系统分析案例要点课件

1系统分析综合案例系统分析综合案例1系统分析综合案例21)1)要为要为要为要为8 8个中队（个中队（个中队（个中队（248248192192架）架）架）架）F F10B10B飞机增加武飞机增加武飞机增加武飞机增加武装，条件是只可在喇叭狗式导弹和装，条件是只可在喇叭狗式导弹和装，条件是只可在喇叭狗式导弹和装，条件是只可在喇叭狗式导弹和500500磅炸弹中选磅炸弹中选磅炸弹中选磅炸弹中选其一（可行方案不再开发）。其一（可行方案不再开发）。其一（可行方案不再开发）。其一（可行方案不再开发）。2)2)空军、陆军主张不一，相持不下，领导者难于决空军、陆军主张不一，相持不下，领导者难于决空军、陆军主张不一，相持不下，领导者难于决空军、陆军主张不一，相持不下，领导者难于决策，只好请策，只好请策，只好请策，只好请SASA机构提供定量可靠的依据辅助领导机构提供定量可靠的依据辅助领导机构提供定量可靠的依据辅助领导机构提供定量可靠的依据辅助领导者决策，解决空军、陆军的矛盾。者决策，解决空军、陆军的矛盾。者决策，解决空军、陆军的矛盾。者决策，解决空军、陆军的矛盾。1 1 1 1、明确问题和确定目标、明确问题和确定目标、明确问题和确定目标、明确问题和确定目标一、美军一、美军一、美军一、美军F F10B10B飞机武器选型的飞机武器选型的飞机武器选型的飞机武器选型的SASA2要为8个中队（248192架）F10B飞机增加武装，3vv每摧毁一个目标需导弹每摧毁一个目标需导弹每摧毁一个目标需导弹每摧毁一个目标需导弹2 2枚或炸弹枚或炸弹枚或炸弹枚或炸弹6 6枚；枚；枚；枚；vv每发武器的命中概率为：导弹每发武器的命中概率为：导弹每发武器的命中概率为：导弹每发武器的命中概率为：导弹7070，炸弹，炸弹，炸弹，炸弹3030；vv飞机每架次升空飞行时间飞机每架次升空飞行时间飞机每架次升空飞行时间飞机每架次升空飞行时间2 2小时，每小时飞行成本小时，每小时飞行成本小时，每小时飞行成本小时，每小时飞行成本800800美美美美元；元；元；元；vv每枚武器的成本：导弹为每枚武器的成本：导弹为每枚武器的成本：导弹为每枚武器的成本：导弹为65006500500 500 70007000美元（购置美元（购置美元（购置美元（购置费存储费）费存储费）费存储费）费存储费）炸弹为炸弹为炸弹为炸弹为 0 0 100 100 100 100 美元；美元；美元；美元；vv每架飞机成本每架飞机成本每架飞机成本每架飞机成本240240万美元，加装导弹和炸弹后分别为万美元，加装导弹和炸弹后分别为万美元，加装导弹和炸弹后分别为万美元，加装导弹和炸弹后分别为270270万美元和万美元和万美元和万美元和242.5242.5万美元；万美元；万美元；万美元；vv飞机的载弹量分别为导弹飞机的载弹量分别为导弹飞机的载弹量分别为导弹飞机的载弹量分别为导弹6 6枚、炸弹枚、炸弹枚、炸弹枚、炸弹1010枚；枚；枚；枚；vv飞机被击毁的概率为飞机被击毁的概率为飞机被击毁的概率为飞机被击毁的概率为1 1每飞行小时。每飞行小时。每飞行小时。每飞行小时。2 2、搜集资料、搜集资料、搜集资料、搜集资料 要作定量分析，必须搜集有关计量指标。调研后知：要作定量分析，必须搜集有关计量指标。调研后知：要作定量分析，必须搜集有关计量指标。调研后知：要作定量分析，必须搜集有关计量指标。调研后知：3每摧毁一个目标需导弹2枚或炸弹6枚；2、搜集资料4“用经济有效的手段摧毁目标用经济有效的手段摧毁目标用经济有效的手段摧毁目标用经济有效的手段摧毁目标”即需要计算各个方案摧毁一个目标的即需要计算各个方案摧毁一个目标的即需要计算各个方案摧毁一个目标的即需要计算各个方案摧毁一个目标的成本是多少？成本是多少？成本是多少？成本是多少？摧毁一个目标的总成本摧毁一个目标的总成本摧毁一个目标的总成本摧毁一个目标的总成本C C武器成本武器成本武器成本武器成本C C0 0投射成本投射成本投射成本投射成本C Cd d损耗成本损耗成本损耗成本损耗成本C Ca a其中：其中：其中：其中：C C0 0 每枚武器的成本每枚武器的成本每枚武器的成本每枚武器的成本 摧毁一个目标的武器数量；摧毁一个目标的武器数量；摧毁一个目标的武器数量；摧毁一个目标的武器数量；C Ca a每架飞机成本每架飞机成本每架飞机成本每架飞机成本 每架飞机成本每架飞机成本每架飞机成本每架飞机成本 摧毁一个目标的飞行时间摧毁一个目标的飞行时间摧毁一个目标的飞行时间摧毁一个目标的飞行时间 每飞行小时的飞机损毁率每飞行小时的飞机损毁率每飞行小时的飞机损毁率每飞行小时的飞机损毁率3 3、建立模型（进行定量分析）、建立模型（进行定量分析）、建立模型（进行定量分析）、建立模型（进行定量分析）先应将目标具体化为准则，以便明确评价方案优劣的标准。