系统建模与分析ppt课件.ppt

烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人1.系统工程中处理复杂问题的基本观点2.霍尔的三维结构模型3.切克兰德的调查学习模式4.其他方法并行工程方法综合集成系统方法物理-事理-人理方法论螺旋式推进原则等上讲内容回顾1烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人第三章 系统建模与系统分析2烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人第三章系统建模与系统分析 系统的特性取决于系统组成部分及结构。系统建模与系统分析是研究系统各组成部分之间的关系、系统运行机理及其发展规律的重要方法。3烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人主要内容 3.1系统模型概述 3.2系统建模方法 3.3系统分析概述 3.4系统目标分析 3.5系统环境分析 3.6系统功能分析 3.7系统结构分析 3.8解析结构模型4烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概述1.1.定义：定义：系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，以某种确 系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，以某种确定形式 定形式(文字、符号、图表、实物、数学公式等）提供关于该系 文字、符号、图表、实物、数学公式等）提供关于该系统的知识。统的知识。E=MC E=MC2 2 F=ma F=maW=1/2mv W=1/2mv2 2 3.1.1 3.1.1系统模型的定义与特性系统模型的定义与特性5烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概论理解：（1）系统模型一般不是系统对象本身，而是现实系统的描述、模仿或抽象；（2）系统模型知识系统某一方面本质属性的描述；（3）系统模型反映实际系统的主要特征，高于实际系统而具有同类问题的共性。6烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概论例3-1:一个RC电路(1)考虑总电流 与分电流、之间的关系，可建立数学(2)模型：(2)考虑输入电压 与输出电压 之间的关系，可得到数学模型(应用传递函数的算子阻抗即可得)：其中：符号表示两个元件并联。7烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概论2.特征:模型是原型的反映。适当的系统模型的三个特征：（1）是现实系统的抽象或模仿；（2）是由反映系统本质或特征的主要因素构成；（3）集中体现了主要因素之间的关系。8烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概论例 例3-2 3-2：耐用消费品新旧更替模型 耐用消费品新旧更替模型 考察一个国家某类耐用消费品（冰箱、洗衣机等）拥有情 考察一个国家某类耐用消费品（冰箱、洗衣机等）拥有情况。假设家庭购买新冰箱并一直使用到其损坏或者报废，故任 况。假设家庭购买新冰箱并一直使用到其损坏或者报废，故任一时刻，全国有一个用了不同时间的冰箱拥有量的分布，为建 一时刻，全国有一个用了不同时间的冰箱拥有量的分布，为建立系统模型，做如下假定：立系统模型，做如下假定：（1 1）假定以一年为单位考察不同使用年限的冰箱的拥有量；）假定以一年为单位考察不同使用年限的冰箱的拥有量；（2 2）任何已使用了）任何已使用了 年的冰箱至少还能使用一年的概率为 年的冰箱至少还能使用一年的概率为(对新冰箱可能较大，对旧冰箱可能较小 对新冰箱可能较大，对旧冰箱可能较小)；（3 3）假设冰箱的最长寿命为）假设冰箱的最长寿命为 年；年；（4 4）第）第k k年新购买的冰箱数目为 年新购买的冰箱数目为。9烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概论 根据上述假定，设 根据上述假定，设 表示第 表示第 年使用了 年使用了 年的冰箱数 年的冰箱数目，目，则，则 使用年数小于 使用年数小于1 1年的冰箱数等于该年内所购新冰箱数，即 年的冰箱数等于该年内所购新冰箱数，即综合上面的分析可以得到如下的模型 综合上面的分析可以得到如下的模型 10烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概论（11）系统开发的需要；）系统开发的需要；（22）经济上的考虑；）经济上的考虑；（33）安全上的考虑；）安全上的考虑；（44）时间上的考虑；）时间上的考虑；（55）系统模型易操作、易理解。）