【正文】 統(tǒng)分析所受的制約 在實踐過程中 ， 很難實施技術上的最優(yōu)方案 ， 因為這樣一些方案往往會遭到有關部門的反對 (受到職權的制約 )， 所以最后實施的往往只是一些為各有關部門均能接受的折衷方案 (或滿意方案 )。 另一個制約系統(tǒng)分析工作的因素是 ， 該項計劃的資金來源是否容易 。 供水委員會可以采用發(fā)行債券的辦法 ， 比較容易取得資金 。 因此 ， 它在開始設計時并不進行系統(tǒng)分析 ， 一心想搞一個大工程 ， 以便樹碑立傳 。 麻省理工學院的系統(tǒng)分析師對這個擴建工程進行系統(tǒng)分析，主要工作有： 提出評價準則，建立系統(tǒng)模型，探索各種可行方案，選出最優(yōu)的設計和實施方案。 二 、 系統(tǒng)分析的方法 制定分析步驟 本項分析把整個過程分為五個階段： (1) 制定目標和評價準則； (2) 制定衡量工程效果的準則和量化的指標 ， 從而能夠衡量工程達到原定目標的程度； (3) 開發(fā)各種類型的方案 ， 并且使用模型和計算機模擬分別對每一類型方案中的各個方案進行周密的分析； (4) 運用衡量工程效果的準則 ， 評價每個方案的成就； (5) 在對每個方案的各種成就進行評價之后 ， 最終選出最佳的實施方案 。 制定目標 供水委員會最初為整個工程制定的目標只有一個 ，即在供水網(wǎng)絡終端的水壓要求達到 40磅 /英寸 2。 顯然這樣衡量整個系統(tǒng)的質(zhì)量是不充分的 ， 因為城市用水的部門是多樣的： 1/4的水量是家庭用水 ， 而大部分是工業(yè)用水 ， 剩下的少數(shù)水量主要用于消防 、 城市衛(wèi)生 、 綠化等 。 不同用戶對供水系統(tǒng)的質(zhì)量要求也不同 。飲用的水要求衛(wèi)生 、 色味俱佳；工業(yè)用水要求保證供水量 ， 并且要求化學腐蝕作用??；消防則要求水源可靠 ， 保證隨時都有水 。 作為市政當局來說 ， 當然要關心各方面用戶是否都能充分滿足 。 最后制定的目標包括如下內(nèi)容： (1) 系統(tǒng)的總性能； (2) 市區(qū)用水的方便程度； (3) 供水的可靠性； (4) 基建和保持運行的總費用 。 制定衡量效果的準則 作為估算 ， 可采用供水壓力來評價供水系統(tǒng)的性能 。由于靜壓能用來測量水的能量 ， 所以它可轉(zhuǎn)換成速度 。從力學觀點說 ， 可以用此來表示供水的質(zhì)量 。 系統(tǒng)的總性能即是以供水網(wǎng)絡中各主要點上的壓力的平均值 ， 乘以加權因子 (即每個點上所需的水量 )， 具體地說 ， 這個指標即是 有了總性能之后 ， 還需要有衡量局部效果的準則 。有時為了取得所需的總性能 ， 往往需要犧牲某些局部的性能 ， 本例的局部性能就是網(wǎng)絡終端的性能 。 供水系統(tǒng)的可靠性是指當三個主管道中的一個發(fā)生故障必須關閉時 ， 系統(tǒng)的性能將受到什么影響 。 制定方案 在研究了許多類型方案以后 ， 選定了三類 。 它們是： (1) 關于系統(tǒng)的物理構型 ， 包括管路布局 、 管道長度 、 管道直徑及基建費用等； (2) 關于使用周期的劃分 ， 即確定整個供水系統(tǒng)能滿足多少年后的用水需求量； (3) 是采用水泵加壓還是采用加大水管的辦法來改進供水系統(tǒng)的性能 。 通過對三類方案進行各種分析，分析人員得出最有效的結構應當是能有效減少壓力損失，提高供水系統(tǒng)性能的方案。 方案的評審 麻省理工學院設計了一個 ICES(即綜合土木工程系統(tǒng) )模型 ， 對 250個方案都進行了評審 。 主要采用了三種方法進行評審： (1) 費用 效果函數(shù)評估總性能； (2) 關于使用周期的確定 ， 使用了標準分析法 ， 在經(jīng)濟規(guī)模和貼現(xiàn)率之間進行平衡； (3) 評估水泵加壓方案時 ， 分析師們認為必須在作業(yè)費用和固定投資之間作最佳平衡 。 