先应将目标具体化为准则，以便明确评价方案优劣的标准。先应将目标具体化为准则，以便明确评价方案优劣的标准。先应将目标具体化为准则，以便明确评价方案优劣的标准。每架次平均飞行时间每架次平均飞行时间每架次平均飞行时间每架次平均飞行时间每架载弹量每架载弹量每架载弹量每架载弹量 /摧毁一个目标的武器数量摧毁一个目标的武器数量摧毁一个目标的武器数量摧毁一个目标的武器数量 每飞行小时的飞机损毁率每飞行小时的飞机损毁率每飞行小时的飞机损毁率每飞行小时的飞机损毁率摧毁一个目标的武器数量摧毁一个目标的武器数量摧毁一个目标的武器数量摧毁一个目标的武器数量每架次的载弹量每架次的载弹量每架次的载弹量每架次的载弹量 C Cd d 每小时飞行成本每小时飞行成本每小时飞行成本每小时飞行成本 每架次的平均飞行时间每架次的平均飞行时间每架次的平均飞行时间每架次的平均飞行时间 4“用经济有效的手段摧毁目标”即需要计算各个方案摧毁一个5使用两个方案分别摧毁一个目标的成本计算如下表所示：使用两个方案分别摧毁一个目标的成本计算如下表所示：使用两个方案分别摧毁一个目标的成本计算如下表所示：使用两个方案分别摧毁一个目标的成本计算如下表所示：方案方案方案方案成本成本成本成本方案方案方案方案（安装导弹）（安装导弹）（安装导弹）（安装导弹）方案方案方案方案（安装炸弹）（安装炸弹）（安装炸弹）（安装炸弹）武器成本武器成本武器成本武器成本C C0 0(6500+500)2=14000(6500+500)2=14000(0+100)6(0+100)6600600投射成本投射成本投射成本投射成本C Cd d8002(2/6)8002(2/6)5335338002(6/10)8002(6/10)960960损毁成本损毁成本损毁成本损毁成本C Ca a27000002/(6/2)0.0127000002/(6/2)0.01180001800024500002/(10/6)0.01 24500002/(10/6)0.01 2910029100总成本总成本总成本总成本14000+533+1800014000+533+180003253332533600+960+29100600+960+291003066030660单位：美元单位：美元单位：美元单位：美元5使用两个方案分别摧毁一个目标的成本计算如下表所示：61)1)单从成本考虑，每摧毁一个目标方案单从成本考虑，每摧毁一个目标方案单从成本考虑，每摧毁一个目标方案单从成本考虑，每摧毁一个目标方案 成本高出成本高出成本高出成本高出18731873美元；美元；美元；美元；2)2)使用方案使用方案使用方案使用方案，精确度高，可减少陆军伤亡；，精确度高，可减少陆军伤亡；，精确度高，可减少陆军伤亡；，精确度高，可减少陆军伤亡；3)3)使用方案使用方案使用方案使用方案，飞机摧毁目标多。以飞机完好率，飞机摧毁目标多。以飞机完好率，飞机摧毁目标多。以飞机完好率，飞机摧毁目标多。以飞机完好率8080计算，每机计算，每机计算，每机计算，每机每天飞行一架次，则每天飞行一架次，则每天飞行一架次，则每天飞行一架次，则3 3天可摧毁目标数为：天可摧毁目标数为：天可摧毁目标数为：天可摧毁目标数为：方案方案方案方案 (6/2)319280%=1382(6/2)319280%=1382(个个个个)方案方案方案方案 (10/6)319280%=783(10/6)319280%=783(个个个个)方案方案方案方案仅为方案仅为方案仅为方案仅为方案 的的的的56.6%56.6%4)4)使用方案使用方案使用方案使用方案 后，飞机的飞行高度提高，敌方防空武器的火力命后，飞机的飞行高度提高，敌方防空武器的火力命后，飞机的飞行高度提高，敌方防空武器的火力命后，飞机的飞行高度提高，敌方防空武器的火力命中率降低，可指望飞机被击落的概率降低。中率降低，可指望飞机被击落的概率降低。中率降低，可指望飞机被击落的概率降低。中率降低，可指望飞机被击落的概率降低。4 4、综合评价（判断）、综合评价（判断）、综合评价（判断）、综合评价（判断）6单从成本考虑，每摧毁一个目标方案成本高出1873美元；471)1)减少地面部队的伤亡；减少地面部队的伤亡；减少地面部队的伤亡；减少地面部队的伤亡；2)2)增加摧毁目标的潜力；增加摧毁目标的潜力；增加摧毁目标的潜力；增加摧毁目标的潜力；3)3)降低飞机损失。降低飞机损失。降低飞机损失。降低飞机损失。5 5 5 5、结论、结论、结论、结论每摧毁一个目标，安装导弹方案的成本虽然每摧毁一个目标，安装导弹方案的成本虽然每摧毁一个目标，安装导弹方案的成本虽然每摧毁一个目标，安装导弹方案的成本虽然高出高出高出高出1873187318731873美元，但有如下三项好处：美元，但有如下三项好处：美元，但有如下三项好处：美元，但有如下三项好处：故建议安装喇叭狗式导弹。