第6章系统评价

系统工程

SystemsEngineering2023/2/1北京物资学院信息学院1本章主要内容2023/2/1北京物资学院信息学院26.1概述6.2系统评价的理论和方法6.3费用—效益分析6.4层次分析法6.5模糊评价法第6章系统评价

2023/2/1北京物资学院信息学院36.1概述6.2系统评价的理论和方法6.3费用—效益分析6.4层次分析法6.5模糊评价法6.1

概述

系统评价就是根据预定的系统目的，在系统分析的基础上，就系统设计所能满足需要的程度和占用的资源进行评审和选择，选择出技术上先进、经济上合理、实施上可行的最优或满意的方案。

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概述6.1.1系统评价的基本概念

评价是指按照明确目标测定对象的属性，并把它变成主观效用（满足主体要求的程度）的行为，即明确价值的过程。系统评价就是评定系统可行方案的价值。2023/2/1北京物资学院信息学院56.1

概述系统的价值

系统的价值是一个综合的概念，指系统的效果或目标能达到的程度。一般有如下两方面的特点

1.相对性这是由于系统总是存在于一定的环境条件下，而价值概念也只有在一定的条件下才有意义，也就是说价值都是相对的。2.是可分性系统价值包括许多组成要素（或称价值要素），它们共同决定着系统的总价值。2023/2/1北京物资学院信息学院6系统评价的任务系统评价是方案选优和决策的基础，评价的好坏直接影响决策的正确性。一般来说，系统评价承担着以下几个方面的任务：（1）对系统运行现状的评价。（2）对方案可能产生的后果和影响的评价。（3）对方案开始后的跟踪评价及决策完成后回顾评价。2023/2/1北京物资学院信息学院76.1

概述6.1

概述6.1.2系统评价的复杂性1．评价复杂性（1）由于系统的结构各不相同，且系统的目的也不相同，因此评价的因素与方法也不可能相同，这给系统的评价带来了很大的困难。（2）要评价一个系统或某一方案的优劣，要从很多利弊的评价因素综合考虑，选择评价因素又直接关系到系统评价的结果。2023/2/1北京物资学院信息学院8

（3）一旦确定了系统的评价因素之后，由于许多评价因素是无法进行定量分析的，但是怎样把一些定性的因素与定量的因素统一到同一个评价的尺度上，这是系统评价成功的关键。（4）不同的方案可能各有所长，难以取舍，且指标越多，问题就越复杂，方案也就越难定夺。2023/2/1北京物资学院信息学院96.1

概述2．评价关注点在进行系统评价时，要注意以下两个方面：（1）正确、合理地选择评价因素衡量一个系统或者一个可行方案的优劣要有一组评价标准，而评价标准要以评价指标作为基准。基本上是按照性能（Performance）、费用（Cost）、时间（Schedule）三大类来考虑的。2023/2/1北京物资学院信息学院106.1

概述（2）系统评价指标的“价值”化系统评价指标确定后，对各评价指标要统一在同一的评价尺度上，这就是系统评价指标的“价值”化。对一个系统或一个方案进行评价时，要把各评价指标统一到同一标准尺度上，然后才能进行互相比较，特别是一些定性分析的评价指标，这一点尤为重要。2023/2/1北京物资学院信息学院116.1

概述6.1.3系统评价、系统分析以及系统决策的关系

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概述6.1.4系统评价的思想与原则1.评价思想（1）综合评价思想（2）经济利益思想（3）规划思想2023/2/1北京物资学院信息学院136.1

概述2．评价原则（1）保证评价的客观性（2）保证方案的可比性

（3）评价指标要成体系

（4）评价方法和手段的综合性

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概述6.1.5系统评价的内容

在系统评价过程中，首先要熟悉方案和确定方案指标。根据熟悉方案的情况，结合评价指标，应用适当的方法，先进行单项评价，再作综合评价，从而找出最优方案。系统评价可以分阶段进行，特别是对复杂大系统的开发，各个重要环节都要做出评价，以确定目标是否合理。2023/2/1北京物资学院信息学院156.1

