《系统的分析》教学课件2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,技术与设计,2,系统的分析,二、系统的分析,系统分析方法的产生,系统分析是在第二次世界大战末期提出来的,起初被用于武器系统的分析研究，后来又被用于国防战略及国家安全政策的制定。上世纪,60,年代才逐步被行政及企业单位采用。,1,、系统分析及其一般步骤,什么是系统分析,每个人都会面临选择、面临决策。决策方法有经验决策和科学决策，经验决策是人们惯用的方法，有时可能会导致失误；科学决策则可以最大限度地减少失误。系统分析就是一种科学决策的方法。,案例分析,1,公交线路的设立,在人口规模很小的县城，道路状况简单，公共交通线路的决策也简单，设计者凭借经验，可以完成公交线路的设计。,综合考察全市的道路状况、人口密度的分布、不同区域的居民对公共交通的要求等，运用科学的方法进行综合分析和研究，就能找出城市公交线路规划设计的最佳方案。,在上百万人口规模的大城市，道路状况复杂，市民对交通的需求趋于多样化，这时若凭经验规划公交线路，容易顾此失彼，出现失误。,这种为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程，就是系统分析。,路口控制系统,车辆和行人都少的情况：司机自己控制行或停。,车辆多的情况：红绿灯控制车辆的行或停。,车辆和人都多的情况：红绿灯不仅控制车辆的行或停，还控制人的行或停。,红绿灯控制行或停的时间是事先经过抽样统计的结果确定的。,问题：有时会出现在一条道路上行驶时，总是遇到红灯。司机常常会说,“,一步赶不上，步步赶不上,”,。,路口控制系统的改进：,在一些主干道路上，实现一路绿灯。,方法：主干道路上的绿灯按一定的时间顺序依此亮。,系统分析的定义,为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案，这个过程就是分析。,设置红绿灯控制车辆的行或停。,设置红绿灯控制人的行或停。,设置智能路口控制。,系统分析的出发点是：为了发挥系统的整体功能。,系统分析的目的是：寻求解决问题的最佳决策。,系统分析的特点,系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问题，考虑各种主要变化的因素及其相互的影响，全面地思考和解决问题。,借助于系统分析，可以正确地提出整体目标，恰当地选择方案，科学地确定行动的方略。,铅与火的时代,铅字印刷就是以火熔铅，以铅铸字，以字排版，以版印刷。,系统分析的步骤,明确问题，设立目标,收集资料，制定方案,检验核实，作出决策,分析计算，评价比较,：,明确要研究问题的性质和范围，提出所要达到的目标，明确约束条件。,：收集相关资料，制定解决问题的各种备选方案，预计可能产生的各种结果。,：,如果对制定的方案不满意，还可按上述程序反复进行，直到获的满意为止。,：,对资料和数据做必要的计算，进行各子系统的分析，再进行系统的整体分析，将各种方案进行评价对比，选择最佳方案。,田忌赛马战术的,系统分析,1,：明确问题，设立目标,问题：跑马比赛，,目标：取得比赛胜利，,约束条件：三匹马参加比赛，每匹马比赛一次。,2,：收集资料，制定方案,4,：检验核实，作出决策,选择合适的马的出场顺序。,3,：分析计算，评价比较,孙膑所出的主意，为什么能使田忌赢得胜利？,田忌赛马能转败为胜与马、孙膑、田忌、齐威王这四个因素有关，他们是缺一不可的。,但主要是由于孙膑的原因。,田忌与齐王的三局赛马可以有哪几种方案？,田忌,齐王,比分,方案一,上马,上马,中马,中马,下马,下马,方案二,上马,上马,下马,中马,中马,下马,方案三,中马,上马,上马,中马,下马,下马,方案四,中马,上马,下马,中马,上马,下马,方案五,下马,上马,上马,中马,中马,下马,方案六,下马,上马,中马,中马,上马,下马,0,_,3,1,_,2,1,_,2,1,_,2,1,_,2,2,_,1,2,_,1,系统分析的主要原则,运用系统分析的方法处理具体问题时，主要要遵循三大原则：整体性原则、科学性原则、综合性原则。,整体性原则,分析系统首先要着眼于系统整体：,先分析整体，再分析部分,先看全局，后看局部,先看全过程，再看某一个阶段,先看长远，再看当前,案例分析,3,丁谓修复皇宫,第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉；,第二，要运来大批木材和石料；,第三，要运来大量新土。