【正文】 一區(qū)域，系統(tǒng)至少可以被劃分成兩個區(qū)域。 E(S)= {Si | Si∈ S, C( Si ) =R( Si ) , i＝ 1,…, n} 如，上例中： B(S)= {S3 , S7}。 A(S2)＝ {S2 , S7}。 可理解為根據(jù)關(guān)系 R劃分子系統(tǒng) 。 ISM技術(shù)：美國 1973開發(fā)。 2） 骨架矩陣 實現(xiàn)某一可達矩陣 M的鄰接矩陣 A可以有多個。 A＝（ aij） n n ，其定義為： 與圖 3－ 5對應(yīng)的鄰接矩陣為： 在鄰接矩陣中： 若有一列（設(shè)第 j列）元素全為 0，則 Sj為系統(tǒng)的 輸入要素 ，如圖 45中的 S3和 S7； 若有一行（設(shè)第 i行）元素全為 0，則 Si為系統(tǒng)的 輸出要素 ，如圖 45中的 S1和 S5； （ 2） 可達矩陣 可達矩陣 M＝（ mij） n n，定義為： t t ＝ 0，表示 Si自身到達，即 Si R0 Si t ＝ 1，表示基本的二元關(guān)系 t ＝ 2，表示傳遞性二元關(guān)系 t 鄰接矩陣（ A）和可達矩陣（ M）都是 0－ 1矩陣，且矩陣運算符合 布爾代數(shù)的運算規(guī)則 ： 0＋ 0＝ 0； 0＋ 1＝ 1； 1＋ 0＝ 1； 1＋ 1＝ 1 0 0＝ 0； 0 1＝ 0； 1 0＝ 0； 1 1＝ 1 系統(tǒng)可達矩陣 M可由鄰接矩陣 A運算得出，計算公式為： M＝（ A＋ I） r 其中 I為與 A同階次的單位矩陣，最大傳遞次數(shù)（路長） r 根據(jù)下式確定： A＋ I≠（ A＋ I） 2≠ （ A＋ I） 3≠… ≠ （ A＋I） r＝ （ A＋ I） r＋ 1＝ … ＝ （ A＋ I） n 以圖 35所對應(yīng)的鄰接矩陣為例： 其中帶圓圈的“ 1‖表示要素間通過兩步到達。傳遞性二元關(guān)系記作 Rt (t為傳遞次數(shù) )，如，將 SiRSk記作 SiR2Sk ~ 強連接關(guān)系 ： 系統(tǒng)的構(gòu)成要素 Si和 Sj之間，既有 SiRSj，也有 SjRSi 系統(tǒng) S上的二元關(guān)系集合：滿足某種二元關(guān)系 R的要素對（ Si， Sj）的集合，記作 Rb Rb＝ {（ Si,Sj） | Si,Sj∈ S, SiRSj ,i、 j=1,…,n} 用 S和 Rb可以表示系統(tǒng)的某種基本結(jié)構(gòu)！ 例 31：某系統(tǒng)由 7個要素組成，其中： S2影響S1, S3影響 S4, S4影響 S5, S7影響 S2, S S6互相影響。其內(nèi)容包括： 1）對系統(tǒng)目的和功能的認識； 2）系統(tǒng)構(gòu)成要素的選?。? 3）對要素間的聯(lián)系及其層次關(guān)系的分析； 4）系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的確定及其解釋。 如社會系統(tǒng)規(guī)劃、決策模型等。 六、模型化的基本方法 1. 分析方法 利用邏輯演繹方法，從公理、定律導出系統(tǒng)模型。 2. 考慮信息相關(guān)性 ：模型只應(yīng)包括與研究目的有關(guān)的信息。 形象模型 ：以相似形象表示現(xiàn)實系統(tǒng)的模型。 第三章 系統(tǒng)模型與模型化 一、模型及模型化的定義 模型：現(xiàn)實系統(tǒng)的理想化抽象 模型化：用一定方式（數(shù)學、圖形等）描述現(xiàn)實系統(tǒng)的構(gòu)成和行為的方法。 方案四 ：將天然氣轉(zhuǎn)換為甲醇后加到原油中輸送，可降低原油熔點，增加流動性，并同時輸送了原油和天然氣。 三、應(yīng)用系統(tǒng)分析的原則 創(chuàng)新思維與方案 案例 ： 美國阿拉斯加原油輸送問題 （ Page 20） 背景 ： 阿拉斯加地處北極圈，常年冰凍，其油田和美國本土中間有加拿大相隔，原油可通過船舶和陸地輸油管傳送。 Who。 2. 系統(tǒng)分析的要素 二、系統(tǒng)分析的程序 23 （ 1） 初步系統(tǒng)分析階段 ： 5W1H (What。 廣義理解：系統(tǒng)分析與系統(tǒng)工程同義。 切克蘭德的“調(diào)查學習”軟方法的核心不是尋求“最優(yōu)化”，而是“調(diào)查、比較”或者說是“學習”， 從模型和現(xiàn)狀比較中，學習改善現(xiàn)存系統(tǒng)的途徑 。 用 “ 硬方法 ” 求出最佳的定量結(jié)果，霍爾的三維結(jié)構(gòu)主要適用于此。 3. 知識維或?qū)I(yè)維 表示 從事系統(tǒng)工程工作所需要的知識 ，如運籌學、控制論、管理科學等，也可以反映系統(tǒng)工程的專門應(yīng)用領(lǐng)域，如企業(yè)管理系統(tǒng)工程、社會經(jīng)濟系統(tǒng)工程等。 更新階段 霍爾三維結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法的： ? 系統(tǒng)化 ? 綜合化； ? 最優(yōu)化； ? 程序化； ? 標準化。 ? 霍爾“三維結(jié)構(gòu)” ? 切克蘭德的“學習調(diào)查”法 ? 系統(tǒng)分析 ? 綜合集成方法 ? 