概述系统评价包含以下几个方面的内容

1．系统结构评价（1）系统结构分析系统结构分析的目的是要弄清和理顺系统结构组成要素之间的关系，以便进行分析和评价。（2）参照标准结构评价为了对系统结构的合理性进行评价，必须有一个评判标准，用来作为评价现实系统的参照系，然后对现实系统进行比较评价，从而得出系统构成结构的优劣。（3）系统结构稳定性评价任何系统都会受到来自环境的种种干扰，使系统运行状态发生变化。2023/2/1北京物资学院信息学院166.1

概述2．“系统—环境”影响的评价（1）“系统—环境”影响的识别。找出所有“系统—环境”影响关系，并分析清楚其主次关系，弄清各种关系的轻重缓急及其影响的状况。（2）系统的环境适应性评价。系统的环境适应性是系统的运行特征之一，对其评价必须基于对环境发展趋势的把握和对系统结构性能的了解。2023/2/1北京物资学院信息学院176.1

概述一般情况下，系统与环境的关系有如下四种：1）系统运行对环境具有改造性。2）系统能适应环境的变化。3）系统对环境起消极作用。4）系统的运行不适应环境的变化，而且对环境起破坏作用。2023/2/1北京物资学院信息学院186.1

概述3．系统“输入—输出—反馈”的评价系统输入和输出的外部特征和基本表现，体现了系统的转换机能。反馈是系统调节机制灵敏性和有效性的表现。（1）系统的输入、输出指标评价。一般都是用输入与输出之间的比值来反映系统的转换机能，即系统的有效性。对系统的动态性评价，可考虑进行系统反馈性能评价。（2）系统反馈性能评价。反馈是系统动态性能的表现，它作用于系统的输入并通过系统的转换机制影响系统的输出。2023/2/1北京物资学院信息学院196.1

概述4．系统综合评价综合评价所要解决的问题是如何把上述对系统各方面的评价综合起来，向决策者提供清晰地评价结论。2023/2/1北京物资学院信息学院206.1

概述6.1.6系统评价的步骤系统评价的步骤是有效地进行评价的保证，它一般包括以下几项：（1）对各个评价方案做出简要说明，使方案的特点清晰明了，便于评价人员掌握；（2）确定由所有单项和大类指标组成的评价指标体系；（3）确定各大类及单项评价指标的权重，并从整体上调整；（4）进行单项评价，查明各项评价指标的实现程度（5）进行综合评价，综合各大类指标的价值和系统整体价值。2023/2/1北京物资学院信息学院216.1

概述6.1.7系统评价指标体系1．评价指标体系的概念这个指标体系必须将被评对象的相互关系、相互制约的复杂因素之间的关系层次化、条理化，并能区分它们各自对评价目标影响的重要程度，以及对那些只能定性评价的因素进行恰当的方便的量化处理。系统评价的指标体系是由若干个单项评价指标所组成的整体，它反映了系统所要解决问题的各项目标要求。2023/2/1北京物资学院信息学院226.1

概述指标体系通常可考虑如下方面：

（1）政策性指标。包括政府的方针、政策、法令、法律及发展规划等方面的要求，它对国防或国计民生方面的重大项目或大型系统尤为重要。（2）技术性指标。包括产品的性能、寿命、可靠性、安全性等，工程项目的地质条件、设备、设施、建筑物、运输等技术指标要求。（3）经济性指标。包括方案成本、利润和税金、投资额、流动资金占有量、回收期、建设周期等。2023/2/1北京物资学院信息学院236.1

概述（4）社会性指标。包括社会福利、社会节约、综合发展、就业机会、污染、生态环境等。（5）资源性指标。包括人、财、物等资源的保证程度。如工程项目中的物质、人力、能源、水源、土地条件等。（6）时间性指标。如工程进度、时间节约、试制周期等。以上考虑的是大类指标，每一个大类指标又可以包含许多小类指标。每一个具体指标可能由几个指标综合反映，这样形成了指标树，由这个指标树就构成了系统评价指标体系。