,宋真宗在位时，皇宫曾起火。一夜之间，大片的宫室楼台殿阁亭榭变成了废墟。为了修复这些宫殿，宋真宗派当时的晋国公丁谓主持修缮工程。,当时，要完成这项重大的建筑工程，面临着三个大问题：,丁谓研究了工程之后，制订了这样的施工方案：,首先，从施工现场向外挖了若干条大深沟，把挖出来的土作为施工需要的新土备用，于是就解决了新土问题。,第二步，从城外把汴水引入所挖的大沟中，于是就可以利用木排及船只运送木材石料，解决了木材石料的运输问题。,最后，等到材料运输任务完成之后，再把沟中的水排掉，把工地上的垃圾填入沟内，使沟重新变为平地。,施工方案,简单归纳起来，就是这样一个过程：,挖沟（取土）引水入沟（水道运输）填沟（处理垃圾）。,按照这个施工方案，不仅节约了许多时间和经费，而且使工地秩序井然，使城内的交通和生活秩序不受施工太大的影响，因而确实是很科学的施工方案。,丁谓在修复皇宫工程中，运用了整体的解决方案，使取土、运输材料、处理垃圾三项繁重的任务协调起来，在总体上得到了最佳解决。,马 上 行 动,1,赵明同学家所在街道的人行道在一年内进行了三次施工，分别是电信部门铺设通讯线路、煤气公司预埋煤气管道、市政部门维修下水管道，结果重复施工，造成了人力和财力资源的浪费，同时也给市民带来了不便。,请分析这一事件的问题所在，你认为怎样处理更为合理？,科学性原则,系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结构更具说服力。,例如，在比较种稻是一年三季合算还是一年两季合算时，有人就提出“三三进九不如二五一十”，这就是最简单而且也是最实用的定量分析。当然，在处理复杂系统的分析和优化问题时，往往需要使用比较复杂的数学工具。,阅 读 优选法,优选法是快速寻找最佳方案的科学方法。具体的优选法有很多，如黄金分割法、分数法、对分法等，这里只介绍黄金分割法。,黄金分割法也称,0.618,法，它是优选法的一种。以技术试验为例，先把整个试验范围看做,1,，然后在整个试验范围的,0.618,处选点做第一次试验，再在倒过来的,0.618,处选点做第二次试验，比较两次试验的结果，去掉效果差的那个点以外的试验范围部分；再在余下的范围内继续采用这种方法，再比较试验结果，这样逐渐缩小试验范围，迅速找到试验目标。,阅 读 优选法,例如，要在某种合金钢中加入某元素以提高它的强度，假设试验范围是每吨加入量为,10002000g,，那么究竟应加入多少？若用一般试验方法，每隔,5g,试验一次需要做,200,次，每隔,10g,试验一次需要做,100,次。若用,0.618,法，只需做,11,次，就可以找到最佳加入量了。,综合性原则,系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时，应将目标排除优先次序，首先选取最优先的目标，然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。这就需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。,例如，工业生产既要求产量大，又要求质量好、成本低，如果片面强调一方面就会产生偏差；城市公交系统既要强化公共交通的安全，又要缩短车辆行驶的时间，实现社会效益和经济效益双丰收。,综合性原则,系统分析还需要考虑设计方案出台所带来的后果。有的工厂在生产产品的同时，也向周围环境排放出,“,三废,”,，造成污染；毁林开荒虽然能收获农产品，但造成水土流失，贻害很大,某些情况下，综合若干方案的优点，会取得意外效果。现代医学采用中西医结合的方法攻克了很多疑难杂症；农业为了保水，可以配合地面水库、地下水库、土壤水库、绿色水库（山区造林种草，每亩地可蓄水,20m3,）等不同的方案综合进行。,案例分析,4,孝襄高速公路,湖北省的孝襄高速公路总投资额达,72,亿元人民币，是,“,十五,”,期间该省投资规模最大、建设里程最长的一条高速公路 。,按照设计方案，孝襄高速公路要穿越占地面积达,19km2,的,“,洛,阳银杏保护区,”,，,2,万多棵树龄在百年以上的古银杏树将面临,毁灭性的破坏。银杏树的成长周期特别长，移栽成活率极低，,一旦被毁损，势必破坏当地的生物多样性。