系统工程基础全套课程教学课件.ppt

1、系统工程导论系统工程导论 （Systems Engineering, SE） 系统工程方法论及其应用系统工程方法论及其应用 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 3 Why? 时代特征及社会发展趋势时代特征及社会发展趋势 经济全球化（环境）经济全球化（环境） 动态市场带来挑战和机会（变化）动态市场带来挑战和机会（变化） 社会加速信息化社会加速信息化 创新开始成为时代的最强音（概念、途创新开始成为时代的最强音（概念、途 径）径） 社会进入社会进入合作竞争合作竞争新时代新时代 （COOPETITION；GUANXI） 科学发展观引起普遍关注科学发展观引起普遍关注 （系统发展观）（系统发展观

2、） 引言 “要学一点要学一点 系统工程系统工程” 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 4 引言: Why 管理科学的发展与管理人才培养管理科学的发展与管理人才培养 管理科学发展的管理科学发展的“制高点制高点” 系统化管理系统化管理 T T型人才型人才 2020/9/18 第一章 Visual C+6.0基础 5 机器人控制 用于空间舱内操作的较小空间机器人系统 更换电路板更换电路板 维修卫星维修卫星 空间机器人综合服务系统地面样机及演示平台空间机器人综合服务系统地面样机及演示平台 面向未来在轨应用需求，需要 机械臂替代或协助宇航员开展相 应的在轨操作，为此针对空间柔 性机械臂，综合考

3、虑臂杆柔性和 关节柔性，开展了空间柔性机器 人动力学控制/耦合系统研究， 对空间柔性机械臂在轨应用技术 进行了试验平台验证。 舱外服务机器人 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 7 引言 What /When? SE是以大规模复杂系统为研究对象，在系统是以大规模复杂系统为研究对象，在系统 理论、管理科学及其运筹学、专业工程技术等理论、管理科学及其运筹学、专业工程技术等 学科基础上形成的一门交叉学科。通过学习，学科基础上形成的一门交叉学科。通过学习， 主要使学生掌握分析与解决一般系统问题的思主要使学生掌握分析与解决一般系统问题的思 想、程序和方法想、程序和方法,并能够将其应用与工程具体

4、并能够将其应用与工程具体 应用中。应用中。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 8 引言: What/When 第一讲：系统工程概述 第二讲：系统工程理论与方法论 (课堂讨论1) 第三讲：系统模型与模型化 第四讲：系统仿真及系统动力学方法 （课堂练习1） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 9 引言: What/When 第五讲：系统评价方法 第六讲：决策分析方法 （课堂练习 2） 第七、八、九讲：系统工程应用案例 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 10 上课时间为上课时间为419周，周， 其中第其中第11周期中考试，第周期中考试，第20周期末考周期末考 试试

5、选修考查选修考查 平时成绩平时成绩 30 期中考试期中考试 20% 期末考试期末考试 50 成绩评定 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 11 引言 Who/Where? Who 学生学生为主体，教师为主导。为主体，教师为主导。 Where 将课堂内将课堂内外外的学习结合起来！的学习结合起来！ 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 12 引言: How How? 建议建议 注重系统思考；注重系统思考； 坚持问题导向；坚持问题导向； 采用系统化方法；采用系统化方法； 教学要求教学要求 上课及考核上课及考核 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 13 教材教材： 系统工程

6、系统工程（第4版） 汪应洛 主编 机械工业出版社机械工业出版社 2008年年4月月 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 14 参考资料 系统工程理讳、方法不应用（第二版）汪应洛 主编， 高等教育出版社， 2005年7月 系统科学不工程研究（第二版）讲国志 主编，上海科 技教育出版社， 2000年 系统工程概讳杨家本主编武汉：武汉理工大学出版社， 2002年1月 系统工程原理.谭跃进，陈英武，易进先.长沙：国防科技大 学出版社，1999 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 15 第一讲 系统工程概述 第一节：系统工程的产生、 发展及应用 第二节：系统工程的研究对象 第三节：系

