系统工程教学课件全书电子讲义.pptx

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,系统工程,西安交通大学管理学院工业工程,吴锋,2025/4/21 周一,清明上河图,(,部分,),系统工程是一门交叉学科,三大学科的交叉：,运筹学（,OR,）,现代管理科学,系统科学,交叉：自然科学,/,社会科学在思想、理论、方法上按总体协调的需要，有机结合。,系统工程兴起于二十世纪中叶，由于大系统（规模庞大，结构复杂，影响因素众多）频繁出现而产生。,例如：,大型水利工程系统（三峡电站）；,跨地区电网系统；,综合交通运输系统；,军事指挥系统；,社会经济系统；,这些系统的的特点：多输入，多输出，人机系统。对这些系统运行机制与发展规律的研究，形成了系统工程。,穹顶之下,环保之殇,智能制造系统与工业,4.0,第一章 系统工程概论,第一节 引言,第二节 系统,第三节 系统工程,第一节 引言,五个问题：,为什么学习系统工程,学习内容及安排,如何学好系统工程,课程结构（骨架）,教材,一、为什么学习系统工程,认识和解决各种重大、复杂现实问题的需要；,管理科学的要求,西安交大的系统工程,系统工程,I,（控制、大系统）,系统工程,II,（管理系统工程）,系统工程,III,（人口系统工程）,系统工程是管理学院唯一的一类课程,本科、硕士、博士论文中所用的方法多出于,系统工程,二、学习内容的安排,系统工程概论,系统工程方法论,结构模型和解释结构模型,状态空间模型,仿真模型及系统动力学方法,系统评价,管理决策及冲突分析,三、如何学好系统工程,注意培养系统思想（尤其独特的思想）；,注意综合应用所学的知识，综合就是创造，发明创造很有限；,实践性较强，注意主动联系实际；,计算机与系统工程；,SE,与,OR,被公认为管理学院最硬的两门课（杀手），需给予足够的重视；,四、课程骨架及特点,三大块：,基本概念与思想,基本方法与模型（典型方法与模型）,评价与决策；,系统工程不系统；,系统工程之我见；,五、参考书目,参考书目：,汪应洛，系统工程 机械工业出版社，,第,5,版，,2016,；,安德鲁，,P,塞奇，胡保生等译，系统工程导论，西安交通大学出版社，,2006,；,亚历山大等著，胡保生译，系统工程理论与实践，西安交通大学出版社，,2006,；,国外系统工程教育目标,有强烈的系统观念，在任何时候、对任何问题都能显示出系统观点的思考能力，能充分理解问题的社会价值，有关因素和可能的后果；,善于察觉和阐明问题，及时提出见解和方案；,有想象力和创造力，有坚定的意志，不为他人和环境所左右；,熟悉有关社会各界的意愿与动向；,善于沟通主管人员、设计人员、使用人员和社会各界之间的信息交流；,第二节 系统,一、系统的定义,二、系统的特性,整体性；,相关性；,层次性；,目的性；,环境适应性,三、系统分类,实体系统（物理系统）与概念系统（法律、方针、政策、经济）,自然系统与人造系统,开放系统与封闭系统,静态系统与动态系统,工业企业系统实例,国家政策,市场研究,技术经济预测,竞争状况,企业能力,资金来源,资源条件,社会需求,生产可能,生产组织与控制,物、财、人、信息,生产控制,库存控制,质量控制,成本控制,资金回收,产品销售,服务调查,经 营 目 标,产 品 开 发,经 营 计 划,生产技术准备,技术文件,劳动力,劳动手段,劳动对象,环境分析,经营决策与计划,投入,转换,产出,图,11,工业企业生产经营活动过程示意图,第三节 系统工程,一、系统工程研究对象,二、系统工程定义,三、系统工程基本思想,全局观点,总体最优观点,实践性观点,综合性观点,定量定性相结合观点,问题导向与反馈控制,四、系统工程与传统工程的区别,系统工程采用先决定整体框架，后进入详细内部设 计的程序；,系统工程试图通过将构成事物的要素的秩序加以适当的配置来提高整体的功能，主张可采用不太可靠的元素构成高可靠性的系统。其核心思想是综合就是创造。传统工程则坚持发明创造。,系统工程是软科学。,软科学特征：人（决策者，分析者）的重要作用,多次反馈，反复协商,信息的作用,五、系统工程发展史（教材,P3,）,六、系统工程理论基础（教材,P2-3,）,七、系统工程的应用（教材,P14,）,第二章 系统工程方法论,第一节 系统工程的基本过程,一、霍尔方法论,二、切克兰德方法论,案例,1,柔性制造系统的规划,柔性制造系统是自动化制造的背景下的一种制造模式，其特点是自动化程度很高（无人工厂）；设备昂贵。