系统工程2--系统结构模型技术.ppt

1、系统结构模型技术系统结构模型技术-解释结构模型解释结构模型王效俐王效俐 博士博士 ；6598136665981366（办）（办）（办）（办）一系统结构模型一系统结构模型 结构模型是反映系统各组成部分或各要素之间关系的模型，即系统结构结构模型是反映系统各组成部分或各要素之间关系的模型，即系统结构结构模型是反映系统各组成部分或各要素之间关系的模型，即系统结构结构模型是反映系统各组成部分或各要素之间关系的模型，即系统结构的图形或数学表示。的图形或数学表示。的图形或数学表示。的图形或数学表示。1.1.1.1.系统结构的基本表达方式系统结构的基本表达方式系统结构的基本表达方式系统结构的基本表达方式（1

2、1 1 1）示意图表达）示意图表达）示意图表达）示意图表达（2 2 2 2）集合表达）集合表达）集合表达）集合表达 二元关系：要素之间要么存在，要么不存在，要么不明确。二元关系：要素之间要么存在，要么不存在，要么不明确。二元关系：要素之间要么存在，要么不存在，要么不明确。二元关系：要素之间要么存在，要么不存在，要么不明确。二元关系具有传递性。二元关系具有传递性。二元关系具有传递性。二元关系具有传递性。要素与要素的强连接关系；具有强连接关系的要素可以相互替换。要素与要素的强连接关系；具有强连接关系的要素可以相互替换。要素与要素的强连接关系；具有强连接关系的要素可以相互替换。要素与要素的强连接关系

3、；具有强连接关系的要素可以相互替换。（3 3 3 3）有向图表达）有向图表达）有向图表达）有向图表达（4 4 4 4）矩阵表达）矩阵表达）矩阵表达）矩阵表达 邻接矩阵邻接矩阵邻接矩阵邻接矩阵 可达矩阵可达矩阵可达矩阵可达矩阵 缩减矩阵缩减矩阵缩减矩阵缩减矩阵 骨架矩阵骨架矩阵骨架矩阵骨架矩阵 邻接矩阵邻接矩阵邻接矩阵邻接矩阵来自有向图，可以说是跟有向图是一一对应的。它的概念是：来自有向图，可以说是跟有向图是一一对应的。它的概念是：来自有向图，可以说是跟有向图是一一对应的。它的概念是：来自有向图，可以说是跟有向图是一一对应的。它的概念是：是表示系统要素间基本二元关系或直接关系情况的方阵。是表示系

4、统要素间基本二元关系或直接关系情况的方阵。是表示系统要素间基本二元关系或直接关系情况的方阵。是表示系统要素间基本二元关系或直接关系情况的方阵。所谓所谓所谓所谓可达矩阵可达矩阵可达矩阵可达矩阵，就是表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图，就是表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图，就是表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图，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一定长的路径可以到达情况的方阵。上两个节点之间通过一定长的路径可以到达情况的方阵。上两个节点之间通过一定长的路径可以到达情况的方阵。上两个节点之间通过一定长的路径可以到达情况的方阵。可达矩阵的

5、计算可达矩阵的计算可达矩阵的计算可达矩阵的计算 如果系统中的两个要素，当它们可以相互可达时，就称它们具有如果系统中的两个要素，当它们可以相互可达时，就称它们具有如果系统中的两个要素，当它们可以相互可达时，就称它们具有如果系统中的两个要素，当它们可以相互可达时，就称它们具有强连结强连结强连结强连结关系关系关系关系。彼此具有强连结关系的要素构成一个。彼此具有强连结关系的要素构成一个。彼此具有强连结关系的要素构成一个。彼此具有强连结关系的要素构成一个强连通子集强连通子集强连通子集强连通子集或称为或称为或称为或称为回路回路回路回路。强连通子集中的要素间具有自反性、对称性和传递性，是一个等价关系强连通子

6、集中的要素间具有自反性、对称性和传递性，是一个等价关系强连通子集中的要素间具有自反性、对称性和传递性，是一个等价关系强连通子集中的要素间具有自反性、对称性和传递性，是一个等价关系。该子集的行为等价于其中任一要素的行为。该子集的行为等价于其中任一要素的行为。该子集的行为等价于其中任一要素的行为。该子集的行为等价于其中任一要素的行为。在可达矩阵中，对于强连通子集，选择一个要素作为该集合的表征保留在可达矩阵中，对于强连通子集，选择一个要素作为该集合的表征保留在可达矩阵中，对于强连通子集，选择一个要素作为该集合的表征保留在可达矩阵中，对于强连通子集，选择一个要素作为该集合的表征保留下来，去掉其余的子集

