第1章 系统分析的原理与方法(3,4)

§2系统分析原理系统分析的构成要素系统分析的程序应用系统分析的原那么系统分析的内容系统分析中的定量技术应用系统分析时应注意的事项1.

1系统分析的构成要素问题代表研究的对象问题表示现实状况(现实系统)与希望状况(目标系统)的偏差，这为系统改进方案的探寻提供了线索需要系统分析人员和决策者共同探讨与问题有关的要素及其关联状况，恰当地定义问题(1)问题2.

(2)目的及目标目的是对系统的总要求，目标是系统目的的具体化目标分析是系统分析的根本工作其任务是确定和分析系统的目的及其目标，分析和确定为到达系统目标所必须具备的系统功能和技术条件。目标分析可采用目标树等结构分析的方法，要注意对冲突目标的协调和处理3.(3)方案到达目标的途径为了到达预定的系统目的，可以制定假设干备选方案。通过对备选方案的分析和比较，才能从中选择出最优系统方案，这是系统分析中必不可少的一环4.(4)模型由说明系统本质的主要因素及其相互关系构成对实际系统问题的描述、模仿或抽象在系统分析中常常通过建立相应的结构模型、数学模型或仿真模型等来标准分析各种备选方案5.(5)评价评定不同方案对系统目的的到达程度是在考虑实现方案的综合投入(费用)和方案实现后的综合产出(效果)后，按照一定的评价标准确定各种待选方案优先顺序的过程进行系统评价时，不仅要考虑投资、收益等经济指标，还必须综合评价系统的功能、费用、时间、可靠性、环境、社会等方面的因素6.(6)决策者系统问题中的利益主体和行为主体在系统分析中自始至终具有重要作用决策者与系统分析人员的有机配合是保证系统分析工作成功的关键7.2系统分析的程序系统分析的根本过程包括七个环节，见图3-3认识问题、探寻目标及综合方案构成初步的系统分析认识问题、综合方案、系统评价过程通常是必不少的并非所有问题的系统分析过程都要完全履行图3-3所示的几个环节，可根据实际问题的需要有所侧重或只涉及其中的一局部环节8.图3-3系统分析的根本过程认识问题探寻目标综合方案模型化优化或仿真分析系统评价YN决策〔初步系统分析〕9.认识问题阶段认识问题的重要性阿柯夫(R.Ackoff)教授在总结系统分析的经验时说过：“解决错误问题引起的失误比错误地解决问题引起的失误要多得多。〞系统问题常常不是一目了然的，往往为一些现象甚至假象所掩盖而不易觉察，需要准确地发现问题问题发现后，进一步的工作就是限定问题弄清楚要解决的到底是什么问题、性质如何、严重程度怎样，涉及哪些因素，应把哪些因素作为系统要素来研究，环境因素是什么10.初步系统分析阶段围绕以下问题展开What.研究什么问题?问题的要素是什么？问题与哪些因素有关？Why.为什么要研究该问题?目的或希望的状态是什么?Where.系统边界和环境如何?When.分析的是什么时候的情况?Who.决策者、行动者、所有者等关键主体是谁?How.如何实现系统的目标状态?11.环境分析贯穿于系统分析的全过程认识问题阶段只有正确区分出各种环境要素，才能划定系统边界探寻目标阶段要根据环境对系统的要求建立系统的目标结构，以求得系统对环境的最优和最大输出综合方案阶段要考虑到环境条件及其变化对方案可行性的影响，选择出能适应环境变化的切实可行的行动方案模型化及其分析阶段要充分而正确地考虑到各主要环境条件(如人、财、物、政策等)对系统优化的约束评价与决策阶段要通过灵敏度分析和风险分析等途径，“减少〞环境变化对最正确决策方案的影响，提高政策与策略的相对稳定性和环境适应性12.3应用系统分析的原那么①坚持问题导向系统分析是一种处理问题的方法，有很强的针对性，其目的在于寻求解决特定问题的最优或满意方案要求系统分析人员要适应实际问题的需要，制定方案，选择方法，并通过适时调整使分析过程及结果对问题的不确定性变化具有较好的适应性，帮助决策者解决实际问题13.要求：把问题作为一个整体来处理，全面考虑各主要因素及其相互影响强调以最少的综合投入和最良好的总体效果来完成预定任务系统中的各组成局部具有各自特定的功能和目标，只有相互分工协作，才能发挥出系统的总体效能系统分析要从系统整体出发，不要拘泥于细节。