系统工程.docx
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系统工程
系统工程
第1章系统与系统工程
1.1系统
1.1.1系统概念的形成
1.1.2系统的定义
1.概念：
具有一定功能的、相互间具有有机联系的、由许多要素或构成部分组成的一个的整体。
2.系统概念的5个要点：
（1）由两个或两个以上的元素组成
（2）各元素之间相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用
（3）各元素协同运作，使”系统”作为整体具有各组成元素单独存在时所没有的某种特定功能
（4）系统是运动和发展变化的，是动态的过程
（5）“系统”的运动具有明确的目标
1.1.3系统的特性
1.所有系统的6个共性：
（1）层次性
（2）整体性
（3）集合性
（4）相关性
（5）目的性
（6）环境适应性
2.系统工程研究对象的4个特性：
（1）可控性
（2）动态性
（3）复杂性
（4）自律性
1.2管理系统
1.2.1管理系统与系统管理
1.管理系统：
是以所研究的管理对象为系统，是整个社会系统的基本组成单元。
2.管理：
是社会系统中联系隔层子系统的纽带。
3.系统管理学：
是在管理的基础上产生的一种新学说，即它强调在组织管理上运用一般系统理论及大系统理论，把过去各学派学说兼容并蓄，融为一体，建立通用的模式，寻求普遍的原则。
1.2.2管理系统的特点
1.管理系统是一个具有多重反馈结构的社会系统。
2.管理系统往往是一个非线性的系统。
3.管理系统中各变量之间存在着长时滞。
4.管理系统中原因和结果具有一定的分离性。
5.管理系统具有明显的组织结构特性。
1.2.3现代工业企业的系统特征
1.工业企业系统是一个人-机系统。
2.工业企业系统是一个可分系统。
3.工业企业是一个具有自适应能力的动态系统。
4.工业企业是一个投入产出系统。
5.工业企业是一个开放系统。
1.2.4企业的系统模型
1.环境与界限
2.投入性质
3.流量与流向
4.转换过程
5.产出的形式
1.3系统工程
1.3.1系统工程的发展
1.3.2系统工程的定义：
系统工程就是从系统的观点出发，跨学科地考虑问题，运用工程的方法去研究和解决各种系统问题，以实现系统目标的综合最优化。
（1）系统的观念：
就是整体最优的观念，它是在人类认识社会、认识自然的过程中形成的整体观念，或者称为全局观念。
（2）工程的观念：
是在人们处理自然、改造自然的社会生产过程中形成的工程方法论。
传统的工程观念是对生产技术的实践而言，而且以硬件为目标与对象。
系统工程实质上是方法论的科学，它的目标是通过某种方法使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实施的过程。
传统方法解决问题的目标往往是单一的。
1.4系统工程的方法论
1.4.1阐明问题
1.问题的性质和范围
2.问题的目标：
目标太笼统，系统分析难度大，目标太具体，容易以偏概全。
3.环境和条件：
环境分析由物理和技术环境、经济和经营管理以及社会环境等方面加以综合全面的分析。
4.评价指标
5.收集和分析资料
1.4.2谋划备选方案
1.方案的提出
（1）集体创造法，又名头脑风暴法
（2）“缺点、希望点”列举法：
考虑解决该问题将遇到什么障碍和难点，把这些疑难之处一一摆开，再研究对策，成为缺点列举法，希望点列举法与此正相反。
（3）特性穷举法：
是把构成事物的特点找出来，针对每个特性探索替代方案。
（4）哥顿法：
有些问题若事先让参与解决问题的人知道反而容易束缚思想，不利于发挥创造性。
2.方案的筛选
（1）强壮性：
坚持原本的系统特性，亦即适应环境的能力。
（2）适应性：
目标经修正，原方案仍适用，反映了方案的灵活性。
（3）可靠性：
即失误也能迅速恢复正常。
（4）现实性：
反映系统实施的可能性。
1.4.3预测未来环境
1.确定预测内容
2.准备数据资料
3.确定预测方法，建立数学模型
（1）定性预测法，又称经验判断预测法
（2）时间序列预测法，又称趋势预测法
（3）因果关系预测法，又称因素分析法
4.计算预测值，分析预测误差
1.4.4建模和预计后果
系统分析的主要模型有：
图形模型、
分析模型、
仿真模型、
博弈模型和判断模型。
1.4.5评比备选方案
系统评价的主要方法有：
关联矩阵法、
费用效益分析法、
层次分析法和模糊评价法。
课后思考题：
1.系统工程研究的系统除具有一般系统的特性外，还具有哪些特性？
答：
可控性、动态性、复杂性、自律性。
2.按照系统存在的形态和性质，举例说明系统有哪些类型。
答：
3.举例分析管理系统具有的特点。
答：
管理系统具有多重反馈结构的社会系统、往往是一个非线性的系统、各变量之间存在长时滞、原因和结果具有一定的分离性、具有明显的组织结构特性。
4.从系统的角度看，一个工业企业具有哪些系统特征?