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概述2．确定评价体系时应遵循以下基本原则（1）系统性原则。指标体系应能全面地反映被评价对象的综合情况，从中抓住主要因素，既能反映直接效果，又能反映间接效果。以保证综合评价的全面性和可信性。（2）可测性原则。指标含义明确，数据资料收集方便，计算简单，易于掌握。（3）定量指标与定性指标结合使用原则。既可使评价具有客观性，便于数学模型处理，又可弥补单纯定量评价的不足及数据本身存在的某些缺陷。2023/2/1北京物资学院信息学院256.1

概述（4）绝对量指标与相对量指标结合使用原则。（5）指标之间应尽可能避免显见的包含关系，对隐含的相关关系要在模型中以适当的方法消除。（6）指标的选择要保持同趋势化，以保证可比性。（7）指标设计要有重点。重要方面的指标可放置的密些、细些；次要方面的指标可放置的稀些、粗些，以简化工作。（8）指标要有层次性，为衡量方案的效果和确定指标的权重提供方便。2023/2/1北京物资学院信息学院266.1

概述3．评价时的矛盾处理

（1）评价的有效性和评价的简便性相矛盾。应在满足有效性的前提下，尽可能使评价简便。（2）指标的系统性与指标的可测性相矛盾。指标体系需要包括各个方面的因素，而有些指标不易获得和不易测度。（3）指标的精确性与指标的可信度问题。评价应尽可能精确，但有些指标当时不能做到很精确，这样与其为了追求精确而假设数据。2023/2/1北京物资学院信息学院276.1

概述第6章系统评价

2023/2/1北京物资学院信息学院286.1概述6.2系统评价的理论和方法6.3费用—效益分析6.4层次分析法6.5模糊评价法有关系统评价的理论和方法，归纳起来大致可以分三类：1.以数理为基础的理论它运用数学理论和解析方法对评价系统进行严密的定量描述和计算。2.以统计为主的理论和方法通过统计数据来建立只能凭感觉而不能测量的评价项目的评价模型。3.重现决策支持的方法研究如何才能比较容易地决定与目标一致的人类行为。目前常用的计算机系统仿真技术就是这一类的有效方法。2023/2/1北京物资学院信息学院296.2

系统评价的理论和方法6.2.1评价理论1．效用理论

最早科学地提出评价问题的是冯·纽曼（VonNewmann）的效用理论。

效用理论就是用数学方法来描述效用与效用函数的关系效用理论本身是以评价主体个人的价值观为基础而建立起来的数学理论。2023/2/1北京物资学院信息学院306.2

系统评价的理论和方法2．确定性理论主要是用统计的方法使评价数量化，这时需要收集足够数量的、同质的数据，同时要有能看透问题本质的敏锐眼力。在确认使用统计方法的妥当性和有效性后，收集适当数据，以统计方法确认假定，并在数据通过检验后，能够在一定程度上建立起数量化的评价模型，进行属性评价或综合评价。2023/2/1北京物资学院信息学院316.2

系统评价的理论和方法3．不确定性理论含有不确定因素的决策问题已经掌握事件发生的概率，则可以用期望值作为评价函数，以便作为确定性问题来处理。可凭借专家的经验和直观判断，以及以往发生的概率，对事件发生的可能性作出定量估计。2023/2/1北京物资学院信息学院326.2

系统评价的理论和方法4．非精确理论

考虑到认识的模糊性进行这种评价时，需要应用模糊集（FuzzySet）理论。5．最优化理论评价对象的数学模型本身也可能成为评价函数。2023/2/1北京物资学院信息学院336.2

