系统分析的原理与方法.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,系统分析的原理与方法,1 系统分析的构成要素,问题代表研究的对象,问题表示现实状况(现实系统)与希望状况(目标系统)的偏差,，这为系统改进方案的探寻提供了线索,需要系统分析人员和决策者共同探讨与问题有关的要素及其关联状况，恰当地定义问题,(1)问题,(2)目的及目标,目的是对系统的总要求，目标是系统目的的具体化,目标分析,是系统分析的基本工作,其任务是确定和分析系统的目的及其目标，分析和确定为达到系统目标所必须具备的系统功能和技术条件。,目标分析可采用目标树等结构分析的方法，要注意对冲突目标的协调和处理,(3)方案,达到目标的途径,为了达到预定的系统目的，可以制定若干备选方案。,通过对备选方案的分析和比较，才能从中选择出最优系统方案，这是系统分析中必不可少的一环,(4)模型,由说明系统本质的主要因素及其相互关系构成,对实际系统问题的描述、模仿或抽象,在系统分析中常常通过建立相应的结构模型、数学模型或仿真模型等来规范分析各种备选方案,(5)评价,评定不同方案对系统目的的达到程度,是在考虑实现方案的综合投入(费用)和方案实现后的综合产出(效果)后，按照一定的评价标准确定各种待选方案优先顺序的过程,进行系统评价时，不仅要考虑 、收益等经济指标，还必须综合评价系统的功能、费用、时间、可靠性、环境、社会等方面的因素,(6)决策者,系统问题中的,利益主体和行为主体,在系统分析中自始至终具有重要作用,决策者与系统分析人员的有机配合是保证系统分析工作成功的关键,2 系统分析的程序,系统分析的,基本过程,包括七个环节，见图3-3,认识问题、探寻目标及综合方案构成,初步的系统分析,认识问题,、,综合方案,、,系统评价,过程通常是必不少的,并非所有问题的系统分析过程都要完全履行图3-3所示的几个环节，可根据实际问题的需要有所侧重或只涉及其中的一部分环节,图3-3 系统分析的基本过程,认识,问题,探寻,目标,综合,方案,模型化,优化或仿真分析,系统评价,Y,N,决策,（初步系统分析）,层次分析法是层次分析中的重要方法,要素之间的不可分割的联系,根据规划提出具体计划方案,反映系统工程的专门应用领域，如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等,环境分析是系统分析的一个重要内容,是在考虑实现方案的综合投入(费用)和方案实现后的综合产出(效果)后，按照一定的评价标准确定各种待选方案优先顺序的过程,需要系统分析人员和决策者共同探讨与问题有关的要素及其关联状况，恰当地定义问题,结构分析的任务：寻求、之间最优结合形式，使系统稳定条件下结合效果最优，系统输出最大,提出多方案，但不要过多，通常以34个为宜；,环境分析是系统分析的一个重要内容,把事物看作一个整体来研究，把一个研究对象看作一个系统，从系统的整体现点出发来研究系统内部各组成部分之间的有机联系，与系统外部环境的相互关系，这就是综合的研究方法,确定型的定量模型、方法和技术见下表,分析中既要利用各种定量资料和模型化及优化或仿真计算的结果，使方案的优劣以定量分析为基础；,通过对备选方案的分析和比较，才能从中选择出最优系统方案，这是系统分析中必不可少的一环,环境分析是系统分析的一个重要内容,认识问题阶段,认识问题的重要性,阿柯夫(R.Ackoff)教授在总结系统分析的经验时说过：“解决错误问题引起的失误比错误地解决问题引起的失误要多得多。”