,所谓规化是指根据需求选择合适的设备型号和数量，并做相应的布置。,案例,1,图示,设计环境,零件不确定,零件工艺不同,在不同机床上进行不同加工,依照不同次序，零件到达分布规律是随机的，但符合某种分布，零件加工的过程相当于排队网,如何设计制造系统？,设计过程,总体思路,优化,由于设备昂贵，优化目标为系统生产率；,需要决策的变量很多，如机床类型、数量、小车轨道设计，机器人速度和缓冲站数目和类型等。,案例,2,某合资企业组织结构与人力资源问题,问题：诊断并设计新的组织结构“人人有事干，事事有人干”,方法论研究：,从哪里开始着手解决问题？,如何设计解决问题的过程？,如何最终完成企业提出的问题？,一、霍尔方法论,基本思想：,任何复杂问题都可以归结为工程问题来研究，它强调明确目标，其核心思想是优化，应用定量的手段求得最优解。,二、切克兰德方法论,基本思想：,社会经济问题属于软问题，很难用工程方法得到解决，其核心是“比较”与学习。目标是“改善”。,第二节 系统分析原理,一、阐明问题,1,几个概念,提出问题与解决问题,硬问题与软问题,决策者，提出问题者，委托人与,SA,人员,2,阐明阶段的工作内容,问题的性质,问题的条件,阐明阶段的工作内容,问题的性质：,问题提出者？,决策者？,他们的目的？,相关问题？,环境？,问题的条件（约束）,大体资源？,人力？,物力？,财力？,技术？,时间？,其他约束？,二、谋划被选方案,1,案例：美国阿拉斯加原油运输方案,2,谋划方案技术,头脑风暴法,Delphi,法,635,法,类比法,矩阵法,系统创新思维辅助工具,Mindmanager,案例：汽车驱动装置,方式,参数,1,2,3,4,主动,轮数,2,4,6,8,发动,机数,1,2,4,动力,形式,内燃,电动,能源,氢气,电池,汽油,太阳能,三、建模与预计后果,模型分类：,分析模型,仿真模型,博奕模型,判断模型,四、预测未来环境,“,情景分析法”,案例：上海港新港选址（教材,P33,）,五、评比被选方案,评价方法：,关联矩阵法,逐对比较法,古林法,AHP,法,模糊评价法,六、系统工程报告,简略报告（给决策人）,主体报告（给委托人）,技术报告（给专家，学位论文）,案例分析,某厂外购玻壳进厂入库搬运路线的系统分析,南站台,玻壳库,外购玻壳原运输流程：用火车运至南站台；用吊车将集装箱卸至南站台；打开集装箱；,用叉车托起玻壳箱；运至卡车；用叉车装至卡车；卡车运至玻壳库约500米；叉车卸货；叉车运输；堆垛。,化工库,成品库523,526工段,206库,油库,528房,图3,4 玻壳供应物流流程图,第三章 系统模型与模型化技术,建模步骤：,意识模型,可达矩阵（二元关系）,骨架矩阵（缩减矩阵）,多级递阶有向图,解释结构模型,例 人口模型（教材,P95,）,递阶结构模型,意识模型,系统分析思路：,SA,小组,阐明问题（界定问题，系统与环境界定）,要素间二元关系判断,可达矩阵,S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,0,1,有向图,多级递阶有向图,案例：人口系统递阶结构模型,二元关系（教材,P95,）,可达矩阵,多级递阶有向图,解释结构模型,范例,:,人口总量系统分析,影响人口总量的因素分析,(,讨论,),变量关系识别,可达矩阵,分析,多级递解有向图,解释结构模型,影响人口总量因素分析,期望寿命,医疗保健水平,国民生育能力,计划生育政策,国民思想民俗,食物营养,环境污染程度,国民收入,国民素质,出生率,死亡率,二元关系判断,多级递解有向图,人口,ISM,模型,讨论,模型系统分析方法论意义,模型缺陷,定量关系,模型修改（层次性要求，二元关系在确定）,MBA,学员习作,1,荷泽发电厂发展系统分析,企业内部管理,投资主体,机组容量,设备管理水平,市场营销能力,原料成本,企业综合竞争力,市场机会,电力供给能力,电力需求量,国家政策,运营成本,荷泽发电厂发展系统分析,影响因素,荷泽电厂发展因果关系图,多级递解有向图,解释结构模型,MBA,习作,2,火车中修流程效率研究,管理水平,物流状况,质量控制,材料供应,设备状况,技术能力,人员数量,工序衔接,工艺要求,生产布局,二元关系,多级递解有向图,火车中修流程效率,ISM,模型,MBA,习作,3,飞机发动机维修效率研究,订货和外修周期,培训不足,技术熟练程度,消耗件查找麻烦,英文手册难看懂,工具增加难度,零件质量不稳定,经验积累难以传递,订货清单不规范,零件检查,清洗质量,领取质量时间长,工作安排,装配工期,物料准备,二元关系,(,因果关系,),多级递解有向图,ISM,模型,系统工程模型化技术新进展,软计算方法（,Zadeh,）启发式算法,神经网络,模糊逻辑控制,遗传算法,模拟退火算法,禁忌搜索算法,蚁路算法,硬计算方法,优化方法,精确计算,第四章 