系统评价的理论和方法6.2.2评价方法1．费用—效益分析这是系统评价的经典方法之一。美国政府部门将费用—效益分析（CostBenefitAnalysis）作为评价政策的工具，始于1902年的“河川江湾法”。要求所投资的工程项目给社会提供财富和服务的价值效益，必须超过其费用，作为工程项目投资合理性的依据。经济观点考虑效益－－社会观点考虑效益2023/2/1北京物资学院信息学院346.2

系统评价的理论和方法2．关联矩阵法关联矩阵法就是用矩阵形式来表示各替代方案有关评价项目的平均值。然后计算各方案评价值的加权和，再通过分析比较，综合评价值——评价值加权和最大的方案即为最优方案。应用关联矩阵法的关键，在于确定各评价项目的重要度（权重），以及各评价项目的价值尺度。2023/2/1北京物资学院信息学院356.2

系统评价的理论和方法3．关联树法关联树法是作为一种有助于对复杂问题进行评价的方法而产生的。关联树法在20世纪60年代开发以来，由于方法简单，易被人们掌握，所以发展很快，其中尤以霍尼威尔（Honegwell）公司于1963年开发的PATTERN的方法最为有名。2023/2/1北京物资学院信息学院366.2

系统评价的理论和方法4．层次分析法它是1973年由美国学者沙旦（T.L.Saaty）最早提出的。层次分析法是一种定性分析和定量分析相结合的多目标评价决策方法，它将评价者对复杂系统的评价思维过程数学化。层次分析法的特点是：能将人们的思维过程数学化、系统化，便于人们接受；所需定量数据信息较少。2023/2/1北京物资学院信息学院376.2

系统评价的理论和方法5．模糊评价法

这是运用模糊集理论对系统进行综合评价的一种方法。通过模糊评价，能获得系统各替代方案优先顺序的有关信息，应用模糊评价法时，除了确定评价项目及其权重和评价尺度外，在对各评价项目进行评定时是一种模糊映射。其可能程度的大小用隶属度来反映。2023/2/1北京物资学院信息学院386.2

系统评价的理论和方法第6章系统评价

2023/2/1北京物资学院信息学院396.1概述6.2系统评价的理论和方法6.3费用—效益分析6.4层次分析法6.5模糊评价法6.3.1费用—效益分析的基本概念1．费用（cost）费用是指为了实现某个工程项目或事业的目的而投入的资源（如资金、劳动力、材料、能源……）的价值。（1）货币费用与非货币费用。（2）实际费用与机会费用。（3）内部费用和外部费用。（4）一次性投资费用和日常经营费用。2023/2/1北京物资学院信息学院406.3

费用－效益分析2．效益（Benefit）

当实现某个工程项目或企业的目的后，即当开发的系统运用以后，就可以获得一定的效果。其中能够换算成货币价值的那部分效果就称作效益。效益又可分成主要效益（PrimaryBenefit）和次生效益（SecondaryBenefit）两种。前者是由系统本身直接产生的效益，后者是由于实现系统的结果而间接派生出来的效益。2023/2/1北京物资学院信息学院416.3

费用－效益分析3．有效度（Effectiveness）用货币以外的数量尺度所表示的效果称为有效度。效果的测定，无论是用效益还是用效度，都需要把效果作为替代方案的价值属性和外部环境的评价属性的函数而公式化。替代方案的价值属性表现为价值要素，外部环境的属性则表现为各评价项目对于系统价值的权重。2023/2/1北京物资学院信息学院426.3

费用－效益分析6.3.2费用－效益分析的基本原理费用—效益分析法是从整个社会的角度出发，分析某一项目对整个国民经济的净贡献的大小，它解决的最主要问题就是将外部成本内部化，全面地考虑经济活动对自然系统的影响。费用效益分析方法，重点考虑生态环境影响，并对其进行经济评价，因此是环境影响的经济评价。2023/2/1北京物资学院信息学院436.3

费用－效益分析6.3.3费用－效益分析法的特点1．全面性不仅考虑了经济效益、还考虑了社会效益和环境效益不仅考虑了短期利益，还考虑了长期利益，考虑了项目的未来现金流量的影响。2．前瞻性费用效益分析法可以在项目实施前给予评价，防患于未然。3．选择性对项目或政策进行评价时要考虑选用的评估方法是否恰当，是否正确的估计了相关的环境成本和环境收益。2023/2/1北京物资学院信息学院446.3