,系统问题常常不是一目了然的，往往为一些现象甚至假象所掩盖而不易察觉，需要准确地发现问题,问题发现后，进一步的工作就是限定问题,弄清楚要解决的到底是什么问题、性质如何、严重程度怎样，涉及哪些因素，应把哪些因素作为系统要素来研究，环境因素是什么,初步系统分析阶段围绕以下问题展开,What,.研究什么问题?问题的要素是什么？问题与哪些因素有关？,Why,.为什么要研究该问题?目的或希望的状态是什么?,Where,.系统边界和环境如何?,When,.分析的是什么时候的情况?,Who,.决策者、行动者、所有者等关键主体是谁?,How,.如何实现系统的目标状态?,环境分析贯穿于系统分析的全过程,认识问题阶段,只有正确区分出各种环境要素，才能划定系统边界,探寻目标阶段,要根据环境对系统的要求建立系统的目标结构，以求得系统对环境的最优和最大输出,综合方案阶段,要考虑到环境条件及其变化对方案可行性的影响，选择出能适应环境变化的切实可行的行动方案,模型化及其分析阶段,要充分而正确地考虑到各主要环境条件(如人、财、物、等)对系统优化的约束,评价与决策阶段,要通过灵敏度分析和风险分析等途径，“减少”环境变化对最佳决策方案的影响，提高 与策略的相对稳定性和环境适应性,3 应用系统分析的原则,坚持问题导向,系统分析是一种处理问题的方法，有很强的针对性，其目的在于寻求,解决特定问题,的最优或满意方案,要求系统分析人员要适应实际问题的需要，制定方案，选择方法，并通过适时调整使分析过程及结果对问题的不确定性变化具有较好的适应性，帮助决策者解决实际问题,要求：,把问题作为一个整体,来处理，全面考虑各主要因素及其相互影响,强调以最少的综合投入和最良好的总体效果来完成预定任务,系统中的各组成部分具有各自特定的功能和目标，只有相互分工协作，才能发挥出系统的总体效能,系统分析要从系统整体出发，不要拘泥于细节。抓住主要矛盾及其方面，致力于提出解决主要矛盾的方法和措施，避免因小失大,以整体为目标,要求：,根据实际问题的需要和系统目标的要求收集各种信息，寻找多个方案，,对方案进行模型化及优化或仿真计算，尽可能求得定量化的分析结果,系统方案综合(设计)中应注意的几个问题：,提出多方案，但不要过多，通常以34个为宜；,方案的要求：同目的性(可替代性)、能实现性(方案详细可分)、可识别性(能评价系统目的、功能的达成度或优劣)等；,方案产生过程中要注意采用各种创造性技术。,方案模型分析和选优,定量分析与定性分析相结合,分析中既要利用各种定量资料和模型化及优化或仿真计算的结果，使方案的优劣以定量分析为基础；又要充分利用分析者、决策者和其他有关人员的直观判断和经验，进行综合分析与判定,多次反复进行,对复杂系统问题的分析，往往不是一次可以圆满完成的,根据对象系统及其所处环境的可能变化，通过反复与决策者对话，适时、不断地修正分析的过程及其结果,通过分析过程中的多次及多重反馈，逐步得到与系统目标要求最接近、令决策者较为满意的系统方案,4 系统分析的内容,依据：“整体大于各部分之和”的原理,即系统的整体体现了各个组成要素所没有的新质、新功能和整体运行规律,整体分析的思路,面对一些复杂的、较大的系统，要求把它分解为一组相关联的子系统，在整体的指导下，协调各个子系统的目标，从而达到系统所要求的总目标,整体分析的核心,从全局出发，从系统、子系统、单元、元素之间以及它们与周围环境之间的相互关系和相互作用中探求系统整体的本质和规律，提高整体效应，追求整体目标的优化,（1,）整体分析,整体与局部关系,的三种情况,局部的每个子系统的效益都好，组合起来的系统整体也最优；,局部子系统的效益好，但系统整体的效益没有达到最优；,局部的子系统的效益并不最优，而系统的整体效益较优,近期与长远关系,的几种情况,对近期与长远都有利；,对近期有利，对长远不利甚至有害；,对近期不利，而对长远有利,根据已确定的目标，在整体利益最优的前提下，处理好局部与整体、近期与长远的关系,例如，在追求经济社会发展尤其是经济增长的 