7、要素，得到的矩阵叫做下来，去掉其余的子集要素，得到的矩阵叫做下来，去掉其余的子集要素，得到的矩阵叫做下来，去掉其余的子集要素，得到的矩阵叫做缩减矩阵缩减矩阵缩减矩阵缩减矩阵。缩减矩阵是不。缩减矩阵是不。缩减矩阵是不。缩减矩阵是不含强连结关系的单向关系系统。含强连结关系的单向关系系统。含强连结关系的单向关系系统。含强连结关系的单向关系系统。定理：要素与要素具有强连结关系的充分必要条件是它们在可达矩阵中定理：要素与要素具有强连结关系的充分必要条件是它们在可达矩阵中定理：要素与要素具有强连结关系的充分必要条件是它们在可达矩阵中定理：要素与要素具有强连结关系的充分必要条件是它们在可达矩阵中所处行（或列

8、）的行向量（或列向量）相等。所处行（或列）的行向量（或列向量）相等。所处行（或列）的行向量（或列向量）相等。所处行（或列）的行向量（或列向量）相等。对于给定系统，它的可达矩阵是惟一的，但实现某一可达矩阵的的邻接对于给定系统，它的可达矩阵是惟一的，但实现某一可达矩阵的的邻接对于给定系统，它的可达矩阵是惟一的，但实现某一可达矩阵的的邻接对于给定系统，它的可达矩阵是惟一的，但实现某一可达矩阵的的邻接矩阵可以具有多个。我们把实现某一可达矩阵、具有最小二元关系个数矩阵可以具有多个。我们把实现某一可达矩阵、具有最小二元关系个数矩阵可以具有多个。我们把实现某一可达矩阵、具有最小二元关系个数矩阵可以具有多个。

9、我们把实现某一可达矩阵、具有最小二元关系个数（“1”1”1”1”元素最少）的邻接矩阵叫做该可达矩阵的最小实现二元关系矩元素最少）的邻接矩阵叫做该可达矩阵的最小实现二元关系矩元素最少）的邻接矩阵叫做该可达矩阵的最小实现二元关系矩元素最少）的邻接矩阵叫做该可达矩阵的最小实现二元关系矩阵，或称之为阵，或称之为阵，或称之为阵，或称之为骨架矩阵骨架矩阵骨架矩阵骨架矩阵。综上所述：综上所述：综上所述：综上所述：示意图用图形描述了系统结构；集合表达系统结构概念清楚示意图用图形描述了系统结构；集合表达系统结构概念清楚示意图用图形描述了系统结构；集合表达系统结构概念清楚示意图用图形描述了系统结构；集合表达系统结

10、构概念清楚，在各种表达方式中处于基础地位；有向图形式较为直观，易于理解；，在各种表达方式中处于基础地位；有向图形式较为直观，易于理解；，在各种表达方式中处于基础地位；有向图形式较为直观，易于理解；，在各种表达方式中处于基础地位；有向图形式较为直观，易于理解；矩阵形式便于通过逻辑运算，用数学方法对系统结构进行分析。矩阵形式便于通过逻辑运算，用数学方法对系统结构进行分析。矩阵形式便于通过逻辑运算，用数学方法对系统结构进行分析。矩阵形式便于通过逻辑运算，用数学方法对系统结构进行分析。2.2.2.2.结构模型化技术结构模型化技术结构模型化技术结构模型化技术 结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。结构

11、模型所强调的是结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。结构模型所强调的是结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。结构模型所强调的是结构模型化技术是指建立结构模型的方法论。结构模型所强调的是“确确确确定变量之间是否有连接及其连接的相对重要性，而不是建立严格的数学定变量之间是否有连接及其连接的相对重要性，而不是建立严格的数学定变量之间是否有连接及其连接的相对重要性，而不是建立严格的数学定变量之间是否有连接及其连接的相对重要性，而不是建立严格的数学关系以及精确地确定其系数。这样在确定组成系统变量间的连接关系时，关系以及精确地确定其系数。这样在确定组成系统变量间的连接关系时，关系以及精确地确定其系数。

