1、第二章 系統分析 2.1 系統分析的概念 2.2系統分析的步驟和內容 2.3系統目標分析 2.4系統環境分析 2.5系統結構分析 2.6系統建模與系統評價 概念： 系統分析（SA）是在對系統問題現狀及目標充分挖掘的基礎上，運用建模及預測、優化、仿真、評價等方法，對系統的有關方面進行定性與定量相結合的分析，為決策者選擇滿意的系統方案提供決策依據的分析研究過程。 SA是SE（系統工程）的核心內容、分析過程和基本方法。第一節 系統分析的概念1 問題 目的及目標 方案 模型（結構、數學、仿真） 評價 決策者 SA要素：2.1 系統分析的概念 SA程序22.1 系統分析的概念認識問題探尋目標綜合方案模型

2、化優化或仿真分析系統評價決策（分析）NY2.1 系統分析的概念（1）堅持問題導向（2）以整體為目標（3）多方案模型分析和選優（4）定量分析與定性分析相結合（5）多次反復進行2.1 系統分析的概念3系 統 分 析 的 特 點第2節 系統分析的步驟和內容系統分析的一般過程1系統分析的主要活動內容22.2 系統分析的步驟和內容五個環節，兩個注意：反復和交流系統分析過程的邏輯結構一闡明問題階段工作內容： 本身就是一個小規模的系統工程，要在某種程度上研究目標結構、價值觀念、約束條件、備選方案、后果及相關人員的反應。 1、問題剖析 包括兩部分：問題性質和問題條件。（ 5W1H：What, Why, Whe

3、n, Where, Who, How ）檢視利益相關者2.2 系統分析的步驟和內容 2、階段結果報告 包括：問題的由來和背景；重要性；可能采取行動的組織和個人；利益相關者的組織和人員；目標、評價指標、約束條件、備選方案的初步描述、建議等、 1）目標：應幫助決策者達到真正的目標并找出適當的途徑2.2 系統分析的步驟和內容 2）評價指標 衡量決策者對方案后果的滿意程度，需要確定一組指標。也是綜合評價的基礎。盡量量化，如醫療狀況，用嬰兒死亡率、預期壽命做指標。輸入不宜做指標，垃圾清理系統的用戶繳納的清潔費。2.2 系統分析的步驟和內容 3）約束條件 約束條件是對備選方案、后果和目標的限制。資源、技術

4、、環境、時間、法律、制度2.2 系統分析的步驟和內容二謀劃（提出）備選方案都江堰，秦太守李冰父子，“魚嘴”分水工程，“飛沙堰”分洪 排沙工程，“寶瓶口”引水工程，120個附屬渠堰。2.2 系統分析的步驟和內容阿拉斯加原油輸送方案的系統分析普拉德霍灣油田美國本土任務：每天運送200萬桶環境：油田處于北極圈內，海灣長年處于冰封階段；陸地長年冰凍，最低氣溫達零下50C。方案優點主要問題1：海路油船運輸45艘超級油輪天需破冰船引航；起終點需建造大型油庫；海上風暴影響2：陸路帶加溫系統油管輸送利用成熟的管道輸油技術沿途設加溫站；管理、運輸和供給燃料；一半管道需底架支撐和保溫處理三建模和預計后果建模從直覺

5、到科學的分析。1、分析模型：分析模型通常用數學關系式表達變量之間的關系。如運籌學模型。2、仿真模型：通過一系列“偽試驗”（一般用計算機），來預測結果。蒙特卡洛仿真圣吉的微世界模型物流和交通仿真2.2 系統分析的步驟和內容3、博弈模型又叫對策論，在人類的互動行為中，結局依賴于兩個或更多的人們所采取的交互式的戰略。如沖突分析4、判斷模型軟系統方法，會議法，Delphi法等2.2 系統分析的步驟和內容四預測未來環境 環境是決策人無法控制的自然、經濟、社會和技術的未來狀態。1、離開未來實施環境去談方案后果是沒有實際意義的。系統工程者向決策人后果信息只能這樣表述：在某種環境下采取某種行動將會導致什么結果

6、。2、行動方案從決策到實施有一段時間間隔，而未來狀態是不確定的，不確定是系統工程全過程的一個基本特點。2.2 系統分析的步驟和內容 五評比備選方案 對備選方案排出優先持續。方案評價是復雜的。 或將備選方案和情景列于同一表格或圖表，如蘭德公司在為荷蘭三角灣防洪這項巨大工程所進行的系統分析中，就將四種備選方案（建封閉水壩、建防風浪水壩、修堤防和維持現狀）在投資、經常費用、安全、生態、漁業、運輸、旅游、國民經濟及區域經濟等方面的后果指標值用不同顏色標志登記在同一記分表格中，供決策者比較判斷。 在很大程度上，系統工程是決策支持，而非直接給出決策結果，涉及價值觀和效用函數。2.2 系統分析的步驟和內容