關于總投資和總性能 使用計算機計算后獲得的第一個結果是總投資可以節(jié)約 30%， 其措施是縮小原定的擴建計劃 ， 而性能并沒有什么重大改變 。 分析證明 ， 投資大量減少后還能使設計有效 。 分析同時表明存在著兩種構型 ， 并且第二種構型更好 。 第二種構型是有備用水管 ， 它能彌補壓力的損失 ， 從而改進了整個系統(tǒng)的性能 。 對供水系統(tǒng)的可靠性進行探討后也證實 ， 鋪設一定規(guī)模的備用水管是必要的 ，否則全市的用水將受到很大威脅 ， 因為現(xiàn)有的水管正在不斷損壞 。 這同時說明供水委員會提出急需擴建供水系統(tǒng)是完全正確的 。 對各方案進行各種敏感性分析 。 從管路布局的敏感性分析中得出 ， 不同物理構型的能量損失是不同的 ， 因此 ， 最有效的結構應是能夠減少壓降 、 提高供水系統(tǒng)性能的方案 。 關于使用周期的確定問題 最經(jīng)濟的設計使用期為 20～ 25年 ， 僅為原計劃的一半 ， 從而也證明削減設計規(guī)模的正確性 。 使用期定為 20年 ， 并不是說 40年的使用期是不必要的 ， 只是說明 40年的計劃應該分兩步走更為經(jīng)濟 。 分兩期的做法比較靈活 ，中途還可以允許設計師調(diào)整他的計劃 。 關于使用水泵加壓的方案 分析表明 ， 使用水泵可以進一步減少投資 。 供水系統(tǒng)的基本作業(yè)要求是 ， 設計的最高負荷應高于平均負荷的 20%～ 30%， 但高峰用水時間是很短的 ， 本例設計高峰日中的高峰小時的發(fā)生概率僅為 ， 因此 ， 最高負荷能力在 %的時間內(nèi)是無用的 。 但是長期使用一個小規(guī)模的效率不高的供水系統(tǒng)也是不經(jīng)濟的 ， 因此 。 必須在作業(yè)費用和固定投資之間作最佳的平衡 。 此外 ， 降低原設計的管徑可以降低總費用 ， 采用原設計管徑的4/5， 可節(jié)約總投資 30%。 三 、 實施 如預期的那樣 ， 最后選定執(zhí)行的是一個折衷的方案 ， 其主要內(nèi)容如下： (1)供水系統(tǒng)的整個布局沿用了最初的設計方案； (2)同最初設計一樣 ， 沒有采用水泵； (3)工程規(guī)模僅為原設計的 3/5， 水管直徑降為原設計的 4/5， 即由 26～ 28英寸降至 20～ 22英寸 ， 僅這一項更改就節(jié)約 1億美元 ， 第一期工程的總投資由 元降至 。 從這個折衷方案可以看出如下問題： 首先 ， 整個系統(tǒng)線路布局沒有更改 ， 這是為了照顧供水委員會的威信 ， 該委員會為了保持其威望絕不會從原定的布局后退一步的 。 然而該委員會認為 ， 為了節(jié)約費用 ， 可以對原設計作些更改 ， 但這并不意味著在技術或工程上出了什么問題 。 當然 ， 紐約市的預算當局是歡迎削減規(guī)模 、 節(jié)約費用的 。 由此可見 ， 經(jīng)過折衷后產(chǎn)生的設計方案 ， 其系統(tǒng)的最優(yōu)化并不是占主導地位的 。 其次 ， 本系統(tǒng)分析的任務 ， 如同其它系統(tǒng)分析一樣 ，只是澄清問題 ， 指出原設計中值得更改之處 。 系統(tǒng)分析只是提供所需用的炮彈 ， 最后這些炮彈能否發(fā)揮作用 ，除了取決于系統(tǒng)分析的質(zhì)量外 ， 往往還受許多因素的制約和影響 。 因此 ， 用系統(tǒng)分析后所取得的實際成果來評價系統(tǒng)分析本身的工作價值是不合適的 。 思考討論題 什么是霍爾三維結構 ?它有何特點 ? 霍爾三維結構與切克蘭德方法論有何異同點 ? 什么是系統(tǒng)分析 ?它與系統(tǒng)工程關系如何 ? 系統(tǒng)分析的要素有哪些 ?各自是何含義 ? 你如何正確理解系統(tǒng)分析的程序 ? 解決問題的 “ 5W1H” 是什么 ？ 舉例說明 ? 請通過一實例 ， 說明應用系統(tǒng)分析的原理 。