答：
工业系统是一个人一机系统、是一个可分系统、是具有自适应能力的动态系统、是一个投入产出系统、是一个开放系统。
5.系统工程与传统方法有哪些区别？
答：
系统工程实质上是方法论的科学，它的目标是通过某种方法使系统达到最优，而方法论是把设想付诸实施的过程。
传统方法解决问题的目标往往是单一的。
6.在系统工程中进行方案的提出和筛选时，备选方案一般应具有哪些特性。
答：
应具有强壮性、适应性、可靠性、现实性。
第2章系统与系统工程
2.1系统的环境分析
2.1.1系统环境
1.系统环境
2.系统环境分析的意义
（1）环境是提出系统工程课题的来源。
（2）系统边界的确定要考虑环境因素。
（3）系统分析与决策的资料取决于环境。
（4）系统的外部约束通常来自环境。
（5）系统分析的好坏最终需要系统环境的检验与评价。
2.1.2环境因素的分析
1.物理和技术环境：
是系统得以存在的基础
（1）现存系统
（2）技术标准
（3）科技发展因素估量
（4）自然环境
2.经济和经营管理环境：
是系统得以存在的根本
（1）宏观经济环境
（2）政策
（3）外部组织结构
（4）经营活动
（5）产品系统及其价格结构
3.社会环境：
是系统得以存在的基本依据
（1）大范围的社会因素
（2）人的因素
2.1.3系统与环境的边界
1.两种类型的边界划分：
（1）系统与环境之间必须有一条边界
（2）与被考察的系统相关联的相邻系统的各部分或者说环境的范围必须明确规定
2.系统边界的确定
两种边界的划分：
一种是在系统与环境之间必须有一条边界.
另一种是与被考察的系统相关联的相邻系统的各部分或者说环境的范围必须明确规定。
2.2系统的目标分析
2.2.1系统目标及其相关概念
1.目的
2.目标
3.属性
4.目标树或目标集
2.2.2系统目标分析的目的、作用和要求
1.目的：
要论证系统目标的合理性、可行性和经济性——目标集
2.作用：
经过分析和论证，说明总目标建立的合理性，确定系统建立的社会价值
3.要求：
（1）制定目标应当是稳妥的
（2）要考虑目标可能起到各种作用
（3）应将各种目标归纳成目标集
（4）要正确认识目标间的冲突
2.2.3目标集的建立
1.建立目标集的过程：
是逐级逐项落实总目标的结果。
2.要求：
（1）目标要简洁、明确。
（2）目标要可评估。
（3）目标要有相容性。
（4）目标要有挑战性。
（5）各种目标要有优先秩序，并形成一个目标体系。
（6）组织目标体系的建立要求将短期目标和长期目标、局部目标和整体目标、内部目标和外部目标相结合。
2.2.4目标冲突
1.利害冲突：
具有专业性质的。
2.利益冲突：
具有社会性质的。
2.3系统模型化和最优化
1.系统模型化的含义
2.构成模型的要素：
系统目标和系统约束
3.模型的优化和优化方法：
模型的优化针对于数学模型，优化方法为直接法和间接法。
课后思考题：
1.从系统分析角度看，进行系统环境分析有何意义
2.举例说明确定环境边界对系统分析的重要意义
3.举例说明系统利益冲突和利害冲突之间的关系
4.试述系统模型化和最优化的作用于方法
5.针对一个具体实例，对其进行系统环境分析
6.举例说明系统目标集的建立
7.说明构成系统模型的要素
第3章系统模型（重点）
3.1系统模型概述
3.1.1模型的概念和分类
1.模型的定义
系统模型3个特征：
（1）它是对现实世界部分的抽象或模仿；
（2）它由与分析问题有关的因素构成；
（3）它表明了有关因素间的相互关系。
2.模型的分类：
（1）图形与实物模型
（2）分析模型
（3）仿真模型
（4）博弈模型
（5）判断模型
3.1.2模型的构建
1.构建模型的4个一般原则：
