系统工程(第3章).ppt

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1、第第3 3章章 结构模型化结构模型化技术技术郭云涛郭云涛西北工业大学管理学院西北工业大学管理学院一、结构模型简介一、结构模型简介结构模型就是应用有向连接图来描述系统结构模型就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统模型。合体的系统模型。示例示例 总人口期望寿命 死亡率 出生率 医疗水平结构模型的特征结构模型的特征结构模型是一种图形模型（几何模型）结构模型是一种图形模型（几何模型）结构模型是一种定性为主的模型结构模型是一种定性为主的模型结构模型可以用矩阵形式描述，从而使得结构模型可以用矩阵形式描述，从而使得定量与定性相结合定量与

2、定性相结合结构模型比较适宜于描述以社会科学为对结构模型比较适宜于描述以社会科学为对象的系统结构的描述象的系统结构的描述结构模型化技术结构模型化技术指建立结构模型的方法论指建立结构模型的方法论指建立结构模型的方法论指建立结构模型的方法论结构模型法是在仔细定义的模式中，使用图形和结构模型法是在仔细定义的模式中，使用图形和结构模型法是在仔细定义的模式中，使用图形和结构模型法是在仔细定义的模式中，使用图形和文字来描述一个复杂事件（系统或研究领域）的文字来描述一个复杂事件（系统或研究领域）的文字来描述一个复杂事件（系统或研究领域）的文字来描述一个复杂事件（系统或研究领域）的结构的一种方法论结构的一种方法

3、论结构的一种方法论结构的一种方法论结构模型化技术分为：问题发掘技术（脚本法、结构模型化技术分为：问题发掘技术（脚本法、结构模型化技术分为：问题发掘技术（脚本法、结构模型化技术分为：问题发掘技术（脚本法、专家调查法、发想法、集团启发法）和结构决定专家调查法、发想法、集团启发法）和结构决定专家调查法、发想法、集团启发法）和结构决定专家调查法、发想法、集团启发法）和结构决定技术（静态：关联树法、技术（静态：关联树法、技术（静态：关联树法、技术（静态：关联树法、ISMISMISMISM、决策试验与评价实决策试验与评价实决策试验与评价实决策试验与评价实验室、系统开发计划程序和动态：工作设计、交验室、系统

4、开发计划程序和动态：工作设计、交验室、系统开发计划程序和动态：工作设计、交验室、系统开发计划程序和动态：工作设计、交叉影响分析、系统动力学）叉影响分析、系统动力学）叉影响分析、系统动力学）叉影响分析、系统动力学）二、图的几个概念二、图的几个概念有向连接图：节点有向连接图：节点有向连接图：节点有向连接图：节点和有向边和有向边和有向边和有向边回路回路回路回路环环环环树：源点、汇点，树：源点、汇点，树：源点、汇点，树：源点、汇点，没有回路和环没有回路和环没有回路和环没有回路和环关联树：节点上有关联树：节点上有关联树：节点上有关联树：节点上有加权值加权值加权值加权值W W W W，边上有关边上有关边上

5、有关边上有关联值联值联值联值r r r rS1S2S3S4S5邻接矩阵邻接矩阵图的基本的矩阵表示，描述图中各节点两图的基本的矩阵表示，描述图中各节点两两间的关系两间的关系邻接矩阵邻接矩阵A A的元素的元素a aijij 定义：定义：邻接矩阵示例邻接矩阵示例S1S2S3S4S5S6源点汇点邻接矩阵特点邻接矩阵特点汇点：矩阵汇点：矩阵A A中元素全为零的行所对应的节中元素全为零的行所对应的节点点源点：矩阵源点：矩阵A A中元素全为零的列所对应的节中元素全为零的列所对应的节点点对应每节点的行中，元素值为对应每节点的行中，元素值为1 1的数量，就的数量，就是离开该节点的有向边数；列中是离开该节点的有向