目标时，不能为了局部（地方）和近期的利益，片面追求经济增长率，而以牺牲资源和环境，以及整体(全国)和长远的效益作为代价,整体优化的原则：,整体利益最优,确定型的定量模型、方法和技术,应用于不确定型或风险决策的分析方法及技术,环境分析是系统分析的一个重要内容,通过对备选方案的分析和比较，才能从中选择出最优系统方案，这是系统分析中必不可少的一环,霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究,定量分析与定性分析相结合,确定目标并据此设计评价指标体系,商业、心理学、国防研究,对实际系统问题的描述、模仿或抽象,PG,虽然提出面面俱到的要求，但是却无力对其进行适当的研究，选择出来进行分析的部分，并不是系统中最重要的部分；,表示函数在两个对应条件下所能达到的最优结合效果,抓住主要矛盾及其方面，致力于提出解决主要矛盾的方法和措施，避免因小失大,要素与系统整体的关系,条件概率下的预测、相关和因果分析,内容：寻求系统合理结构的途径或方法,结构分析目的,找出系统构成上的整体性、环境适应性、相关性和层次性等特征，使系统的组成因素及其相互关联在分布上达到最优结合和最优输出,用如下的表达式描述结构分析的基本原理,E=max P(X，R，C),P,G,P,O,Sopt=max SE,（2）结构分析,结构最优,输出最大,目标、环境因素约束,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,；,“”表示这个函数对应于某种条件,表示函数对应于,系统目标集,的条件,表示函数对应于,环境因素约束集,的条件,表示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,结构分析的任务：,寻求、之间最优结合形式，使系统稳定条件下结合效果最优，系统输出最大,系统论认为，任何复杂的系统都具有一定的结构层次,系统结构的层次性既指等级性，又指侧面性,等级性是指任何一个复杂系统，都可以从纵向把它划分为若干等级,即存在着不同等级的系统层次关系，其中低一级的结构是高一级结构的有机组成部分,侧面性是指任何同一级的复杂系统，可以从横向上分为若干相应联系，相互制约，又各自独立的平行部分,（3）层次分析,层次分析法是层次分析中的重要方法,层次分析的基本思路,明确问题中所包含的因子及其相互关系，,将各因子划分为不同层次，从而形成多层次结构，,通过对各层次因子的比较分析，建立判断矩阵，,并通过判断矩阵的计算将不同 方案按重要性或适用性大小排列，为最优方案的选择提供依据,层次分析首先要解决系统分层及层次规模的合理性问题；其次要使各个功能单元的层次归属合理,层次分析,要素之间的不可分割的联系,在系统整体中，各要素并不是孤立存在的，而是由系统的结构联结在一起，相互依存、相互作用。如果其中一项发生变化，就会影响其他要素也发生变化。,要素与系统整体的关系,要素与系统整体相适应，一旦要素改变，整体必然发生改变；同样，系统整体发生改变，系统要素也必然发生变化（要素与系统之间的相互作用是通过结构这一中介来实现的）,（4）相关分析,相关性的体现,系统与环境的关系,即系统的改变引起环境的变化，环境的变化也会导致系统的变化；系统创造自己的环境，环境又规定着自己的系统。