系统工程（systemsengineering,se）39147

,系统工程,第五讲 解释结构模型,经济管理学院工业工程系,第一节：概述,第二节：系统结构模型化技术,系统结构分析基础；,ISM,基础,ISM,方法和步骤,思考讨论题,第三节：解释结构模型法的应用,解释结构模型,5.1,概述,模型有三个特征：,1.它是现实世界部分的抽象或模仿；,2.它是由那些与分析的问题有关的因素构成；,3.它表明了有关因素间的相互关系；,模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。,一、模型及模型化的定义,二、模型化的本质、作用及地位,5.1,概述,1.本质：利用模型与原型之间某方面的相思关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。,2.作用：模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。这种表达是简洁的、形式化的。模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。利用模型可以进行“思想”试验。,3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。它不能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。,5.1,概述,实际系统,结论,模型,现实意义,模型化,实验,、,分析,解释,比较,图,5.1,系统模型,(,化,),的作用与地位,5.1,概述,三、模型的分类,模型,类比,仿真,形象,符号,概念,图像,物理,数学,图示,字句,描述,思维,图,5.2,模型分类,5.1,概述,四、构造模型的一般原则,5.1,概述,1.建立方框图,2.,考虑信息相关性,3.考虑准确性,4.考虑结集性,明确建模的目的和要求,对系统进行一般语言描述,寻找主要因素及其相互关系,确定模型的结构,估计模型的参数,实验研究,必要修改,五、建模的基本步骤,5.1,概述,1.分析方法；,2.,实验方法；,3.综合法；,4.老手法；,5.辩证法。,5.1,概述,六、模型化的基本方法,减少变量，减去次要变量；,改变变量性质；,合并变量（集结）；,改变函数关系；,改变约束条件。,5.1,概述,七、模型的简化,一、系统结构模型化基础,结构,结构模型结构模型化结构分析,结构分析是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。,结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化分析、设计与管理的基础,5.2,系统结构模型化技术,1,、结构分析的概念和意义,理解系统结构的概念,（构成系统诸要素间的关联方式或关系）及其有向图（节点与有向弧）和矩阵（可达矩阵等）这两种常用的表达方式。,比较有代表性的系统结构分析方法有：,关联树（如问题树、目标树、决策树）法、解释结构模型化（,ISM）,方法、系统动力学（,SD）,结构模型化方法等。,2、系统结构表达及分析方法,5.2,系统结构模型化技术,3、,ISM,实用化方法原理,设定问题、形成意识模型,找出,影响,要素,要素关系分析（关系图）,建立可达矩阵(,M),和缩减,矩阵,（,M,/,）,矩阵层次化处理(,ML,/),绘制,多级,递阶,有向,图,建立,解释,结构,模型,分析,报告,比较/,F,学习,5.2,系统结构模型化技术,二、,ISM,实用方法基础,（,1,）集合表达法,系统：,S,S1,S2,S3,Sn,二元关系：要素之间的某种关系,R,；,二元关系表示：；,传递性；传递次数、强连接关系；,系统二元关系表达：,Rb,(Si,Sj)|Si RSj,，,Si,Sj S,，,i,j=1,n,1,、系统结构的表达方式,5.2,系统结构模型化技术,(2),有向图表示,图论基本知识：,图、邻接、关联、有向图,有向图表示：,节点、有向边、,通路、路长、,回路、强连接回路、,环,5.2,系统结构模型化技术,（,3,）矩阵表达,5.2,系统结构模型化技术,邻接矩阵：表示要素间基本二元关系；,输入要素（源点）；,输出要素（汇点）；,可达矩阵：表示要素间直接和间接二元关系；,求法：利用推移特性和布尔代数法则,A,1,A,I,；,A,2,（,A,I,）,2,；,A,r,1,（,A,I,）,r,1,A,r,（,A,I,）,r,则可达矩阵,M,A,r,1,A,r,三、,ISM,实用化方法步骤及应用,5.2,系统结构模型化技术,该方法的核心：,是对系统要素间的关系（尤其是因果关系）进行层次化处理，最终形成具有多级递阶关系和解释功能的结构模型（图）。,第1步：,找出影响系统问题的主要因素，并寻求要素间的直接二元关系，给出系统的邻接矩阵；,第2步：,考虑二元关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可达矩阵；,第3步：,依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分；,第4步：,在区域划分基础上继续层次划分；,第5步：,提取骨架矩阵，分为三步：,（1）去强连接要素得缩减矩阵；（2）去越级二元关系；,（,3,）去单位阵得骨架矩阵；,第6步：,作出多级递阶有向图。作图过程为：,（1）分区域逐级排列系统要素；,（2）将缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并标明其间的相互作用关系；,（3）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系；,（4）补充必要的越级关系。,第,7,步：,经直接转换，建立解释结构模型。,5.2,系统结构模型化技术,7,6,5,4,3,1,2,实例分析,5.3,解释结构模型法的应用,一、,ISM,的工作程序,1.,组建,ISM,实施小组,2.,设定关键问题，选择影响关键问题的导致因素,3.,列举各导致因素的相关性,4.,根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵,5.,对可达矩阵分解后，建立结构模型,6.,根据结构模型建立解释结构模型,5.3,解释结构模型法的应用,二、,ISM,的优点及不足,1,、优点,可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型,特别适用于变量众多,关系复杂而结构不明晰的系统分析中,也可用于方案的排序,2,、缺点,级与级间不存在反馈回路,系统各要素间的逻辑关系在一定程度上还依赖于人们的经验,能够胜任协调人角色的人员目前尚不多见,