系统模型易操作、易理解。3.3.为什么要用系统模型？为什么要用系统模型？人们认识客观世界的三种主要研究方法：人们认识客观世界的三种主要研究方法：实验法、抽想法和实验法、抽想法和模拟法模拟法还基于：还基于：11烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1系统模型概论4.4.为什么能用系统模型为什么能用系统模型?事物具有同型性（即相似规律）事物具有同型性（即相似规律）12烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 数学模型是抽象模型。5.系统模型与数学模型 使用数学模型的好处：使用数学模型的好处：是定量分析的基础；是定量分析的基础；是系统预测和决策的工具；是系统预测和决策的工具；它可变性好，适应性强，分析问题速度快、它可变性好，适应性强，分析问题速度快、省时、省钱，便于使用计算机。省时、省钱，便于使用计算机。13烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 计算机模型指使用计算机程序定义的模型。计算机模型的优点：可以做到既严格，又可行，能够在计算机上研究和预测系统，通过计算实验来检验结果。6.系统模型与计算机模型14烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1.2系统模型的分类 表 表3.1.1 3.1.1列出了系统模型的部分分类方法 列出了系统模型的部分分类方法分 分 类 类 原 原 则 则 模 模 型 型 种 种 类 类1 1按建模材料不同按建模材料不同抽象、实物抽象、实物2 2按与实体的关系按与实体的关系形象、类似、数学形象、类似、数学3 3按模型表征信息的程度按模型表征信息的程度观念性、数学、物理观念性、数学、物理4 4按模型的构造方法按模型的构造方法理论、经验、混合理论、经验、混合5 5按模型的功能按模型的功能结构、性能、评价、最优化、网络结构、性能、评价、最优化、网络6 6按与时间的依赖关系按与时间的依赖关系静态、动态静态、动态7 7按是否描述系统内部特性按是否描述系统内部特性黑箱、白箱、黑箱、白箱、8 8按模型的应用场合按模型的应用场合通用、专用通用、专用9 9数学模型的分类：数学模型的分类：（11）按变量形式分）按变量形式分（22）按变量之间的关系分）按变量之间的关系分确定性、随机性、连续型、离散型确定性、随机性、连续型、离散型代数方程、微分方程、概率统计、逻辑代数方程、微分方程、概率统计、逻辑15烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 1.按模型的形式分类 按模型的形式，模型可以分为三大类：（1）物理模型 所谓物理的，是广义的，具有物质的、具体的、形象的含义。物理模型又可分为：实体模型，即系统本身。比如：样本就是实体模型 比例模型，如飞机模型。相似模型，指物理形式不同而具有相同的数学表达式。3.1.2系统模型的分类16烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 1、按模型的形式分类 按模型的形式，模型可以分为三大类：（2）数学模型 解析模型 逻辑模型 网络模型 图像与表格 信息网络与数学化模型：仿真模型17烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 1、按模型的形式分类 按模型的形式，模型可以分为三大类：（3）概念模型 指任务书、明细表、说明书、技术报告、咨询报告等，以及表达概念的示意图。18烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 2.各模型对系统的研究关系图物理模型系统实体模型比较模型模拟模型数学模型解析模型逻辑模型网络模型图像与表格信息网络与数字化模型概念模型增加增加1.研究速度 2.修改的方便性3.抽象性4.现实感 5.费用图3.1.1 系统模型图分类与特征比较19烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人(1)(1)现实性 现实性 即能较好反映 即能较好反映S S客观实际。客观实际。(2)(2)简明性 简明性(3)(3)标准化 标准化 以上要求经常相互冲突，需要综合权衡、妥善处理。一 以上要求经常相互冲突，需要综合权衡、妥善处理。一般：般：20烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人现 现实 实性 性简 简明 明性 性标 标准 准化 化(1)现实性 即能较好反映S客观实际。(2)简明性(3)标准化 以上要求经常相互冲突，需要综合权衡、妥善处理。