系统工程基本分析方法

1、第二章 系统工程基本分析方法第一节 系统工程方法论引例第二节 系统分析原理 第三节 系统评价方法第四节 决策分析方法第五节 分析实例某特区S机场选址第一节 系统工程方法论引例引例1：柔性制造系统规划问题 引例2：A 机电设备制造公司运营效率诊断引例1 1：柔性制造系统规划问题 某纺织机械设备制造公司以制造喷气织机为主营业务，产品位居全国高档喷气织机市场份额的前三位。 随着浙江、广东个体纺织业的发展，喷气织机的需求由原来的标准化逐步转向个性化，为适应产品多品种、小批量的特点， 企业决定引进柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）来满足制造上的要求。如何设

2、计一个满足本企业要求的柔性制造系统是摆在该企业工程规划人员面前亟待解决的问题。 柔性制造系统是在自动化制造的背景下的一种制造模式，适应于单件小批量生产， 其特点是，自动化程度很高，系统可以灵活适应产品的变化，但设备价格昂贵。相关概念规化是指根据需求选择合适的设备型号和数量，并做相应的布置柔性制造系统是自动化制造的背景下的一种制造模式，其特点是自动化程度很高（无人工厂），设备昂贵设计柔性制造系统首先需要了解柔性制造系统的构成。 柔 性 制 造 系 统 包 括 若 干 加 工 中 心 ， 刀 库 、 缓 冲 站（Buffer）、装卸工件的机器人、运送工件的自动导引小车（AGV）以及运输轨道系统构成

3、。 柔性制造系统构成实例 设计环境零件不确定零件工艺不同在不同机床上进行不同加工依照不同次序，零件到达分布规律是随机的，但符合某种分布，零件加工的过程相当于排队网如何设计制造系统？设计过程需求分析初步设计与成本规格确定机床数量零件流刀具流夹具操作工最终设计实施UserSupplier引例2：A 机电设备制造公司运营效率诊断A机电设备制造有限公司（以下简称A公司）系中国某机电设备制造公司与日本某机电株式会社合资组建的合资公司，其产品主要为电器设备。该公司系全国先进制造技术试点网点单位，其设备完全采用日本公司所提供自动化加工中心和数控机床，并配备先进的全自动立体仓库。公司管理信息系统采用德国的SA

4、P R/3 MRPII（制造资源规划）系统。公司人力资源来自中日双方合资母公司。由于日方更关注产品质量能否达到其本国标准，因而公司制造部部长由日方出任，日方的另外一名员工是候任总经理，由于合资双方各占50%的股份，总经理由中日双方轮流担任，每4年更换一次总经理，由中方首先派出总经理。 公司组织结构图总经理管理部长制造部长行政财务供销装配加工NC技术计划操作层ABCDEFGHIJK日本人分析问题：诊断并设计新的组织结构“人人有事干，事事有人干”方法论研究： 从哪里开始着手解决问题？ 如何设计解决问题的过程？ 如何最终完成企业提出的问题？小结上述两个问题分别属于两类问题，柔性制造系统规划与设计属于

5、工程系统问题，霍尔方法论可以很好的解决类似的硬问题。企业组织效率与工作系统设计属于社会经济系统一类的软问题，切克兰德方法论适合于解决该类问题。第二节第二节 系统分析原理系统分析原理概念系统工程是研究大规模复杂问题的思想、方法（论）、程序与技术的总称“程序”即指系统分析过程，就是常说的解决问题的“套路”系统分析是用科学或数量的方法对系统进行研究的一种方法 广义系统分析就等同于系统工程 狭义的系统分析是指运用建模、优化、仿真、评价等技术对系统的各个方面进行定性与定量相结合的分析，为选择最优或满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程系统分析过程可分为阐明问题、分析研究与评价比较三个阶段系统分析程序