7、统工程的概念与特点 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 16 第一讲 系统工程概述 一、系统思想及系统理论的产生与发展 系统思想的发展经历了三个阶段，即： “只见森林”（朴素的系统思想）阶段 “只见树木”阶段“先见森林，后见树木” （科学的系统思想）阶段。 古代中国和古希腊在系统思想的产生与早 期发展中具有突出地位和贡献。 第一节 系统工程的产生、 发展及应用 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 17 系统思想及系统理论的产生与发展 整体思想和联系思想是科学系统思想的 核心与实质。 一般系统论、控制论（工程、经济、社会）、 信息论、耗散结构理论、协同学及自组织理 论等是系统

8、理论的重要内容和SE的理论基础。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 18 二、系统工程的发展概况 阶段 年代（仹） 重大工程实践戒 事件 重要理讳不方法贡献 I 1930 美国发展不研究 广播电视 正式提出系统方法（Systems approach）的概念 1940 美国实施彩电开 发计划 采用系统方法，并取得巨大成 功 美国Bell电话公司 开发微波通讯系 统 正式使用系统工程（Systems Engineering）一词 II 第二次丐界 大戓期间 英、美等国的反 空袭等军事行动 产生军事运筹学（Military Operations Research）,也即军 事系统工程 本

9、丐纨40年 代 美国研制原子弹 的“曼哈顿计划” 运用SE，并推动了其发展 1945 美国空军建立兰 德（RAND）公司 曾经提出系统分析（Systems analysis）概念，强调了其重要 性 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 19 III 40年代后期到年代后期到50 年代初期年代初期 运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立 与应用、电子计算机的出现，为与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了奠定了 重要的学科基础重要的学科基础 IV 1957 H.Good和和 R.E.Machol发表第一发表第一 部名为系统工程部名为系统工程 的著作的著作

10、系统工程学科形成的标志系统工程学科形成的标志 1958 美国研制北极星导弹美国研制北极星导弹 潜艇潜艇 提出提出PERT（网络优化技网络优化技 术），这是最早的系统工术），这是最早的系统工 程技术之一。程技术之一。 1965 R.E.Machol编著系编著系 统工程手册统工程手册 表明系统工程的实用化和表明系统工程的实用化和 规范化规范化 美国自动控制学家美国自动控制学家 L.A.Zedeh提出“模提出“模 糊集合”概念糊集合”概念 为现代为现代SE奠定了重要的数奠定了重要的数 学基础学基础 1961-1972 美国实施“阿波罗”美国实施“阿波罗” 登月计划登月计划 使用了多种使用了多种SE方

11、法，其成方法，其成 功极大地提高了功极大地提高了SE的地位的地位 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 20 IV 1957 H.Good和和 R.E.Machol发表第发表第 一部名为系统工程的著一部名为系统工程的著 作作 系统工程学科形成的标志系统工程学科形成的标志 1958 美国研制北极星导弹潜艇美国研制北极星导弹潜艇 提出提出PERT（网络优化技术），网络优化技术）， 这是最早的系统工程技术之一。这是最早的系统工程技术之一。 1965 R.E.Machol编著系统工程编著系统工程 手册手册 表明系统工程的实用化和规范化表明系统工程的实用化和规范化 美国自动控制学家美国自动控制学

12、家L.A.Zedeh 提出“模糊集合”概念提出“模糊集合”概念 为现代为现代SE奠定了重要的数学基础奠定了重要的数学基础 1961- 1972 美国实施“美国实施“阿波罗阿波罗”登月计”登月计 划划 使用了多种使用了多种SE方法，其成功极大方法，其成功极大 地提高了地提高了SE的地位的地位 V 1972（73年年 第一次石油第一次石油 危机、阿波危机、阿波 罗）罗） 国际应用系统分析研究国际应用系统分析研究 所（所（IIASA）在维也纳在维也纳 成立成立 SE的应用开始从工程领域的应用开始从工程领域 进入到社会经济领域，并进入到社会经济领域，并 发展到了一个重要的新阶发展到了一个重要的新阶 段

13、。段。 70年代年代 SE的广泛应用在国际上达到高潮的广泛应用在国际上达到高潮 VI 80年代年代 SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高 潮潮 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 21 阿波罗登月计划 人类首次登上月球人类首次登上月球(1969年年7月月21日日) 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 22 三、系统工程在中国的发展及应用 上世纪上世纪50至至60年代，我国的一些研究机构和著年代，我国的一些研究机构和著 名学者为名学者为SE的研究与应用作了理论上的探讨、应的研究与应用作了理论上的探讨、应 用上的尝试和技术方法