一般：以上要求经常相互冲突，需要综合权衡、妥善处理。一般：3.1.3 对系统模型的要求21烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.1.4系统建模的原则1.1.抓住主要矛盾；抓住主要矛盾；2.2.清晰；清晰；3.3.精度要求适当；精度要求适当；4.4.尽量使用标准模型。尽量使用标准模型。22烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.2系统建模的主要方法推理法推理法对白箱对白箱SS实验法实验法对允许实验的黑箱或灰箱对允许实验的黑箱或灰箱SS统计分析法统计分析法对不允许实验的黑箱或灰对不允许实验的黑箱或灰箱系统箱系统类似法类似法依据不同事物具有的同型性，依据不同事物具有的同型性，建造原建造原SS的类似模型。的类似模型。混合法混合法上述几种方法的综合运用。上述几种方法的综合运用。针对不同的系统对象，可用以下方法建造系统的数学模型：针对不同的系统对象，可用以下方法建造系统的数学模型：主 主要 要建 建模 模方 方法 法23烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人1.1.推理法 推理法（1 1）对象：比较简单的）对象：比较简单的白箱系统 白箱系统；（2 2）方法：利用自然科学的各种定理、定律和社会科学的）方法：利用自然科学的各种定理、定律和社会科学的各种规律，经过一定的分析和推理，可以得到 各种规律，经过一定的分析和推理，可以得到S S的数学 的数学模型。模型。例：例：生产优化安排的数学模型 生产优化安排的数学模型 某化工厂生产 某化工厂生产A A、B B两种产品，已知：生产 两种产品，已知：生产A A产品一公斤 产品一公斤需耗煤 需耗煤9T 9T，电力，电力4000 4000度和 度和3 3个劳动日，可获利 个劳动日，可获利700 700元；生产 元；生产B B产品一公斤需耗煤 产品一公斤需耗煤4T 4T，电力，电力5000 5000度和 度和10 10个劳动日 个劳动日,可获利 可获利1200 1200元。因条件限制，这个厂只能得到煤 元。因条件限制，这个厂只能得到煤360T 360T，电力，电力20 20万 万度和劳动力 度和劳动力300 300个，问：如何安排生产（即生产 个，问：如何安排生产（即生产A A、B B产品各 产品各多少？）才能获利最多，请建立解决此问题的数学模型。多少？）才能获利最多，请建立解决此问题的数学模型。3.2建模的主要方法24烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人解：这是在一定条件求极值的数学问题，可运用数学中的线性 解：这是在一定条件求极值的数学问题，可运用数学中的线性规划方法，建立线性规划模型。先将给出的数据整理成下表：规划方法，建立线性规划模型。先将给出的数据整理成下表：活 动 资 源产品A 生产（1公斤）产品B 生产（1公斤）资源的限制煤（T）9 4 360电力（千度）4 5 200劳动日（个）3 10 300获利（百元）7 123.2建模的主要方法25烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人设生产 设生产A A、B B产品各为 产品各为x x1 1，x x2 2公斤，则此问题变为求 公斤，则此问题变为求x x1 1，x x2 2满足下列 满足下列条件 条件:9 9xx11+4x+4x223603604 4xx11+5x+5x222002003 3xx11+10 x+10 x22300300 xx110,x0,x2200(2)使得总获利最大：使得总获利最大：maxZ=7x maxZ=7x1 1+12x+12x2 2(1)(1)显然 显然(2)(2)为约束条件，为约束条件，(1)(1)为目标函数，这是一个典型 为目标函数，这是一个典型的线性规划模型。的线性规划模型。建模的主要方法s.t.26烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人建模的主要方法9x 9x1 1+4+4x x2 2=360=3603x 3x1 1+10+10 x x2 2=300=3004x 4x1 1+5+5x x2 2=200=200最优生产计划为：最优生产计划为：A A产品：产品：20 20公斤 公斤B B产品：产品：24 24公斤 公斤最大获利为 最大获利为42800 42800元 元图解法：图解法：目标函数等值线：目标函数等值线：Z=7x Z=7x1 1+12x+12x2 227烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人（1 1）对象：用推理法难以建模的复杂的）对象：用推理法难以建模的复杂的白箱系统 白箱系统；（2 2）方法：利用）方法：利用不同事物具有的同型性，建造原系统的类 不同事物具有的同型性，建造原系统的类似模型。