故建议安装喇叭狗式导弹。故建议安装喇叭狗式导弹。故建议安装喇叭狗式导弹。7减少地面部队的伤亡；5、结论每摧毁一个目标，安装导弹方案的8每天送每天送每天送每天送200200200200万桶。万桶。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-50-50-50-50o o o oC C C C。如何从美国第如何从美国第如何从美国第如何从美国第49494949州阿拉斯加东北部的普拉德州阿拉斯加东北部的普拉德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本土输油的问题。霍湾向美本土输油的问题。霍湾向美本土输油的问题。霍湾向美本土输油的问题。1.1.1.1.任务与环境任务与环境任务与环境任务与环境二、阿拉斯加原油输送方案的二、阿拉斯加原油输送方案的二、阿拉斯加原油输送方案的二、阿拉斯加原油输送方案的SASA8每天送200万桶。如何从美国第49州阿拉斯加东北部的普拉9方案方案方案方案：油船运。每天只需：油船运。每天只需：油船运。每天只需：油船运。每天只需4 4 4 45 5 5 5艘，但要破冰船引航，起点和艘，但要破冰船引航，起点和艘，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。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。方案方案方案方案：用带加温：用带加温：用带加温：用带加温S S 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，成本提高保温处理，成本提高保温处理，成本提高3 3 3 3倍。倍。倍。倍。2.2.2.2.开发方案开发方案开发方案开发方案 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：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，保留方案，保留方案，继续拨款鼓，继续拨款鼓，继续拨款鼓，继续拨款鼓励竞争出新方案。励竞争出新方案。励竞争出新方案。励竞争出新方案。9方案：油船运。每天只需45艘，但要破冰船引航，起点和终10方案方案方案方案：由麻省理工：由麻省理工：由麻省理工：由麻省理工SASA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2020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（一条送气管道（一条送气管道（6060亿），比方案亿），比方案亿），比方案亿），比方案省了一半。省了一半。省了一半。省了一半。方案方案方案方案：把含：把含：把含：把含1010101020202020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。得专利。得专利。10方案：由麻省理工SA所的两人提出油气混输（将天然气转换11序号序号序号序号方案内容方案内容方案内容方案内容方案特点方案特点方案特点方案特点备注备注备注备注方案方案方案方案 油船运输油船运输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、又不可靠淘汰淘汰淘汰淘汰方案方案方案方案带加温带加温带加温带加温S S的油管输送的油管输送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站难度大站难度大淘汰淘汰淘汰淘汰方案方案方案方案原油掺海水后原油掺海水后原油掺海水后原油掺海水后用常规油管送用常规油管送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加分离工艺流程加分离工艺流程淘汰淘汰淘汰淘汰方案方案方案方案油气混合一管两送油气混合一管两送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，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仅管道费就节约仅管道费就节约6060亿美元亿美元亿美元亿美元中选中选中选中选11序号方案内容方案特点备注方案油船运输运输费用大，既不安12 20世纪世纪60年代末，美国纽约市负责全市供水年代末，美国纽约市负责全市供水的供水委员会花费了几十万美元拟订了一个扩建的供水委员会花费了几十万美元拟订了一个扩建供水网的工程设计计划。全部计划预计耗资供水网的工程设计计划。