物理－事理－人理（ WSR） 最具代表性的系統(tǒng)工程方法論 : 一、霍爾三維結(jié)構(gòu) 典型的系統(tǒng)工程方法論 美國學者霍爾（ ）于 1969年將解決系統(tǒng)問題的過程分為前后緊密相連的七個階段，每個階段遵循七個步驟，并同時考慮完成這些階段和步驟的工作所需的各種專業(yè)知識。 三、系統(tǒng)工程方法的特點 科學性與藝術(shù)性兼容。 三、管理系統(tǒng)問題舉例 一、系統(tǒng)工程的概念 錢學森：系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造、實驗和使用的科學方法。 3. 動態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng) 動態(tài)系統(tǒng) ：系統(tǒng)的狀態(tài)隨時間而變化的系統(tǒng)。 多數(shù)系統(tǒng)由自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)復(fù)合而成。 水資源開發(fā)利用，等。 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程 。 三、系統(tǒng)工 程發(fā)展概況 三、系統(tǒng)工程發(fā)展概況 20世紀 50~60年代： 理論探討、應(yīng)用嘗試，如： 錢學森 《 工程控制論 》 ； 華羅庚 《 統(tǒng)籌法 》 ； 許國志 《 運籌學 》 。 2. 控制論 研究系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)的一般規(guī)律。系 統(tǒng) 工 程 Systems Engineering 第一章 系統(tǒng)工程概述 系統(tǒng)工程的產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用 一、系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與發(fā)展 1. 樸素的系統(tǒng)思想及其初步實踐 古希臘哲學家 德謨克利特 ： 提出 “ 宇宙大系統(tǒng) ” 觀念，最早使用 “ 系統(tǒng) ” 一詞； 辯證法奠基人之一的 赫拉克利特 ： 提出“ 世界是包括一切的整體 ”； 亞里士多德 ： 提出 “ 整體大于部分的總和 ” ，是系統(tǒng)論的基本原則之一。 近代、現(xiàn)代科技的發(fā)展促進了三大系統(tǒng)理論的形成： 二、系統(tǒng)理論的形成與發(fā)展 3. 信息論 研究信息的提取、變換、存儲與流通的特點和規(guī)律。代表人物：奧地利理論生物學家：貝塔朗菲 20世紀 50年代，系統(tǒng)工程學創(chuàng)立，發(fā)展了系統(tǒng)理論的應(yīng)用研究，為 組織管理 系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造、試驗和使用提供了有效的科學方法。 全國人才和教育規(guī)劃 。 軍事系統(tǒng)工程 。 二、系統(tǒng)的類型 1. 自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng) 自然系統(tǒng) ：由自然物形成的系統(tǒng)，如海洋系統(tǒng)； 人造系統(tǒng) ：由人所建成的系統(tǒng)，如生產(chǎn)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)。 系統(tǒng)工程通常研究的是這兩類系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)。 開放系統(tǒng) ：系統(tǒng)與環(huán)境之間具有物質(zhì)、能量、信息的交換的系統(tǒng)。 它與機械工程、電子工程、水利工程等學科的性質(zhì)不盡相同，不具有特定的研究對象。 系統(tǒng)工程方法論 是研究和探索（復(fù)雜）系統(tǒng)問題的一般規(guī)律和途徑 。 時間維：從規(guī)劃到更新，按時間順序排列的 SE全過程。 （ 2） 系統(tǒng)設(shè)計 ：確定要達到的目標，建立評價標準，設(shè)計評價指標體系和評價算法； （ 3） 系統(tǒng)綜合 ：設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制定系統(tǒng)可行方案； （ 4） 模型化 ：建立分析模型，分析各種方案的性能、特點，以及在評價指標體系下的優(yōu)劣次序； 2. 邏輯維 （ 5） 最優(yōu)化 ：在評價體系下最優(yōu)化系統(tǒng)方案； 最優(yōu)化：單目標、多目標 優(yōu)化方法：線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、大系統(tǒng)理論、組合優(yōu)化等 （ 6） 決策 ：由決策者作出裁決，選定行動方案； （ 7） 實施計劃 ：修改完善以上 6步驟，制定具體的執(zhí)行計劃并實施。 