似模型。例：例：机械系统的电路类似模型 机械系统的电路类似模型 在机械系统与电路系统分别用推理法建造出数学模型 在机械系统与电路系统分别用推理法建造出数学模型（用微分方程描述的动力学方程）以后发现，它们具有同型（用微分方程描述的动力学方程）以后发现，它们具有同型性（即具有相似的数学描述并在参数上一 性（即具有相似的数学描述并在参数上一 一对应，其运动 一对应，其运动也都具有振荡的特性），因此，电路系统可以认为是机械系 也都具有振荡的特性），因此，电路系统可以认为是机械系统的一种类似模型，反之亦然。统的一种类似模型，反之亦然。2.2.类似法 类似法3.2建模的主要方法28系统的数学模型：Md2x/dt2+Ddx/dt+Kx=F(t)Ld2q/dt2+R dq/dt+(1/C)q=E(t)变量及参数（属性）：距离 x 电荷 q 速度dx/dt 电流dq/dt 外力F(t)电压E(t)质量 M 电感 L 阻尼系数 D 电阻 R 弹簧系数 K 电容 C系统行为：机械振荡 电振荡电路系统 电路系统B BE(t)CRL机械系统 机械系统A AKDXMF(t)29烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.3.实验法和统计分析法 实验法和统计分析法（1 1）对象：可实验和不可实验的）对象：可实验和不可实验的黑箱 黑箱和 和灰箱 灰箱系统；系统；（2 2）方法：通过实验或者查阅历史统计资料，找出系统的输入和）方法：通过实验或者查阅历史统计资料，找出系统的输入和输出数据，然后运用自控中的传递函数方法或其他的数学方法（如 输出数据，然后运用自控中的传递函数方法或其他的数学方法（如回归分析、时序分析等方法），建立系统输出与输入之间的关系 回归分析、时序分析等方法），建立系统输出与输入之间的关系 系统的数学模型。系统的数学模型。3.2建模的主要方法30烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人粮粮食食生生产产系系统统投入 投入播种面积 播种面积x x1 1(t)(t)有效灌溉面积 有效灌溉面积x x2 2(t)(t)化肥投放量 化肥投放量x x3 3(t)(t)气 气 候 候x x4 4(t)(t)x xn n(t)(t)产出 产出粮食总产量 粮食总产量y(t)y(t)通过实验，可以找到粮食总产量 通过实验，可以找到粮食总产量y(t)y(t)与各种投入因素 与各种投入因素x x1 1(t)(t)，x x2 2(t)x(t)xn n(t)(t)之间的数量关系，构造出数学模型 之间的数量关系，构造出数学模型y(t)=f(x y(t)=f(x1 1,x,x2 2x xn n)或 或y(t)=a y(t)=a0 0+a+a1 1x x1 1(t)+a(t)+a2 2x x2 2(t)+a(t)+an nx xn n(t)(t)例：例：建造一个粮食生产系统的数学模型 建造一个粮食生产系统的数学模型31烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 系统分析系统分析（SA SA）是从运筹学）是从运筹学OROR（OperationOperationResearchResearch）派生出来的，成名于美国兰德）派生出来的，成名于美国兰德(RAND)(RAND)公公司的工作。司的工作。早期是一种早期是一种定量分析定量分析方法。方法。早期主要应用于武器早期主要应用于武器SS，现已扩展到社会经济，现已扩展到社会经济SS，并由此产生了政策科学，并由此产生了政策科学SS。3.3 系统分析概述3.3.1系统分析的产生32烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 广义解释：广义解释：SA SA SE SE 狭义解释：狭义解释：SA SA SE SE，是，是SE SE的一个逻辑步骤。的一个逻辑步骤。美国学者奎德（美国学者奎德（E.S.Quade E.S.Quade）认为，系统分析是通）认为，系统分析是通过一系列的步骤，帮助领导者 过一系列的步骤，帮助领导者选择 选择最优方案 最优方案的一种系统方 的一种系统方法。法。3.3.2 3.3.2 系统分析系统分析(SA)(SA)的定义的定义 系统分析是采用系统方法进行分析研究，明确主要问系统分析是采用系统方法进行分析研究，明确主要问题，确定系统目标，开发可行方案，建立系统模型，评价题，确定系统目标，开发可行方案，建立系统模型，评价和优化可行方案，为领导者的科学决策提供科学、可靠的和优化可行方案，为领导者的科学决策提供科学、可靠的依据。因此，系统分析是一种依据。