全部计划预计耗资10亿亿美元，分五个阶段执行，全部竣工后，可满足随美元，分五个阶段执行，全部竣工后，可满足随后后40年该市人口增加年该市人口增加25%时的用水需要。时的用水需要。该计划该计划遭到了市预算当局的反对，认为扩建供水网是多遭到了市预算当局的反对，认为扩建供水网是多余的。双方在相持不下的情况下，请麻省理工学余的。双方在相持不下的情况下，请麻省理工学院的系统分析人员对该工程进行系统分析。院的系统分析人员对该工程进行系统分析。三、纽约市供水网扩建工程的系统分析三、纽约市供水网扩建工程的系统分析12 20世纪60年代末，美国纽约市负责全13 一、问题的提出一、问题的提出 纽纽约约供供水水系系统统扩扩建建的的设设计计问问题题，是是由由供供水水委委员员会会最最初初提提出出的的。该该委委员员会会认认为为纽纽约约市市必必须须增强全市的供水能力，主要理由如下：增强全市的供水能力，主要理由如下：(1)(1)今后今后4040年，城市居民将逐年增加；年，城市居民将逐年增加；(2)现有的供水系统必须广泛地检修。现有的供水系统必须广泛地检修。13 一、问题的提出14 1 1、最初的设计方案、最初的设计方案 供供水水委委员员会会的的最最初初设设计计方方案案是是增增设设5050英英里里长长的的直直径径为为2828英英寸寸的的水水管管。19671967年年估估算算需需要要投投资资1010亿亿美美元元，分分五五个个阶阶段段进进行行。第第一一段段阶阶投投资资3.233.23亿亿美美元元，主主要要是是铺铺设设最最大大的的水水管管。所所有有的的水水管管都都要要在在坚坚硬硬的的岩岩石石中中铺铺设设，所所以以工工程程艰艰巨巨，投投资资浩浩大大，是是纽纽约约市市最最大大的的土土木木工工程程项项目目之之一一。最最初初设设计计方案提出了如下的设计规定：方案提出了如下的设计规定：(1)(1)只考虑一个供水网的地理几何布局；只考虑一个供水网的地理几何布局；(2)(2)只只使使用用一一个个评评审审准准则则，即即第第一一级级网网络络终终端端的的自自来来水水压力必须达到压力必须达到4040磅磅/英寸英寸2 2；(3)(3)工工程程的的预预计计使使用用期期限限为为4040年年，即即能能满满足足公公元元20102010年年时的用水需要；时的用水需要；(4)(4)整个网络只依靠重力把水压送到各终端。整个网络只依靠重力把水压送到各终端。14 1、最初的设计方案15 麻麻省省理理工工学学院院的的系系统统分分析析师师对对这这个个扩扩建建工工程程进进行行系系统统分分析析，主主要要工工作作有有:提提出出评评价价准准则则，建建立立系系统统模模型型，探探索索各种可行方案，选出最优的设计和实施方案各种可行方案，选出最优的设计和实施方案。2 2、部门间的互相制约、部门间的互相制约 在在实实践践过过程程中中，很很难难实实施施技技术术上上的的最最优优方方案案，因因为为这这样样一一些些方方案案往往往往会会遭遭到到有有关关部部门门的的反反对对，所所以以最最后后实实施施的的往往往往只只是是一一些些为为各各有有关关部部门门均均能能接接受受的的折折衷衷方方案案(或或满满意意方方案案)。另另一一个个制制约约系系统统分分析析工工作作的的因因素素是是，该该项项计计划划的的资资金金来来源源是是否否容容易易。供供水水委委员员会会可可以以采采用用发发行行债债券券的的办办法法，比比较较容容易易取取得得资资金金。因因此此，它它在在开开始始设设计计时时并并不不进进行行系系统统分析，一心想搞一个大工程，以便树碑立传。分析，一心想搞一个大工程，以便树碑立传。15 麻省理工学院的系统分析师对这个扩建工程进行系16 二、系统分析的方法二、系统分析的方法 1 1、制定分析步骤、制定分析步骤 本项分析把整个过程分为五个阶段：本项分析把整个过程分为五个阶段：(1)(1)制定目标和评价准则；制定目标和评价准则；(2)(2)制制定定衡衡量量工工程程效效果果的的准准则则和和量量化化的的指指标标，从从而而能能够够衡量工程达到原定目标的程度；衡量工程达到原定目标的程度；(3)(3)开开发发各各种种类类型型的的方方案案，并并且且使使用用模模型型和和计计算算机机模模拟拟分别对每一类型方案中的各个方案进行周密的分析；分别对每一类型方案中的各个方案进行周密的分析；(4)(4)运用衡量工程效果的准则，评价每个方案的成就；运用衡量工程效果的准则，评价每个方案的成就；(5)在在对对每每个个方方案案的的各各种种成成就就进进行行评评价价之之后后，最最终终选选出出最佳的实施方案。最佳的实施方案。16 二、系统分析的方法172 2、制定目标、制定目标 供供水水委委员员会会最最初初为为整整个个工工程程制制定定的的目目标标只只有有一一个个，即即在在供供水水网网络络终终端端的的水水压压要要求求达达到到4040磅磅/英英寸寸2 2。