第四章系统分析-2012-2

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系统工程导论
天津工业大学 电气工程与自动化学院 主讲 王红一
系统的观察、分析、认识、解决问题!


第四章 (目标、环境分析)
系统分析(定义、意义、内容、步骤、方 法) 系统目标分析(总目标、目标集)
四、系统分析
系统工程导论
第四章 系统分析
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 系统分析概述 系统目标分析 系统环境分析 系统结构分析 系统层次分析
四、系统分析
系统工程导论
例如一个工程施工技术系统 要素集——若干台(套)各种装置或仪器设备 (供电、供水、运输、机械设备、仪器、测试、原 材料)和各类工作人员构成。 关系集——在一定的生产工艺流程条件下,由 人—机组成了各种关系。 层次分布集——由于人—机系统中各种要素功 能不同,就必然构成层次关系。 根据系统结构结合特性,其评价指标体系应当 考虑的有: 设备利用率、设备故障率、能耗、材料消耗、 生产效率、成本、质量等指标。
为达到目的,系统环境分析需要完成环境的概 念、环境因素及其影响作用、系统与环境边界划定 等分析内容。
四、系统分析
研究环境因素的意义在于:
系统环境分析
1)环境是提出系统工程课题的来源; 2)课题的边界的确定要考虑环境因素; 3)系统分析的资料,包括决策资料,要取自于 环境;
4)系统的外部约束通常来自环境;
5)系统分析的质量要由系统所在环境提供评价 资料。
四、系统分析
系统环境分析
4.3.2 环境因素的分类(三大类)
(1)物理的和技术的:
1)现存系统
3)科技发展因素估量 (2)经济和经营管理环境: 1)外部组织机构。 3)系统及其价格结构
2)技术标准
4)自然环境 2)政策、政府作用 4)经营活动 2)人的因素
四、系统分析
4.4.1 系统结构概念
系统工程导论
所谓系统结构是指系统的构成要素在时空连续 区上的排列组合方式和相互作用方式。
系统功能和系统结构是不可分割的。 系统功能指系统整体与外部环境相互作用中应 表现出来的效应与能力,以满足系统目标的要求。 系统的整体功能又是由系统结构决定的。而系 统内部诸要素之间的作用形式则又取决于系统的特 征即系统的本质属性。
四、系统分析
4.3.1 系统环境的概念
系统环境分析
系统环境是指存在于系统之外的系统无法控制的 自然、经济、社会、技术、信息和人际关系的总称。 系统环境因素的属性 和状态变化
输入
系统
输出
系统与环境是依据时间、空间、所研究问题的 范围和目标划分的,故系统与环境是个相对概念。
四、系统分析
系统环境分析
系统方案的完善程度、可靠程度依赖于对系统 环境的了解程度。对环境了解的不准确,导致系统 方案实施的失败或蒙受重大损失。 环境分析的主要目的: 了解和认识系统与环境的相互关系、环境对系 统的影响和可能产生的后果。
四、系统分析 系统的特征与系统结构
集合性 相关性 阶层性 整体性
系统工程导论
一切系统都是由大量的要素(集合性) 按照一定的相互关系(相关性)归属于 固定的阶层内(阶层性)
系统结构的主要内涵特性。 系统内部综合协调的表征。 以系统为一方,环境为另 一方的外部协调的表征。 构造系统结构的出发点。
适应性 目的性
四、系统分析
4.4.3 系统相关性分析
系统工程导论
要素集实现系统目标的作用还要取决于要素间 的相关关系。
例如:同样的砖、瓦、沙、石、木、水泥可以盖出高 质量的漂亮的楼房,也可以盖出低劣质量的楼房;同样的符 合标准的手表零件,可以装出质量高档的手表,也可以装出 质量下乘的手表(瑞士手表专家的当场表演所示实例)。
四、系统分析
系统环境分析
环境因素的确定与评价,要根据系统问题的 性质和特点,因时、因地、因条件地加以分析和 考察。通常应注意以下几点:
(1)应适当取舍;
(2)对所考虑的环境因素,要分清主次;
(3)不能孤立地、静止地考察环境因素;
(4)尤其要重视某些间接、隐蔽、不易被察觉的、 但可能对系统有着重要影响的环境因素。
系统结构分析的目的就是找出构成这几个表征的 规律,即寻求构筑系统合理结构的规律和途径。