14、上的准备。其主要标志和用上的尝试和技术方法上的准备。其主要标志和 集中代表是集中代表是钱学森的工程控制论、华罗庚的钱学森的工程控制论、华罗庚的 统筹法和许国志的运筹学。统筹法和许国志的运筹学。 我国大规模地研究与应用我国大规模地研究与应用SE是从是从70年代末、年代末、80 年代初开始的。年代初开始的。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 23 1978年9月27日，钱学森、讲国志、王寿于在文汇 报发表题为“组织管理的技术系统工程”的长 篇文章； 从1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华中 理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始招收了 第一批SE与业硕士研究生； 1980年

15、11月，中国系统工程学会在北京成立； 1980年10月至1981年1月，中国科协、中央电视台会 同中国系统工程学会、中国自动化学会联合丼办“系 统工程电视普及讱座（45讱）”，取得了良好的社会 效果。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 24 70年代末以来，应用SE理讳和方法来研究不解决我 国的重大现实问题，在讲多领域和方面取得了较好的效 果，如： 人口问题的定量研究及应用（始于人口问题的定量研究及应用（始于1978年）年） 2000年中国的研究年中国的研究(1983至至1985年）年） 全国和地区能源规划（始于全国和地区能源规划（始于1980年）年） 全国人才和教育规划（始于全国

16、人才和教育规划（始于1983年）年） 农业系统工程（始于农业系统工程（始于1980年）年） 区域发展战略（始于区域发展战略（始于1982年年）（行政区域、自然经济区）（行政区域、自然经济区 域）域） 投入产出表的应用（始于投入产出表的应用（始于60年代和年代和1976年）年） 军事系统工程（始于军事系统工程（始于1978年）年） 水资源的开发利用（始于水资源的开发利用（始于1978年）等。年）等。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 25 9090年代以来，系统工程在不以下七个方面的结 合上已具有初步结果和强劲势头： 企业发展 转型时期我国改革发展的重大现实问题 （综合配套改革、和谐

17、社会建设、自主创新、资源能源 问题、新农村建设、城镇化、社会保障、应急管理等） 管理科学、经济科学、工程科学各种前沿问题 落实科学发展观 社会信息化变革 重大投资不大型项目管理 思维科学和生命科学 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 26 一一. .SESE的研究对象是大规模复杂系统的研究对象是大规模复杂系统 该类系统的主要特点有：该类系统的主要特点有：规模庞大、规模庞大、 结构复杂、属性及目标多样、一般为人结构复杂、属性及目标多样、一般为人- - 机系统、经济性突出等。机系统、经济性突出等。 第一讲:系统工程概述 第二节 系统工程的研究对象 2020/9/18 系统工程理论、方法与

18、应用 27 二二. .系统的概念系统的概念 我国我国系统科学界对系统的定义是：是： 1.1.系统的定义：系统的定义：系统是由两个以上相互联系系统是由两个以上相互联系 的的要素要素所构成，且具有所构成，且具有特定功能、结构、环特定功能、结构、环 境境的整体。的整体。 系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合 而成，具有特定功能的有机整体，而且这个整体又是它而成，具有特定功能的有机整体，而且这个整体又是它 所从属的更大的系统的组成部分（钱学森）。所从属的更大的系统的组成部分（钱学森）。 即：系统是同类或相关事物按一定的内在联系即：系统是同类或相关事物

19、按一定的内在联系 组成的整体，具有一定的目的和功能。组成的整体，具有一定的目的和功能。 2.2.系统的属性：系统的属性： 整体性、关联性、环境适应性。整体性、关联性、环境适应性。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 28 三. .系统的类型 自然系统与人造系统 实体系统与概念系统 动态系统与静态系统 封闭系统与开放系统 主要明确主要明确SE研究什么样的系统问题研究什么样的系统问题 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 29 第三节 SE的内容与特点 所谓所谓SE，是用来开发、运行、革新一个是用来开发、运行、革新一个 大规模复杂系统所需大规模复杂系统所需思想、程序、方法思想、程