费用－效益分析6.3.4费用和效益的关系系统费用和效益之间，一般存在着如图所示的S形曲线关系。由图可知，当费用C达到一定程度后，效果才能明显表现出来，当费用C<CL时，效果几乎为零。此后，效果随着费用增加而迅速增加，这是非常值得研究的一个阶段。但当费用超过CH之后，效果趋于不变，曲线呈平稳现象。此后边际效用过小，形成浪费。边际效用可用偏导数表示，以便进行多目标分析。2023/2/1北京物资学院信息学院456.3

费用－效益分析图

费用和效果关系2023/2/1北京物资学院信息学院466.3

费用－效益分析6.3.5费用和效益的估算方法

1．市场价值法市场价值法是根据环境质量变化引起的产值和利润的变化来评估环境质量变化的经济效益或经济损失，重点阐明人类经济活动产生的污染物对自然系统或人工系统影响的经济评价。2．防护费用法所谓防护费用，是指人们为了消除或减少生态环境恶化的影响而愿意承担的费用。在无法对环境效益进行货币评价时，防止环境变坏的费用可以提供人们对环境质量的最低估计。2023/2/1北京物资学院信息学院476.3

费用－效益分析3．影子工程法影子工程法是防护费用法的一种特殊形式。它是在环境破坏后，人工地建造一个新的工程替代原有环境功能，并用建造新工程的费用来估计环境破坏所造成的经济损失的方法。4．机会成本法机会成本法是一种计算环境资源被占用或者被占用时所带来的经济损失的方法。2023/2/1北京物资学院信息学院486.3

费用－效益分析5．调查评价法调查评价法是根据个人需求曲线理论和两种消费者剩余的量度，通过估价消费者对商品或劳务的支付意愿，或者对商品或劳务损失预计接受的赔偿意愿，来度量效益。根据具体评估技术不同，调查评价法又包括许多具体的评价方法，常用的有投标博弈法、比较博弈法、优先评价法、函数调查法和无费用选择法等。2023/2/1北京物资学院信息学院496.3

费用－效益分析6.3.6费用—效益分析常用的评价基准有下面三种：1．效率性基准该基准表示在一定费用条件下，效益大的替代方案其价值就高。这可以作为当能负担的费用有限时的选择替代方案的手段。

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费用－效益分析

2．经济性基准即要求在一定的效益条件下，费用小的替代方案其价值就高。当事先给定的效益目标达到时，应从可以达到目标的若干替代方案中选取费用最小的方案。3．纯效益基准所谓纯效益，就是效益减去费用后的余额。纯效益基准就是指纯效益大的替代方案价值高。这种评价基准适用于费用不加限制的情况。2023/2/1北京物资学院信息学院516.3

费用－效益分析第6章系统评价

2023/2/1北京物资学院信息学院526.1概述6.2系统评价的理论和方法6.3费用—效益分析6.4层次分析法6.5模糊评价法6.4层次分析法层次分析法可以对非定量事件做定量分析，以及人的主观判断做出定量描述。层次分析法采用数学方法描述需要解决的问题，适用于多目标、多因素、多准则、难以全部量化的大型复杂系统，是解决多目标问题最重要的方法之一。2023/2/1北京物资学院信息学院536.4

层次分析法6.4.1层次分析法原理利用层次分析法分析问题时，首先把分析或评价的对象层次化。根据问题的性质和所要达到的总目标，将评价的问题分解为不同的组成因素或评价指标，并按照这些因素之间的相互关联、相互影响关系，按总目标、子目标、评价标准以及具体措施的顺序分解为不同层次的结构，以不同层次进行聚集组合，将这些因素之间的相互关系转化为最底层相对最高层（总目标）的比较优劣的排序问题，从而形成一个多层次、有明确关系的、条理化的分析评价结构模型。2023/2/1北京物资学院信息学院546.4