因此，系统分析是一种辅助领导决策辅助领导决策的系统方法。的系统方法。33烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人1.1.目标 目标：是：是SA SA的基础；的基础；2.2.可行方案 可行方案3.3.费用 费用4.4.模型 模型5.5.效果 效果：S S达到目标后所得到的结果；达到目标后所得到的结果；6.6.准则 准则：目标的具体化、：目标的具体化、S S价值的量度，以评价方案优劣；价值的量度，以评价方案优劣；7.7.结论 结论：SA SA得到的结果，具体形式有报告、建议或意见等。得到的结果，具体形式有报告、建议或意见等。3.3.33.3.3系统分析的要素系统分析的要素34烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人七个要素组成的 七个要素组成的SA SA要素结构图 要素结构图A A1 1A A3 3A A2 2A A4 4A A5 5目标 目标研究 研究模型 模型效果 效果（）（）费用 费用（）（）准则 准则A A1 1A A3 3A A2 2A A4 4A A5 5评价 评价可行方案 可行方案结论 结论3.3.3系统分析的要素图3.3.1 系统分析要素结构图35烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人1.1.内外因素相结合内外因素相结合2.2.当前利益与长远利益相结合当前利益与长远利益相结合3.3.局部效益与总体效益相结合局部效益与总体效益相结合4.4.定性分析与定量分析相结合。定性分析与定量分析相结合。3.3 系统分析概述3.3.4系统分析的原则36烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.3.53.3.5系统分析的步骤系统分析的步骤3.3 系统分析概述霍尔三维结构中逻辑维的进一步明确化。（1）明确问题和确定目标（2）收集资料，探索可行方案（3）建立模型（4）综合评价（5）检验和核实37烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人阿拉斯加原油输送方案的阿拉斯加原油输送方案的SASA 3.3系统分析的应用38烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人每天送每天送200200万桶。万桶。油田处北极圈内，常年冰封，最低温度油田处北极圈内，常年冰封，最低温度-50-50ooCC。如何从美国第如何从美国第4949州阿拉斯加东北部的普拉德州阿拉斯加东北部的普拉德霍湾向美国本土输油的问题。霍湾向美国本土输油的问题。1.1.任务与环境任务与环境阿拉斯加原油输送方案的阿拉斯加原油输送方案的SASA3.3系统分析的应用39烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人方案 方案：油船运。每天只需：油船运。每天只需4 4 5 5艘，但要破冰船引航，起点和 艘，但要破冰船引航，起点和终点需建大油库；不安全、费用大、无保证。终点需建大油库；不安全、费用大、无保证。方案 方案：用带加温：用带加温S S的油管输。可用成熟的管道输油技术，但沿 的油管输。可用成熟的管道输油技术，但沿途设站无人愿干，为防管道断裂必须用底架支撑和作 途设站无人愿干，为防管道断裂必须用底架支撑和作保温处理，成本提高 保温处理，成本提高3 3倍。倍。2.2.开发方案开发方案 方案竞争的第一阶段开发两个方案：方案竞争的第一阶段开发两个方案：为保安全和稳定，淘汰方案 为保安全和稳定，淘汰方案，保留方案，保留方案，继续拨款鼓，继续拨款鼓励竞争出新方案。励竞争出新方案。阿拉斯加原油输送方案的SA40烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人方案 方案：由麻省理工：由麻省理工SA SA所的两人提出油气混输（将天然气 所的两人提出油气混输（将天然气转换为甲醇后加到原油中去，降低溶点，提高流动 转换为甲醇后加到原油中去，降低溶点，提高流动性），从而用一管既输油又送气，不仅不需输送 性），从而用一管既输油又送气，不仅不需输送20 20的无用海水，还可省掉海水分离工艺流程，节省 的无用海水，还可省掉海水分离工艺流程，节省一条送气管道（一条送气管道（60 60亿），比方案 亿），比方案 省了一半。省了一半。方案 方案：把含：把含10 10 20 20氯化钠的海水加到原油中去，提 氯化钠的海水加到原油中去，提高低温下原油流动性，用普通油管即可输送，取 高低温下原油流动性，用普通油管即可输送，取得专利。得专利。