6、阐明问题谋划备选方案预测未来环境建模预测后果评比备选方案决策原始情况约束条件评价指标目标备选方案后果提供分析结果阐明问题阶段分析研究阶段评价比较阶段系统分析过程一、阐明问题二、谋划被选方案三、建模与预计后果四、预测未来环境五、评比被选方案六、系统工程报告一、阐明问题几个概念 提出问题与解决问题 硬问题与软问题 决策者，提出问题者，委托人与SA人员阐明阶段的工作内容 问题的性质 问题的条件阐明阶段的工作内容问题的性质 问题提出者？ 决策者？ 他们的目的？ 相关问题？ 环境？问题的条件（约束） 大体资源？ 人力？ 物力？ 财力？ 技术？ 时间？ 其他约束？二、谋划备选方案案例：美国阿拉斯加原油运输

7、方案谋划方案技术 头脑风暴法 Delphi法 635法 类比法 矩阵法三、建模与预计后果常见模型：结构模型、数学模型、仿真模型常见模型：结构模型、数学模型、仿真模型国防科技大学的杜玠教授将模型分为： 原样模型 相似模型 逻辑模型 数学模型西安交通大学李怀祖教授将模型分为 ： 分析模型仿真模型 博奕模型 判断模型此外，还有许多其他模型分类方法，如按模型量化的程度分定性模型（递阶结构模型）、定量模型（状态空间方程）以及定性定量行相结合模型（系统动力学）等 。四、预测未来环境每项系统工程都需要预测各种备选方案的后果，而每种后果都与将付诸实施时的环境有关通常使用“情景分析法”解决方案的未来环境问题 五

8、、评比被选方案评价方法 关联矩阵法 逐对比较法 古林法 AHP法 模糊评价法六、系统工程报告系统工程报告分类 简略报告（给决策人） 主体报告（给委托人） 技术报告（给专家，学位论文）第三节 系统评价方法系统评价要素系统评价工具关联矩阵逐对比较法古林法层次分析（ AHP ）法模糊综合评价法一、系统评价要素系统评价是多方面要素（5W1H）所构成的问题复合体 评价对象（What） 评价主体（Who） 评价目的（Why） 评价时期（When） 评价地点（Where） 评价方法（How）认识评认识评价问题价问题(5W1H)(5W1H)搜集、整搜集、整理、分析理、分析资料资料方案方案准则准则主体主体选择评

9、价选择评价方法、建方法、建立评价模立评价模型型 分析分析 、计算、计算 评价评价 值值综合综合评价评价决决策策关联矩阵法（原理性方法）层次分析法（评价要素多层次分布）模糊综合评判法（多评价主体）程序和方法 二、关联矩阵法关联矩阵是常用的系统综合评价工具，它主要是用矩阵的形式来表示各替代方案有关评价指标及其重要度与方案关于具体指标的价值评定量之间的关系 Ai是某评价对象的m个替代方案；Xj是评价替代方案的n个评价指标或评价项目；j是n个评价指标的权重；Vij是第i个替代方案Ai的关于指标Xj的价值评定量（其中i=1m,j=1n）n21Vi X1 X2 Xn mjjjmjjjnjjjVVVVVV2

10、2111XjjVijAiA1A2Am.?j逐对比较法、古林法 Vij = ?三、逐对比较法 例某农业县为提高其土地产值决定从市场上购进一批高效化肥，现有A1、A2、A3三种类型的化肥采购方案可供选择。通过权威部门及人士讨论决定评价指标为五项。它们分别是：亩产量x1/kg ；每百斤产量费用x2/元；每亩用工x3/工日；每亩纯收入x4/元；土壤肥力增减级数x5根据专业人士的预测和估计，实施这三种方案后关于五个评价项目的结果如下表所示 方案能达到的指标值 逐对比较法步骤一：用逐对比较法，求出各评价指标的权重 1x2x3x4x5x评价的指标及其权重评价的指标及其权重逐对比较法步骤二：由评价主体确定评价