状态空间模型（,数学模型,）,（数学）模型建模概论,机理法建模（人口预测模型）,拟合法建模,两类系统及其相应状态空间系统方程,离散系统,连续系统,状态空间方程实例,连续系统：宏观经济模型,离散系统：,1,人才系统；,2,宏观经济模型，教材,P 114,；,3,人口迁移模型,第一节 数学模型建模方法概述,1,数学模型定义,数学模型是案照某种数学语言（数学关系式、拓扑结构、计算机语言等）对研究对象系统的某些属性抽象描述和定量表达的结果。,2,利用数学模型建模程序,例,1,全球人口总数预测,例,2,城镇人口迁移,数学模型建模程序,变量类型,领域,类型,1,类型,2,经济,外生变量,内生变量,控制,输入变量,决策变量（可控）,干扰变量（不可控）,输出变量,数学,自变量,/,参数,因变量,3,建模方法,图解法：定性为主，变量不超过,23,个。,机理法：定性,+,定量,拟合法：定量为主，以历史数据为依据建模及量化，建模根据某种假设，选择一种理论模型和模式，用以解释所观察行为。如果所收集到的数据说明建模者的假设基本合理，则进一步按照某种法则去选择模型参数。（拟合法建模是实例：人口预测）,第二节 状态空间系统方程,两类系统,连续系统：工程系统。（微分方程描述）,离散系统：如银行存款本利和（差分方程描述）。社会经济系统大多为离散系统。,例,1,宏观经济系统模型,例,2,银行储蓄,例,1,宏观经济模型,变量说明,:)Z(t),为总需；,C(t),为总消费；,I(t),为总投资；,G(t),为政府支出；,Y(t),为总供给；,K(t),为总资本存量；,vy(t),为期望资本存量。,例,2,某人存入银行一定数量的钱，假定在,t=KT,时有,u(k),元，,T,为计息周期（例如月），利率为,B,，求第,K,个周期的本利和,y(k),。,系统方程,1,连续系统系统方程,(t)=f(X(t),u(t),t),状态方程,Y(t)=g(X(t),u(t),t),输出方程,2,离散系统系统方程,X(k+1)=F X(k)+GU(k),状态方程,Y(k)=CX(k)+DU(k),输出方程,系统的阶数,离散系统建模实例,例,1,某企业人才系统,例,2,城市人口迁移,例,3,宏观经济系统建模,例,1,考虑企业人才系统。某企业基年有技术员,600,人，助工,800,人，工程师,200,人，高工,20,人。各类人员每年平均脱离率（包括退休、调离、自然死亡等）分别为,0.05,0.06,0.1,和,0.09,。晋升率分别为技术员每年晋升助工,30%,，助工晋升工程师,20%,，工程师晋升高工,5%,，请建立该系统动态人力资源模型。假定每年新分配来的大学生直接转入技术员。,例,2,预测城市人口流动，,5,个节点分别代表,5,个城市，节点,I,到节点,j,的权重为,Pij,（代表一年内,I,镇居民流向,j,镇的概率）。任何城镇居民 不是继续留在本镇就是流向其他城镇。,第五章 系统动力学（,System Dynamics,SD,）,系统动力学概述,系统动力学理论框架,系统动力学建模,系统动力学实例,系统动力学概述,MIT,（麻省理工学院）,弗雷斯特，米都斯,全球化问题,意大利菲亚特公司,罗马俱乐部,增长的极限,系统动力学理论框架,研究对象：社会经济系统,社会经济系统特征：自律性，非线性，决策环节,SD,方法特征定性定量相结合：,因果关系图,/,流图,/DYNAMO,方程,多变量（可达上千个），可处理多重,反馈，可用计算机仿真,SD,的理论基础：状态转移,系统动力学建模,SD,的物理模型,SD,的信息模型,因果关系图,流图（流图表达）,DYNAMO,方程,系统动力学要点,四个基本要素：水准、信息、速率、流；,两个基本要素：水准、速率,一个中心思想：反馈控制,系统动力学基本实例,教材,P129,（流图模型）,教材,P133,，人口模型（一阶正反馈）,教材,P134,，库存模型（一阶负反馈）,教材,P134,，人才培训模型（二阶负反馈）,DYNAMO,方程中的表函数,用于描述某些变量之间的非线形关系。