,系统发展的协同性上,协同性是指系统发展变化中各部分发展变化的同步性,系统的变化必然引起各要素以及环境的变化，这种变化又不是杂乱无章的，而是有规律可循的，这个规律就是同步性,系统与环境之间相互联系和相互作用,环境是系统存在和发展的前提条件，系统以外界条件或环境作为存在和发展的土壤,一个系统总是处于更大的系统之中，成为更大系统的子系统，因而更大的系统则构成该子系统的生态环境,环境影响、制约，甚至决定系统的性质与功能；,系统的存在和发展改变着周围的环境，系统作用的不同将引起环境发生变化,（5）环境分析,环境分析是系统分析的一个,重要内容,系统状态、系统问题同环境存在着相互联系、相互作用，分析环境与系统的关系是解决系统问题的必要步骤,要确定系统及其问题的边界和约束条件，必须对环境作出分析,系统分析的许多资料来源于环境,环境分析,涉及的环境内容很广,包括自然环境（或物理技术环境）分析，社会经济环境分析，文化心理环境分析等等,5 系统分析中的定量技术,克朗根据决策类型的不同将系统分析中的定量技术分为两类：,确定型的分析技术,和,随机分析技术,确定型的分析技术,是指那些可用于只有一种势态，并在做出可接受的假定之后其变量、限制条件、不同的选择都是已知的、确定的，按一定的统计置信度可以预见的方法或技术,确定型的定量模型、方法和技术见下表,模型、工具或技术,应,用,基础知识,线性规划,解决在商业、交通、库存、建筑、后勤及网络中的配置、分配和优化问题,计算机科学、敏感性分析、代数解法、单纯形表、经济学,排队论,人或事物或事件的等待服务问题,蒙特卡罗法、模拟、统计学,规划管理技术,生产和建设计划,PERT(,成本或时间,),、,CANTT,图、网络分析,(CPN),、决策树,马尔柯夫分析,销售经营、预测,矩阵代数、经济学,对抗分析,商业、心理学、国防研究,博弈论,质量保证,工业、国防,科学、技术,损益分析,资源分配,经济学、统计学,确定型的定量模型、方法和技术,随机分析技术,应用于不确定型或风险决策的分析方法及技术,当存在一个以上的态势，并且需要估计和确定每一种可能的状态时，就要碰到随机模型问题,要求计算每一种态势下用每一种决策选择所得的输出结果,随机分析技术见下表,随机定量模型、方法和技术,模型、工具或技术,应,用,基础知识,动态规划,在生产、配置活动中的多阶段决策,计算机科学和概率论,计算机模拟,系统内部的相互作用,计算机科学和蒙特、卡罗法,随机库存论,需求或提前时间是随机的情况,概率论和期望值统计量,随机模型,计算系统转换的概率,矩阵代数、微积分,取样、回归、指数平滑,大总体的问题解,统计学和概率论,贝叶斯定理,条件概率下的预测、相关和因果分析,代数、概率论以及有关先验概率和知识,损益分析,资源分配,经济学和统计学,决策树,系统行为,代数和统计学,6 应用系统分析时应注意的事项,把抽象的系统和现实的系统相混淆；,局部混同于整体；局部利益和整体利益之间的对抗；,虽然提出面面俱到的要求，但是却无力对其进行适当的研究，选择出来进行分析的部分，并不是系统中最重要的部分；,忽视 ，缺乏全面的调查研究；,应用系统分析时应注意的事项,所具有的知识仅够进行表面浮浅的分析。,采用单纯的依赖纯逻辑式的分析推论,；,不必要地扩大分析范围；,在完全不适合进行系统分析的场合硬要使用系统分析方法。,例如，同特定专业知识有关的问题，在时间和资源上不值得进行系统分析的简单问题等。,系统投入运行，为预期用途服务,认为现实问题基本上都可归纳成工程系统问题，从而可以应用定量分析手段，求得最优系统方案,霍尔三维结构强调明确目标，核心内容是最优化,对实际系统问题的描述、模仿或抽象,对实际系统问题的描述、模仿或抽象,例如，在追求经济社会发展尤其是经济增长的 目标时，不能为了局部（地方）和近期的利益，片面追求经济增长率，而以牺牲资源和环境，以及整体(全国)和长远的效益作为代价,如何实现系统的目标状态?,同样，系统整体发生改变，系统要素也必然发生变化（要素与系统之间的相互作用是通过结构这一中介来实现的）,确定目标并据此设计评价指标体系,评定不同方案对系统目的的达到程度,系统中的各组成部分具有各自特定的功能和目标，只有相互分工协作，才能发挥出系统的总体效能,根据总体方针和发展战略制订规划,根底定义的目的是弄清楚系统问题的关键要素以及关联因素，为系统的发展及其研究确立各种基本的看法，并尽可能选择出最合适的基本观点,定量分析与定性分析相结合,Checkland)提出的方法比较系统且具有代表性。