系统结构分析
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3.3.2 结构比例分析法
3.3.1 结构对比分析法
定义：依据系统的相似结构特性，采用 一定的比较分析手段，将研究对象系统 结构与目标系统结构进行对比与分析， 以便达到发现问题和解决问题的目的
1 结构对比分析的原则 2 结构对比分析的模型方法
1 结构对比分析的原则
时效性原则
– 共时性对比与历时性对比
社会系统
– 个体、群体、单位、社区、区、市、省、国家；古 代官分八品，爵分五等……
3.3.3 系统结构的开放性
系统结构的开放性的概念
– 系统在结构上保证了系统具有不断地与外界 环境进行物质、能量、信息交换的性质和功 能，系统向环境开放是系统得以向上发展的 前提，也是系统得以稳定存在的条件。
现实的系统都是开放的系统！ 真正孤立的封闭的系统只存在于人们的
2、系统功能框图与功能流程图
功能框图（静态的）
– 对系统各层次功能进行静态分组的基础上， 描述系统的功能和各子系统之间的相互关系， 以及系统的数据（信息）流程和系统内部的 各接口。
功能流程图（动态的）
– 表明系统所有功能之间的顺序（时序）关系。
3、系统功能的时间序列分析
系统功能流程图没有对系统功能的持续 时间及功能间的时间进行描述
事件 基本事件 与门 或门 禁门 非扩大性事件
FTA法实施步骤
Step-1 顶事件的选取（P52）
– 顶事件是指最不希望发生的故障状态
Step-2 建立故障树（P52-53）
– 找出系统故障和导致故障的诸因素之间的因 果逻辑关系，并将这种关系用特定的图形— —故障树表示出来。（P52表3-5）
– 实例： “两性物质”、“异构同功”
结构和功能相互作用、相互转化 系统的结构对于系统的功能具有决定作
用，而且系统的功能又可以反作用于系 统的结构
课堂练习
简述系统结构的概念和性质。
系统结构与功能的相关性主要表现 在哪些方面？
3.3 系统结构的对比与 比例分析方法
3.3.1 结构对比分析法
– 结构功能相关律成为系统科学中的一条基本 规律。比如，化学结构——化学性质（功 能）；物体结构——使用功能
– 一个系统往往具有多种功能，功能与环境有 关
– 功能是表现于外的系统的外在规定性
系统结构与功能的相关性
结构和功能相互联系、相互制约
– 实例：同素异形体，如石墨和金刚石
结构和功能相对区别、相互分离
练习题
1、什么是系统结构的对比与比例分 析方法？
2、常用的因果关系分析法的工具有 哪些？
3、分组作业：结合一个实例运用分 析工具（鱼刺图或故障图）进行分析。
– 比如电脑故障分析、汽车故障分析…
– 1961年 美国贝尔实验室在民兵导弹的发射控制系统 可靠性研究中应用FTA技术，获得成功。1974年美 国核电站安全评价
原理：
– 基于事件之间的因果关系展开，可以让人们知道哪 些事件的组合可以导致危及系统安全的故障，并计 算它们的发生概率，然后通过设计改进和有效地故 障监测、维修等措施，设法减小它们的发生概率。
理论抽象之中！
3.2.4 系统结构的稳定性
系统结构的稳定性的概念
– 只有在系统中各要素之间稳定的联系情况下，才能 构成系统的结构。稳定是指系统整体状态能够持续 出现，这种持续出现可以是静止的也可以是动态的。
– 系统受到外界环境的干扰，有可能偏离某一状态而 产生不稳定，但一旦干扰消除，系统又可以恢复原 来状态，继续出现稳定，系统总是趋向于保持某一 状态。
3.2.2 系统结构的层次性
系统结构的层次性的概念
– 由于组成系统的诸要素的种种差异包括结合方式上 的差异，从而使系统组织在地位与作用、结构与功 能上表现出等级秩序性，形成了具有质的差异的系 统等级，层次概念就反映这种有质的差异的不同的 系统等级或系统中的等级差异性。