表函数的功能用两条语句表达：,A VAR.K=TABLE(,表名,输入变量,X.K,最小的,X,值,X,m,最大的,X,值,X,M,X,的增量,X),T,表名,=Y,0,Y,1,Y,N,表函数可以表达非线性问题,系统动力学复杂实例,例,1,为研究新住宅对家具销售量的影响，考虑分房和家具销售两个子系统：,在分房子系统中，分房数量（,FFL,）的增加使新分到住房的户数（,XFS,）增加，进而使未分房户数（,WFS,）减少。其中，未分房数还受到需分房总户数（,XQS,）的影响。分房数量与未分房户数成比例，比较系数为,FFX,。,在家具销售子系统中，未买家具新房户数（,WMS,）的增加使家具销售量（,XSL,）成比例的增加，比例系数为,XSX,，销售量的增加又使得已买家具户数（,YMS,）增加。假定一定时期内（如若干年）内,XQS,、,FFX,和,XSX,保持不变。,例,2,人口与企业用地,人口与经济增长：城市就业机会多，是人口流入城市的原因之一。但迁入者不一定马上获得就业机会，得知并取得就业机会需要一定时间。迁入人口的增加，促使城市企业扩大，从而工业经济扩大，形成附加需要，这种需要更加增大了该地区的就业机会。,人口与土地使用：人口增加，除促进经济的增长外，还促使住宅建设按照人口增长的速度发展。现在假定，可供产业和住宅用的土地是固定不变的。因此，住宅储备的增加，使可供企业扩大的用地减少。这样，一旦没有更多的土地可供使用，该地区的产业发展就会受到抑制，劳动力需求减少，结果就业机会也就减少。潜在的移入者一旦知道就业机会减少，移入人口随之减少，地区人口就停止了增长。,蒙特卡罗法,教材,p138,模型总结,两个“凡是”,“,凡是复杂的，都是没用的”,“,凡是简单的，都是错误的”，,大作业与课堂案例讨论安排,课堂案例讨论：,分组；,角色安排：提出问题角色，决策者，解决问题角色；,重点在模型；,公开演讲（每组,1015,分钟）（,12,月,28,日）,第六章 系统评价方法,第一节：系统评价原理,第二节：关联矩阵法,第三节：层次分析法,第四节：模糊综合评判法,第六章 系统评价方法,一、意义,第一节 系统评价原理,决策,初步,SA,规范分析,系统评价,N,Y,二、概念,系统评价（评价价值）,对系统方案满足系统目标程度的综合分析及判定。,评价对象（,What,）,评价主体（,Who,）,效用：某主体对某种利益和损失所独有的,感觉及反应。,评价目的（,Why,）,评价时期（,When,）,期初评价、期中评价、期末评价、跟踪评价,评价地点（,Where,）,评价方法（,How,）,系统评价是多方面要素（,5W1H,）所构成的问题复合体。,三、程序和方法,认识评价问题,(5W1H),搜集、整理、分析,资料,方案,准则,主体,选择评价方法、建立评价模型,分析 、计算,评价,值,综合,评价,决,策,关联矩阵法（原理性方法）,层次分析法（评价要素多层次分布）,模糊综合评判法（多评价主体）,第六章,:,系统评价方法,第二节 关联矩阵法,：评价对象（可替代且非劣的方案）,：评价指标（准则、项目）,：,评价指标权重，,V,i,X,1,X,2,X,n,X,j,V,ij,A,i,A,1,A,2,Am,.,.,.,逐对比较法、古林法,V,ij,=?,方案预期结果例表,评价指标,Xj,替代方案,Ai,期望利润（万元）,产品成品率（,%,）,市场占有率（,%,）,投资费用,（万元）,产品外观,自行设计（,A,1,）,650,95,30,110,美 观,国外引进（,A,2,）,730,97,35,180,比较美观,改 建（,A,3,）,520,92,25,50,美 观,逐对比较法例表,评价指标,得分序号,累计得分,权重,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,期望利润（,X,1,）,1,1,1,1,4,0.4,产品成品率（,X,2,）,0,1,1,1,3,0.3,市场占有率（,X,3,）,0,0,0,1,1,0.1,投资费用（,X,4,）,0,0,1,1,2,0.2,产品外观（,X,5,）,0,0,0,0,0,0.0,评价尺度例表,评价尺度,(,得分,),评价指标,5,4,3,2,1,期望利润（万元）,800,以上,701-800,601-700,501-600,500,以下,产品成品率（,%,）,97,以上,96-97,91