系统工程 第三章 系统模型和模型化.ppt

第三章 系统模型与模型化 1、了解系统模型及模型化的基本概念和类型；熟悉构造模型的一般原则、基本步骤和基本方法。 2、掌握系统结构模型的基本思想及步骤。重点是系统结构的有向图表达、矩阵表达，运用解释结构模型技术建立递阶结构模型的规范方法和实用方法。 3、清楚ISM (Interpretive Structural Modeling)应用时的一般过程和应注意的问题。 教学内容 第一节 概述 第二节 系统结构模型化技术 第三节 系统工程模型技术的新进展 第一节 概述 一、模型及模型化的定义 二、模型化的本质、作用和定位 三、模型的分类 四、构造模型的一般原则 五、建模的一般过程 六、模型化的基本方法 七、模型的简化 一、模型及模型化的定义 模型——现实系统的理想化抽象或简洁表示。应能反映（抽象或模仿）出系统主要组成部分（要素）、各部分之间的相互关系，以及在运用条件下的因果作用及相互关系。 模型化——为描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选，用一定方式(数学、图像等)表达系统实体的方法。简言之，构建系统模型的过程。 模型的三个特征 ①它是现实世界部分的抽象或模仿； ②它是由那些与分析的问题有关的因素构成； ③它表明了有关因素间的相互关系。 二、模型化的本质、作用及地位 本质：模型与原型之间的相似关系，通过模型的研究获得原型的一些信息。相似关系是指两事物不论其自身结构如何不同，其某些属性是相似的。 作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。这种表达简洁、形式化。②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。③利用模型可以进行“思想”试验。模型研究具有经济、方便、快速和可重复的特点。 地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。它不能代替对客观系统内容的研究，只有在和对客体系统内容研究相配合时，模型的作用才能充分发挥。模型是对客体的抽象，由它得到的结果，必须再回到现实中去检验。 模型的本质 建模的理由 减小风险 了解和表示知识 解释“What if…” (首先必须解释”what is….”) 改进系统的日常运作 图3-1 模型的作用与地位 三、模型的分类 A类方法模型类别 A形象—物理模型—垃圾发电站 形象——图像模型 B类模型 C和D类模型 仿真模型——飞机数字化制造 数学模型——线性规划资源优化模型 四、构造模型的一般原则 1、建立方框图：简化系统内部相互作用； 2、考虑信息的相关性：只应包括系统中与研究目的有关的信息； 3、考虑准确性：收集的用以建模的信息要准确； 4、考虑结集性：将一些个别的实体组成更大实体的程度。 图4－3 工厂生产系统 五、建模一般过程 （1）明确建模目的和要求； （2）弄清系统或子系统中的主要因素及其相互关系； （3）选择模型方法； （4）确定模型结构； （5）估计模型参数； （6）模型试运行； （7）对模型进行实验研究； （8）对模型进行必要修正。 六、模型化的基本方法 七、模型的简化 第二节 系统结构模型化技术 一、系统结构模型化基础 二、建立递阶结构模型的规范方法 三、建立递阶结构模型的实用方法 四、解释结构模型方法的优点与不足 一、系统结构模型化基础 （一）系统结构分析的概念和意义 （二）系统结构的基本表达方式 （三）常用系统结构模型化技术 （一）系统结构分析的概念和意义 概念：结构→结构模型→结构模型化→结构分析 结构：组成系统的诸要素之间相互关联的方式。 结构模型：定性表示系统构成要素以及它们之间存在着的本质上相互依赖、相互制约和关联情况的模型。 结构模型化：建立系统结构模型的过程。 结构分析：实现系统结构模型化并加以解释的过程。 系统结构分析 （二）系统结构的基本表达方式 1、系统结构的集合表达 2、系统结构的有向图表达 3、系统结构的矩阵表达 1、系统结构的集合表达 设系统由n(n≥2)个要素(S1，S2，…，Sn)所组成，其集合为S，则有：S={S1，S2，…，Sn}。 所谓二元关系是根据系统的性质和研究的目的所约定的一种需要讨论的、存在于系统中的两个要素(Si、Sj)之间的关系Rij(简记为R)。 要素之间的二元关系通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种可以比较的关系(如大小、先后、轻重、优劣等)。 二元关系是结构分析中所要讨论的系统构成要素间的基本关系，一般有以下三种情形: Si与Sj间有某种二元关系R，即Si RSj； 二元关系的传递性 二元关系通常具有传递性，如SiRSj、SjRSk,则SiRSk，传递性二元关系反映两个要素的间接联系，可记作Rt(t为传递次数)，如将Si RSk记为Si R2Sk 。 对系统的任意构成要素Si和Sj来说，既有SiRSj，又有SjRSi，这种相互关联的二元关系叫强连