显显然然这这样样衡衡量量整整个个系系统统的的质质量量是是不不充充分分的的，因因为为城城市市用用水水的的部部门门是是多多样样的的：1/41/4的的水水量量是是家家庭庭用用水水，而而大大部部分分是是工工业业用用水水，剩剩下下的的少少数数水水量量主主要要用用于于消消防防、城城市市卫卫生生、绿绿化化等等。不不同同用用户户对对供供水水系系统统的的质质量量要要求求也也不不同同。饮饮用用的的水水要要求求卫卫生生、色色味味俱俱佳佳；工工业业用用水水要要求求保保证证供供水水量量，并并且且要要求求化化学学腐腐蚀蚀作作用用小小；消消防防则则要要求求水水源源可可靠靠，保保证证随随时时都都有有水水。作作为为市市政政当当局局来来说说，当当然然要要关关心心各各方方面面用用户户是是否否都都能充分满足。能充分满足。172、制定目标18 最后制定的目标包括如下内容：最后制定的目标包括如下内容：(1)(1)系统的总性能；系统的总性能；(2)(2)市区用水的方便程度；市区用水的方便程度；(3)(3)供水的可靠性；供水的可靠性；(4)(4)基建和保持运行的总费用。基建和保持运行的总费用。18 最后制定的目标包括如下内容：19 3 3、制定衡量效果的准则、制定衡量效果的准则 作作为为估估算算，可可采采用用供供水水压压力力来来评评价价供供水水系系统统的的性性能能。由由于于静静压压能能用用来来测测量量水水的的能能量量，所所以以它它可可转转换换成成速速度度。从从力力学学观观点点说说，可可以以用用此此来来表表示示供供水水的的质质量量。系系统统的的总总性性能能即即是是以以供供水水网网络络中中各各主主要要点点上上的的压压力力的的平平均均值值，乘乘以以加加权权因因子子(即即每个点上所需的水量每个点上所需的水量)，具体地说，这个指标即是，具体地说，这个指标即是 有有了了总总性性能能之之后后，还还需需要要有有衡衡量量局局部部效效果果的的准准则则。有有时时为为了了取取得得所所需需的的总总性性能能，往往往往需需要要牺牺牲牲某某些些局局部部的的性性能能，本本例例的的局局部部性性能能就就是是网网络络终终端端的的性性能能。供供水水系系统统的的可可靠靠性性是是指指当当三三个个主主管管道道中中的的一一个个发发生生故故障障必必须须关关闭闭时时，系系统统的的性性能能将将受到什么影响。受到什么影响。19 3、制定衡量效果的准则 20 4 4、制定方案、制定方案 在研究了许多类型方案以后，选定了三类。它们是：在研究了许多类型方案以后，选定了三类。它们是：(1)(1)关关于于系系统统的的物物理理构构型型，包包括括管管路路布布局局、管管道道长长度、管道直径及度、管道直径及 基建费用等；基建费用等；(2)(2)关关于于使使用用周周期期的的划划分分，即即确确定定整整个个供供水水系系统统能能满足多少年后的用水需求量；满足多少年后的用水需求量；(3)是是采采用用水水泵泵加加压压还还是是采采用用加加大大水水管管的的办办法法来来改改进进供水系统的性能。供水系统的性能。20 4、制定方案21 5、方案的评审、方案的评审 麻省理工学院设计了一个ICES(即综合土木工程系统)模型，对250个方案都进行了评审。评审时进行了费用-效果分析，把能满足各目标的设计方案都标在坐标图中，从而形成一个可行设计区，其中最上面的一条轨迹线（A）表示每种投资水平所能获得的最佳性能，这就是费用效果函数。有了这个函数后就能考虑和选择最优的设计方案，即以最少费用去满足所有目标要求。21 5、方案的评审22 关于总投资和总性能 使用计算机计算后获得的第一个结果是总投资可以节约30%，其措施是缩小原定的扩建计划，而性能并没有什么重大改变。分析证明，投资大量减少后还能使设计有效。分析同时表明存在着两种构型，并且第二种构型更好。第二种构型是有备用水管，它能弥补压力的损失，从而改进了整个系统的性能。对供水系统的可靠性进行探讨后也证实，铺设一定规模的备用水管是必要的，否则全市的用水将受到很大威胁，因为现有的水管正在不断损坏。这同时说明供水委员会提出急需扩建供水系统是完全正确的。对各方案进行各种敏感性分析。从管路布局的敏感性分析中得出，不同物理构型的能量损失是不同的，因此，最有效的结构应是能够减少压降、提高供水系统性能的方案。22 关于总投资和总性能23 关于使用周期的确定问题关于使用周期的确定问题 最最经经济济的的设设计计使使用用期期为为20202525年年，仅仅为为原原计计划划的的一一半半，从从而而也也证证明明削削减减设设计计规规模模的的正正确确性性。使使用用期期定定为为2020年年，并并不不是是说说4040年年的的使使用用期期是是不不必必要要的的，只只是是说说明明4040年年的的计计划划应应该该分分两两步步走走更更为为经经济济。分分两两期期的的做做法法比比较较灵灵活活，中中途途还还可可以以允允许许设设计师调整他的计划。计师调整他的计划。