系统工程（systemsengineering,se）

1、系统工程系统工程第五讲第五讲 解释结构模型解释结构模型经济管理学院工业工程系经济管理学院工业工程系第一节：概述第一节：概述第二节：系统结构模型化技术第二节：系统结构模型化技术 系统结构分析基础；系统结构分析基础； ISM基础基础 ISM方法和步骤方法和步骤 思考讨论题思考讨论题第三节：解释结构模型法的应用第三节：解释结构模型法的应用解释结构模型解释结构模型5.1 概述概述模型有三个特征：模型有三个特征： 1.它是现实世界部分的抽象或模仿；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它是由那些与分析的问题有关的因素构成；构成； 3.它表明了有关因素间的相互关系；它表明了有

2、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，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，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）表达系统实用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。体的方法。一、模型及模型化的定义一、模型及模型化的定义二、模型化的本质、作用及地位二、模型化的本质、作用及地位5.1 概述概述1.本质：利用模型与原型之间某方面的相思本质：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。过对于模型的研究得到关于原型的一些

3、信息。2.2.作用：模型本身是人们对客体系统一作用：模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。这种表达是简洁定程度研究结果的表达。这种表达是简洁的、的、 形式化的。模型提供了脱离具体形式化的。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。利用对科学规律、理论、原理的发现。利用模型可以进行模型可以进行“思想思想”试验。试验。3.3.地位：模型的本质决定了它的作用的局地位：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，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，模型的作只有在和

4、对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。用才能充分发挥。5.1 概述概述实际系统实际系统结论结论模型模型现实意义现实意义模型化模型化实验实验、分析分析解释解释比较比较图图5.1 5.1 系统模型系统模型( (化化) )的作用与地位的作用与地位5.1 概述概述三、模型的分类三、模型的分类模型模型类比类比仿真仿真形象形象符号符号概念概念图像图像物理物理数学数学图示图示字句字句描述描述思维思维图图5.2 5.2 模型分类模型分类5.1 概述概述四、构造模型的一般原则四、构造模型的一般原则 5.1 概述概述1.建立方框图建立方框图2.考虑信息相关性考虑信息相关性3.考虑准确性考虑准确性4.考虑结集

5、性考虑结集性明确建模的目的和要求明确建模的目的和要求 对系统进行一般语言描述对系统进行一般语言描述 寻找主要因素及其相互关系寻找主要因素及其相互关系确定模型的结构确定模型的结构 估计模型的参数估计模型的参数 实验研究实验研究 必要修改必要修改五、建模的基本步骤五、建模的基本步骤5.1 概述概述1.1.分析方法；分析方法；2.2.实验方法；实验方法；3.3.综合法；综合法；4.4.老手法；老手法；5.5.辩证法。辩证法。5.1 概述概述六、模型化的基本方法六、模型化的基本方法减少变量，减去次要变量；减少变量，减去次要变量；改变变量性质；改变变量性质；合并变量（集结）；合并变量（集结）；改变函数关

6、系；改变函数关系；改变约束条件。改变约束条件。5.1 概述概述七、模型的简化七、模型的简化一、系统结构模型化基础一、系统结构模型化基础 结构结构结构模型结构模型结构模型化结构模型化结构分析结构分析 结构分析是一个实现系统结构模型化并加以结构分析是一个实现系统结构模型化并加以解释的过程。解释的过程。 结构分析是系统分析的重要内容，是系统优结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化分析、设计与管理的基础化分析、设计与管理的基础5.2 系统结构模型化技术系统结构模型化技术1、结构分析的概念和意义、结构分析的概念和意义 理解系统结构的概念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（构成

7、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）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。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：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、关联树（如问题树、目标树、决策树）法、解释结构模型化（解释结构模型化（ISMISM）方法、系统动力学（方法、系统动力学（SDSD）结构模型化方法等。结构模型化方法等。 2、系统结构表达及分析方法、系统结构表达及分析方法 5.2 系统结构模型化技术系统结构模型化技术3、 ISM实用化方法原理实用化方法原理 设定设定问题问题、形、

8、形成意成意识模识模型型找出找出影响影响要素要素要素要素关系关系分析分析（关（关系图系图）建立可建立可达矩阵达矩阵(M)和和缩减缩减矩阵矩阵（M/）矩阵矩阵层次层次化处化处理理(ML/)绘制绘制多级多级递阶递阶有向有向图图建立建立解释解释结构结构模型模型分析分析报告报告比较比较/F 学习学习5.2 系统结构模型化技术系统结构模型化技术二、二、ISM实用方法基础实用方法基础（1）集合表达法）集合表达法系统：SS1,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=

9、1,n1、系统结构的表达方式、系统结构的表达方式5.2 系统结构模型化技术系统结构模型化技术(2)有向图表示有向图表示图论基本知识：图论基本知识： 图、邻接、关联、有向图图、邻接、关联、有向图有向图表示：有向图表示： 节点、节点、 有向边、有向边、 通路、通路、 路长、路长、 回路、回路、 强连接回路、强连接回路、 环环5.2 系统结构模型化技术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A1 AI；A2 （AI）2

10、； Ar1（AI）r1Ar （AI）r 则可达矩阵MAr1 Ar三、三、ISM实用化方法步骤及应用实用化方法步骤及应用 5.2 系统结构模型化技术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）。释功能的结构模型（图）。 第第1步：步： 找出影响系统问题的主要因素，并寻求要素间的直接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；二元关系，给出系统的邻接矩阵； 第第2步：步： 考虑二元关系的传递性，

11、建立反映诸要素间关系的可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；达矩阵； 第第3步：步： 依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分；依据可达矩阵，找到特色要素，进行区域划分； 第第4步：步：在区域划分基础上继续层次划分；在区域划分基础上继续层次划分； 第第5步：步：提取骨架矩阵，分为三步：提取骨架矩阵，分为三步： （1 1）去强连接要素得缩减矩阵；（）去强连接要素得缩减矩阵；（2 2）去越级二元关系；）去越级二元关系； （3 3）去单位阵得骨架矩阵；）去单位阵得骨架矩阵； 第第6步：步：作出多级递阶有向图。作图过程为：作出多级递阶有向图。作图过程为： （1 1）分区域逐级排列系统

12、要素；）分区域逐级排列系统要素； （2 2）将缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并标明其间）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；的相互作用关系； （3 3）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系；）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系； （4 4）补充必要的越级关系。）补充必要的越级关系。 第第7步：步：经直接转换，建立解释结构模型。经直接转换，建立解释结构模型。 5.2 系统结构模型化技术系统结构模型化技术7654312实例分析实例分析5.3 解释结构模型法的应用解释结构模型法的应用 一、一、ISM的工作程序的工作程序 1.组建组建ISM实施小组实施小组2.设定关键问题，选择影响关键问题设定关键问题，选择影响关键问题的导致因素的导致因素 3.列举各导致因素的相关性列举各导致因素的相关性4.根据各要素的相关性，建立邻接矩根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵阵和可达矩阵 5.对可达矩阵分解后，建立结构模型对可达矩阵分解后，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解释结构模型法的应用 二、二、ISM的优点及不足的优点及不足 1、优点、优点 v可以把模糊不清的思想、看法转化为直观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的具