抓住主要矛盾及其方面，致力于提出解决主要矛盾的方法和措施，防止因小失大②以整体为目标14.要求：根据实际问题的需要和系统目标的要求收集各种信息，寻找多个方案，对方案进行模型化及优化或仿真计算，尽可能求得定量化的分析结果系统方案综合(设计)中应注意的几个问题：提出多方案，但不要过多，通常以3～4个为宜；方案的要求：同目的性(可替代性)、能实现性(方案详细可分)、可识别性(能评价系统目的、功能的达成度或优劣)等；方案产生过程中要注意采用各种创造性技术。③方案模型分析和选优15.④定量分析与定性分析相结合分析中既要利用各种定量资料和模型化及优化或仿真计算的结果，使方案的优劣以定量分析为根底；又要充分利用分析者、决策者和其他有关人员的直观判断和经验，进行综合分析与判定⑤屡次反复进行对复杂系统问题的分析，往往不是一次可以圆满完成的根据对象系统及其所处环境的可能变化，通过反复与决策者对话，适时、不断地修正分析的过程及其结果通过分析过程中的屡次及多重反响，逐步得到与系统目标要求最接近、令决策者较为满意的系统方案16.4系统分析的内容依据：“整体大于各局部之和〞的原理即系统的整体表达了各个组成要素所没有的新质、新功能和整体运行规律整体分析的思路面对一些复杂的、较大的系统，要求把它分解为一组相关联的子系统，在整体的指导下，协调各个子系统的目标，从而到达系统所要求的总目标整体分析的核心从全局出发，从系统、子系统、单元、元素之间以及它们与周围环境之间的相互关系和相互作用中探求系统整体的本质和规律，提高整体效应，追求整体目标的优化〔1〕整体分析17.整体与局部关系的三种情况局部的每个子系统的效益都好，组合起来的系统整体也最优；局部子系统的效益好，但系统整体的效益没有到达最优；局部的子系统的效益并不最优，而系统的整体效益较优近期与长远关系的几种情况对近期与长远都有利；对近期有利，对长远不利甚至有害；对近期不利，而对长远有利18.根据已确定的目标，在整体利益最优的前提下，处理好局部与整体、近期与长远的关系例如，在追求经济社会开展尤其是经济增长的政策目标时，不能为了局部〔地方〕和近期的利益，片面追求经济增长率，而以牺牲资源和环境，以及整体(全国)和长远的效益作为代价整体优化的原那么：整体利益最优19.内容：寻求系统合理结构的途径或方法结构分析目的找出系统构成上的整体性、环境适应性、相关性和层次性等特征，使系统的组成因素及其相互关联在分布上到达最优结合和最优输出用如下的表达式描述结构分析的根本原理E=maxP(X，R，C)P→GP→OSopt=max｛S／E｝〔2〕结构分析←结构最优←输出最大←目标、环境因素约束20.其中：①X是系统组成要素的集合；R是系统组成要素的相关关系的集合；C是系统要素及其相互关联在各层次上的可能分布形式；P是X、R、C的结合效果函数；②“Ｐ→〞表示这个函数对应于某种条件Ｐ→Ｇ表示Ｐ函数对应于系统目标集的条件Ｐ→Ｏ表示Ｐ函数对应于环境因素约束集的条件③Ｅ表示Ｐ函数在两个对应条件下所能到达的最优结合效果④Sopt的关系式表示具有最正确结合效果的结构中能给出最大输出的系统结构分析的任务：寻求Ｘ、Ｒ、Ｃ之间最优结合形式，使系统稳定条件下结合效果最优，系统输出最大21.系统论认为，任何复杂的系统都具有一定的结构层次系统结构的层次性既指等级性，又指侧面性等级性是指任何一个复杂系统，都可以从纵向把它划分为假设干等级即存在着不同等级的系统层次关系，其中低一级的结构是高一级结构的有机组成局部侧面性是指任何同一级的复杂系统，可以从横向上分为假设干相应联系，相互制约，又各自独立的平行局部〔3〕层次分析22.层次分析法是层次分析中的重要方法层次分析的根本思路明确问题中所包含的因子及其相互关系，将各因子划分为不同层次，从而形成多层次结构，通过对各层次因子的比较分析，建立判断矩阵，并通过判断矩阵的计算将不同政策方案按重要性或适用性大小排列，为最优方案的选择提供依据层次分析首先要解决系统分层及层次规模的合理性问题；其次要使各个功能单元的层次归属合理层次分析23.