23 关于使用周期的确定问题24 关于使用水泵加压的方案关于使用水泵加压的方案 分分析析表表明明，使使用用水水泵泵可可以以进进一一步步减减少少投投资资。供供水水系系统统的的基基本本作作业业要要求求是是，设设计计的的最最高高负负荷荷应应高高于于平平均均负负荷荷的的20%20%30%30%，但但高高峰峰用用水水时时间间是是很很短短的的，本本例例设设计计高高峰峰日日中中的的高高峰峰小小时时的的发发生生概概率率仅仅为为0.0010.001，因因此此，最最高高负负荷荷能能力力在在99.9%99.9%的的时时间间内内是是无无用用的的。但但是是长长期期使使用用一一个个小小规规模模的的效效率率不不高高的的供供水水系系统统也也是是不不经经济济的的，因因此此。必必须须在在作作业业费费用用和和固固定定投投资资之之间间作作最最佳佳的的平平衡衡。此此外外，从从费费用用与与管管径径的的关关系系可可知知，降降低低原原设设计计的的管管径径可可以以降降低低总总费费用用，采采用用原设计管径的原设计管径的4/54/5，可节约总投资，可节约总投资30%30%。24 关于使用水泵加压的方案25 三、实施三、实施 如如预预期期的的那那样样，最最后后选选定定执执行行的的是是一一个个折折衷衷的的方方案案，其主要内容如下：其主要内容如下：（1 1）供水系统的整个布局沿用了最初的设计方案；）供水系统的整个布局沿用了最初的设计方案；（2 2）同最初设计一样，没有采用水泵；）同最初设计一样，没有采用水泵；（3 3）工工程程规规模模仅仅为为原原设设计计的的3/53/5，水水管管直直径径降降为为原原设设计计的的4/54/5，即即由由26262828英英寸寸降降至至20202222英英寸寸，仅仅这这一一项项更更改改就就节节约约1 1亿亿美美元元，第第一一期期工工程程的的总总投投资资由由3.233.23亿亿美美元元降降至至2.232.23亿美元。亿美元。25 三、实施 26 从这个折衷方案可以看出如下问题：从这个折衷方案可以看出如下问题：首首先先，整整个个系系统统线线路路布布局局没没有有更更改改，这这是是为为了了照照顾顾供供水水委委员员会会的的威威信信，该该委委员员会会为为了了保保持持其其威威望望绝绝不不会会从从原原定定的的布布局局后后退退一一步步的的。然然而而该该委委员员会会认认为为，为为了了节节约约费费用用，可可以以对对原原设设计计作作些些更更改改，但但这这并并不不意意味味着着在在技技术术或或工工程程上上出出了了什什么么问问题题。当当然然，纽纽约约市市的的预预算算当当局局是是欢欢迎迎削削减减规规模模、节节约约费费用用的的。由由此此可可见见，经经过过折折衷衷后后产产生生的设计方案，其系统的最优化并不是占主导地位的。的设计方案，其系统的最优化并不是占主导地位的。其其次次，本本系系统统分分析析的的任任务务，如如同同其其它它系系统统分分析析一一样样，只只是是澄澄清清问问题题，指指出出原原设设计计中中值值得得更更改改之之处处。系系统统分分析析只只是是提提供供所所需需用用的的炮炮弹弹，最最后后这这些些炮炮弹弹能能否否发发挥挥作作用用，除除了了取取决决于于系系统统分分析析的的质质量量外外，往往往往还还受受许许多多因因素素的的制制约约和和影影响响。因因此此，用用系系统统分分析析后后所所取取得得的的实实际际成成果果来来评评价系统分析本身的工作价值是不合适的。价系统分析本身的工作价值是不合适的。26 从这个折衷方案可以看出如下问题：27一、背景资料一、背景资料 某某航航空空公公司司拟拟在在沿沿海海地地区区选选址址建建厂厂，与与外外商商合合作作生生产产轻轻型型运运动动飞飞机机。年年产产量量为为300架架，原原材材料料大大部部份份进进口口，产产品品全全部部外外销销。合合作作期期限限20年年，基基准准收收益益率率10%。该该航航空空公公司司希希望望从从沿沿海海城城市市选选择择出出适适当当厂厂址址。（厂厂址址必必须须满满足足的的先先决决条条件件：交交通通运运输输便便利利、协协作作条条件件好好、生活环境好。生活环境好。四、某航空公司厂址选择系统分析四、某航空公司厂址选择系统分析27一、背景资料四、某航空公司厂址选择系统分析28满意否问题状况二、厂址选择的系统分析过程二、厂址选择的系统分析过程系统研究系统设计系统量化系统评价Y系统协调与反馈N决策成功决策成功问题的背景资料问题的背景资料待解决问题目标待解决问题目标将问题在限定条件下进将问题在限定条件下进一步结构化一步结构化建立问题模型、量化分析建立问题模型、量化分析据量化结果、选择优据量化结果、选择优势方案势方案决策？28满意否问题状况二、厂址选择的系统分析过程系统研究系统设计291 1、系统研究工作系统研究工作 确定待解决问题的目标，该问题的目标是在满足几本确定待解决问题的目标，该问题的目标是在满足几本先决条件的情况下，选择具有优势的厂址方案。