7、六系統工程分析報告包括三部分：1、簡略報告，要點、依據、結論和行動方案的建議，提供給決策者。2、主體報告，用非技術語言描述整個分析過程，包括背景分析、問題的闡明、分析的依據和設想、方案的篩選、分析過程的關鍵問題、結論，提供給主管或實施項目的有關決策者和管理人員。3、技術報告，包括分析過程的技術內容、數學模型、計算機程序及使用說明等，提供給審查分析報告的專家閱讀。寫作順序一般為技術報告、主體報告到簡報。還可能需要講解材料和答辯。2.2 系統分析的步驟和內容目標分析的主要內容有： 論證系統總目標的合理性、可行性和經濟性，并確定建立系統的社會經濟價值； 當系統總目標比較概括時，需要分解為各級分目標，

8、建立目標系統（或目標集）以便逐項落實與保證總目標的實現；可以采用目標手段系統圖（見下圖） 目標分解過程有深度和寬度問題。寬度問題是指一個總目標該用幾個子目標來衡量，子目標的增多雖然能使目標描述更為完整細致，但同時也增加了決策的難度；深度問題是指目標層次數，這主要依賴于用這些層次來做什么和是否便于對各層次引入效用和屬性，從而對子目標進行度量來決定。第三節 系統目標分析目標手段分析法 目標手段分析法就是將要達到的目標和所需要的手段按照系統展開，一級手段等于二級目標，二級手段等于三級目標，依次類推，便產生了層次分明、相互聯系又逐漸具體化的分層目標系統。 在分解過程中，要注意使分解的分目標與總目標保持

9、一致，分目標的集合一定要保證總目標的實現2.3 系統目標分析2.3 系統目標分析1. 環境分析的意義 了解系統所處環境是解決問題的第一步。環境給出了系統的外部約束條件，系統分析的資料要取自環境，一旦環境發生變換，將引出新的系統分析課題。2環境因素的分類系統的環境一般可以分為三個方面：自然地理環境、科學技術環境和社會經濟環境。3環境分析的主要內容是： 確定系統與環境的邊界 摸清環境對系統的影響程度，包括找出相關的環境因素集，確定各環境因素的影響范圍、程度和各因素間的相關程度，并在方案分析中予以考慮，分清主次。第四節 系統環境分析4.未來環境預測 未來環境預測是根據所掌握的信息和數據對環境因素的發

10、展變化，對系統壽命周期內未來環境的可能狀態以及對系統可能產生的后果進行估計。 情景分析法是未來環境預測常用的一種方法。 情景分析法對于每種方案都確定幾組未來實施環境的特征和條件。如對市場：好、持平、差。一般需要給出每種情景的可能性，好：30；持平：40；差30，比較方案的期望后果。2.4 系統環境分析1.概念系統結構是系統保持整體性和使系統具備必要的整體功能的內部依據，它反映系統內部元素之間的相互聯系、相互作用的形式。系統結構分析就是系統組成元素集，元素之間的相互關系集以及它們在層次分布上的最優組合，并使系統得到最優的或滿意的系統輸出。2.系統結構分析的因果關系圖方法因果關系：因果關系是表示兩

11、個因素（變量）之 間的關系。它構成所研究的系統內部各因素之間的影響機制。因果分析，首先從系統內部實際運行機制出發，找出系統要素，畫出因果關系圖。第五節 系統結構分析因果鏈極性：每條因果鏈都具有極性，或者為正(+)或者為負 （-）。極性是指當箭尾端變量變化時，箭頭端變量會如何變化。極性為正是指兩個變量的變化趨勢相同，極性為負指兩個變量的變化趨勢相反。2.5 系統結構分析3.系統結構分析的主要內容 系統要素集的確定。 相關關系分析。對于復雜的相關關系，常 可將其簡化為二元或多元關系。 首先要根據分目標的要求明確系統要素間必須存在或不應存在的關系； 其次了解二元關系的性質及其變化對系統分目標或總目標

12、的影響，即相關性的靈敏度； 最后按照需要加以綜合。相關關系分析具體內容見第3章。2.5 系統結構分析 系統的層次性（階層性）分析。主要解決系統分層和各層規模的合理性問題?？蓮膬蓚€方面考慮：一是傳遞物質、能量和信息的效率、費用和質量；二是功能單元的合理結合與歸屬。 系統整體性分析。綜合上述分析成果，從整體最優上進行概括和協調，著重解決三個問題： 建立評價指標體系，用以衡量和分析系統的整體結合效果； 建立反映系統的集合性、相關性、階層性等特定的結合模型； 建立結合模型的優選程序。2.5 系統結構分析 1.模型的概念一切客觀存在的事物及其運動形態統稱為實體，模型是對實體的特征及其變化規律的一種抽象或

13、者表征，而且往往是對實體中那些所要研究的特定的特征的抽象。模型是把對象實體通過適當的過濾，用適當的表現規則描繪的簡潔的模仿品。模型建立是以模型與原型之間的相似性為基礎的，這里的相似可以是外表的相似，內部結構的相似或僅為功能的相似。模型可以是定量的，也可以是定性的，或是兩者的結合模型第六節 系統的建模與系統評價 2 系統模型的特征它是現實系統的抽象或模仿；它是由反映系統本質或特征的主要因素構成；它集中體現這些主要因素之間的關系。 3模型的分類實體模型和抽象模型兩大類實體模型：實物模型（如城市規劃模型、作戰沙盤等）和模擬模型（地圖、電路圖、電路模擬機械運動）抽象模型：也稱為符號模型，模型中豐富多彩