①要素之间的不可分割的联系在系统整体中，各要素并不是孤立存在的，而是由系统的结构联结在一起，相互依存、相互作用。如果其中一项发生变化，就会影响其他要素也发生变化。②要素与系统整体的关系要素与系统整体相适应，一旦要素改变，整体必然发生改变；同样，系统整体发生改变，系统要素也必然发生变化〔要素与系统之间的相互作用是通过结构这一中介来实现的〕〔4〕相关分析相关性的表达24.③系统与环境的关系即系统的改变引起环境的变化，环境的变化也会导致系统的变化；系统创造自己的环境，环境又规定着自己的系统。④系统开展的协同性上协同性是指系统开展变化中各局部开展变化的同步性系统的变化必然引起各要素以及环境的变化，这种变化又不是杂乱无章的，而是有规律可循的，这个规律就是同步性25.系统与环境之间相互联系和相互作用环境是系统存在和开展的前提条件，系统以外界条件或环境作为存在和开展的土壤一个系统总是处于更大的系统之中，成为更大系统的子系统，因而更大的系统那么构成该子系统的生态环境环境影响、制约，甚至决定系统的性质与功能；系统的存在和开展改变着周围的环境，系统作用的不同将引起环境发生变化〔5〕环境分析26.环境分析是系统分析的一个重要内容系统状态、系统问题同环境存在着相互联系、相互作用，分析环境与系统的关系是解决系统问题的必要步骤要确定系统及其问题的边界和约束条件，必须对环境作出分析系统分析的许多资料来源于环境环境分析涉及的环境内容很广包括自然环境〔或物理技术环境〕分析，社会经济环境分析，文化心理环境分析等等27.5系统分析中的定量技术克朗根据决策类型的不同将系统分析中的定量技术分为两类：确定型的分析技术和随机分析技术确定型的分析技术是指那些可用于只有一种势态，并在做出可接受的假定之后其变量、限制条件、不同的选择都是的、确定的，按一定的统计置信度可以预见的方法或技术确定型的定量模型、方法和技术见下表28.模型、工具或技术应用基础知识线性规划解决在商业、交通、库存、建筑、后勤及网络中的配置、分配和优化问题计算机科学、敏感性分析、代数解法、单纯形表、经济学排队论人或事物或事件的等待服务问题蒙特·卡罗法、模拟、统计学规划管理技术生产和建设计划PERT(成本或时间)、CANTT图、网络分析(CPN)、决策树马尔柯夫分析销售经营、预测矩阵代数、经济学对抗分析商业、心理学、国防研究博弈论质量保证工业、国防科学、技术损益分析资源分配经济学、统计学确定型的定量模型、方法和技术29.随机分析技术应用于不确定型或风险决策的分析方法及技术当存在一个以上的态势，并且需要估计和确定每一种可能的状态时，就要碰到随机模型问题要求计算每一种态势下用每一种决策选择所得的输出结果随机分析技术见下表30.随机定量模型、方法和技术模型、工具或技术应用基础知识动态规划在生产、配置活动中的多阶段决策计算机科学和概率论计算机模拟系统内部的相互作用计算机科学和蒙特、卡罗法随机库存论需求或提前时间是随机的情况概率论和期望值统计量随机模型计算系统转换的概率矩阵代数、微积分取样、回归、指数平滑大总体的问题解统计学和概率论贝叶斯定理条件概率下的预测、相关和因果分析代数、概率论以及有关先验概率和知识损益分析资源分配经济学和统计学决策树系统行为代数和统计学31.6应用系统分析时应注意的事项①把抽象的系统和现实的系统相混淆；②局部混淆于整体；局部利益和整体利益之间的对抗；③虽然提出面面俱到的要求，但是却无力对其进行适当的研究，选择出来进行分析的局部，并不是系统中最重要的局部；④无视历史，缺乏全面的调查研究；32.应用系统分析时应注意的事项⑤所具有的知识仅够进行外表浮浅的分析。采用单纯的依赖纯逻辑式的分析推论；⑥不必要地扩大分析范围；⑦在完全不适合进行系统分析的场合硬要使用系统分析方法。例如，同特定专业知识有关的问题，在时间和资源上不值得进行系统分析的简单问题等。33.§3系统分析方法论