-95,86-90,85,以下,市场占有率（,%,）,40,以上,35-39,30-34,25-29,25,以下,投资费用（万元）,20,以下,21-80,81-120,121-160,160,以上,产品外观,非常美观,美观,比较美观,一般,不美观,关联矩阵表（逐对比较法）,期望利润,产品成品率,市场占有率,投资费用,产品外观,V,i,0.4,0.3,0.1,0.2,0.0,自行设计,(A,1,),3,3,3,3,4,3.0,国外引进,(A,2,),4,4,4,1,3,3.4,改建,(A,3,),2,3,2,4,4,2.7,V,ij,A,i,X,j,古林法求 例表,3,0.5,4,序号,评价指标,Rj,Kj,1,期望利润,18,0.580,2,产品成品率,6,0.194,3,市场占有率,2,0.065,4,投资费用,4,0.129,5,产品外观,1,0.032,合计,31,1.000,3,R,j,K,j,W,j,基准化,归一化,古林法求,V,ij,例表,序号（,j,）,评价指标,替代方案,R,ij,K,ij,V,ij,1,期望利润,A,1,0.890,1.250,0.342,A,2,1.404,1.404,0.384,A,3,1.000,0.274,2,产品成品率,A,1,0.979,1.032,0.334,A,2,1.054,1.054,0.342,A,3,1.000,0.324,3,市场占有率,A,1,0.857,1.200,0.333,A,2,1.400,1.400,0.389,A,3,1.000,0.278,4,投资费用,A,1,1.636,0.455,0.263,A,2,0.287,0.287,0.160,A,3,1.000,0.577,5,产品外观,A,1,1.333,1.000,0.364,A,2,0.750,0.750,0.272,A,3,1.000,0.364,关联矩阵例表（古林法）,V,ij,A,i,期望利润,产品成品率,市场占有率,投资费用,产品外观,V,i,0.580,0.194,0.065,0.129,0.032,A,1,0.342,0.384,0.274,0.334,0.342,0.324,0.333,0.389,0.278,0.263,0.160,0.577,0.364,0.272,0.364,0.330,0.334,0.326,A,2,A,3,X,j,第六章,:,系统评价方法,第三节 层次分析法,（,Analytic Hierarchy ProcessAHP,）,美国运筹学家、匹兹堡大学教授,T.L.Saaty,1977,投资效果好（,T,）,风险程度（,I,1,）,资金利润率（,I,2,）,转产难易程度（,I,3,）,产品,1,（,P,1,）,产品,2,（,P,2,）,产品,3,（,P,3,）,（目的层）,（准则层）,（方案层）,AHP,方法的基本工具,判断矩阵,判断矩阵标度定义,标度,含义,1,两个要素相比，具有同样重要性,3,两个要素相比，前者比后者稍微重要,5,两个要素相比，前者比后者明显重要,7,两个要素相比，前者比后者强烈重要,9,两个要素相比，前者比后者极端重要,2,，,4,，,6,，,8,上述相邻判断的中间值,倒数,两个要素相比，后者比前者的重要性标度,判断矩阵及其分析处理举例,T,I,1,I,2,I,3,W,i,W,i,o,I,1,1,1/3,2,0.874,0.230,I,2,3,1,5,2.466,0.648,I,3,1/2,1/5,1,0.464,0.122,(3.804),注,W,i,的求取采用方根法（几何平均值法）,I,1,P,1,P,2,P,3,W,i,W,i,o,P,1,1,1/3,1/5,0.406,0.105,P,2,3,1,1/3,1.000,0.258,P,3,5,3,1,2.466,0.637,I,2,P,1,P,2,P,3,W,i,W,i,o,P,1,1,2,7,2.410,0.592,P,2,1/2,1,5,1.357,0.333,P,3,1/7,1/5,1,0.306,0.075,I,3,P,1,P,2,P,3,W,i,W,i,o,P,1,1,1/3,1/7,0.362,0.081,P,2,3,1,1/5,0.843,0.188,P,3,7,5,1,3.271,0.731,AHP,方法步骤：,（,1,）分析评价系统中各基本要素之间的关系，建立系统的递阶层次结构（分解法、,ISM,法）；,（,2,）对同一层次的各要素关于上一层次中某一准则的重要性进行两两比较，构造判断矩阵（专家调查法）；,（,3,）由判断矩阵计算被比较要素对于该准则的相对权重（方根法）；,（,4,）计算各层要素相对于系统目的（总目标）的合成（总）权重，并据此对方案等排序（关联矩阵表及加权和法）。