14、的部分，包括數學模型、結構模型、仿真模型2.6 系統的建模與系統評價2.6 系統的建模與系統評價 4 建模的原則（1）現實性：把本質的東西和關系反映進去，非本質的東西去掉，而又不影響反映現實的真實程度。（2）簡明性：模型既要精確，又要簡明。（3）適應性：在運算分析方面、適應問題的變化、操作方面等具有適應性。（4）完整性（5）規范性：盡量借鑒標準形式。一般處理原則：力求達到真實性，在真實的基礎上達到簡明性，最后盡可能達到適應性要求。2.6 系統的建模與系統評價 5 系統建模方法與步驟（1） 系統建模方法 1)推理法“白箱”系統 常用的三種數學模型為： 微分方程，建立的主要方法是機理分析法（演繹法

15、） 傳遞函數，建立系統傳遞函數的主要方法是拉氏變換法 狀態空間模型，系統的狀態空間模型可以在演繹法的基礎上，通過適當選取系統的狀態變量來建立 2)辨識法（實驗法）“黑箱”或“灰箱”系統，允許做實驗的系統，通過實驗的方法測量其輸入和輸出，然后按照一定的辨識方法，建立系統模型2.6 系統的建模與系統評價3)統計分析法對于那些屬于“黑箱”，但又不允許直接進行實驗觀察的系統4)模擬法通過建立計算機仿真模型，來模擬實際系統的行為。例如系統動力學模型Vensim軟件等5)混合法大部分系統模型的建造往往是上述幾種方法綜合運用的結果 對信息已知的部分采用演繹法； 對信息未知的部分采用歸納法，或者根據已知的物理

16、和結構特性建立某種程度的數學模型 利用經過統計處理的輸入輸出數據來修正模型2.6 系統的建模與系統評價 6.系統評價與模型的優化 系統評價對系統開發提供的各種可行方案，從社會、政治、經濟、技術的觀點予以綜合考察，全面權衡利弊得失，從而為系統決策選擇最優方案提供科學的依據。2.6 系統的建模與系統評價系統評價的原則 1保證評價的客觀性。評價是決策的前提，評價的質量影響著決策的正確性。因此，必須注意評價資料的全面性和可靠性，同時要防止評價人員的傾向性，注意評價人員的代表性和各類專家的組成。 2保證方案的可比性。替代方案在實現系統的基本功能上要有可比性和一致性，評價指標也應基本相同。 3評價指標要成

17、體系。評價指標應能全面反映被評價問題的主要方面，在基本能滿足評價要求和給出決策所需信息的前提下，應盡量減少指標個數，在可能的情況下，盡量定量化，以減少評價過程中的主觀性和片面性。4評價方法和手段的綜合性。系統評價要對系統的各個側面，運用多種方法和工具進行全面綜合評價，充分發揮各種方法和手段的綜合優勢，為系統的綜合評價提供全面分析的手段。2.6 系統的建模與系統評價常用的系統評價指標數量化方法主要有：排隊打分法、體操計分法、專家評分法、兩兩比較法、連環比率法等。1. 排隊打分法 如果指標（例如汽車的時速、油耗，工廠的產值、利潤、能耗等等）已有明確的數量表示，就可以采用排隊打分法。 設有m種方案，

18、則可采取m級記分制：最優者記m分，最劣者記1分，中間各方案可以等步長記分（步長為1分），也可以不等步長記分，靈活掌握；或者各項指標均采用10分制，最優者滿分為10分2.6 系統的建模與系統評價 2、體操計分法 體育比賽中許多計分方法也可以用到系統評價工作中來。例如，體操計分法是請6位裁判員各自獨立地對表演者按10分制評分，然后舍去最高分和最低分，將中間的4個分數取平均，就得到表演者最后的得分數。2.6 系統的建模與系統評價3、專家評分法 這是一種利用專家經驗的感覺評分法。例如，要對多臺設備操作性進行評價，可以請若干專家，即有經驗的實際操作者來試車，專家們根據主觀感覺和經驗，對每臺設備按一定的記分制來打分，再將每臺設備的得分相加，最后將和數除以操作者的人數，就得到了各臺設備的得分數。2.6 系統的建模與系統評價4 連環比率法 連環比率法是一種確定得分系數或加權系數的方法，用表來說明。方案暫定分數修正分數fi得分系數fjA12.04.50.33A20.52.250.16A33.04.500.33A41.51.500.11A51.01.000.0713.751.00此方法可分成以下三個步驟進行: 1）填寫暫定分數列（由上而下）對比A1與A2，設A1的優越性是A2的兩倍，則對應于A1填寫2.0；對比A2與A3，設A2的優越性僅為A3的一半，則對應于A2填寫0.5；