自然系统
– 按照空间尺度或质量大小划分层次
– 从顶事件开始逐级向下，根据不同逻辑关系 分行表示。
上行法（semandeses法）（P55：例3.5）
– 从基本事件开始逐级向上，求最小割集。
FTA法实施步骤
Step-4，故障树的定量评定
– 若给定基本故障事件出现的概率，则可以定 量地评定故障树顶事件出现的概率
可靠性建模方法
– 可靠性框图、网络可靠性模型、故障树模型、 事件树模型、马尔科夫模型、Petri网模型、 GO图模型等
事件的集合，仅当这些基本故障事件同时发生时，顶 端事件才会发生，则称 Bi 为故障树的一个割集。
如果有这样一个割集，从其中任意移走一个元件 后，就不再是割集，则称这个割集为最小割集。
最小割集表征了系统故障的充分和必要条件！
求解最小割集的方法
下行法（fussell-vesety法）（P54：例3.4）
层次性原则
– 区分系统的结构层次
可比性原则
– 对比双方的结构有共性或相似性
2 结构对比分析的模型方法
语言模型法
– 主要运用语言描述的方法
数学模型法
– 主要运用数学描述的方法
例3.1 系统结构的直接聚类分析 （P43）
3.3.2 结构比例分析方法
概念：
– 对某系统中各种要素成分所占比重的分析，从而揭 示系统的创生、演化和发展的基本规律。
料的现象：在差异极大的一些领域中，都独立 存在着相似的问题和现象。”
– 一般系统论、控制论、信息论、混沌理论等理论的 重要思考出发点
3.2.6系统结构的相对性
系统的层次性决定了系统结构和要素之 间的相对性
结构与要素是相对于系统的等级和层次 而言的
辩证关系
3.3.7 系统结构与功能的相关性
基本观点：
3.4.2 结构因果逻辑关系分析方法
– 从系统结构要素之间的因果逻辑关系角度
3.4.1 结构功能逻辑关系分析方法
目的：
– 识别系统、掌握系统，从而更好的控制和利 用系统。
定义：
– 根据系统的内在机理，对系统的各结构要素 之间的功能逻辑关系进行分析，从而达到认 识和改造系统的目的。
– 生命系统、控制系统、经济系统
区域产业系统的实例
– 产业结构高级化程度用各次产业总值的比重来表示 – 1931年，费希尔 突出了产业结构演变在经济发展中
的意义 – 20世纪50年代，产业结构演变的规律——“配第-克
拉克定律”
3.4 系统结构的逻辑关系分析方法
3.4.1 结构功能逻辑关系分析方法
– 从系统结构要素之间的功能逻辑关系角度
第3章 系统结构分析
3.1 系统结构的概念 3.2 系统结构的特性 3.3 系统结构的对比与比例分析方法 3.4 系统结构的逻辑关系分析方法
3.1 系统结构的概念
系统结构是指系统内部各个组成要素之 间的相对稳定的联系方式、组织秩序及 其时空关系的内在表现形式。
结构反映系统的内部关系，是系统的一 种内在规定性。
因果关系有多种表达形式
– 因果关系分析 – 因果鱼刺图分析 – 故障树分析
1、因果鱼刺图分析
原理：对系统的某一故障原因深入分析 与挖掘，直至找到真正故障原因的重要 手段。
鱼刺图实例：P51图3-9
2、故障树分析
故障树分析（Fault tree analysis)技术
– 一种在工程上能够保证和改进系统结构可靠性、安 全性的方法。
Step-3 定性评价故障树（P53-55）
– 找出导致事件发生的所有可能的故障模式， 即求出故障树的所有最小割集。
割集和最小割集
设给定的故障树 T，由所有集合 B1, B2 ,, Bm 组成，
即 T={ m Bi }。此处 Bi { X i1 , X i2 ,, X ik } 是基本故障
i 1
系统功能逻辑分析的内容