,第四节：模糊综合评判法,课程：,教师：,班级：,评价项目（权重）,好（,100,）,较好,(85),一般（,70,）,较差（,55,）,1.,教学计划及教学内容安排（,0.10,）,9,0.36,14,0.56,2,0.08,0,0.00,2.,教材及参考资料状况,(0.10),3,0.12,14,0.56,7,0.28,1,0.04,3.,教师教学态度及责任心,(0.15),5,0.20,15,0.60,5,0.20,0,0.00,4.,教师讲解能力（,0.10,）,1,0.04,10,0.40,11,0.44,3,0.12,评价结果,(,票数,/,隶属度,),评价等级,5.,课堂教学形式的多样化程度（,0.10,）,2,0.08,11,0.44,12,0.48,0,0.00,6.,理论联系实际程度及教学案例使用情况（,0.10,）,5,0.20,14,0.56,6,0.24,0,0.00,7.,辅助教学环节及考核情况,(0.10),4,0.16,6,0.24,13,0.52,2,0.08,8.,教学改革与创新情况,(0.10),3,0.12,8,0.32,12,0.48,2,0.08,9.,从本课程学习中所获得的收益程度（,0.15,）,5,0.20,12,0.48,6,0.24,2,0.08,综合评价结果,综合隶属度,0.168,0.470,0.318,0.044,综合得分,81.43,隶属度,r,ij,指多个评价主体对某个评价对象在第,i,个项目下作出第,j,等级评定的可能性程度,。,若记：隶属度矩阵为,评价项目权重向量为,评价等级分值向量为,则有：综合隶属度向量,S=W,R,综合得分,第七章 决策分析方法,一、基本概念,决策是管理的重要职能，它是决策者对系统方案所做决定的过程和结果，决策是决策者的行为和职责。,按照,H.A.,西蒙,(H.A.Simon),的观点，,“,管理就是决策,”,。因此，决策分析的一般过程也即管理系统分析的过程。,第一节 管理决策概述,二、决策问题的基本模式和常见类型,W ij=f(Ai,，,j)i=1,m,，,j=1,n,其中：,Ai,决策者的第,i,种策略或第,i,种方案。属于决策变量，是决策者的可控因素。,j,决策者和决策对象,(,决策问题,),所处的第,j,种环境条件或第,j,种自然状态。属于状态变量，是决策者不可控制的因素。,Wij,决策者在第,j,种状态下选择第,i,种方案的结果，是决策问题的价值函数值，一般叫益损值、效用值。,根据决策问题的基本模式，可划分决策问题的类型，其结果如图,7,1,所示。其中依照,j,的不同所得到的四种类型是最基本和最常见的划分。,决策问题的要素,决策问题的类型,完全把握 确定性决策,.,不完全把握 风险性决策,完全不把握 对自然不确定 不确定性决策,对人的不确定 对抗性决策（对策）,.,A,政治、经济、军事、能源、人口、教育等决策,战略、战术等决策,.,W,定性、定量、模糊决策,单目标、多目标决策,隐式、显式决策,.,决策者,个人、群体决策,图,7,1,决策问题类型划分示意图,三、几类基本决策问题的分析,1.,确定型决策,条件：,(1),存在决策者希望达到的明确目标,(,收益大或损失小等,),；,(2),存在确定的自然状态；,(3),存在着可供选择的两个以上的行动方案；,(4),不同行动方案在确定状态下的益损值可以计算出来。,方法：在方案数量较大时，常用运筹学中规划论等方法来分析解决，如线性规划、目标规划。,严格地来讲，确定型问题只是优化计算问题，而不属于真正的管理决策分析问题。,2.,风险型决策,条件：,(1)(,同确定型,),；,(2),存在两个以上不以决策者主观意志为转移的自然状态，但决策者或分析人员根据过去的经验和科学理论等可预先估算出自然状态的概率值,P(j),；,(3)(,同确定型,),；,(4)(,同确定型,),。,方法：期望值、决策树法。,风险型决策问题是一般决策分析的主要内容。在基本方法的基础上，应注意把握信息的价值及其分析和决策者的效用观等重要问题,。