,如果更改最初的设计方案，绕避保护区,1.4km,，工程指挥部就,要为此增加投资,4200,万元。,根据以上内容，你认为孝襄高速公路的设计应该综合,考虑哪些目标？,孝襄高速公路,1,：保护珍稀的银杏名贵树木。,2,：控制工程投资额度、坚持原设计不变。,孝襄高速公路抱着洛阳银杏园绕了个圈，好处有：,一是有利于保护我国珍稀物种银杏树，实现生物多样性。,二是在当前国内外心血管疾病呈增加趋势，治疗心血管疾病的中药银杏供不应求的情况下，有利于保护和开发银杏的药物资源。,三是保住了当地百姓的致富资源。,二、,系统的优化,系统优化：,目标函数,约束条件,约束条件是对系统的功能起着限制作用、并且是不能人为调节的因素。,是在给定的条件下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大（或最小）。,目标函数是系统目标与系统中的某些元素之间的关系。,影响系统优化的因素,对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。,农作物种植系统的优化,-,农业间作套种,四、优化方法,优化方法是为使系统达到最优的目标而提出的求解方法。,系统优化的方法是多种多样的，但不论运用怎样的优化方法，都需要经过若干次的完善和验证，才能得到最优解或满意解。,求解过程：,数学模型,估算、试验,最优解,满意解,完善、验证,农业间作套种,约束条件,农作物的生长周期、气候等因素。,提高土地利用率和土地单位面积农作物收益总和之间的关系。,影响系统优化的因素,套种的模式、套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等等。,目标函数,装修施工的组织优化（,1,）,一、明确问题，设立目标,施工项目：教学楼装修,施工内容：教学楼,A,、,B,、,C,栋，需要水电、木工、油漆三个施工过程，每个施工过程需要,3,周时间,目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。,二、收集资料，制定方案,方案一：按照施工要求，从,A,到,B,到,C,，依此进行施工,方案二：按照施工要求，,A,、,B,、,C,栋同时进行施工,方案三：按照施工要求，,A,、,B,、,C,栋进行流水施工,三、检验核实，确定方案,根据分析，确定按照方案三进行施工。,四、分析计算，评价比较,各种方案比较。,选择出最佳方案：方案三,方案一,楼,装修,过程,工期,装修施工进度（周）,3,6,9,12,15,18,21,24,27,A,水电,3,木工,3,油漆,3,B,水电,3,木工,3,油漆,3,C,水电,3,木工,3,油漆,3,方案二,楼,装修,过程,工期,装修施工进度（周）,3,6,9,12,15,18,21,24,27,A,水电,3,木工,3,油漆,3,B,水电,3,木工,3,油漆,3,C,水电,3,木工,3,油漆,3,方案三,楼,装修,过程,工期,装修施工进度（周）,3,6,9,12,15,18,21,24,27,A,水电,3,木工,3,油漆,3,B,水电,3,木工,3,油漆,3,C,水电,3,木工,3,油漆,3,方案比较,施工特点,工期,施工队,设备、材料,现场管理,方案一,方案二,方案三,依此施工,27,周,1,投入少,简单,平行施工,9,周,3,投入多,复杂,流水施工,15,周,1,较多,较简单,生产利润问题（,1,）,产品,需木料,需工时,利润,计划产量,桌子,4,20,50,椅子,6,18,60,受约束因素,约束内容,木料,最多,600,工时,最多,400,个,桌子,至少,6,张,椅子,至少,5,把,生产利润问题（,2,）,优化的目标是：获得最大的利润,目标函数：,（设,x,1,为 每周生产桌子数，,x,2,为 每周生产桌子数）,S,max,=50X,1,+60X,2,约束条件,（,1,）,4X,1,+6X,2, 600,（,2,）,20X,1,+18X,2, 400,（,3,）,X,1, 8,（,4,）,X,2, 5,我们列出了一个目标函数和四个约束条件，实际上我们已经建立了一个数学模型。,生产利润问题（,3,）,我们通过数学模型，计算出的目标值是每周获取的最大利润，所得到的就是最优解：每周生产桌子数量是,X,1,、生产椅子的数量是,X,2,）。,