20、序、方法的总的总 和（或总称）。和（或总称）。 SE强调以下基本观点：强调以下基本观点： (1) 整体性和系统化观点（前提）整体性和系统化观点（前提） (2) 总体最优或平衡协调观点（目的）总体最优或平衡协调观点（目的） trade-off (3) 多种方法综合运用的观点（手段）多种方法综合运用的观点（手段） (4) 问题导向及反馈控制观点（保障）问题导向及反馈控制观点（保障） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 30 思考讨论题 1、选择一个你所熟悉的系统问题说明：(1)系统的功能及 其要素；(2)系统的环境影响及输入、输出要素；(3)系 统的结构(最好用框图表达)；(4)系统的功

21、能与结构、环 境的关系。 2、说明系统一般属性的含义，并据此归纳出若干系统思想 或观点； 3、管理系统有何特点?为什么说现代管理系统是典型的 (大规模)复杂系统? 4、请总结系统工程(学)的特点(结合第二、三章内容)。 5、结合系统工程应用领域，说明系统工程在你所学专业领 域的可能应用及其前景。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 31 本章结束 系统工程导论 （Systems Engineering, SE ） 系统工程方法论及其应用 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 33 第二讲 系统工程理论与方法论 一. SE理论 二. SE的基本工作过程 三.系统分析原理及其应用

22、问题 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 34 一. SE理论 简述一般系统论、控制论和信息论对系统工程方法论的启示 请设计适当项目,列表比较一般系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学、突变论的特点. 你如何理解从定性到定量的综合集成方法(论)? 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 35 方法论（methodology) (一)、霍尔三维结构 1.时间维(T) 2.逻辑维(L) 3.知识维(K)或专业维(P) 二.系统工程基本工作过程 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 36 霍尔三维结构霍尔三维结构 A.D.Hall, 1969 SE活动矩阵：活动矩阵：T

23、-L 知识维知识维（K K） 运筹学 控制论 社会科学 工程技术 逻辑维逻辑维（L） 规划阶段 设计阶段 分析阶段 运筹阶段 实施阶段 运行阶段 更新阶段 时间维时间维(T) 摆 明 问 题 系 统 设 计 方 案 综 合 模 型 化 实 施 计 划 决 策 最 优 化 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 37 (二)、切克兰德方法论 问题及其环境的问题及其环境的 识别与表达识别与表达 建立概念模型建立概念模型 (目标系统概念化目标系统概念化) 根底根底 定义定义 比较比较 寻求改善途径寻求改善途径 选择选择 设计设计 实施实施 评估评估 “软系统工程方法论” 2020/9/18 系

24、统工程理论、方法与应用 38 （三）、两种方法论的比较 霍尔三维结构与切克兰德方法论均为系统 工程方法论，均以问题为起点，均具有相应的 逻辑过程。 在此基础上，两种方法论主要存在以下不同 点： (1)霍尔三维结构主要以工程系统为研究对 象，而切克兰德方法更适合于对社会经济和经 营管理等“软”系统问题的研究。 (2)前者的核心内容是优化分析，而后者的 核心内容是比较学习。 (3)前者更多关注定量分析方法，而后者比 较强调定性或定性与定量有机结合的基本方法 。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 39 三. 系统分析原理及应用 1.1.系统分析概念系统分析概念 系统分析（系统分析（SAS

25、A）是在对系统是在对系统问题问题现状及现状及目标目标 充分挖掘的基础上，运用充分挖掘的基础上，运用建模建模及预测、优化、仿及预测、优化、仿 真、真、评价评价等方法，对系统的有关方面进行定性与等方法，对系统的有关方面进行定性与 定量相结合的分析，为定量相结合的分析，为决策者决策者选择满意的系统选择满意的系统方方 案案提供决策依据的分析研究过程。提供决策依据的分析研究过程。 SASA是是SESE的核心内容、分析过程和基本方法。的核心内容、分析过程和基本方法。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 40 问题问题 目的及目标目的及目标 方案方案 模型模型（结构结构、数学数学、仿真仿真） 评价

26、评价 决策者决策者 SASA要素：要素： 系统分析原理 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 41 目的及目标 T O1 O2 O3 O11 O12 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 42 2 2SASA程序程序 认识认识 问题问题 探寻探寻 目标目标 综合综合 方案方案 模型模型 化化 优化或优化或 仿真仿真 分析分析 系统系统 评价评价 决策决策 （分析）（分析） N Y 初步初步SASA 规范分析规范分析 综合分析综合分析 系统分析原理系统分析原理 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 43 SA程序图是程序图是SA的一般过程的一般过程，也为全课程提供了基本也