（1）建立方框图
（2）考虑信息相关性
（3）考虑信息准确性
（4）考虑信息结集性
2.信息的3个分类：
（1）可忽略其影响的因素
（2）对模型起作用但不属于模型描述范围的因素
（3）模型所需研究的因素
3.建模的5个基本步骤：
（1）形成问题
（2）确定系统的特征因素
（3）确定模型的结构
（4）构建模型
（5）模型真实性检验
3.2结构模型化技术
3.2.1结构模型的概念
定义：
是应用有向连接图描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统的模型。
基本性质：
（1）结构模型是一种图形模型。
（2）结构模型是一种定性分析为主的模型。
（3）结构模型可以用矩阵形式来描述，从而使得定性分析与定量分析得到有效结合。
（4）结构模型作为对系统进行描述的一种形式，正好处在自然科学领域用的数学模型形式和社会科学领域用的以文字表现的逻辑分析形式之间。
3.2.2图的基本概念及其矩阵表示法
1.有向连接图
2.链
3.回路
4.邻接矩阵
5.可达矩阵
3.2.3系统要素可达矩阵的构造
A（Si）没有回路的上位集
B（Si）有回路的上位集
C（Si）无关集
D（Si）下位集
3.2.4解释结构模型法
1.特点
2.工作程序
3.结构模型的建立
（1）可达集R（Si）
（2）前因集A（Si）
（3）共同集合
（4）最高级要素集合
建立结构模型的一般步骤
（1）区域划分
（2）级间划分
（3）强连通块划分
（4）求缩减可达矩阵S2
（5）做结构模型
3.2.5ISM的应用举例
3.2.6ISM的缺陷
3.3预测模型
3.3.1回归分析
1.因果关系回归分析
回归方程：
为因变量的拟合值，X为自变量的观察值；a为回归直线的截距；b为回归直线斜率
2.具有时间序列关系的回归分析
3.3.2趋势线分析
1.二次趋势曲线预测分析
2.三次趋势曲线预测分析
3.4优化模型简介
1.概念：
通常是对数学模型而言的。
对于一个复杂的系统或拟建系统的各类指标提供优化的结论；为改善系统现状提供明确的方向；为提高运行的效能或经济效果提供可靠的依据；提供系统分析工作的科学性。
2.优化技术分类
3.优化模型的构建
（1）无约束优化模型
（2）约束优化——线性规划模型
（3）整数规划
3.5系统仿真模型
1.概念：
系统仿真是设计系统的计算机模型，利用它进行实验以了解系统的行为或评估系统运用的各种策略的过程。
2.优缺点：
4个优点
1.很多复杂的、带有随机因素的现实世界系统，不可能正确地用解析方法计算的数学模型来描述
2.仿真允许人们在假设的一组运用条件下估计现有系统的性能
3.提出的可供选择的系统设计可通过仿真进行比较，以便找出最好的满足特定要求的一种设计。
4.仿真使人们能在较短的时间内研究长时间范围的系统，或在扩展的时间内研究系统的详细运行情况。
3个缺点：
1.仿真模型一般费用较为昂贵，而且开发一个仿真模型要花很长时间。
2.随机仿真模型每运行一次，仅对一组特定的输入参数产生模型的真是性的估计。
3.仿真研究产生大量数据，使人们产生一种更信任仿真研究结果的趋向。
3.步骤：
（1）定义问题
（2）制定仿真模型
（3）证实模型
（4）设计仿真实验
（5）仿真运行并分析数据
4.蒙特卡罗法：
是一种适用于对静态离散系统进行仿真试验的方法。
有以下3中方法：
1.随机数表，2.随机数发生器，3.利用数学方法产生随机数。
课后思考题：
1.试述模型的概念、特征和分类
2.模型构建的原则和主要步骤是什么
3.建立模型必须有赖于反映系统特征的各种因素，根据因素在模型中所起的作用不同，可以将因素划分为哪三类？