11、尺度，如下表方案的评价尺度 逐对比较法步骤三：根据评价尺度表及方案指标值表 ，对各替代方案的进行综合评定 对替代方案A1有V1=0.3*2+0.2*3+0.1*3+0.4*3=2.7 对替代方案A2有V2=0.3*3+0.2*3+0*3+0.1*4+0.4*3=3.1 对替代方案A4有V3=0.3*4+0.2*1+0*1+0.1*2+0.4*1=2.0逐对比较法关联矩阵例表 步骤三：将以上计算结果用关联矩阵表示 四、古林法 步骤一：确定评价指标的重要度Rj 关联矩阵例表 古林法步骤二：Rj的基准化处理设基准化处理的结果为Kj，以最后一个评价指标作为基准，令其K值为1，自下而上计算其他评价项目的

12、K值步骤三：Kj的归一化处理 将Kj列的数值相加，分别除以各行的K值，所得结果即分别为各评价项目的权重Wj古林法步骤四：对各替代方案逐项进行评价 古林法求Vij例表古林法步骤五：综合关联矩阵例表和Vij例表的结果，即可计算三个替代方案的综合评定结果 关联矩阵例表 五、层次分析法 基本原理 产生与发展 基本思想和实施步骤 基本方法举例供应商评价 AHP一般方法 建立评价系统的递阶层次结构 构造两两比较判断矩阵 要素相对权重或重要度向量W的计算方法 基本原理产生与发展许多评价问题的评价对象属性多样、结构复杂，难以完全采用定量方法或简单归结为费用、效益或有效度进行优化分析与评价，也难以在任何情况下做

13、到使评价项目具有单一层次结构。需要首先建立多要素、多层次的评价系统，并采用定性与定量有机结合的方法或通过定性信息定量化的途径，使复杂的评价问题明朗化 美国运筹学家、匹兹堡大学教授T. L.萨迪于20世纪70年代初提出了著名的AHP（Analytic Hierarchy Processing，解析递阶过程，通常意译为“层次分析”）方法 基本原理基本思想AHP方法把复杂的问题分解为各个组成因素，又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合有关人员的判断，确定各备选方案相对重要性的总排序。实施步骤 分析评价系统中各基本要素之间的关系，建立系统的

14、递阶层次结构 对同一层次的各元素关于上一层中某一准则的重要性进行两两比较，构造两两比较判断矩阵，并进行一致性检验 由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重 计算各层要素对系统目的（总目标）的合成（总）权重，并对各备选方案排序。基本方法举例供应商评价 一、建立该供应商评价问题的递阶结构 基本方法举例供应商评价二、建立各阶层的判断矩阵，并进行一致性检验 判断矩阵标度定义 基本方法举例供应商评价三、判断矩阵及重要度计算和一致性检验的过程和结果基本方法举例供应商评价三、判断矩阵及重要度计算和一致性检验的过程和结果基本方法举例供应商评价四、求各方案的总重要度31ijijiCbC方案总重要度计算例表

15、结果表明，三个方案的优劣顺序为：C3、C1、C2，故S3优于S1，S1优于S2AHPAHP一般方法一、建立评价系统的递阶层次结构 三个层次最高层中间层最底层 三种结构形式完全相关结构。完全独立结构树形结构。混合结构（包括带有子层次的混合结构）。 两种建立递阶层次结构的方法分解法解释结构模型化方法（ISM法）AHPAHP一般方法二、构造两两比较判断矩阵 判断矩阵的性质 两两比较判断的次数 定量指标的处理 一致性检验方法 计算一致性指标C.I.查找相应的平均随机一致性指标R.I.计算一致性比例C.R.AHPAHP一般方法三、要素相对权重或重要度向量W的计算方法 求和法（算术平均法） 方根法（几何平