层次分析法6.4.1层次分析法原理

层次分析法的步骤：（1）对构成评价系统的目的、评价指标（准则）及替代方案等要素建立多级递阶的层次结构模型。

（2）对同属一层次的所有因素以上一层次的某因素为准则进行两两比较，根据评价目标确定其相对重要度，据此建立判断矩阵。

（3）计算判断矩阵的特征向量以确定各要素的相对重要度，即层次单排序及一致性检验。

（4）最后通过综合重要度的计算，对各种方案要素进行排序，即层次总排序及一致性检验，从而为决策提供依据。2023/2/1北京物资学院信息学院556.4

层次分析法6.4.3判断矩阵

根据每一层次个因素的相对重要性给出的判断，引入合适的标度进行量化，写成矩阵的形式就是判断矩阵。

判断矩阵中各元素表示针对上一层某因素而言，本层次与之有关的因素之间的相对重要性。2023/2/1北京物资学院信息学院566.4

层次分析法6.4.3判断矩阵

设与上层同一因素相关的因素为x1，x2，…，xn则形成n×n的判断矩阵A中元素axj表示因素xi与因素xj相对重要度之比，即

显然比值越大，则i的重要度就越高。2023/2/1北京物资学院信息学院576.4

层次分析法6.4.4层次单排序

判断矩阵A对应于最大特征值的特征向量W，经归一化后即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值，这一过程称为层次单排序。

实践中可以采用求和法或求根法来计算特征值的近似值。2023/2/1北京物资学院信息学院586.4

层次分析法6.4.4层次单排序1．求和法（1）将矩阵按列归一化（即使列和为1）：（2）按行求和：（3）归一化：所得即为A的特征向量的近似值。2023/2/1北京物资学院信息学院596.4

层次分析法6.4.4层次单排序2．求根法（1）将矩阵按行求（2）归一化：2023/2/1北京物资学院信息学院606.4

层次分析法6.4.5一致性检验我们可以由判断矩阵A最大特征根是否等于矩阵的阶n检验判断矩阵A否为一致矩阵，从而检验判断矩阵的一致性（相容性）。一致性指标：查表相应的平均随机一致性指标RI，使用随机性一致性比值

进行检验。2023/2/1北京物资学院信息学院616.4

层次分析法表6-1平均随机一致性指标n3456789R.I.0.520.891.121.261.361.411.46n101112131415

R.I.1.491.521.541.561.581.592023/2/1北京物资学院信息学院626.4

层次分析法6.4.6层次总排序总排序权重要自上而下地将单准则下的权重进行合成。

设c级有m个要素c1，c2，…cm，其对总值的重要度为w1，w2，…wm；它的下级有n个要素p1，p2，…pm，pi关于cj的相对重要程度为vij，则P级的要素pi的综合重要度。2023/2/1北京物资学院信息学院636.4

层次分析法表6-2综合重要度c2023/2/1北京物资学院信息学院646.4

层次分析法6.4.6层次总排序当综合考察时，各层次的非一致性仍有可能积累起来，引起最终分析结果较严重的非一致性，所以对层次总排序也需作一致性检验。2023/2/1北京物资学院信息学院656.4

层次分析法6.4.6层次总排序

设B中与Aj因素的成对比较判断矩阵在单排序中经一致性检验，求得单排序一致性指标为CI（j），（j=1，…，m），相应的平均随机一致性指标为RI（j）、（CI（j）、RI（j））已在层次单排序时求得，则B层总排序随机一致性比例为

当CR<0.10时，认为层次总排序结果具有较满意的一致性并接受该分析结果。2023/2/1北京物资学院信息学院666.4

层次分析法第6章系统评价

2023/2/1北京物资学院信息学院676.1概述6.2系统评价的理论和方法6.3费用—效益分析6.4层次分析法6.5模糊评价法6.5模糊评价法