四、系统分析
系统工程导论
所谓合理结构是指在对应系统总目标和环境因 素的约束条件下,系统的组成要素集、要素间的相互 关系集以及它们在阶层分布上的最优结合,并使得系 统有最优的或最满意的输出。 结构分析的公式表示: E** = maxP(X,R,C) P→G P→O Sopt = max {S/E**}
这些关系可能表现在空间结构、排列顺序、相 互位置、松紧程度、时间序列、数量比例、信息传 递方式,以及组织形式、操作程序、管理方法等许 多方面,并由此形成系统的相关关系集。
四、系统分析
4.4.4 系统阶层性分析
系统工程导论
系统的阶层性关系分析主要是针对大多数系统 都具有多阶层递阶形式而进行的。 系统阶层的产生: 由于系统目标的多样性和复杂性,任何单一或 比较简单的功能都不能达到目的,需要组成功能团 和功能团间的相互联合。 系统阶层性分析的目的: 主要解决系统分层数目和各层规模的合理性问 题,即解决层次的纵向和横向规模的合理性问题。
四、系统分析
4.3.4 系统环境分析举例
系统环境分析
例:以济南泉水特征及影响因素系统分析为例。 济南泉域喀斯特水系统含闻名的四大泉群,即趵突泉、 黑虎泉、珍珠泉和五龙潭泉群。其水位与汇集排泄区喀斯 特水水位动态变化一致;泉水流量一般在每年的1~5月份 逐渐减少,泉水断流一般出现在5~6月份,6~9月雨季来 临,水位回升,泉水也相继出流,最大流量一般出现在9~ 10月,然后随水位的不断下降,泉流量也逐渐减少。 影响泉水动态的主要因素是: 当年、前一年、前两年的降水量,市区开采量,泉域 内的开采量等等。泉水动态是自然因素和人为作用的综合 反映。
(3)社会环境:
1)社会因素
四、系统分析
4.3.3 环境因素的确定与评价
系统环境分析
环境因素的确定:就是根据实际系统的特点,通 过考察环境与系统之间的相互影响和作用,找出 对系统有重要影响的环境要素的集合,即划定系 统与环境的边界。
环境因素的评价:就是通过对有关环境因素的分 析,区分有利和不利的环境因素,弄清环境因素 对系统的影响和谐、作用方向和后果等。
四、系统分析
(1)企业技术创新系统的内部结构
系统工程导论
企业技术创新过程大致都分为新构思形成、研究开发和生产销售三 个阶段,这三个阶段也就成为企业技术创新系统的三个组成要素。
企业技术创新系统的要素构成
基 础 要 素
核 心 要 素
实 现 要 素
创新构思
研究开发
生产销售
对市场需求信息 和技术信息的综 合分析
四、系统分析
系统工程导论
第四章 系统分析
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 系统分析概述 系统目标分析 系统环境分析 系统结构分析 系统层次分析
四、系统分析
4.4 系统结构分析
系统结构:
系统结构分析
是系统保持整体性和使系统具备必要的整 体功能的内部依据; 是反映系统内部要素之间相互关系、相互 作用的形式的形态化; 是系统中要素的秩序的稳定化和规范化。
四、系统分析
4.4.6 系统的结构分析举例
以企业技术创新的系统分析为例
系统工程导论
技术创新是企业在市场经济条件下把科技进步 和市场需求有机结合起来,以提高企业效益的创造 性行为;是企业作为人、财、物的技术——经济综 合体,把自身各方面的力量充分调动与最佳组织起 来,并对外部环境加以优化地选择和利用,以实现 创新目标的系统工程。
四、系统分析
4.4.5 系统整体分析
系统工程导论
系统整体性分析是结构分析的核心,是解决系统整体 协调和优化的基础。整体性分析是综合要素集、关系集、 层次性分析结果,以整体最优为目的的协调,也就是使要 素集、关系集、层次分布达到最优结合,并取得系统整体 的最优输出。 整体性分析主要有两项内容: 一是为了衡量和分析系统的整体结合效果,需要建立 一个评价指标体系。 二是尽量建立反映系统整体性的要素集、关系集、层 次分布的结构模型,以定量分析系统整体结构的合理性和 最优输出。
四、系统分析
系统环境分析
以企业经营管理系统为例进行环境分析:
评估科技 发展动态 国民生产总值 技术环境 消费水平 政府开支 利率变化 汇率变化 货币供求量 政策变化 经 济 环 境 企业 政治环境 社 会 环 境 价值观念变化 人口变化 生活方式变化 就业状况 企业与政府的关系 预期自行开 发的新产品 竞争对手的 开发情况
基础研究、应用 研究、开发研究
市场调研、 购设 选 备 、选 定 厂 房 、开 拓市场等
四、系统分析
(2)企业技术创新系统的输入与输出
系统工程导论
经费、人员 企业 物质输入 技术 新产品
新技术 新知识
物质输出 系统输入要素 创新 信息输入 系统 市场需求、技术信 息、竞争对手状况 技术创新 知识经验 等信息 系统输出要素 信息输出
政治体制
四、系统分析
系统环境分析
环境因素分析法——SWOT分析法
SW:(Strengths and Weaknesses)优势和劣势 OT:(Opportunities and Threats)机会和威胁
环境分析 分析外部条件存在 的机会和威胁 设定任务和使命 决定干什么 系统内部评价 分析内部竞争能力 的优势和劣势 设定目标 确定系统的 目标和方向 形成战略 确定系统的 发展战略
四、系统分析
系统环境分析
SWOT分析表主要用于因素调查和分析
SWOT 分析表 企业内部条件 优 势 劣 势 1.产品销路好 2.产品质量好 3.基础管理好 1.企业规模小 2.企业负担重 3.资金不足 企业外部条件 机 会 2.引进先进技术 3.引进人才 威 2.利率过高 胁 3.竞争激烈 1.原材料价格上涨 1.需求量扩大
四、系统分析
系统环境分析
通过以上分析、论证可以看出:济南泉水明显受自然 因素和人为因素的影响。
自然因素中以大气降水的年际变化对泉水的影响最为 明显;
人为因素中以地下水的开采量和开采布局对泉水的影 响最为明显。
解决方案:
从济南泉水保护和合理开发利用地下水资源的角度出 发,必须增加地下水的补给量,合理地调整开采布局和开 采量,以保证泉水常年喷涌。
四、系统分析
系统结构分析的主要内容:
系统工程导论
结构分析的任务,就是寻求X、 E** = maxP(X,R,C) R、C之间的最优结合形式,使系 P→G 统稳定条件下结合效果最优,系统 P→O 输出最大。 Sopt = max {S/E**}
构成系统的要素集 要素间的相互关系
—— 要素集分析 —— 相关性分析
四、系统分析
系统环境分析
造成泉水断流的因素较多,综合分析如下:
(1)喀斯特水的开采对泉水的影响
1) 市区开采对泉水影响:随着市区开采量的增大, 泉区水位下降,泉流量减少。
来自百度文库
2) 西部水源地开采对泉水的影响。
3) 东郊工业开采区开采对泉水的影响。 (2)补给量的变化对泉水的影响 (3)水源地布局对泉水的影响 (4)补给、开采时空变化对泉水的影响
四、系统分析
系统工程导论
E** = maxP(X,R,C) P→G P→O Sopt = max {S/E**}
其中 X 是系统组成要素的集合;R 是系统组成要素 的相关关系的集合; C 是系统要素及其相互关联在各层 次上的可能分布形式;P 是 X、R、C的结合效果函数; “P→”表示这个函数对应于某种条件,例如 P→G表 示P函数对应于系统目标集的条件,P→O表示P函数 对应于环境因素约束集的条件;E 表示P函数在两个对 应条件下所能达到的最优结合效果;Sopt 的关系式表示 具有最佳结合效果的结构中能给出最大输出的系统。
要素在系统中的排列方式 —— 层次性分析
系统的整体性
—— 整体性分析
四、系统分析
4.4.2 系统要素集分析
系统工程导论
系统要素集分析有两项工作: 首先是确定要素集。其确定方法是在已定的目标树基础 上进行,找出对应的能够实现目标的实体部分即是要素集。 例如,要达到运载飞行的目标,就要有火箭或飞机的实体系 统;如果要达到运载飞行就要有能源、推力、力的传递等分 目标,相应地从系统要素集看,则要有液体或固体燃料的存 储、运输及控制部分,发动机部分,力的传递机构部分等; 第二项是对已得到的要素进行价值分析,这是因为实现 某一目标可能有多种要素,因此存在着择优问题,其择优的 标准是在满足给定目标前提下,使所选要素的构成成本最低。 其方法主要运用价值分析技术。
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