阿拉斯加原油输送方案的SA41烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人序号 序号 方案内容 方案内容 方案特点 方案特点 备注 备注方案 方案 油船运输 油船运输 运输费用大，既不安全、又不可靠 运输费用大，既不安全、又不可靠 淘汰 淘汰方案 方案 带加温 带加温S S的油管输送 的油管输送油管架设成本高出三倍，沿途设加温 油管架设成本高出三倍，沿途设加温站难度大 站难度大淘汰 淘汰方案 方案 原油掺海水后 原油掺海水后用常规油管送 用常规油管送方案可行，但输送了无用的海水并增 方案可行，但输送了无用的海水并增加分离工艺流程 加分离工艺流程淘汰 淘汰方案 方案 油气混合一管两送 油气混合一管两送既输油又送气，成本低、安全、可靠，既输油又送气，成本低、安全、可靠，仅管道费就节约 仅管道费就节约60 60亿美元 亿美元中选 中选阿拉斯加原油输送方案的SA42烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.4系统目标分析 目标分析是整个系统分析工作的关键，是系统目的的具体化。目标的属性是指对目标的度量。43烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.4.1 3.4.1 系统目标分析内容系统目标分析内容 1、总体目标和分目标 总体目标具有全局性和总体性特征。分目标是总目标的具体分解。44烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 2、建立系统的目标体系 系统的目标体系一般包括以下几个方面：（1）目标树 对总目标进行分解而形成的目标层次结构称为目标树。如图：图3.4.1目标树45烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 构造目标树的原则：把同一类目标划分在一个目标子集内；对目标进行分解，直到可度量为止。46烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人目标树的基本逻辑目标树的基本逻辑每日跑步2公里每日器械训练半小时每工作2小时活动10分钟每周两次羽毛球完成锻炼计划一年内减肥5公斤维持现有工作量没有基因突变将目标转化为行动！47烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人目标树的基本结构 目标树的基本结构获得本科毕业证修满150学分通过计算机等级考试挂科不超过10学分必修课N门选修课M门所有科目60分以上选课、上课、做练习、考试、阅读材料计算机等级考试合格基础知识编程48烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人（2）目标手段分析法 就是将要达到的目标和所需要的手段按照系统展开，一级手段等于二级目标，二级手段等于三级目标，依此类推，便产生层次分明、相互联系又逐渐具体化的分层目标系统。目标-手段系统图及目标与手段的关系如图所示。图3.4.3 国家教育系统规划目标树P56图3.4.2 目标手段系统图49烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人发展能源发展能源生产 开发新能源 节能资源勘探基地建设运输太阳能生物能潮汐能综合利用节能设备 发展能源的目标手段分析图目 标手 段目 标手 段目 标50烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人1.系统模型的分类按是否描述系统内部特性2.系统主要建模方法3.系统分析含义、要素、基本步骤4.系统目标分析目标、目的目标树、目标手段分析法上讲内容回顾51烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.4.2 3.4.2 目标方案的产生方法目标方案的产生方法 1.头脑风暴法 头脑风暴法（Brain Storming，简称BS）由美国BBDO广告公司的奥斯本(A.F.Osborn)提出。头脑风暴是一种会议形式，群策群力解决问题。52烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人头脑风暴法活动原则：自由畅想以量求质限时限人延迟批判综合改善要求参加者不受任何条条框框限制，放松思想，让思维自由驰骋。突出求异创新，这是智力激励法的宗旨；在组织头脑风暴会议时，必须坚持当场不对任何设想作出评价的原则；使与会者思想放松，气氛活跃，这是智力激励法的关键；鼓励与会者对别人的设想完善成新的设想，会后对所有设想作综合改善的工作。强调相互启发、相互补充和相互完善，这是智力激励法能否成功的标准。BS BS会议的目标是获得尽可能多的设想，增加设想的数量以获得有价值的创造。这是获得高质量创造性设想的条件；会议通常限定时间为3060分钟，人数为10人左右。53烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人BS 法案例 曾经有一位动物园设计师为了把动物园设计得新颖别致，便邀请了几位数学家进行狂想性畅谈。议题是：怎样抓住老虎？代数学家说：不要去抓了，我家有。我家有只猫，猫是老虎的近似值。几何学家说：也不要到你家抓猫，拍一张猫的照片即可，猫是老虎的同态像。拓扑学家说：老虎在山上，我把内部变成外部，把外部变成内部，老虎不就在我的笼子中了吗？动物园设计师的智力受到激励，于是设计了“走兽动物园”。把全部走兽放养在动物园里，把原来关在“内部”（笼子）的变成了“外部”（放养）。参观的人坐在汽车里，到动物园的各个放养场去参观，这样就把原来在“外部”的变成了“内部”（汽车即笼子）。54烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人BS 法案例 有一年，美国北方格外严寒，大雪纷飞，电线上积满冰雪，大跨度的电线常被积雪压断，严重影响通信。电信公司经理应用奥斯本发明的头脑风暴法，尝试解决这一难题。他召开了一种能让头脑卷起风暴的座谈会 有人建议 用振荡技术来清除积雪；还有人提出能否带上几把大扫帚，乘直升机去扫电线上的积雪 有一位工程师听到用飞机扫雪的想法后，大脑突然受到冲击，一种简单可行且高效率的清雪方法冒了出来。他马上提出“用直升机扇雪”的新设想，顿时又引起其他与会者的联想，有关用飞机除雪的主意一下子又多了七八条。不到一小时，与会的10名技术人员共提出90多条新设想。55烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人BS 法案例4会后，公司组织专家对设想进行分类论证。专家们认为设计专用清雪机，采用电热或电磁振荡等方法清除电线上的积雪，在技术上虽然可行，但研制费用大，周期长，一时难以见效。那种因“坐飞机扫雪”激发出来的几种设想，倒是一种大胆的新方案，如果可行，将是一种既简单又高效的好办法。经过现场试验，发现用直升机扇雪真能奏效，一个久悬未决的难题，终于在头脑风暴会中得到了巧妙的解决。56烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2、头脑写照法（1）小卡片技术 由日本创造开发研究所所长高桥诚创立。其特点是对每个人提出的设想进行质讯和评价。具体做法是：邀请5 10人参加，把他们对某个问题的意见写在小卡片上（不必署名），加以整理。优点：人人能在一定的时间内充分提出自己的意见；使用起来比较简单、迅速；与会者的意见可能对整理者产生直接的影响；需要特殊的辅助工具（小卡片可用任何形式贴在墙上）。57烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人（2）635 法 635法又称默写式头脑风暴发，它是由德国学者荷立对头脑风暴发进行改造而创立的。635法的基本原理：第一步，选定6位参加者；第二步，每个参加者在5分钟之内把3个针对指定问题的解决方案写在一张纸条上；第三步，再将纸条传给下一个参与者 6轮总共有636=108个方案 因为共有6个解决问题的人，每5分钟提出3个解决问题的方案，所以这种方法称为635法。58烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3.5系统环境分析 系统分析强调要从微观、中观、宏观三个层次来研究事物。微观层次指的是系统的构成，它包括有哪些成分构成和怎样构成两个方面的问题。中观层次就是直接面对的研究对象，它可以是一件事情，一个事物，如把它作为一个整体来考虑，它就是一个系统。宏观层次则是指作为一个整体的系统如何与周围环境或其他系统相互作用的问题。3.5.1 系统环境的概念 系统存在于环境之中。系统环境分析是宏观层次的系统分析59烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 系统环境是指存在系统之外的，系统无法控制的自然、经济、社会、技术、信息和人际关系的总称。环境开放性。系统活动输入(Input)外界因素 变化的系统处理(Process)输出(Output)影响环境相关因素的属性或状态的变化60烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人系统与环境的关系:系统与环境相互依存，相互作用。思考61烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人埃及阿斯旺水坝自1960开始建设，历时10年,耗资9亿美元 1970年7月21日竣工 埃及阿斯旺水电工程。案例62烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