系统工程第三章系统模型与模型化

系统工程第三章系统模型与模型化第1页，课件共65页，创作于2023年2月

一.概述

1.基本概念及意义模型——对现实系统抽象表达的结果。应能反映（抽象或模仿）出系统某个方面的组成部分（要素）及其相互关系。第2页，课件共65页，创作于2023年2月概述模型化——构建系统模型的过程及方法。要注意兼顾到现实性和易处理性。意义及特点：对系统问题进行规范研究的基础和标志；经济、方便、快速、可重复，“思想”或“政策”试验；经过了分析人员对客体的抽象，因而必须再拿到现实中去检验。第3页，课件共65页，创作于2023年2月概述2.模型的分类与模型化的基本方法模型的分类：

A——概念模型A1（思维或意识模型A11;字句模型

A12;描述模型A13）

符号模型A2（图表模型A21;数学模型A22）仿真模型A3

形象模型A4（物理模型A41;图像模型A42）

类比模型A5

第4页，课件共65页，创作于2023年2月概述——模型的分类与模型化的基本方法B——分析模型B1[通常用数学关系式表达]

仿真模型B2[主要基于“计算机导向”]

博弈模型B3[主要基于“人的行为导向”]

判断模型B4[基于专家调查的判断]C——结构模型C1

数学模型C2

仿真模型C3

第5页，课件共65页，创作于2023年2月概述——模型的分类与模型化的基本方法D——实体模型D1（实物模型D11;模拟模型D12）

抽象模型或符号模型D2（数学模型D21;

结构模型D22；仿真模型D23;……）第6页，课件共65页，创作于2023年2月概述——模型的分类与模型化的基本方法模型化的基本方法：机理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21）实验方法：拟合法——“理论”导向经验法——“数据”导向（A22,B1,C2,D21）模拟法——“计算机”或“实物”导向（A3,A4,B2,C3,D1,D23）专家法或老手法（A21,B4,C1,D22）

……第7页，课件共65页，创作于2023年2月概述3.建模的一般原则（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。第8页，课件共65页，创作于2023年2月概述4.建模的基本步骤（1）明确建模目的和要求；（2）弄清系统或子系统中的主要因素及其相互关系；（3）选择模型方法；（4）确定模型结构；（5）估计模型参数；（6）模型试运行；（7）对模型进行实验研究；（8）对模型进行必要修正。第9页，课件共65页，创作于2023年2月概述5.模型的简化

（1）减少变量；（2）改变变量性质；（3）合并变量；（4）改变函数关系；（5）改变约束条件。第10页，课件共65页，创作于2023年2月

几种典型的系统模型

ISM（InterpretativeStructuralModeling）SS（StateSpace）SD（SystemDynamics）CA（ConflictAnalysis）

……第11页，课件共65页，创作于2023年2月二.解释结构模型（ISM）（一）系统结构模型化基础1.概念

结构→结构模型→结构模型化→结构分析

2.系统结构表达及分析方法

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。

第12页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第13页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第14页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第15页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第16页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第17页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第18页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第19页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第20页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第21页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第22页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第23页，课件共65页，创作于2023年2月系统结构的基本表达方式第24页，课件共65页，创作于2023年2月

系统结构模型化基础

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。

本部分要求大家主要学习和掌握ISM方法（实用化方法、规范方法）。第25页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ISM实用化方法设定问题、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学习初步分析规范分析综合分析图2ISM实用化方法原理图第26页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ISM实用化方法第27页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ISM实用化方法第28页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ISM实用化方法第29页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ISM实用化方法第30页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ISM实用化方法第31页，课件共65页，创作于2023年2月（二）ISM实用化方法第32页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第33页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第34页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第35页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第36页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法15第37页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第38页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第39页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第40页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第41页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第42页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第43页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第44页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第45页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第46页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第47页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第48页，课件共65页，创作于2023年2月（三）ISM规范化方法第49页，课件共65页，创作于2023年2月（四）ISM的实施及应用

ISM的实施：一般来说，需要三种角色的人员参加，即掌握建模方法的专家、协调人和参与者。方法技术专家协调人参与者第50页，课件共65页，创作于2023年2月（四）ISM的实施及应用经小组讨论得出影响人口增长的诸多因素：(1)社会保障(8)社会思想习惯(2)老年服务(9)营养水平(3)生育欲望(10)污染(4)平均寿命(11)国民收入(5)医疗保健水平(12)出生率(6)生育能力(13)死亡率(7)计划生育政策(14)总人口应用实例：讨论人口控制综合策略问题第51页，课件共65页，创作于2023年2月通过小组成员的经验分析，并经过多次小组讨论，确定各因素间的关系：S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14（四）ISM的实施及应用第52页，课件共65页，创作于2023年2月由此建立可达矩阵，再进行划分，建立结构模型如下图所示：总人口出生率死亡率生育欲望老年服务社会保障社会思想习惯国民收入保健生育能力计生政策平均寿命污染营养●●●●●●（四）ISM的实施及应用第53页，课件共65页，创作于2023年2月（四）ISM的实施及应用

ISM的缺陷推移律的假定可能会影响分析的正确性；（通过可达矩阵来）确定系统各要素间逻辑关系的确定，依赖人们的经验；实施ISM的三种人员，也会影响方法的应用效果。第54页，课件共65页，创作于2023年2月三.状态空间模型（SSM

）（数学）模型建模概论机理法建模（人口预测模型）拟合法建模两类系统及其相应状态空间系统方程离散系统连续系统状态空间方程实例连续系统：宏观经济模型离散系统：1人才系统；2宏观经济模型；3人口迁移模型第55页，课件共65页，创作于2023年2月（一）数学模型建模方法概述1数学模型定义数学模型是案照某种数学语言（数学关系式、拓扑结构、计算机语言等）对研究对象系统的某些属性抽象描述和定量表达的结果。2利用数学模型建模的程序例1全球人口总数预测例2城镇人口迁移第56页，课件共65页，创作于2023年2月数学模型建模程序第57页，课件共65页，创作于2023年2月变量类型

领域类型1类型2经济外生变量内生变量控制输入变量决策变量（可控）干扰变量（不可控）输出变量数学自变量/参数因变量第58页，课件共65页，创作于2023年2月

3建模方法图解法：定性为主，变量不超过2~3个。机理法：定性+定量拟合法：定量为主，以历史数据为依据建模及量化，建模根据某种假设，选择一种理论模型和模式，用以解释所观察行为。如果所收集到的数据说明建模者的假设基本合理，则进一步按照某种法则去选择模型参数。（拟合法建模实例：人口预测）第59页，课件共65页，创作于2023年2月（二）状态空间系统方程两类系统连续系统：工程系统（微分方程描述）离散系统：如银行存款本利和（差分方程描述）。社会经济系统大多为离散系统。例1宏观经济系统模型例2银行储蓄第60页，课件共65页，创作于2023年2月

例1宏观经济模型 变量说明:Z(t)为总需；C(t)为总消费；I(t)为总投资；G(t)为政府支出；Y(t)为总供给；K(t)为总资本存量；vy(t)为期望资本存量。例2某人存入银行一定数量的钱，假定在t=KT时有u(k)元，T为计息周期（例如月），利率为B，求第K个周期的本利和y(k)。第61页，课件共65页，创作于2023年2