27、为全课程提供了基本 的逻辑框架的逻辑框架，因而十分重要因而十分重要。在对其理解和应用上应注意在对其理解和应用上应注意 以下各点：以下各点： 重视做好初步重视做好初步SA. 5W1H(What/Why/Who/Where/When/How)方法是做好方法是做好 这段工作的基本线索。这段工作的基本线索。 在规范分析中一般需在规范分析中一般需（或尽可能或尽可能）建立结构模型建立结构模型、数数 学模型或仿真模型学模型或仿真模型。 系统分析原理系统分析原理 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 44 What？ Why/Who/When/Where？ How？ 2020/9/18 系统工程理论、

28、方法与应用 45 每段结束后系统方案的变化轨迹是：可行方 案非劣方案经排序的非劣方案（或称选择性 方案）。 环境分析贯穿SA全过程，在SA中是十分重要 和必不可少的。 在应用SA过程中，并不一定要（或能）遍历 并完成每一个具体过程（哪些必不可少？） 。 系统分析原理系统分析原理 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 46 3 3、SASA的特点及原则的特点及原则 （1 1）坚持问题导向坚持问题导向 （2 2）以整体为目标以整体为目标 （3 3）多方案模型分析和选优多方案模型分析和选优 （4 4）定量分析与定性分析相结合定量分析与定性分析相结合 （5 5）多次反复进行多次反复进行 系统分

29、析原理系统分析原理 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 47 4.系统分析原理应用问题 v应用领域广泛 v对系统分析的技术方法具有指导作用 （将在课程第二、三段具体说明） v充分发挥系统分析小组的作用（一般34人） 问题应尽可能具体，丏贴近实际 注意对多目标和多方案的挖掘，并以此来检验问题 首先注重SA原理框架的应用 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 48 思考讨论题 1、什么是霍尔三维结构?它有何特点? 2、霍尔三维结构与切克兰德方法论有何异同点? 3、什么是系统分析?它与系统工程关系如何? 4、系统分析的要素有哪些?各自是何含义? 5、你如何正确理解系统分析的程序?

30、6、初步系统分析有何意义?如何做好这项工作? 8、请通过一实例，说明应用系统分析的原理。 9、请总结近年来系统工程方法论的新发展及其 特点。 系统工程导论系统工程导论 （Systems Engineering, SE） 系统工程方法论及其应用系统工程方法论及其应用 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 50 教材教材： 系统工程系统工程（第4版） 汪应洛 主编 机械工业出版社机械工业出版社 2008年年4月月 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 51 第三讲:系统模型与模型化 第一节：概述 第二节：解释结构模型（ISM） 第三节：状态空间模型（SS）（结合自学） 2020/9

31、/18 系统工程理论、方法与应用 52 1.基本概念及意义 模型对现实系统抽象表达的结果。 应能反映（抽象或模仿）出系统 某个方面的组成部分（要素） 及其相互关系。 第三讲:系统模型与模型化 第一节：概述 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 53 1.基本概念及意义 模型化构建系统模型的过程及方法。 要注意兼顾到现实性和易处理性。 意义及特点意义及特点： 对系统问题进行规范研究的基础和标志；对系统问题进行规范研究的基础和标志； 经济、方便、快速、可重复，经济、方便、快速、可重复，“思想思想”或或“政策政策”试试 验；验； 经过了分析人员对客体的抽象，因而必须再拿到现实经过了分析人员对

32、客体的抽象，因而必须再拿到现实 中去检验。中去检验。 第一节：概述 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 54 2.模型的分类与模型化的基本方法 模型的分类模型的分类： A概念模型概念模型A1（思维或意识模型（思维或意识模型A11; 字句模型字句模型 A12; 描述模型描述模型A13） 符号模型符号模型A2（图表模型（图表模型A21;数学模型数学模型A22） 仿真模型仿真模型A3 形象模型形象模型A4（物理模型（物理模型A41;图像模型图像模型 A42） 类比模型类比模型A5 第一节：概述 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 55 概述模型的分类与模型化的基本方 法 B分析模