,3,系统分析方法论,（系统工程方法论）,传统的分析方法,把一个事物分解为许多独立的部分来分别进行研究，这就是,解析的研究方法,系统分析方法,把事物看作一个整体来研究，把一个研究对象看作一个系统，从系统的整体现点出发来研究系统内部各组成部分之间的有机联系，与系统外部环境的相互关系，这就是,综合的研究方法,系统分析方法,系统工程基本工作过程,霍尔三维结构,切克兰德方法论,两种方法论的比较,霍尔三维结构,由 学者A.D.霍尔等人在大量工程实践基础上，于1969年提出的,系统工程方法论的重要基础内容,集中体现了系统工程方法的系统化、综合化、最优化、程序化和标准化等特点,霍尔三维结构图包含了霍尔三维结构的思想和内容，如图1.3所示,图1.3 霍尔三维结构示意图,规划阶段,计划阶段,分析阶段,运筹阶段,实施阶段,运行阶段,更新阶段,运筹学,控制论,社会科学,工程技术,逻辑维,知识维,时间维,实施计划,决策,最优化,模型化,系统综述,系统设计,摆明问题,时间维,表示系统工程的工作阶段或进程,分为七个阶段：,规划阶段。根据总体方针和发展战略制订规划,计划阶段。根据规划,提出具体计划方案,分析或研制阶段。实现系统的研制方案，分析、制定出较为详细而具体的,生产计划,运筹或生产阶段。,运筹各类资源及生产系统所需要的全部“零部件”,，并提出详细而具体的实施和“安装”计划,时间维,运行阶段。系统,投入运行,，为预期用途服务,更新阶段。,改进或取消旧系统,，建立新系统,系统实施或“安装”阶段。把,系统“安装”好,，制定出具体的运行计划,其中规划、计划与研制阶段共同构成系统的,开发阶段,逻辑维,指系统工程每个阶段工作应遵循的逻辑顺序和工作步骤,分为以下七步：,明确问题,同提出任务的单位对话，明确所要解决的问题及其确切要求，全面收集和了解有关问题 、现状和发展趋势的资料,确定目标并据此设计评价指标体系,确定任务所要达到的目标或各目标分量，拟定评价标准。在此基础上，用系统评价等方法建立评价指标体系，设计评价算法,系统综合,设计能完成预定任务的系统结构，拟定 、活动、控制方案和整个系统的可行方案,模型化,针对系统的具体结构和方案类型建立分析模型，并初步分析系统各种方案的性能、特点、对预定任务能实现的程度以及在目标和评价指标体系下的优劣次序,最优化,在评价目标体系的基础上生成并选择各项 、活动、控制方案和整个系统方案，尽可能达到最优、次优或合理，至少能令人满意,决策,在分析、优化和评价的基础上由决策者做出裁决，选定行动方案,实施计划,不断地修改、完善以上六个步骤，制订出具体的执行计划和下一阶段的工作计划。,逻辑维,知识维（或专业维）,表明从事系统工程工作所,需要的知识,，如运筹学、控制论、管理科学等,反映系统工程的,专门应用领域,，如企业管理系统工程、社会经济系统工程、工程系统工程等,霍尔三维结构,霍尔三维结构强调明确目标，,核心内容,是最优化,认为现实问题基本上都可归纳成工程系统问题，从而可以应用定量分析手段，求得最优系统方案,霍尔三维结构,方法论特点,研究方法上的整体性(三维),技术应用上的综合性(知识维),组织管理上的科学性(时间维与逻辑维),系统工程工作的问题导向性(逻辑维),20世纪4060年代期间，系统工程主要用来寻求各种“战术”问题的最优策略，或用来组织管理大型工程建设项目，最适合应用霍尔方法论,进入70年代以来，系统工程越来越多地用于研究社会经济发展战略和组织管理问题，涉及的人、信息和社会等因素相当复杂，使得,系统工程的对象系统软化,，并导致其中的许多因素又难以量化,从70年代中期开始，许多学者在霍尔方法论基础上，进一步提出了各种,软系统工程方法论,。