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系統(tǒng)工程,第五講 解釋結構模型,1,第一節(jié)：概述 第二節(jié)：系統(tǒng)結構模型化技術 系統(tǒng)結構分析基礎； ISM基礎 ISM方法和步驟 思考討論題 第三節(jié)：解釋結構模型法的應用,解釋結構模型,2,5.1 概述,模型有三個特征： 1.它是現(xiàn)實世界部分的抽象或模仿； 2.它是由那些與分析的問題有關的因素構成； 3.它表明了有關因素間的相互關系； 模型化就是為了描述系統(tǒng)的構成和行為，對實體系統(tǒng)的各種因素進行適當篩選后，用一定方式（數(shù)學、圖像等）表達系統(tǒng)實體的方法。,一、模型及模型化的定義,3,二、模型化的本質、作用及地位,5.1 概述,1.本質：利用模型與原型之間某方面的相思關系，在研究過程中用模型來代替原型，通過對于模型的研究得到關于原型的一些信息。,4,2.作用：①模型本身是人們對客體系統(tǒng)一定程度研究結果的表達。這種表達是簡潔的、 形式化的。②模型提供了脫離具體內容的邏輯演繹和計算的基礎，這會導致對科學規(guī)律、理論、原理的發(fā)現(xiàn)。③利用模型可以進行“思想”試驗。 3.地位：模型的本質決定了它的作用的局限性。它不能代替以客觀系統(tǒng)內容的研究，只有在和對客體系統(tǒng)相配合時，模型的作用才能充分發(fā)揮。,5.1 概述,5,實際系統(tǒng),結論,模型,現(xiàn)實意義,,,,,模型化,實驗、分析,解釋,比較,圖5.1 系統(tǒng)模型(化)的作用與地位,5.1 概述,6,三、模型的分類,圖5.2 模型分類,5.1 概述,7,四、構造模型的一般原則,5.1 概述,1.建立方框圖 2.考慮信息相關性 3.考慮準確性 4.考慮結集性,8,①明確建模的目的和要求 ②對系統(tǒng)進行一般語言描述 ③尋找主要因素及其相互關系 ④確定模型的結構 ⑤估計模型的參數(shù) ⑥實驗研究 ⑦必要修改,五、建模的基本步驟,5.1 概述,9,1.分析方法； 2.實驗方法； 3.綜合法； 4.老手法； 5.辯證法。,5.1 概述,六、模型化的基本方法,10,①減少變量，減去次要變量； ②改變變量性質； ③合并變量（集結）； ④改變函數(shù)關系； ⑤改變約束條件。,5.1 概述,七、模型的簡化,11,一、系統(tǒng)結構模型化基礎,結構→結構模型→結構模型化→結構分析 結構分析是一個實現(xiàn)系統(tǒng)結構模型化并加以解釋的過程。 結構分析是系統(tǒng)分析的重要內容，是系統(tǒng)優(yōu)化分析、設計與管理的基礎,5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,1、結構分析的概念和意義,12,理解系統(tǒng)結構的概念 （構成系統(tǒng)諸要素間的關聯(lián)方式或關系）及其有向圖（節(jié)點與有向弧）和矩陣（可達矩陣等）這兩種常用的表達方式。 比較有代表性的系統(tǒng)結構分析方法有： 關聯(lián)樹（如問題樹、目標樹、決策樹）法、解釋結構模型化（ISM）方法、系統(tǒng)動力學（SD）結構模型化方法等。,2、系統(tǒng)結構表達及分析方法,5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,13,3、 ISM實用化方法原理,5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,14,二、ISM實用方法基礎,（1）集合表達法 系統(tǒng)：S＝{S1,S2,S3,…,Sn} 二元關系：要素之間的某種關系R； 二元關系表示：； 傳遞性；傳遞次數(shù)、強連接關系； 系統(tǒng)二元關系表達： Rb＝ {(Si ,Sj) |Si RSj， Si ,Sj ∈S，i,j=1,…,n},1、系統(tǒng)結構的表達方式,5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,15,(2)有向圖表示 圖論基本知識： 圖、鄰接、關聯(lián)、有向圖 有向圖表示： 節(jié)點、 有向邊、 通路、 路長、 回路、 強連接回路、 環(huán),5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,16,（3）矩陣表達,5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,鄰接矩陣：表示要素間基本二元關系； 輸入要素（源點）； 輸出要素（匯點）； 可達矩陣：表示要素間直接和間接二元關系； 求法：利用推移特性和布爾代數(shù)法則,A1 ＝A＋I； A2 ＝（A＋I）2； …… Ar－1＝（A＋I）r－1 Ar ＝（A＋I）r 則可達矩陣M＝Ar－1＝ Ar,17,三、ISM實用化方法步驟及應用,5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,該方法的核心：是對系統(tǒng)要素間的關系（尤其是因果關系）進行層次化處理，最終形成具有多級遞階關系和解釋功能的結構模型（圖）。 第1步： 找出影響系統(tǒng)問題的主要因素，并尋求要素間的直接二元關系，給出系統(tǒng)的鄰接矩陣； 第2步： 考慮二元關系的傳遞性，建立反映諸要素間關系的可達矩陣； 第3步： 依據(jù)可達矩陣，找到特色要素，進行區(qū)域劃分； 第4步：在區(qū)域劃分基礎上繼續(xù)層次劃分；,18,第5步：提取骨架矩陣，分為三步： （1）去強連接要素得縮減矩陣；（2）去越級二元關系； （3）去單位陣得骨架矩陣； 第6步：作出多級遞階有向圖。作圖過程為： （1）分區(qū)域逐級排列系統(tǒng)要素； （2）將縮減掉的要素隨其代表要素同級補入，并標明其間的相互作用關系； （3）用從下到上的有向弧來顯示逐級要素間的關系； （4）補充必要的越級關系。 第7步：經(jīng)直接轉換，建立解釋結構模型。,5.2 系統(tǒng)結構模型化技術,19,7,6,5,4,3,1,2,實例分析,20,5.3 解釋結構模型法的應用,一、ISM的工作程序,1.組建ISM實施小組 2.設定關鍵問題，選擇影響關鍵問題的導致因素 3.列舉各導致因素的相關性 4.根據(jù)各要素的相關性，建立鄰接矩陣和可達矩陣 5.對可達矩陣分解后，建立結構模型 6.根據(jù)結構模型建立解釋結構模型,21,5.3 解釋結構模型法的應用,二、ISM的優(yōu)點及不足,1、優(yōu)點,可以把模糊不清的思想、看法轉化為直觀的具有良好結構關系的模型 特別適用于變量眾多,關系復雜而結構不明晰的系統(tǒng)分析中,也可用于方案的排序,2、缺點,級與級間不存在反饋回路 系統(tǒng)各要素間的邏輯關系在一定程度上還依賴于人們的經(jīng)驗 能夠勝任協(xié)調人角色的人員目前尚不多見,22,