33、型分析模型B1通常用数学关系式表达通常用数学关系式表达 仿真模型仿真模型B2主要基于“计算机导向”主要基于“计算机导向” 博弈模型博弈模型B3主要基于“人的行为导向”主要基于“人的行为导向” 判断模型判断模型B4基于专家调查的判断基于专家调查的判断 C 结构模型结构模型C1 数学模型数学模型C2 仿真模型仿真模型C3 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 56 D实体模型实体模型D1（实物模型（实物模型D11;模拟模型模拟模型D12） 抽象模型或符号模型抽象模型或符号模型D2（数学模型数学模型D21; 结构结构 模型模型D22； 仿真仿真 模型模型D23; ） 概述模型的分类与模型化的

34、基本方 法 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 57 模型化的基本方法模型化的基本方法： 机理法或分析方法（机理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21） 实验方法：拟合法实验方法：拟合法“理论”导向理论”导向 经验法经验法“数据”导向数据”导向 （A22,B1,C2,D21） 模拟法模拟法“计算机”或“实计算机”或“实 物”导向物”导向 （A3,A4,B2,C3,D1,D23） 专家法或老手法（专家法或老手法（A21,B4,C1,D22） 概述模型的分类与模型化的基本方 法 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 58 概述 3.3.建模一般过程建模一般过程 （1 1）

35、明确建模目的和要求；）明确建模目的和要求； （2 2）弄清系统或子系统中的主要因素及其相）弄清系统或子系统中的主要因素及其相 互关系；互关系； （3 3）选择模型方法；）选择模型方法； （4 4）确定模型结构；）确定模型结构； （5 5）估计模型参数；）估计模型参数； （6 6）模型试运行；）模型试运行； （7 7）对模型进行实验研究；）对模型进行实验研究； （8 8）对模型进行必要修正。）对模型进行必要修正。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 59 几种典型的系统模型 1.ISM（Interpretative Structural Modeling） 2.SS （State Sp

36、ace） 3.SD （System Dynamics） 4.CA （Conflict Analysis） 5.新进展软计算戒“拟人”方法（人工神 经 网绚、遗传算法等）； 新型网绚技术（Petri网等）； 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 60 二.解释结构模型（ISM） （一）系统结构模型化基础 1.1.概念概念 结构结构结构模型结构模型结构模型化结构模型化结构分析结构分析 2.2.系统结构表达及分析方法系统结构表达及分析方法 理解系统结构的概念理解系统结构的概念（构成系统诸要素间的构成系统诸要素间的 关联方式或关系关联方式或关系）及其有向图及其有向图（节点与有向弧节点与有向弧）

37、 和矩阵和矩阵（可达矩阵等可达矩阵等）这两种常用的表达方式这两种常用的表达方式。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 61 （一）系统结构模型化基础 比较有代表性的比较有代表性的系统结构分析方法系统结构分析方法有：有： 关联树关联树（如问题树如问题树、目标树目标树、决策树决策树）法法、 解释结构模型化解释结构模型化（ISM）方法方法、系统动力学系统动力学 （SD）结构模型化方法等结构模型化方法等。 本部分要求大家主要学习和掌握本部分要求大家主要学习和掌握ISM方法方法 （实用化方法、规范方法）。（实用化方法、规范方法）。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 62 （二）（二

38、）ISM实用化方法实用化方法 设定设定 问题问题 、形、形 成意成意 识模识模 型型 找出找出 影响影响 要素要素 要素要素 关系关系 分析分析 （关（关 系图系图 ） 建立可建立可 达矩阵达矩阵 (M)和缩和缩 减减 矩阵矩阵 （M/） 矩阵矩阵 层次层次 化处化处 理理 (ML/) 绘制绘制 多级多级 递阶递阶 有向有向 图图 建立建立 解释解释 结构结构 模型模型 分析分析 报告报告 比较比较/ F 学习学习 ISM实用化方法原理图实用化方法原理图 初步分析初步分析 规范分析规范分析 综合分析综合分析 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 63 ISM实用化方法举例 2020/9

39、/18 系统工程理论、方法与应用 64 影响部门执行力因素分析 要素关系分析图（图1） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 65 （V） （V） （V） V V V 1、组织、组织 定位（使定位（使 命）命） V V （V） A V V 2、结构与流程、结构与流程 V （A） V （A） A V 3、组织文化、组织文化 A A 4、工作计划、工作计划 V V V 5、领导能力、领导能力 V （A） A 6、成员素质（责任心）、成员素质（责任心） V A V 7、激励与约束、激励与约束 A 8、有效控制、有效控制 V 9、制度与规范、制度与规范 10、配合与协调、配合与协调 影响部门执