80年代中前期由（英）P切克兰德(P.Checkland)提出的方法比较系统且具有代表性。,切克兰德方法论,(背景),P.切克兰德认为完全按照解决工程问题的思路来解决社会问题或“软科学”问题，会碰到许多困难，尤其在设计价值系统、模型化和最优化等步骤方面，有许多因素,很难进行定量分析,P.切克兰德把霍尔方法论称为“硬科学”的方法论，他提出了自己的方法论，并把它称之为,“软科学”方法论,P.切克兰德方法论的主要内容和工作过程（见图）,切克兰德方法论,切克兰德方法论,问题及其环境的识别与表达,建立概念模型,（目标系统概念化）,根底定义,(关键因素),比较,寻求改善途径,评估,实施,设计,选择,P.切克兰德方法论的主要内容和工作过程,认识问题,收集与问题有关的信息，表达问题现状，寻找构成（或影响）因素及其关系，以便明确系统问题结构、现存过程及其相互之间的不适应之处，确定有关的行为主体和利益主体,根底定义,初步弄清、改善与现状有关的各种因素及其相互关系,根底定义的目的是,弄清楚系统问题的关键要素以及关联因素,，为系统的发展及其研究确立各种基本的看法，并尽可能选择出最合适的基本观点,P切克兰德方法论的主要内容和工作过程,建立概念模型,在不能建立精确数学模型的情况下，,用结构模型或语言模型来描述系统的现状,概念模型来自于根底定义，是通过系统化语言对问题抽象描述的结果，其结构及要素必须符合根底定义的思想，并能实现其要求,比较及探寻,将现实问题和概念模型进行对比,，找出符合决策者意图且可行的方案或途径,通过比较，有时需要对根底定义的结果进行适当修正,选择,针对比较的结果，考虑有关人员的态度及其它社会、行为等因素，,选出现实可行的改善方案,设计与实施,通过详尽和有针对性的设计，,形成具有可操作性的方案,，并使得有关人员乐于接受和愿意为方案的实现竭尽全力,评估与反馈,根据在实施过程中获得的新的认识，修正问题描述、根底定义及概念模型等,P切克兰德方法论的主要内容和工作过程,P切克兰德方法论,切克兰德方法论的,出发点,社会经济系统中的问题往往很难象工程技术系统中的问题那样，事先将“需求”给定清楚，因而也难以按价值系统的评价准则设计出符合这种“需求”的最优系统方案,切克兰德,方法论的核心,不是“最优化”而是“比较”（或者说是“学习”）,从模型和现状的比较中来学习改善现状的途径,“比较”这一步骤，含有组织讨论、听取各方面有关人员意见的意思，不拘泥于非要进行定量分析的要求，能更好地反映人的因素和社会经济系统的特点,P切克兰德方法论,切克兰德方法论是霍尔方法论的扩展,当现实问题能够工程化，即能够弄清其需求时，“概念模型”这一步骤就相当于霍尔方法论中的“系统分析和模型化”步骤，而“改善概念模型”步骤就相当于“最优化”步骤，实施的不是某种变革而是设计好的最优系统,共同点,均为系统工程方法论，均以问题为起点，具有相应的逻辑过程,不同点,霍尔方法论主要以工程系统为研究对象，而切克兰德方法适合于对社会经济和经营管理等“软”系统问题的研究,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,前者更多关注定量分析方法，而后者强调定性或定性与定量有机结合的基本方法,（3）两种方法论的比较,