16、均法） 特征根方法 最小二乘法 引例医院健康状况会诊的系统评价主要步骤及有关概念理论与方法基础六、模糊综合评价法 医院健康状况会诊的系统评价医院健康状况会诊的原始表格及10名医生对某人健康状况评价意见的统计结果如图所示医院健康状况会诊的系统评价经分析计算得到的综合评价结果如下主要步骤及有关概念 1、确定因素集F和评定（语）集E因素集F即评价项目或指标的集合，评定集或评语集E即评价等级的集合 2、统计、确定单因素评价隶属度向量，并形成隶属度矩阵所谓隶属度rij，是指多个评价主体对某个评价对象在fi方面做出ej评定的可能性大小（可能性程度） 3、确定权重向量WF等WF为评价项目或指标的权重或权系数

17、向量 4、按某种运算法则，计算综合评定向量S（综合隶属度向量）及综合评定值（综合得分）理论与方法基础 模糊数学的产生和发展模糊子集最大隶属（度）原则第四节 决策分析方法 一、决策的概念二、决策问题的基本模型和常见类型三、几类基本决策问题的分析一、决策的概念决策是管理的重要职能，它是决策者对系统方案所作决定的过程和结果，是决策者的行为和职责决策分析的过程： 问题分析、诊断及信息活动 对目标、准则及方案的设计活动 对非劣备选方案进行综合分析、比较、评价的抉择或选择活动 将决策结果付诸实施并进行有效评估、反馈、跟踪、学习的执行或实施活动。 二（1）、决策问题的基本模型决策问题的基本模式为：Wij=f

18、(Ai,j),i=1,2,m，j=1,2,nAi决策者的第i种策略或第i种方案，属于决策变量，是决策者的可控因素；j决策者和决策对象（决策问题）所处的第种j环境条件或第j种自然状态，属于状态变量，是决策者不可控制的因素；Wij决策者在第j种状态下选择第i种方案的结果，是决策问题的价值函数，一般叫益损值、效用值。二（2）、决策问题的常见类型 决策问题的要素决策问题的类型完全把握 确定性决策不完全把握 风险型决策对自然不确定不确定型决策完全不把握 对人的不确定对抗型决策（对策）政治、经济、军事、能源、人口、教育等决策战略、战术等决策 A W 定性、定量、模糊决策单目标、多目标决策隐式、显式决策决策

19、者个人、群体决策 三、几类基本决策问题的分析 确定性决策 条件：存在决策者希望达到的明确目标（收益大或损失小等）存在确定的自然状态存在着可供选择的两个以上的行动方案不同行动方案在确定状态下的益损值可以计算出来 方法：在方案数量较大时，常用运筹学中规划论等方法来分析解决，如线性规划、目标规划 案例：EOQ模型几类基本决策问题的分析风险性决策 条件存在决策者希望达到的明确目标（收益大或损失小等）存在两个以上不易决策者主观意志为转移的自然状态，但决策者或分析人员根据过去的经验和科学理论等可以预先估算出自然状态的概率值存在着两个以上可供决策者选择的行动方案不同行动方案在确定状态下的益损值可以计算出来

20、方法期望值决策树法 几类基本决策问题的分析不确定性决策 条件存在决策者希望达到的明确目标（收益大或损失小等）自然状态不确定，且其出现的概率不可知存在着两个以上可供决策者选择的行动方案不同行动方案在确定状态下的益损值可以计算出来 方法乐观法悲观法等概率法后悔值法第五节分析实例某特区S机场选址 一、问题的背景二、决策影响因素三、备选方案的特征分析四、解决机场选址问题步骤五、结论一、问题的背景项目背景上世纪80年代初，S市的领导班子根据区域发展规划，决定建设一个国际机场备选方案谋划通过对HT、BS、CA、HD、NL、TL等6个场址做调查研究，进行可行性研究和初步筛选后，决定在HT和BS场址之间选择最终方案 二、决策影响因素地理位置 距离城镇的距离 与城市发展相协调 净空问题环保问题 飞机噪声污染 预防鸟击飞机 污水便于排除 效益问题三、备选方案的特征分析