4.试分析邻接矩阵和可达矩阵各自的特点以及二者的区别
5.假如一个系统由n个要素组成，我们任选其中一个要素S，则S与余下的其他要素的关系可归为哪几类？
请用图示方法说明他们之间的关系
6.系统仿真的一般步骤是什么
第4章系统评价（重点）
4.1系统评价概述
4.1.1系统评价基本概念
评价：
是指按照明确目标测定对象的属性，把它变成主观效用（满足主体要求的程度）的行为，即明确价值的过程。
系统评价：
就是评定系统的价值。
价值：
从哲学意义上来讲，就是评价主体（个人或集体）对某个评价对象（待开发的系统、待评价的方案等）在理论上、实践上所具有的作用和意义的认识或估计；
从经济意义上来讲，就是根据评价主体的效用观点对评价对象能满足某种需求的认识或估计。
价值是评估主体主观感受到的，是人们对客观存在的事物从各种各样观察和分析中主观抽象出来的。
4.1.2系统评价与决策
1.系统评价：
是由评价对象、评价主体、评价尺度、评价指标、评价目的和评价时期等要素构成的一个综合性问题。
2.4种评价尺度：
绝对尺度、时隔尺度、顺序尺度、名义尺度。
3.系统评价与决策的关系是密切相关的：
（1）为了在众多的替代方案中做出正确的选择，就需要足够丰富的信息，包括足够的评价信息；
（2）系统评价只有与方案决策和行为决定联系起来才有意义；
（3）评价为了决策，决策需要评价，评价过程也是决策过程；
（4）有时评价和决策可以作为同义词使用，但在实际问题中由于评价与决策的目的不同，两者仍有区别。
4.1.3系统评价的步骤与内容
1.6个步骤:
（1）初步探讨
1）评价目的
2）评价范围
3）评价立场
4）评价时期：
分为初期评价、中期评价、终期评价、跟踪评价
（2）评价系统的分析
（3）评价指标的选择：
评价指标要全面、合理、科学，能够反映实现目标的程度。
1）评价指标不能超出系统边界。
2）评价指标应当构成一个完整的体系，全面反映所需评价对象的各个方面。
3）评价指标的大类和数量。
4）评价指标间的相互关系要明确。
（4）评价函数的确定：
评价函数是使评价定量化的一种数学模型。
（5）评价值的计算
（6）综合评价
1）经营管理方面
2）技术方面
3）市场方面
4）时间方面
5）经济方面
6）体制方面
7）社会方面
2.每个步骤中的主要内容
4.2费用--效益分析法
4.2.1费用、效益和有效度
1.费用：
概念：
是为了实现某个工程项目或事业的目的而投入的资源的价值
分类：
货币费用和非货币费用、实际费用和机会费用、内部费用和外部费用、一次投资费用和日常经营费用。
2.效益：
概念：
能够换算成货币价值的效果称作效益。
分类：
效益可以分为直接效益和间接效益。
3.有效度：
用货币以外的数量尺度表示的效果成为有效度。
4.2.2费用与效果的关系：
当费用达到一定值后，效果随费用的增加也会迅速增加。
反之也如此。
4.2.3费用分析
1.概念：
是进行费用——效果分析的基础
2.终值、现值、投资回收期与投资收益率
4.2.4费用—效益分析
1.效率性基准：
费用一定，收益最大
2.经济型基准：
效益一定，费用最小
3.纯效益基准：
效益减去费用后最大
4.3关联矩阵法
4.3.1概述
1.原理：
多目标系统评价的方法。
2.方法的关键
4.3.2两两比较法
1.概念：
按照一定的评分标准，通过两两比较却id那个因素的分值，再利用加权的方法得到各因素评价值的方法。
2.步骤？
？
3.应用？
？
4.3.3KLEE法（古林法）
1.步骤：
（1）把评价指标以任意顺序排列起来
（2）从上至下相邻的评价指标进行评价
（3）把k列中最下面一个kn值设为1，接着进行基准化。
（4）把ki归一化即为权wi
2.应用?