6、边数；列中1 1的数量，的数量，就是进入该节点的有向边数就是进入该节点的有向边数可达矩阵可达矩阵用矩阵来描述有向连接图各节点之间，经过一定长度的通用矩阵来描述有向连接图各节点之间，经过一定长度的通用矩阵来描述有向连接图各节点之间，经过一定长度的通用矩阵来描述有向连接图各节点之间，经过一定长度的通路后可以到达的程度路后可以到达的程度路后可以到达的程度路后可以到达的程度推移律特性推移律特性推移律特性推移律特性可达矩阵可达矩阵可达矩阵可达矩阵R R R R可用邻接矩阵可用邻接矩阵可用邻接矩阵可用邻接矩阵A A A A加上单位阵加上单位阵加上单位阵加上单位阵I I I I，经过演算后求得经过演算后求得

7、经过演算后求得经过演算后求得设设A A1 1=(A+I)A=(A+I)A2 2=(A+I)=(A+I)2 2=A=A1 12 2 A Ar r-1-1=(A+I)=(A+I)r-1r-1=A=A1 1r-1r-1 如：如：A A1 1AA2 2A Ar r-1-1=A Ar r(rn-1)(rn-1)则：则：A Ar r-1-1=R=R 称为可称为可达矩阵，表明各节点间经过长度不大于（达矩阵，表明各节点间经过长度不大于（n-1n-1）的通路可的通路可以到达的程度，对于节点数为以到达的程度，对于节点数为n n的图，最长的通路其长度的图，最长的通路其长度不超过（不超过（n-1n-1）缩减可达矩阵缩

8、减可达矩阵在在可达矩阵中存在两个节点相应的行、列可达矩阵中存在两个节点相应的行、列元素值分别完全相同，则说明这两个节点元素值分别完全相同，则说明这两个节点构成回路集，只要选择其中的一个节点即构成回路集，只要选择其中的一个节点即可代表回路集中的其他节点，这样就可简可代表回路集中的其他节点，这样就可简化可达矩阵，称为缩减可达矩阵。化可达矩阵，称为缩减可达矩阵。三、解释结构模型法三、解释结构模型法解释结构模型法解释结构模型法(ISM)ISM)是分析复杂的社会经是分析复杂的社会经济系统有关问题的一种行之有效的方法，济系统有关问题的一种行之有效的方法，其特点是把复杂的系统分解为若干子系统其特点是把复杂的

9、系统分解为若干子系统或要素，利用人的实践经验和知识，以及或要素，利用人的实践经验和知识，以及电子计算机的帮助，最终将系统构成一个电子计算机的帮助，最终将系统构成一个多级递阶的结构模型。多级递阶的结构模型。解释结构模型法的工作程序解释结构模型法的工作程序成立一个实施解释结构模型法的小组成立一个实施解释结构模型法的小组设定问题设定问题选择构成系统的要素选择构成系统的要素建立邻接矩阵和可达矩阵建立邻接矩阵和可达矩阵对可达矩阵进行分解之后建立系统的结构对可达矩阵进行分解之后建立系统的结构模型模型根据结构模型建立解释结构模型根据结构模型建立解释结构模型四、建立邻接矩阵和可达矩阵四、建立邻接矩阵和可达矩阵

10、1.1.邻接矩阵建立邻接矩阵建立A=(A=(a aijij)S Si i i i S Sj j ，即，即S Si i与与S Sj j和和S Sj j和和S Si i互有关系互有关系,S Si iS Sj j，即，即S Si i与与S Sj j和和S Sj j和和S Si i均无关系均无关系,S Si i i i S Sj j，即，即S Si i与与S Sj j有关，有关，S Sj j和和S Si i无关，无关，S Si i i i S Sj j，即，即S Si i与与S Sj j无关，无关，S Sj j和和S Si i有关，有关，总人口总人口总人口总人口S1 S1 出生率出生率出生率出生率S2

11、 S2 死亡率死亡率死亡率死亡率S3 S3 医疗水平医疗水平医疗水平医疗水平S4 S4 期望寿命期望寿命期望寿命期望寿命S5S5S1 0 0 0 0 0S1 0 0 0 0 0S2 1 0 0 0 0S2 1 0 0 0 0S3 1 0 0 0 1 S3 1 0 0 0 1 S4 S4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1S5 1 0 1 0 0S5 1 0 1 0 0总人口总人口建立可达矩阵建立可达矩阵选择一个能够承上启下的要素选择一个能够承上启下的要素Si,将其他要将其他要素分为：素分为：A(A(S Si i)-)-没有回路的上位集，没有回路的上位集，没有回路的上位集，没有回路的上位集，