〔系统工程方法论〕34.传统的分析方法把一个事物分解为许多独立的局部来分别进行研究，这就是解析的研究方法系统分析方法把事物看作一个整体来研究，把一个研究对象看作一个系统，从系统的整表达点出发来研究系统内部各组成局部之间的有机联系，与系统外部环境的相互关系，这就是综合的研究方法系统分析方法35.系统工程根本工作过程霍尔三维结构切克兰德方法论两种方法论的比较36.

霍尔三维结构由美国学者A.D.霍尔等人在大量工程实践根底上，于1969年提出的系统工程方法论的重要根底内容集中表达了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点霍尔三维结构图包含了霍尔三维结构的思想和内容，如图1.3所示

37.图1.3霍尔三维结构示意图规划阶段计划阶段分析阶段运筹阶段实施阶段运行阶段更新阶段运筹学控制论社会科学工程技术………逻辑维知识维时间维实施计划决策最优化模型化系统综述系统设计摆明问题38.时间维表示系统工程的工作阶段或进程分为七个阶段：①规划阶段。根据总体方针和开展战略制订规划②方案阶段。根据规划提出具体方案方案③分析或研制阶段。实现系统的研制方案，分析、制定出较为详细而具体的生产方案④运筹或生产阶段。运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件〞，并提出详细而具体的实施和“安装〞方案39.时间维⑥运行阶段。系统投入运行，为预期用途效劳⑦更新阶段。改进或取消旧系统，建立新系统⑤系统实施或“安装〞阶段。把系统“安装〞好，制定出具体的运行方案其中规划、方案与研制阶段共同构成系统的开发阶段40.逻辑维指系统工程每个阶段工作应遵循的逻辑顺序和工作步骤分为以下七步：①明确问题同提出任务的单位对话，明确所要解决的问题及其确切要求，全面收集和了解有关问题历史、现状和开展趋势的资料②确定目标并据此设计评价指标体系确定任务所要到达的目标或各目标分量，拟定评价标准。在此根底上，用系统评价等方法建立评价指标体系，设计评价算法③系统综合设计能完成预定任务的系统结构，拟定政策、活动、控制方案和整个系统的可行方案41.④模型化针对系统的具体结构和方案类型建立分析模型，并初步分析系统各种方案的性能、特点、对预定任务能实现的程度以及在目标和评价指标体系下的优劣次序⑤最优化在评价目标体系的根底上生成并选择各项政策、活动、控制方案和整个系统方案，尽可能到达最优、次优或合理，至少能令人满意⑥决策在分析、优化和评价的根底上由决策者做出裁决，选定行动方案⑦实施方案不断地修改、完善以上六个步骤，制订出具体的执行方案和下一阶段的工作方案。逻辑维42.知识维〔或专业维〕说明从事系统工程工作所需要的知识，如运筹学、控制论、管理科学等反映系统工程的专门应用领域，如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等43.霍尔三维结构霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化认为现实问题根本上都可归纳成工程系统问题，从而可以应用定量分析手段，求得最优系统方案霍尔三维结构方法论特点研究方法上的整体性(三维)技术应用上的综合性(知识维)组织管理上的科学性(时间维与逻辑维)系统工程工作的问题导向性(逻辑维)44.20世纪40～60年代期间，系统工程主要用来寻求各种“战术〞问题的最优策略，或用来组织管理大型工程建设工程，最适合应用霍尔方法论进入70年代以来，系统工程越来越多地用于研究社会经济开展战略和组织管理问题，涉及的人、信息和社会等因素相当复杂，使得系统工程的对象系统软化，并导致其中的许多因素又难以量化从70年代中期开始，许多学者在霍尔方法论根底上，进一步提出了各种软系统工程方法论。80年代中前期由〔英〕P·切克兰德(P.Checkland)提出的方法比较系统且具有代表性。切克兰德方法论

(背景)

45.P.切克兰德认为完全按照解决工程问题的思路来解决社会问题或“软科学〞问题，会碰到许多困难，尤其在设计价值系统、模型化和最优化等步骤方面，有许多因素很难进行定量分析P.切克兰德把霍尔方法论称为“硬科学〞的方法论，他提出了自己的方法论，并把它称之为“软科学〞方法论P.切克兰德方法论的主要内容和工作过程〔见图〕切克兰德方法论46.切克兰德方法论问题及其环境的识别与表达建立概念模型（目标系统概念化）根底定义(关键因素)比较寻求改善途径评估实施设计选择47.P.切克兰德方法论的主要内容

和工作过程①认识问题收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成〔或影响〕因素及其关系，以便明确系统问题结构、现存过程及其相互之间的不适应之处，确定有关的行为主体和利益主体②根底定义初步弄清、改善与现状有关的各种因素及其相互关系根底定义的目的是弄清楚系统问题的关键要素以及关联因素，为系统的开展及其研究确立各种根本的看法，并尽可能选择出最适宜的根本观点48.P·切克兰德方法论的主要内容

和工作过程③建立概念模型在不能建立精确数学模型的情况下，用结构模型或语言模型来描述系统的现状概念模型来自于根底定义，是通过系统化语言对问题抽象描述的结果，其结构及要素必须符合根底定义的思想，并能实现其要求④比较及探寻将现实问题和概念模型进行比照，找出符合决策者意图且可行的方案或途径通过比较，有时需要对根底定义的结果进行适当修正