12、这样在确定组成系统变量间的连接关系时，关系以及精确地确定其系数。这样在确定组成系统变量间的连接关系时，可使用预先选好的简单的函数形式。可使用预先选好的简单的函数形式。可使用预先选好的简单的函数形式。可使用预先选好的简单的函数形式。”目前已经开发了许多结构模型化技术，每一种技术都是从一批要素目前已经开发了许多结构模型化技术，每一种技术都是从一批要素目前已经开发了许多结构模型化技术，每一种技术都是从一批要素目前已经开发了许多结构模型化技术，每一种技术都是从一批要素-系统的建筑材料系统的建筑材料系统的建筑材料系统的建筑材料-开始的。这些要素的选择通常有很大的直觉性。要开始的。这些要素的选择通常有很大

13、的直觉性。要开始的。这些要素的选择通常有很大的直觉性。要开始的。这些要素的选择通常有很大的直觉性。要想找到一个能选择出所有重要要素的确定的系统过程，是不可能的。正想找到一个能选择出所有重要要素的确定的系统过程，是不可能的。正想找到一个能选择出所有重要要素的确定的系统过程，是不可能的。正想找到一个能选择出所有重要要素的确定的系统过程，是不可能的。正因为如此，研究系统结构模型就是很有意义的事情。因为如此，研究系统结构模型就是很有意义的事情。因为如此，研究系统结构模型就是很有意义的事情。因为如此，研究系统结构模型就是很有意义的事情。脚本法脚本法脚本法脚本法专家调查法专家调查法专家调查法专家调查法集团

14、启发法集团启发法集团启发法集团启发法关联树法关联树法关联树法关联树法解释结构模型解释结构模型解释结构模型解释结构模型（ISMISM）决策试验与评价实验室（决策试验与评价实验室（决策试验与评价实验室（决策试验与评价实验室（DEMATELDEMATEL）系统开发计划程序（系统开发计划程序（系统开发计划程序（系统开发计划程序（PPDSPPDS）工作设计工作设计工作设计工作设计凯恩仿真模型（凯恩仿真模型（凯恩仿真模型（凯恩仿真模型（KSIMKSIM）快速仿真模型（快速仿真模型（快速仿真模型（快速仿真模型（QSIMQSIM）系统动力学系统动力学系统动力学系统动力学交叉影响分析交叉影响分析交叉影响分析交叉

15、影响分析静态结构化技术静态结构化技术静态结构化技术静态结构化技术动态结构化技术动态结构化技术动态结构化技术动态结构化技术问题发掘技术问题发掘技术问题发掘技术问题发掘技术结构决定技术结构决定技术结构决定技术结构决定技术结结结结构构构构模模模模型型型型化化化化技技技技术术术术 ISMISMISMISM技术的核心是通过对可达矩阵的处理，建立系统问题的递阶结构模技术的核心是通过对可达矩阵的处理，建立系统问题的递阶结构模技术的核心是通过对可达矩阵的处理，建立系统问题的递阶结构模技术的核心是通过对可达矩阵的处理，建立系统问题的递阶结构模型。型。型。型。建立反映系统问题要素间层次关系的递阶结构模型，一般要经

16、过建立反映系统问题要素间层次关系的递阶结构模型，一般要经过建立反映系统问题要素间层次关系的递阶结构模型，一般要经过建立反映系统问题要素间层次关系的递阶结构模型，一般要经过区域划区域划区域划区域划分、级位划分、骨架矩阵提取和多极递阶有向图绘制分、级位划分、骨架矩阵提取和多极递阶有向图绘制分、级位划分、骨架矩阵提取和多极递阶有向图绘制分、级位划分、骨架矩阵提取和多极递阶有向图绘制等四个阶段，这是等四个阶段，这是等四个阶段，这是等四个阶段，这是建立递阶结构模型的基本方法。建立递阶结构模型的基本方法。建立递阶结构模型的基本方法。建立递阶结构模型的基本方法。下面以一个系统的有向图为例说明结构模型的建立方法：下面以一个系统的有向图为例说明结构模型的建立方法：下面以一个系统的有向图为例说明结构模型的建立方法：下面以一个系统的有向图为例说明结构模型的建立方法：二解释结构模型二解释结构模型7 76 65 54 43 32 21 11.1.1.1.可达矩阵的建立可达矩阵的建立可达矩阵的建立可达矩阵的建立 1 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 67 7 7 71