？
4.4层次分析法（AHP）
4.4.1基本原理：
AHP通过分析复杂问题包含的因素及其相互联系，将问题分解为不同的要素并将这些要素归为不同的层次，从而形成多层次结构。
在每一层可按某一规定准则，对该层要素进行逐对比较建立判断矩阵。
通过计算判断矩阵的最大特征值和对应的正交化特征向量，得出该层要素对于该基准的权重，在这个基础上计算出各层次要素对于总体目标的组合权重。
4.4.2基本步骤
1.步骤：
（1）明确问题
（2）建立多级递阶层次结构
1）完全相关性结构
2）完全独立性结构
3）混合结构
（3）建立判断矩阵
（4）相对重要度计算和一致性检验
1）相对重要度计算：
和积法和方根法
2）一致性检验
（5）综合重要度的计算
2.应用
4.5模糊评价法：
又称模糊综合评判
1.特点：
数学模型简单，容易掌握，对多因素、多层次的复杂问题评判效果比较好，是其他模型和方法难以替代的。
更适用于对社会经济系统和工程技术问题进行评价。
2.概念：
是一种应用模糊变换原理和最大隶属度原则，数学模型可分为一级评价模型和多级评价模型。
3.一级评价模型步骤
4.多级评价模型步骤
课后思考题：
1.结合实例具体说明系统评价的步骤和内容
答：
6个步骤:
（1）初步探讨
1）评价目的
2）评价范围
3）评价立场
4）评价时期：
分为初期评价、中期评价、终期评价、跟踪评价
（2）评价系统的分析
（3）评价指标的选择：
评价指标要全面、合理、科学，能够反映实现目标的程度。
1）评价指标不能超出系统边界。
2）评价指标应当构成一个完整的体系，全面反映所需评价对象的各个方面。
3）评价指标的大类和数量。
4）评价指标间的相互关系要明确。
（4）评价函数的确定：
评价函数是使评价定量化的一种数学模型。
（5）评价值的计算
（6）综合评价
1）经营管理方面
2）技术方面
3）市场方面
4）时间方面
5）经济方面
6）体制方面
7）社会方面
。
2.试分析说明系统评价在系统工程中的作用
答：
在系统工程中，需要进行方案的选择和系统决策。
系统评价是系统方案选择与系统决策的基础。
3.常见的多级递阶结构由哪几种类型
答：
有3种类型，完全相关性结构、完全独立性结构、混合结构。
4.在层次分析法中为什么要进行一致性检验？
如何进行一致性检验
答：
由多种方法得到的判断矩阵，不可能具有完全一致性，所以要进行一致性检验。
5.试比较分析模糊评价法的一级评价模型和多级评价模型的区别
答：
一级与多级的区别是，考虑的因素多，且各因素间有级别、层次之分，就得用多级。
6.试比较分析各种系统评价方法的使用条件和优缺点
答：
模糊评价法特点：
数学模型简单，容易掌握，对多因素、多层次的复杂问题评判效果比较好，是其他模型和方法难以替代的。
更适用于对社会经济系统和工程技术问题进行评价。
层次分析法（AHP）特点：
能把问题的内在层次与联系判断量化并能对系统的各替代方案进行排序。
关联矩阵法：
第5章系统决策（重点）
5.1系统决策简介
5.1.1决策的概念
1.决策的含义：
狭义的决策是指决策者针对预期目标，在一定的约束条件下，从诸多行动个方案中选择一个，并付诸实施；广义的决策还包括做出最后抉择前所进行的一切活动，也就是说，决策是一个过程。