12、由由由由S Si i 可达它，可达它，可达它，可达它，反之不能反之不能反之不能反之不能B(B(S Si i)-)-有回路的上位集，有回路的上位集，有回路的上位集，有回路的上位集，由由由由S Si i 可达它，反可达它，反可达它，反可达它，反之也可达之也可达之也可达之也可达C(C(S Si i)无关集，无关集，无关集，无关集，S Si i 与与与与C(C(S Si i)中中中中要素完全无关要素完全无关要素完全无关要素完全无关D(D(S Si i)-)-下位集，由下位集，由下位集，由下位集，由D(D(S Si i)可达可达可达可达S Si i ，反之不可反之不可反之不可反之不可达的集合达的集合达的

13、集合达的集合S Si i与其他要素的关系与其他要素的关系B(Si)A(Si)D(Si)C(Si)Si可达矩阵的建立可达矩阵的建立R=(rij)；当当 SiRSj则则rij=1,否则否则rij=0A AB Bi iC CD DA AMMAAAA 0 00 00 00 0B B1 11 11 10 00 0I I1 11 11 10 00 0C CMMCACA 0 00 0MMCCCC 0 0D D1 11 11 1MMDCDC MMDDDD MAA、MCC、MDD是降了阶的可达矩阵；是降了阶的可达矩阵；MDC、MCA是相互作用矩阵，需进一步求解是相互作用矩阵，需进一步求解五、有向连接图五、有向连

14、接图结构模型的建立结构模型的建立 可可可可达达达达集集集集：要要要要素素素素S Si i 可可可可以以以以到到到到达达达达的的的的要要要要素素素素集集集集合合合合定定定定义义义义为为为为要要要要素素素素S SI I的的的的可可可可达达达达集集集集，用用用用R(SR(SI I)表表表表示示示示，由由由由可可可可达达达达矩矩矩矩阵阵阵阵中中中中第第第第S SI I 行行行行中中中中所所所所有矩阵元素为有矩阵元素为有矩阵元素为有矩阵元素为1 1的列所对应的要素集合。的列所对应的要素集合。的列所对应的要素集合。的列所对应的要素集合。前前前前因因因因集集集集：将将将将到到到到达达达达要要要要素素素素S

15、SI I 的的的的要要要要素素素素集集集集合合合合定定定定义义义义为为为为要要要要素素素素S SI I 的的的的前前前前因因因因集集集集，用用用用A(SA(SI I )表表表表示示示示，由由由由可可可可达达达达矩矩矩矩阵阵阵阵中中中中第第第第S SI I 列列列列中中中中的的的的所有矩阵无素为所有矩阵无素为所有矩阵无素为所有矩阵无素为1 1的行所对应的要素组成。的行所对应的要素组成。的行所对应的要素组成。的行所对应的要素组成。最最最最高高高高级级级级要要要要素素素素集集集集：一一一一个个个个多多多多级级级级递递递递阶阶阶阶结结结结构构构构的的的的最最最最高高高高级级级级要要要要素素素素集集集集

16、，是是是是指指指指没没没没有有有有比比比比它它它它再再再再高高高高级级级级别别别别的的的的要要要要素素素素可可可可以以以以到到到到达达达达。其其其其可可可可达达达达集集集集R R(S(SI I)中中中中只只只只包包包包含含含含它它它它本本本本身身身身的的的的要要要要素素素素集集集集,而而而而前前前前因因因因集集集集中中中中，除除除除包包包包含含含含要素要素要素要素S SI I 本身外，还包括可以到达它下一级的要素。本身外，还包括可以到达它下一级的要素。本身外，还包括可以到达它下一级的要素。本身外，还包括可以到达它下一级的要素。若若若若R(SR(SI I)=R(S)=R(SI I)A(S)A(S

