《系统工程》课件5.系统工程模块五.pptx

系统工程授课教师：

模块五系统优化

知识结构导图

（1）理解系统优化的含义；（2）掌握总成本分析法、综合评价法运输方式的选择；（3）理解单车辆路径优化问题；（4）掌握分枝定界法、简单贪梦算法、奇偶点图上作业法、动态规划法、标号法的单车辆路径优化问题求解；（5）理解多车辆路径优化问题；（6）掌握扫描法、节约里程法的多车辆路径优化问题求解。教学目标

重点（1）运输方式的选择；（2）单车辆路径优化；（3）多车辆路径优化。难点（1）总成本分析法、综合评价法；（2）分枝定界法、奇偶点图上作业法、动态规划法；（3）扫描法、节约里程法、单设施选址规划。

系统优化的认识任务一

知识结构导图

一、系统优化的含义系统优化是在满足各方面限制条件的情况下，通过科学的方法，建立与现实系统相对应的数学模型，并合理确定模型的各种参数，以协调各子系统之间的冲突，达到最佳设计目标的过程。系统优化与系统规划的区别就在于：系统规划是从无到有，系统优化是对现有系统存在的不同方面的问题进行针对性的分析，进而构建优化模型并求解，最终使现有系统得到优化。

二、系统优化的方法规划论又称为数学规划，是运筹学的一个分支，是研究对现有资源进行统一分配、合理安排、合理调度和最优设计以取得最大经济效果的数学理论方法。例如，对某项确定的任务，怎样以最少的人力、物力去完成；对给定的人力、物力，怎样能使其最大限度地发挥作用，从而完成尽可能多的任务。一般规划论可以归结为在满足既定目标的要求下，按照某一衡量指标寻求最优方案的问题。通常把必须满足的条件称为约束条件，把衡量指标称为目标函数，用数学语言来描述为：求目标函数在一定约束条件下的极值问题。（一）运筹学方法1.规划论

图论（GraphTheory）是数学的一个分支，它以图为研究对象。图论中的图是由若干给定的点及连接两点的线所构成的图形，这种图形通常用来描述某些事物之间的某种特定关系，用点代表事物，用连接两点的线表示相应两个事物间的关系。图论也称为网络法，把复杂的问题转化成图形直观地表现出来，能更有效地解决问题。图论常用来解决各类最优化问题，例如，如何使完成任务的时间最少、距离最短、费用最省等。（一）运筹学方法2.图论二、系统优化的方法

排队论（QueuingTheory）又称随机服务系统理论，是运筹学的一个分支。它是研究系统随机聚散现象和随机服务系统工作过程的数学理论和方法，通过对服务对象到来及服务时间的统计研究，得出这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，然后根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，又能使机构的费用最经济或某些指标最优。（一）运筹学方法3.排队论二、系统优化的方法

排队论是研究服务系统中排队现象随机规律的学科，专门研究因随机因素而产生拥挤的方法，可协调和解决请求服务和提供服务双方之间存在的相互约束关系。排队论广泛应用于计算机网络、生产、运输、库存等各项资源共享的随机服务系统，如旅客购票排队、市内电话占线等现象。排队论研究的内容有3个方面：统计推断，根据资料建立模型；系统的性态，即和排队有关的数量指标的概率的规律性；系统的优化问题。排队论的目的是正确设计和有效运行各个服务系统，使之发挥最佳效益。（一）运筹学方法3.排队论二、系统优化的方法

为了解决供应（生产）与需求（消费）之间的不协调（这种不协调一般表现为供应量与需求量和供应时期与需求时期的不一致，出现供不应求或供过于求），人们在供应与需求这两个环节之间加入存储这一环节，就能缓解供应与需求之间的不协调。以此为研究对象，利用运筹学的方法即可解决最合理、最经济的存储问题。专门研究这类有关存储问题的科学叫作存储论，它也是运筹学的一个分支。存储论也称为库存论，是主要研究物资库存策略的理论，用于确定物资库存量、补货频率和补货量等问题。库存的目的是为生产经营活动的持续进行提供有力的保障。（一）运筹学方法4.存储论二、系统优化的方法

智能优化算法从与研究问题有关的基本模型和算法中获得启发，发现解决问题的思路和途径，通过对过去经验的归纳推理以及试验分析来解决问题。具体逻辑思路如图5-1所示。（二）启发式算法1.智能优化算法二、系统优化的方法图5-1智能优化算法的逻辑思路图

模拟退火算法（SimulatedAnnealing，SA）最早的思想是由N.Metropoli松等人于1953年提出的。该算法来源于固体退火原理，是一种基于概率的算法，将固体加热至充分高温，再让其徐徐冷却，加热时，固体内部粒子随温度升高变为无序状，内能增大；在徐徐冷却时粒子渐趋有序，冷却过程中每个粒子都达到平衡态，最后在常温时达到基态，内能减为最小。（二）启发式算法2.模拟退火算法二、系统优化的方法

用模拟退火算法寻找最优解的过程类似