2.决策工作的4个特点：
（1）决策具有针对性
（2）决策具有现实性
（3）决策具有择优性
（4）决策具有风险性
决策者的行为科学分为3种类型：
保守型、乐观型、客观型。
3.决策科学化、经验决策：
随着科学技术的发展和决策对象的复杂化、多变化，决策越来越向科学化的方向发展。
传统的决策从本质上讲都是依靠人的经验，所以叫经验决策。
军队指挥使最早采用科学决策方法的领域。
社会活动越来越大型化、复杂化、多样化。
科学决策的内容：
严格实行科学决策的程序（过程）、依靠专家运用科学的决策技术和决策方法（方法）、决策者用科学的思维方法做出决策（思想）。
4.决策的最优化原则：
决策常以满意化玉适用化原则来代替最优化原则。
5.1.2决策分析
1.概述：
决策分析对各种所需决策的问题提出一套在进行决策时所必要的推理方法、逻辑步骤和科学手段，并根据所能取得的信息对各种不同的客观状态下，做出科学的分析和定量的计算，以此供决策人员在决策过程中对要采用的替代方案做出合理的抉择。
2.决策分析类型可按目标、环境与模型分类：
（1）按目标可分为日常业务型决策、战术型决策与战略型决策
（2）按环境可分为确定型决策、风险型决策和不确定型决策
（3）按模型可分为具有结构化模型问题的决策、具有非结构化模型问题的决策和具有边际模型问题的决策
3.决策分析过程：
（1）4个活动阶段
1）信息活动
2）设计活动
3）抉择活动
4）实施活动
（2）7个环节
1）确定决策模型结构
2）评定后果
3）评定不确定因素
4）评价方案
5）灵敏度分析
6）收集信息
7）选择方案
5.2确定型问题和不确定型问题的决策
5.2.1确定型问题的决策
1.数学描述：
比较各行动方案的价值函数值即可
2.常用方法：
一般计量方法、经济分析方法、运筹学方法
5.2.2不确定型问题的决策
1.悲观主义（max-min）决策准则：
称保守主义决策准则；当各事件的发生概率不清时，决策者考虑可能由于决策错误而造成重大经济损失。
2.乐观主义（max-max）决策准则：
当面临情况不明的策略问题时，不会放弃任何一个可获得最好结果的机会，以争取好中之好的乐观态度来选择他的决策策略。
3.等可能性（Laplace）准则：
对于事情，没有理由说明一件事比另外一件事有更多的发生机会时，只能认为事件发生的机会是均等的。
4.最小机会损失决策准则：
称最小遗憾值决策准则或Savage决策准则。
5.折中主义准则：
5.3风险型问题的决策
5.3.1风险型问题的决策准则
1.最大期望收益准则
2.最小期望机会损失准则
3.最大可能准则
4.机会均等准则
5.3.2决策树法
1.主要特点：
是整个决策分析工程只管、简要、清晰，便于决策人员思考和集体讨论，因而是一种形象化的决策方法。
2.决策树图：
由决策点、方案分支、方案节点、自然状态概率分支和自然状态结果点等几部分组成。
3.分析步骤：
首先，要按书写顺序从左向右横向展开，画出决策图；其次从右向左逐一计算各个方案的损益期望值；最后从左到右分级比较各
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