先决条件的情况下，选择具有优势的厂址方案。2 2、系统设计工作系统设计工作 根据拟定目标，初步拟定三个沿海城市各选一处厂址，根据拟定目标，初步拟定三个沿海城市各选一处厂址，分别记为分别记为A A、B B、C C。由于项目产品生产经营方面的特点，要求厂址方案在由于项目产品生产经营方面的特点，要求厂址方案在经济方面、投资环境方面能满足项目要求。考虑到项目今经济方面、投资环境方面能满足项目要求。考虑到项目今后的长远发展，还要求厂址必须满足三个基本先决条件：后的长远发展，还要求厂址必须满足三个基本先决条件：交通运输便利、协作条件好、生活环境好。交通运输便利、协作条件好、生活环境好。因此，厂址选择需要对包括可定量的费用因素和难以因此，厂址选择需要对包括可定量的费用因素和难以定量分析的环境因素进行分析。定量分析的环境因素进行分析。291、系统研究工作2、系统设计工作303 3、系统量化作业系统量化作业（建立数学模型）（建立数学模型）Mj=MEj+（1-）MNjMEj=(1/ACj)/(1/ACj)j=1m且且MEj=1mj=1MNj=Wk*Rjkk=1303、系统量化作业（建立数学模型）Mj=MEj+（1-31 根据上述模型，收集测算相关数据。得到厂址方案成根据上述模型，收集测算相关数据。得到厂址方案成本费用表，各备选厂址定性因素对比表及各备选厂址定性本费用表，各备选厂址定性因素对比表及各备选厂址定性因素权值与评分表：因素权值与评分表：厂址方案建设贷款残值年经营费用年运输费外购材料及燃料费人工工资及福利费公共服务费其他合计方案A 方案B 方案C75006800600015001350126011501080126048048048020024030045045045022802250249024026033031 根据上述模型，收集测算相关数据。得到厂址32各备选厂址定性因素对比表各备选厂址定性因素对比表厂址劳动力素质科研力量基础设施投资政策ABC中中强弱强强中中好好中中各备选厂址定性因素权值与评分各备选厂址定性因素权值与评分厂址劳动力素质W1=0.2科研力量W2=0.1基础设施W3=0.2投资政策W4=0.5ABCR11=0.3R21=0.3R31=0.4R12=0.2R22=0.4R32=0.4R13=0.3R23=0.3R33=0.4R14=0.4R24=0.3R34=0.332各备选厂址定性因素对比表厂址劳动力素质科研力量基础设施投33厂址方案建设贷款残值年经营费用年运输费外购材料及燃料费人工工资及福利费公共服务费其他合计方案A 方案B 方案C750068006000150013501260115010801260480480480200240300450450450228022502490240260330各备选方案年总费用：各备选方案年总费用：AC1=7500*(A/P,10%,20)-1500*(P/F,10%,20)+2280+240=3178万元万元AC2=6800*(A/P,10%,20)-1350*(P/F,10%,20)+2250+260=3108万元万元AC3=6000*(A/P,10%,20)-1200*(P/F,10%,20)+2490+330=3347万元万元定量分析定量分析33厂址建设残年经营费用年运外购材料及燃料费人工工资及福利费34各备选方案定量因素优势为各备选方案定量因素优势为ME1=(1/3178)/(1/3178+1/3108+1/3347)=0.336ME2=(1/3108)/(1/3178+1/3108+1/3347)=0.344ME3=(1/3347)/(1/3178+1/3108+1/3347)=0.320MEj=(1/ACj)/(1/ACj)j=1334各备选方案定量因素优势为ME1=(1/3178)/(1/35各备选厂址方案定性因素优势各备选厂址方案定性因素优势MN1=0.2*0.3+0.1*0.2+0.2*0.3+0.5*0.4=0.34MN2=0.2*0.3+0.1*0.4+0.2*0.3+0.5*0.3=0.31MN3=0.2*0.4+0.1*0.4+0.2*0.4+0.5*0.3=0.35MNj=Wk*Rjkk=13各备选厂址定性因素权值与评分各备选厂址定性因素权值与评分厂址劳动力素质W1=0.2科研力量W2=0.1基础设施W3=0.2投资政策W4=0.5ABCR11=0.3R21=0.3R31=0.4R12=0.2R22=0.4R32=0.4R13=0.3R23=0.3R33=0.4R14=0.4R24=0.3R34=0.335各备选厂址方案定性因素优势MN1=0.2*0.3+0.136计算各备选厂址方案综合优势计算各备选厂址方案综合优势 取定量因素和定性因素权值分别为取定量因素和定性因素权值分别为0.57和和0.43，则各厂址方，则各厂址方案的综合优势为：案的综合优势为：Mj=MEj+（1-）MNjM1 =0.57*0.336+0.43*0.34=0.338M2 =0.57*0.344+0.43*0.31=0.329M3 =0.57*0.320+0.43*0.35=0.3334、系统评价系统评价 方案评价准则：方案评价准则：max Mj,j=1,2,3。