17、I I)，则则则则S SI I 即为最高级要素集即为最高级要素集即为最高级要素集即为最高级要素集。结构模型的建立结构模型的建立区域划分：系统分为有关系的几个部分或区域划分：系统分为有关系的几个部分或子部分；共同集子部分；共同集T为为A(SI)=R(SI)A(SI)，ni 和和nj 在在同一部分内，他们的可达集有共同一部分内，他们的可达集有共同的单元同的单元级间划分级间划分强连同块划分强连同块划分 缩减可达矩阵缩减可达矩阵结构模型建立结构模型建立主要分析层次之间要素之间的关系主要分析层次之间要素之间的关系绘制系统的结构模型绘制系统的结构模型可达矩阵可达矩阵S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9

18、S10S11S12S01000000000000S11100000000000S21010000000000S31001000000000S41001100000000S51001010000010S61110001110000S71001000100000S81001000010000S91000000001010S101000110001100S11000000000010S121000110111001 3.3.对达矩阵进行级间划分并建对达矩阵进行级间划分并建立结构模型立结构模型 寻找各级的最高级要素集寻找各级的最高级要素集 第一级第一级的可达集与前因集的可达集与前因集 SIR(SJ)A

19、(SJ)RASO00,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,120S10,11,61S20,22,62S30,33,4,5,7,8,3S40,3,44,10,124S50,3,55,10,125S60,1,2,6,7,866S70,3,76,7,127S80,3,86,8,128S90,9,119,10,129S100,4,5,9,1010,10S110,115,9,1111S120,4,5,7,8,9,121212第一级：第一级：S S0 0 第二级的可达集与前因集第二级的可达集与前因集 第二级第二级S S1 1，S S2 2，S S3 3，S S1111 SR(SI)A(SJ)R

20、AS111,61S222,62S333,4,5,7,83S43,44,10,124S53,55,10,125S61,2,6,7,866S73,76,7,127S83,86,8,128S99,119,10,129S104,5,9,101010S11115,9,1111S124,5,7,8,9,121212第三级的可达集与前因集第三级的可达集与前因集 第三第三第三第三级：级：级：级：S S S S4 4 4 4，S S S Ss s s s，S S S S7 7 7 7，S S S S8 8 8 8，S S S S9 9 9 9 SIR(SI)A(SJ)RAS444,10,124S555,10,1

21、25S66,7,866S776,7,127S886,8,128S999,10,129S104,5,9,101010S124,5,7,8,9,121212第四级的可达集与前因集第四级的可达集与前因集 第四级第四级S S6 6，S S1010，S S1212；SIR(SI)A(SJ)RAS6666S10101010S12121212级间排序的可达矩阵级间排序的可达矩阵 S0S1S2S3S11S4S5S7S8S9S6S10S12SI1000000000000S11100000000000S21010000000000S31001000000000S111000100000000S4100101000

22、0000S51001101000000S71001000100000S81001000010000S91000100001000S61110000110100S101000011001010S121000011111001结构模型结构模型13123118745961210解释结构模型解释结构模型科研技术装备管理职能作用科研技术装备管理职能作用对管理地位对管理地位的思想认识的思想认识系统化全过程综合系统化全过程综合管理的思想管理的思想主管机构主管机构的工作的工作检检 查、查、监控作用监控作用管理的管理的方法与方法与手手 段段参与高层参与高层管理与权管理与权威威 性性各相关管理部各相关管理部门的职责与门的职责与 职职 能能组织管组织管理体系理体系的作用的作用基础管理工作基础管理工作水平与管理信水平与管理信息质量息质量管理人员的素质管理人员的素质管理组织机构设置管理组织机构设置管理规章制度与程序管理规章制度与程序ISMISM的缺陷的缺陷推移规律的假定，级与级之间不存在反馈推移规律的假定，级与级之间不存在反馈回路回路系统各要素逻辑关系的确定，依赖人们的系统各要素逻辑关系的确定，依赖人们的主观经验主观经验实施过程中需要三种角色人员：方法技术实施过程中需要三种角色人员：方法技术专家、参与者、协调人专家、参与者、协调人