1、系统功能的层次分解与分类 2、系统功能框图与功能流程图 3、系统功能的时间序列分析
1、系统功能的层次分解与分类
通过自上而下的功能分解过程，得到系 统功能的层次结构
在层次分解的基础上，可以按照给定的 任务，对系统的功能进行整形。
– 价值工程中，系统功能分类如P47表3-4 – 整理出基本功能和必要功能
复杂系统的特点：
– 系统具有多功能，各功能的执行时机是有时 序的且执行时间长短不一；
– 在系统工作过程中，系统的结构是可以随时 间而变化的，如运载火箭的发射过程
时间序列分析图可以解决上述问题！
– P49图3-6
Baidu Nhomakorabea
3.4.2 结构因果逻辑关系分析方法
因果关系是系统各结构要素之间普遍存 在的一种关系。
常见系统结构实例
房屋结构 书本结构 家庭结构 分子结构 国民经济结构
………
动态变化
3.2 系统结构的特性
3.2.1 整体性 3.2.5 相似性 3.2.2 层次性 3.2.6 相对性 3.2.3 开放性 3.2.7 与功能的相关性 3.2.4 稳定性
3.2.1 系统结构的整体性
系统之所以成为系统，首先就必须要有整体性。
– 系统结构的整体性是指各个作为系统单元的要素一 旦组成系统整体，就具有独立要素所不具有的性质 和功能，形成了新的系统的质的规定性，从而表现 出整体的性质和功能，不等于各个要素的性质和功 能的简单相加。
系统结构的整体性是多层次的整体性 “整体大于它的各个部分的总和”
——亚里士多德
“系统的整体性”是系统科学及相关学科重要 的研究范畴
一个系统要作为系统而存在，要作为系统被人 们所认识，就必须在一定范围内具有结构的稳 定性。
3.2.5 系统结构的相似性
系统结构的相似性的概念
– 系统结构具有同构和同态的性质 – 相似的系统结构处处可见，比如人类个体、各个大
学、各区域经济组织……
没有系统结构的相似性就没有普遍的系统理论 “纵观现代科学的发展，我们遇到一个出人意
3.3.1 结构对比分析法
定义：依据系统的相似结构特性，采用 一定的比较分析手段，将研究对象系统 结构与目标系统结构进行对比与分析， 以便达到发现问题和解决问题的目的
1 结构对比分析的原则 2 结构对比分析的模型方法
1 结构对比分析的原则
时效性原则
– 共时性对比与历时性对比
社会系统
– 个体、群体、单位、社区、区、市、省、国家；古 代官分八品，爵分五等……
3.3.3 系统结构的开放性
系统结构的开放性的概念
– 系统在结构上保证了系统具有不断地与外界 环境进行物质、能量、信息交换的性质和功 能，系统向环境开放是系统得以向上发展的 前提，也是系统得以稳定存在的条件。
现实的系统都是开放的系统！ 真正孤立的封闭的系统只存在于人们的
2、系统功能框图与功能流程图
功能框图（静态的）
– 对系统各层次功能进行静态分组的基础上， 描述系统的功能和各子系统之间的相互关系， 以及系统的数据（信息）流程和系统内部的 各接口。
功能流程图（动态的）
– 表明系统所有功能之间的顺序（时序）关系。
3、系统功能的时间序列分析
系统功能流程图没有对系统功能的持续 时间及功能间的时间进行描述
事件 基本事件 与门 或门 禁门 非扩大性事件
FTA法实施步骤
Step-1 顶事件的选取（P52）
– 顶事件是指最不希望发生的故障状态
Step-2 建立故障树（P52-53）
– 找出系统故障和导致故障的诸因素之间的因 果逻辑关系，并将这种关系用特定的图形— —故障树表示出来。（P52表3-5）
– 实例： “两性物质”、“异构同功”
结构和功能相互作用、相互转化 系统的结构对于系统的功能具有决定作
用，而且系统的功能又可以反作用于系 统的结构
课堂练习
简述系统结构的概念和性质。