根据其综合优势量化结果根据其综合优势量化结果ACBACB。注注 不要忘记先决条件的约束！不要忘记先决条件的约束！36计算各备选厂址方案综合优势 取定量因素和定37某某电厂厂环境境污染改造系染改造系统分析分析 某火电厂装机容量污染严重，急需改造。某火电厂装机容量污染严重，急需改造。要解决环境污染问题，首先必须明确是什么污要解决环境污染问题，首先必须明确是什么污染及污染程度。为此，必须首先收集有关资料染及污染程度。为此，必须首先收集有关资料建立模型，对污染情况进行分析，并与国家标建立模型，对污染情况进行分析，并与国家标准进行比较。目标确定后，仍需要收集资料并准进行比较。目标确定后，仍需要收集资料并提出解决问题的各种替代方案。最后比较分析，提出解决问题的各种替代方案。最后比较分析，选出实施方案。选出实施方案。37某电厂环境污染改造系统分析 某火电厂装机容量38(1)限定问题。限定问题。电厂对环境的污染主要是由烟筒排出的烟尘和二氧化电厂对环境的污染主要是由烟筒排出的烟尘和二氧化硫，烟尘和二氧化硫产生如下图所示。方框内部分是我们硫，烟尘和二氧化硫产生如下图所示。方框内部分是我们研究的对象系统。从烟囱排出的污染物本身会不断向外扩研究的对象系统。从烟囱排出的污染物本身会不断向外扩散，同时由于风的作用，污染物一边扩散一边随风飘流，散，同时由于风的作用，污染物一边扩散一边随风飘流，结果呈圆锥形向远方扩展散开，使地面承受污染。显然，结果呈圆锥形向远方扩展散开，使地面承受污染。显然，地面污染与风向、风速、气压等有关气象参数以及地理位地面污染与风向、风速、气压等有关气象参数以及地理位置、烟囱高度有关。置、烟囱高度有关。38(1)限定问题。39（2）收集资料。）收集资料。为了对现状作定量分析，必须建立数学模型。根据上图可以为了对现状作定量分析，必须建立数学模型。根据上图可以建立反映煤消耗量、燃烧方式、除尘器效率和进入烟囱的烟尘和建立反映煤消耗量、燃烧方式、除尘器效率和进入烟囱的烟尘和二氧化硫之间定量关系的数学方程式。污染过程，可以用扩散方二氧化硫之间定量关系的数学方程式。污染过程，可以用扩散方程和空气流体力学方程表示，反映了进入烟囱的污染物和地面污程和空气流体力学方程表示，反映了进入烟囱的污染物和地面污染之间的定量关系。对这种关系可以用计算机仿真来分析。只要染之间的定量关系。对这种关系可以用计算机仿真来分析。只要给出进入烟囱的污染物量以及烟囱高度、风向、风速和气压等有给出进入烟囱的污染物量以及烟囱高度、风向、风速和气压等有关参数，就可以预测关参数，就可以预测 地面污染浓度分布情况，据此需要收集下地面污染浓度分布情况，据此需要收集下列资料和数据：列资料和数据：电厂所在地区平面位置图；电厂所在地区平面位置图；选出有代表性的一年的逐月气象数据；选出有代表性的一年的逐月气象数据；电厂机组、锅炉、除尘器、烟囱有关技术数据；电厂机组、锅炉、除尘器、烟囱有关技术数据；煤耗、煤发热量及其化学成分分析等有关数据。煤耗、煤发热量及其化学成分分析等有关数据。具体仿真框图如下：具体仿真框图如下：39（2）收集资料。404041（3）目标确定。）目标确定。对模型定量计算和仿真分析结果是：对模型定量计算和仿真分析结果是：现状：烟囱排烟尘量现状：烟囱排烟尘量823.1KG/小时，烟囱排二小时，烟囱排二氧化硫量氧化硫量1843.6 KG/小时小时 根据地面承受污染物国家标准，仿真预测出允许根据地面承受污染物国家标准，仿真预测出允许排出量为烟囱排排出量为烟囱排170KG/小时，烟囱排二氧化硫量小时，烟囱排二氧化硫量烟量烟量170KG/小时。小时。可见要解决污染必须把烟尘和二氧化硫的排放可见要解决污染必须把烟尘和二氧化硫的排放量降到国家标准以下，这就是目标。量降到国家标准以下，这就是目标。41（3）目标确定。42（4）方案提出与评价。）方案提出与评价。根据前面对污染物的产生和扩散过程机理分析，根据前面对污染物的产生和扩散过程机理分析，可可用下图表示各种污染因素。有些因素是不能改变的，用下图表示各种污染因素。有些因素是不能改变的，而有一些是可以改变的，从而能对污染程度产生影响。而有一些是可以改变的，从而能对污染程度产生影响。据此形成各种方案如下：据此形成各种方案如下：42（4）方案提出与评价。据此形成各种方案如下：434344结论：建议改烧优质煤结论：建议改烧优质煤44结论：建议改烧优质煤45谢谢大家！大家！45谢谢大家！