确定个别因素（变量）对系统工作指标的影响时，时有必量）对系统工作指标的影响时，时有必要在系统上做局部试验，以搞清哪些是要在系统上做局部试验，以搞清哪些是本质的变量及其对指标的影响程度。本质的变量及其对指标的影响程度。2.2 系统模型化2.2.5 建立系统模型的几个常用分析方法第24页/共44页2.2 系统模型化小结系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又高于实际系统而具有同类问题的共性。按照不同的分类方法可以将系统模型分为不同的类别。随着自然、社会、经济的发展，系统模型也在不断的发展中。第25页/共44页2.2 系统模型化思考题什么是系统模型？在用系统模型刻画真实系统时要主要哪些问题？第26页/共44页2.3 系统的评价 2.3.1 系统评价的概念2.3.2 单目标价值评价方法2.3.3 多目标价值综合评价方法作业第27页/共44页 系统评价系统评价就是利用最优化的结果和各种资料，就是利用最优化的结果和各种资料，用技术经济的观点对比各种替代方案，考虑成本与用技术经济的观点对比各种替代方案，考虑成本与效果之间的关系，权衡各个方案的利弊得失，选择效果之间的关系，权衡各个方案的利弊得失，选择出技术上先进、经济上合理的良好或满意方案。出技术上先进、经济上合理的良好或满意方案。2.3 系统的评价 2.3.1 系统评价的概念第28页/共44页（1 1）模糊评分法）模糊评分法(专家打分法专家打分法)2.3 系统的评价 2.3.2 单目标价值评价方法第29页/共44页（2）01评分法评分法 2.3 系统的评价 2.3.2 单目标价值评价方法第30页/共44页 0-1评分法实例得分001010101110000011113214010方案j方案 i第31页/共44页 0-4评分法实例得分0142403134300111234398613440方案j方案 i第32页/共44页 多比例打分法实例得分00.20.90.510.10.70.40.80.90.80.10.10.30.20.20.50.60.90.82.41.81.43.21.210方案j方案 i第33页/共44页多目标的特点是：多目标的特点是：（1 1）拮抗性）拮抗性。目标之间存在着对抗性、有矛盾，如企业系统，。目标之间存在着对抗性、有矛盾，如企业系统，既要求利润最大，又要求成本最小，自然相互矛盾。既要求利润最大，又要求成本最小，自然相互矛盾。（2 2）不可公度性）不可公度性。目标之间量纲不统一，无法比较。目标之间量纲不统一，无法比较。（3 3）没有一致性最优解）没有一致性最优解。不存在一个方案使得所有目标都最。不存在一个方案使得所有目标都最优。优。对于多目标问题，可以在单目标价值评价的基础上进行综对于多目标问题，可以在单目标价值评价的基础上进行综合价值评价。合价值评价。2.3 系统的评价 2.3.3 多目标价值综合评价方法第34页/共44页（1）平均值法 2.3 系统的评价 2.3.3 多目标价值综合评价方法第35页/共44页平均值法综合评价表Q1 Q2 Qn综合评综合评价值价值ViA1A2Am v11 v12 v1n v21 v22 v2n vm1 vm2 vmnV1V2Vm指标Qj方案Ai第36页/共44页（2）加权法2.3 系统的评价 2.3.3 多目标价值综合评价方法第37页/共44页加权法综合评价表指标指标Qj Q1 Q2 Qn综合评综合评价值价值Vi权重权重aj a1 a2 an方方案案AiA1A2Am v11 v12 v1n v21 v22 v2n vm1 vm2 vmn第38页/共44页 加权评价法实例评价值目标方案性能成本进度可靠性动力消耗综合评价值a1=0.4a2=0.3a3=0.1a4=0a5=0.2A1523850727852.8A2786446543461.8A3442256608045.8第39页/共44页（3）效益成本法 在系统评价中，把所有的评价指标分两类：一类是效益，一类是成本。将个方案的效益与成本分别计算后，再比较效益/成本，就可以评价方案的优劣。效益/成本愈大，方案愈好。2.3 系统的评价 2.3.3 多目标价值综合评价方法第40页/共44页序号序号指标指标单位单位第第1方案方案第第2方案方案第第3方案方案1234567造价造价建成年限建成年限建成后需流动资金建成后需流动资金建成后发挥效益时间建成后发挥效益时间年产值年产值产值利润率产值利润率环境污染程度环境污染程度万元万元年年万元万元年年万元万元%100545.81026012稍重稍重86433.31019615最轻最轻75338.51022012.5轻轻 某厂为扩大生产，准备新建一厂房。为此提出三个方案，如下表所示，请用效益成本法对三个方案进行评价。实例第41页/共44页指标指标单位单位方案方案1方案方案2方案方案3总利润额总利润额全部投资额全部投资额利润高于投资的余额利润高于投资的余额投资利润率投资利润率万元万元万元万元万元万元%312145.8166.2214294119.3174.7246275113.5161.5242从表中可以看出，第二方案是最优的。第42页/共44页序号序号指标项目指标项目单位单位方案方案1方案方案2方案方案3方案方案41234567工程投资工程投资建成年限建成年限年产值年产值产值利润率产值利润率使用寿命使用寿命环境污染程度环境污染程度建成后需流动资金建成后需流动资金万元万元年年万元万元%年年万元万元50008120001512较轻较轻200042006105001312一般一般15003500590001712轻轻14003000484001412最轻最轻1200 某厂新建工程拟定了四个方案，各方案的主要指标如下表所示，请分别用效益成本法帮助该厂领导做出正确评价和选择。（设评价方案应着重考虑投资收益）补充作业第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页