系统结构与功能的相关性主要表现 在哪些方面？
3.3 系统结构的对比与 比例分析方法
3.3.1 结构对比分析法
– 结构功能相关律成为系统科学中的一条基本 规律。比如，化学结构——化学性质（功 能）；物体结构——使用功能
– 一个系统往往具有多种功能，功能与环境有 关
– 功能是表现于外的系统的外在规定性
系统结构与功能的相关性
结构和功能相互联系、相互制约
– 实例：同素异形体，如石墨和金刚石
结构和功能相对区别、相互分离
练习题
1、什么是系统结构的对比与比例分 析方法？
2、常用的因果关系分析法的工具有 哪些？
3、分组作业：结合一个实例运用分 析工具（鱼刺图或故障图）进行分析。
– 比如电脑故障分析、汽车故障分析…
– 1961年 美国贝尔实验室在民兵导弹的发射控制系统 可靠性研究中应用FTA技术，获得成功。1974年美 国核电站安全评价
原理：
– 基于事件之间的因果关系展开，可以让人们知道哪 些事件的组合可以导致危及系统安全的故障，并计 算它们的发生概率，然后通过设计改进和有效地故 障监测、维修等措施，设法减小它们的发生概率。
理论抽象之中！
3.2.4 系统结构的稳定性
系统结构的稳定性的概念
– 只有在系统中各要素之间稳定的联系情况下，才能 构成系统的结构。稳定是指系统整体状态能够持续 出现，这种持续出现可以是静止的也可以是动态的。
– 系统受到外界环境的干扰，有可能偏离某一状态而 产生不稳定，但一旦干扰消除，系统又可以恢复原 来状态，继续出现稳定，系统总是趋向于保持某一 状态。
3.2.2 系统结构的层次性
系统结构的层次性的概念
– 由于组成系统的诸要素的种种差异包括结合方式上 的差异，从而使系统组织在地位与作用、结构与功 能上表现出等级秩序性，形成了具有质的差异的系 统等级，层次概念就反映这种有质的差异的不同的 系统等级或系统中的等级差异性。
自然系统
– 按照空间尺度或质量大小划分层次
– 从顶事件开始逐级向下，根据不同逻辑关系 分行表示。
上行法（semandeses法）（P55：例3.5）
– 从基本事件开始逐级向上，求最小割集。
FTA法实施步骤
Step-4，故障树的定量评定
– 若给定基本故障事件出现的概率，则可以定 量地评定故障树顶事件出现的概率
可靠性建模方法
– 可靠性框图、网络可靠性模型、故障树模型、 事件树模型、马尔科夫模型、Petri网模型、 GO图模型等
事件的集合，仅当这些基本故障事件同时发生时，顶 端事件才会发生，则称 Bi 为故障树的一个割集。
如果有这样一个割集，从其中任意移走一个元件 后，就不再是割集，则称这个割集为最小割集。
最小割集表征了系统故障的充分和必要条件！
求解最小割集的方法
下行法（fussell-vesety法）（P54：例3.4）
层次性原则
– 区分系统的结构层次
可比性原则
– 对比双方的结构有共性或相似性
2 结构对比分析的模型方法
语言模型法
– 主要运用语言描述的方法
数学模型法
– 主要运用数学描述的方法
例3.1 系统结构的直接聚类分析 （P43）
3.3.2 结构比例分析方法
概念：
– 对某系统中各种要素成分所占比重的分析，从而揭 示系统的创生、演化和发展的基本规律。
料的现象：在差异极大的一些领域中，都独立 存在着相似的问题和现象。”
– 一般系统论、控制论、信息论、混沌理论等理论的 重要思考出发点
3.2.6系统结构的相对性
系统的层次性决定了系统结构和要素之 间的相对性
结构与要素是相对于系统的等级和层次 而言的
辩证关系
3.3.7 系统结构与功能的相关性
基本观点：
3.4.2 结构因果逻辑关系分析方法
– 从系统结构要素之间的因果逻辑关系角度
3.4.1 结构功能逻辑关系分析方法
目的：