,3.,不确定型决策,条件,：,(1)(,同确定型,),；,(2),自然状态不确定，且其出现的概率不可知；,(3)(,同确定型,),；,(4)(,同确定型,),。,方法：乐观法,(,最大最大原则,),、悲观法,(,最小最大原则,),、等概率法,(Laplace,准则；也是一种特殊的风险型决策,),、后悔值法,(Savage,准则或后悔值最大最小原则,),。,对于不确定型决策分析问题，若采用不同求解方法，则所得的结果也会有所不同，因为这些决策方法是各自从不同的决策准则出发来选择最优方案的。而具体采用何种方法，又视决策者的态度或效用观而定，在理论上还不能证明哪种方法是最为合适的。,4.,对抗型决策,Wij=f(Ai,，,Bj)i=1,m,j=1,n,其中：,A,决策者的策略集；,B,竞争对手的策略集,可采用对策论及其冲突分析等方法来分析解决。这类决策分析问题是当前管理、经济界比较关注的问题。,5.,多目标决策,第七章,:,决策分析方法,第二节 风险型分析决策,一、风险型决策分析的基本方法,1.,期望值法,期望值法就是利用,概率论中随机变量的数学期望,公式算出每个行动方案的益损期望值并加以比较。若采用决策目标,(,准则,),是期望收益最大，则选择收益期望值最大的行动方案为最优方案；反之，若决策目标是期望费用最小，则采用费用期望值最小的方案为最优方案。,2.,决策树法,所谓决策树法就是利用树形图模型来描述决策分析问题，并直接在决策树图上进行决策分析。其决策目标,(,准则,),可以是益损期望值或经过变换的其它指标值,。,3.,多级决策树,如果只需作一次决策，其分析求解即告完成，则这种决策分析问题就叫做单级决策。反之，有些决策问题需要经过多次决策才告完成，则这种决策问题就叫做多级决策问题。应用决策树法进行多级决策分析叫做多级决策树。,二、信息的价值,决策所需的信息一般可以分为两类。一类是完全信息，即据此可以得到完全肯定的自然状态信息，这样就有助于正确的决策，从而使决策结果能获得较大的收益，但为获得完全信息的代价也相当可观，而且在现实中和在多数情况下，要获得这种完全信息也较为困难或根本不可能做到；另一类是抽样信息，这是一类不完全可靠的信息。通过抽样所获得的信息，用统计方法来推断自然状态出现的概率，据此来选择行动方案。抽样信息虽不十分可靠，但为获得此类信息的代价也较小，且在实际中和在多数情况下，也只可能获得这类信息以供决策之需。,三、效用曲线的应用,第七章,:,决策分析方法,第三节 冲突分析,一、对策论与冲突分析,冲突分析,(Conflict Analysis),是国外近年来在经典对策论,(Game Theory),和偏对策理论,(Metagame Theory),基础上发展起来的一种对冲突行为进行正规分析,(Formal Analysis),的决策分析方法。,其主要特点是能最大限度地利用信息，通过对许多难以定量描述的现实问题的逻辑分析，进行冲突事态的结果预测和过程分析,(,预测和评估、事前分析和事后分析,),，帮助决策者科学周密地思考问题。它是分析多人决策和解决多人竞争问题的有效工具之一。国外已在社会、政治、军事、经济等不同领域的纠纷谈判、水力资源管理、环境工程、运输工程等方面得到了应用，我国也已在社会经济、企业经营和组织管理等领域开始应用。,对策,(Game),是决策者在某种竞争场合下作出的决策，是一种人为的不确定型决策,(,竞争或对抗型决策,),。作为一类特殊的决策问题，对策的基本模式,(,概念模型,),如图,7,10,所示。,一般决策：,Vij=f(Aj,j),Aj:,决策者第,I,中选择，,I=I,m (,行动方案、可控因素、决策变量,),j,：决策对象所处的第,j,种环境条件，,j=I,n(,自然状态、不可控因素、状态变量,),Vij,：决策系统状态的价值函数（益损函数）,人为不确定性决策：,Vij,(A),=f(Aj,B,j),Aj:,决策者第,I,中选择，,B,j,：竞争对手第,j,种选择,Vij,(A),：决策者的益损（赢得、支付）函数,对策：,G=,N,A,V,G-GAME,，,N-,局中人集合,A-,局中人策略集合,V-,赢得、支付或益损值,图,7,10,对抗型决策的概念模型,对策论起源于,20,世纪,20,年代初，,40,年代中和,60,年代中均得到了很大发展，,70,年代以来在许多方面又取得了丰硕成果。,70,年代初，,N.Howard(,英,),提出了一种以现实生活中最容易出现 的情况为基础的对策理论,Metagame Theory(,偏对策理论,),。