系統(tǒng)工程常常把所研究的系統(tǒng)分為 良結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 與 不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ，由于它們具有不同的特點，故分別采取不同的解決方法： 定 義 特 點 解決的方法 良結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 偏重工程 、 機理明顯的硬系統(tǒng) 可用較明顯的數(shù)學模型描述，有較現(xiàn)成的定量方法可以計算出系統(tǒng)的行為和最佳結(jié)果。 切克蘭德 1981年提出“調(diào)查學習”模式，從系統(tǒng)工程方法論角度看，切克蘭德的“調(diào)查學習”方法具有較高的概括性。 三、兩種方法論的比較 一、系統(tǒng)分析的概念及其要素 狹義理解：系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)是霍爾三維結(jié)構(gòu)中邏輯維的基本內(nèi)容，并與切克蘭德方法論有相通之處。 （ 5） 評價 ：評定不同方案對系統(tǒng)目的的達到程度； （ 6） 決策者： 系統(tǒng)問題中的利益主體和行為主體。 When。 23 （ 1） 堅持問題導向 ：系統(tǒng)分析人員要適應(yīng)實際問題的需要，依據(jù)實際制定方案、進行評價，切忌閉門造車； （ 2） 以整體為目標 ：把問題作為一個整體處理，全局考慮各影響因素，以最少的投入獲得系統(tǒng)最佳總體效果； （ 3） 多方案模型分析和選優(yōu) ：尋找多種可行方案，對其進行模型化，必要時進行仿真分析，選擇最優(yōu)方案； （ 4） 定量分析與定性分析相結(jié)合 ：既要利用定量分析數(shù)據(jù)或仿真數(shù)據(jù)，又要利用分析者、決策者的經(jīng)驗與判斷； （ 5） 多次反復(fù)進行 。 利用創(chuàng)新思維，提出方案： 方案三 ：把海水濃縮到含鹽 10%到 20%，加到原油中用管道輸送，可降低原油低溫下的粘性。 物理：物質(zhì)運動機理；事理：做事的道理；人理：做人的道理； WSR由理解領(lǐng)導意圖、調(diào)查分析、形成目標、建立模型、協(xié)調(diào)關(guān)系、提出建議 6個步驟構(gòu)成。 符號模型 ：用符號表示系統(tǒng)的因素及因素間關(guān)系。 32 四、構(gòu)造模型的一般原則 1. 建立方框圖 ：簡化對系統(tǒng)內(nèi)部相互作用的說明。 33 五、建模的基本步驟 1）明確建模的目的和要求； 2）對系統(tǒng)進行一般語言描述； 3）弄清系統(tǒng)中的主要因素及其相互關(guān)系； 4）確定模型的結(jié)構(gòu)； 5）估計模型的參數(shù)； 6）實驗研究； 7）必要修改。 例，從經(jīng)濟理論知道，由勞動力 A和資本投入P可以得出產(chǎn)值 Y，即 Y＝ f（ A， P） 假設(shè) Y＝ cAαPβ 利用實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出 c、 α、 β 4. 老手法（如 Delphi法） 通過專家們之間啟發(fā)式的討論，逐步完善對系統(tǒng)的認識，構(gòu)造出模型。 一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化基礎(chǔ) （一）結(jié)構(gòu)分析的概念和意義 結(jié)構(gòu)分析是實現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化并加以解釋的過程。 影響關(guān)系 因果關(guān)系 包含關(guān)系 隸屬關(guān)系 比較關(guān)系 （大小、先后、輕重、優(yōu)劣等） 二元關(guān)系 二元關(guān)系一般有三種情形： 1） Si與 Sj間 有某種二元關(guān)系 R，即 SiRSj 2） Si與 Sj間 無某種二元關(guān)系 R，即 SiRSj 3） Si與 Sj間 的某種二元關(guān)系 R不明，即 SiRSj 二元關(guān)系具 傳遞性 ，若 SiRSj， SjRSk，則有SiRSk。 35 31 3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的矩陣表達 （ 1） 鄰接矩陣 鄰接矩陣（ A）是表示系統(tǒng)要素間基本二元關(guān)系的方陣。 （ 2）如果僅知道 M而 A未知的情況下，任意保留一個強連接元素。 （三）常用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型化技術(shù) 主要有： 關(guān)聯(lián)樹法 、 解釋結(jié)構(gòu)模型化技術(shù) ( ISM )、系統(tǒng)動力學結(jié)構(gòu)模型化技術(shù) 。以圖 3－ 5為例： 1. 區(qū)域劃分 將系統(tǒng)分割成關(guān)于給定關(guān)系 R的相互獨立的區(qū)域。 R(S3)＝ {S3 , S4 ,S5 , S6} …… （ 2） 先行集 A（ Si） 可到達 Si的要素的集合，即 A(Si)＝ {Sj | Sj∈ S, mj i＝ 1, j＝ 1,…, n} 例，上例中： A(S1)＝ {S1 ,S2 , S7}。 C(S3)＝ {S3} …… R( Si ) 、 A( Si ) 、 C（ Si）之間的關(guān)系： 37 （ 4） 起始集 B（ S）和終止集 E（ S） B(S) ：只到達其