– 识别系统、掌握系统，从而更好的控制和利 用系统。
定义：
– 根据系统的内在机理，对系统的各结构要素 之间的功能逻辑关系进行分析，从而达到认 识和改造系统的目的。
– 生命系统、控制系统、经济系统
区域产业系统的实例
– 产业结构高级化程度用各次产业总值的比重来表示 – 1931年，费希尔 突出了产业结构演变在经济发展中
的意义 – 20世纪50年代，产业结构演变的规律——“配第-克
拉克定律”
3.4 系统结构的逻辑关系分析方法
3.4.1 结构功能逻辑关系分析方法
– 从系统结构要素之间的功能逻辑关系角度
第3章 系统结构分析
3.1 系统结构的概念 3.2 系统结构的特性 3.3 系统结构的对比与比例分析方法 3.4 系统结构的逻辑关系分析方法
3.1 系统结构的概念
系统结构是指系统内部各个组成要素之 间的相对稳定的联系方式、组织秩序及 其时空关系的内在表现形式。
结构反映系统的内部关系，是系统的一 种内在规定性。
因果关系有多种表达形式
– 因果关系分析 – 因果鱼刺图分析 – 故障树分析
1、因果鱼刺图分析
原理：对系统的某一故障原因深入分析 与挖掘，直至找到真正故障原因的重要 手段。
鱼刺图实例：P51图3-9
2、故障树分析
故障树分析（Fault tree analysis)技术
– 一种在工程上能够保证和改进系统结构可靠性、安 全性的方法。
Step-3 定性评价故障树（P53-55）
– 找出导致事件发生的所有可能的故障模式， 即求出故障树的所有最小割集。
割集和最小割集
设给定的故障树 T，由所有集合 B1, B2 ,, Bm 组成，
即 T={ m Bi }。此处 Bi { X i1 , X i2 ,, X ik } 是基本故障
i 1
系统功能逻辑分析的内容
1、系统功能的层次分解与分类 2、系统功能框图与功能流程图 3、系统功能的时间序列分析
1、系统功能的层次分解与分类
通过自上而下的功能分解过程，得到系 统功能的层次结构
在层次分解的基础上，可以按照给定的 任务，对系统的功能进行整形。
– 价值工程中，系统功能分类如P47表3-4 – 整理出基本功能和必要功能
复杂系统的特点：
– 系统具有多功能，各功能的执行时机是有时 序的且执行时间长短不一；
– 在系统工作过程中，系统的结构是可以随时 间而变化的，如运载火箭的发射过程
时间序列分析图可以解决上述问题！
– P49图3-6
Baidu Nhomakorabea
3.4.2 结构因果逻辑关系分析方法
因果关系是系统各结构要素之间普遍存 在的一种关系。
常见系统结构实例
房屋结构 书本结构 家庭结构 分子结构 国民经济结构
………
动态变化
3.2 系统结构的特性
3.2.1 整体性 3.2.5 相似性 3.2.2 层次性 3.2.6 相对性 3.2.3 开放性 3.2.7 与功能的相关性 3.2.4 稳定性
3.2.1 系统结构的整体性
系统之所以成为系统，首先就必须要有整体性。
– 系统结构的整体性是指各个作为系统单元的要素一 旦组成系统整体，就具有独立要素所不具有的性质 和功能，形成了新的系统的质的规定性，从而表现 出整体的性质和功能，不等于各个要素的性质和功 能的简单相加。
系统结构的整体性是多层次的整体性 “整体大于它的各个部分的总和”
——亚里士多德
“系统的整体性”是系统科学及相关学科重要 的研究范畴
一个系统要作为系统而存在，要作为系统被人 们所认识，就必须在一定范围内具有结构的稳 定性。
3.2.5 系统结构的相似性
系统结构的相似性的概念
– 系统结构具有同构和同态的性质 – 相似的系统结构处处可见，比如人类个体、各个大
学、各区域经济组织……
没有系统结构的相似性就没有普遍的系统理论 “纵观现代科学的发展，我们遇到一个出人意