其基本思想是认为在选择策略时要考虑其他局中人可能的反应，即将各局中人的策略作为一种函数，使其构成更高一级的对策，即偏对策。另外，在该理论描述中，主张用结局的优先序代替其赢得值，从而使得对策模型的可实现性大大增强。,到了,80,年代，,M.Fraser,和,W.Hipel(,加拿大,),在偏对策的基础上，提出了一种研究冲突事态的方法,冲突分析方法，从而使得对策理论更加实用化。该方法的提出也迎合了近一、二十年来对策化,(gaming),或通过模拟手段来研究对策问题的趋势。,冲突分析方法的主要特色是：,(1),能最大限度地利用信息，尤其对许多难以定量分析的问题，用冲突分析解决起来更显得得心应手，因而较适于解决工程系统中考虑社会因素影响时的决策问题和社会系统中的多人决策问题。,(2),具有严谨的数学,(,集合论,),和逻辑学基础，是在一般对策论基础上发展起来的偏对策理论的实际应用。,(3),冲突分析既能进行冲突事态的结果预测,(,事前分析,),，又能进行事态的过程描述和评估,(,事后分析,),，从而可为决策者提供多方面有价值的决策信息，并可进行政策和决策行为的分析。,(4),分析方法在使用中几乎不需任何的数学理论和复杂的数学方法，很容易被理解和掌握。主要分析过程还可用计算机、通过人,机对话解决，因而具有很强的实用性。目前，使用较多的冲突分析软件是,CAP(Conflict Analysis Program),或,DM(Decision Maker),。,(5),冲突分析用结局的优先序代替了效用值，并认为对结局比较判断时可无传递性，从而在实际应用中避开了经典对策论关于效用值和传递性假设等障碍。,二、冲突分析的程序及要素,1,、冲突分析的一般过程,冲突分析的一般过程或程序如图,7,11,所示。,冲突问题,对冲突事件背景的认识与描述,建 模,稳定性分析,决 策,结果分析与评价,Y,N,图,7,11,冲突分析过程示意图,(1),对冲突事件背景的认识与描述以对事件有关背景材料的收集和整理为基本内容。整理和恰当的描述是分析人员的主要工作。主要包括：,冲突发生的原因,(,起因,),及事件的主要发展过程；,争论的问题及其焦点；,可能的利益和行为主体及其在事件中的地位及相互关系；,有关各方参与冲突的动机、目的和基本的价值判断；,各方在冲突事态中可能独立采取的行动。,对背景的深刻了解和恰当描述，是对复杂的冲突问题进行正规分析的基础。,(2),冲突分析模型,(,建模,),是在初步信息处理之后，对冲突事态进行稳定性分析用的冲突事件或冲突分析要素间相互关系及其变化情况的模拟模型，一般用表格形式比较方便。,(3),稳定性分析是使冲突问题得以,“,圆满,”,解决的关键，其目的是求得冲突事态的平稳结局,(,局势,),。所谓平稳局势，是指对所有局中人都可接受的局势,(,结果,),，也即对任一局中人,i,，更换其策略后得到新局势，而新局势的效用值,(,赢得,),或偏好度都较原局势为小，则称原来的局势为平稳局势。因在平稳状态下，没有一个局中人愿意离开他已经选定的策略。故平稳结局亦为最优结局,(,最优解,),。稳定性分析必须考虑有关各方的优先选择和相互制约。,(4),结果分析与评价 主要是对稳定性分析的结果,(,即各平稳局势,),做进一步的逻辑分析和系统评价，以便向决策者提供有实用价值的决策参考信息。,2,、冲突分析的基本要素,冲突分析的要素,(,也叫冲突事件的要素,),是使现实冲突问题模型化、分析正规化所需的基本信息，也是对原始资料处理的结果。主要有：,(1),时间点：是说明,“,冲突,”,开始发生时刻的标志；对于建模而言，则是能够得到有用信息的终点。因为冲突总是一个动态的过程，各种要素都在变化，这样很容易使人认识不清，所以需要确定一个瞬间时刻，使问题明朗化。但时间点不直接进入分析模型。,(2),局中人,(Players),：是指参与冲突的集团或个人,(,利益主体,),，他们必须有部分或完全的独立决策权,(,行为主体,),。冲突分析要求局中人至少有两个或两个以上。局中人集合记作,N,，,N|=n2,。,(3),选择或行动,(Options),：是各局中人在冲突事态中可能采取的行为动作。冲突局势正是由各方局中人各自采取某些行动而形成的。每个局中人一组行动的某种组合称为该局中人的一个策略,(Strategy),。第,i,个局中人的行动集合记作,Oi,|Oi|=ki,。,(4),结局,(Outcomes),