40、行力因素分析 要素关系分析图（图2） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 66 可达矩阵（图3） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 67 缩减矩阵（图4） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 68 具有层次结构的缩减矩阵（图5） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 69 多级递阶有向图（图6） 4-工作计划 8-有效控制 10-配合协调 1-组织定位 5-领导能力 9-制度规范 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 70 解释结构模型 （图7） 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 71 结论 通过上述分析，我们认为一个组织执行力的提通

41、过上述分析，我们认为一个组织执行力的提 高，从长期性和根本上来说，取决于这个组织高，从长期性和根本上来说，取决于这个组织 的战略定位（的战略定位（1）、制度与规范的建设能力（）、制度与规范的建设能力（9） 和领导者的素质、修养及能力（和领导者的素质、修养及能力（5），从短期性），从短期性 和直接性来说，与工作计划（和直接性来说，与工作计划（4）、有效控制）、有效控制 （8）和组织成员间的相互配合与协调能力（）和组织成员间的相互配合与协调能力（10） 等要素直接相关，而组织文化与成员素质（责等要素直接相关，而组织文化与成员素质（责 任心）则直接影响以上三个要素。所以我们提任心）则直接影响以上三个

42、要素。所以我们提 出了根据组织战略定位，加强组织文化建设，出了根据组织战略定位，加强组织文化建设， 提高组织成员素质（责任心），优化工作流程，提高组织成员素质（责任心），优化工作流程， 加强工作制度建设，全面提高本部门执行力的加强工作制度建设，全面提高本部门执行力的 初步方案（措施）。初步方案（措施）。 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 72 方法小结方法小结（1） 各小组可结合自己所提出的系统分析问题各小组可结合自己所提出的系统分析问题，来理解和掌握来理解和掌握 ISM实用化方法的过程实用化方法的过程。注意注意该方法的核心是对系统要素间是对系统要素间 的关系的关系（尤其是因果关系

43、尤其是因果关系）进行层次化处理进行层次化处理，最终形成具有最终形成具有 多级递阶关系和解释功能的结构模型多级递阶关系和解释功能的结构模型（图图）。 第第1步：步： 找出影响系统问题的主要因素找出影响系统问题的主要因素，通过方格图判通过方格图判 断要素间的直接断要素间的直接（相邻相邻）影响关系；影响关系； 第第2步：步： 考虑因果等关系的传递性考虑因果等关系的传递性，建立反映诸要素间建立反映诸要素间 关系的可达矩阵关系的可达矩阵（该类矩阵属反映逻辑关系的布尔矩阵该类矩阵属反映逻辑关系的布尔矩阵）； 第第3步：步： 考虑要素间可能存在的强连接考虑要素间可能存在的强连接（相互影响相互影响）关关 系系

44、，仅保留其中的代表要素仅保留其中的代表要素，形成可达矩阵的缩减矩阵；形成可达矩阵的缩减矩阵； 2020/9/18 系统工程理论、方法与应用 73 第第4步：步： 缩减矩阵的层次化处理缩减矩阵的层次化处理，分为两步：分为两步：（1 1）按照矩按照矩 阵每一行阵每一行“1 1”的个数的少与多的个数的少与多，从前到后重新排列矩阵从前到后重新排列矩阵，此此 矩阵应为严格的下三角矩阵；矩阵应为严格的下三角矩阵；（2 2）从矩阵的左上到右下依次从矩阵的左上到右下依次 找出最大单位矩阵找出最大单位矩阵，逐步形成不同层次的要素集合逐步形成不同层次的要素集合。 第第5步：步：作出多级递阶有向图作出多级递阶有向图。作图过程为：作图过程为： （1 1）按照每个最大单位子矩阵框定的要素按照每个最大单位子矩阵框定的要素，将各要素按将各要素按 层次分布；层次分布； （2 2）将第将第3 3步被缩减掉的要素随其代表要素同级补入步被缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并并 标明其间的相互作用关系；标明其间的相互作用关系； （3 3）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系；用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系； （4 4）补充必要的越级关系补充必要的越级关系。