3,系统分析

2020/2/24交通运输系统工程1系统分析第一节系统分析的基本概念第二节系统分析的内容、准则和程序第三节系统分析的目标、方案、评价与决策2020/2/24交通运输系统工程2第一节系统分析的基本概念一、系统分析的定义系统工程的对象是大系统。这种大系统的特征就是规模庞大,结构复杂、目标多样、功能综合、因素众多,而且因素中有许多是矛盾的和不确定的。对这样的大系统,如果不采取相应的措施，就难以对其有关的重大问题进行正确的决策。要想对系统进行优化设计,对系统的有关重大问题做出正确的决策，关键步骤是系统分析。2020/2/24交通运输系统工程3例如研究城市发展规划问题时，城市是一个十分复杂的系统,它的基本特征是规模、密度、构造、形状和格式。城市规模和密度的特点表现为城市用地的多少和城市与建筑占地的比率。城市构造与其组成部分的排列有关，每个城市在它的应用区划和空间方法上都表现出一定的特征，可以从城市住宅、商业、生产、文化、游览等的区划上表现出来。城市并非是一个静止的形态,使现代城市充满活力和变化的是“聚散效应”,即一种人和与人有关的物资、能量、信息的聚散活动。如果某一区块其聚散强度达到一定的水平，就可以被认为是一个城市。聚散强度越大，城市等级就越高。显然,要使城市系统总体优化，就必须把这样一个复杂的大系统按照政治、经济、社会、文化科技、交通运输、市政等进行分类、分级，即分系统地进行分析，从规划、建设、管理入手达到预定的目标。用一般的方法处理是很困难的,应当借助系统分析方法。2020/2/24交通运输系统工程4系统分析，就是为了使系统的目的能最好地实现，系统分析是从系统长远和总体的最优出发，在选定系统目标和评价准则的基础上,分析组成系统的各个层次的分系统的功能和相互关系，以及系统与环境的相互影响；在调查研究、收集资料和系统思维推理的基础上，产生对系统的输入、输出及转换过程的种种假设；在确定和不确定的条件下利用定性和计量方法，探索若干可能互相替代的方案；并建立模型或用模拟方法分析对比各个不同方案，同时研究探讨可能产生的效果，综合资源配备最佳的方案，为决策者提供判断最优系统方案所需的信息和资料。系统分析着重研究系统建立的一些基本问题:如系统的目的、功能、环境、费用、效益、可靠程度等。尤其着眼于未来的目的和政治经济形势的变化，以及未来科学技术发展,在此基础上研究一个或几个组合目标。对于涉及社会、经济因素等更复杂系统的系统分析，其环境的约束条件也是变化的，因而对系统的未来目的应当作一个变量看待。2020/2/24交通运输系统工程5系统分析定义框图2020/2/24交通运输系统工程6二、系统分析的特点由系统分析的定义,可以总结出它的四个特点:1、以整体为目标在一个系统中,处于各小层次的分系结队都分别具有特定的功能及目标，彼此分工合作，才能实现系统整体的共同目标。构成系统的所有要素都是有机整体的一部分,它们不能脱离整体而独立存在。系统总体所具有的性质，是其各个组成部分或要素所没有的，因此,如果只研究改善某些局部问题，而其它分系统被忽略或不健全，则系统整体的效益将受到不利的影响。所以从事任何系统分析，都必须考虑发挥系统总体的最高效益，不可以只局限于个别分系统，以免顾此失彼。系统总体目标和局部目标分别同系统结构层次的高低相适应，低层次系统的局部目标从属于高层次系统的总体目标。在正常情况下,实现系统的局部目标是达到系统总体目标的手段，个别要素的局部目标只有与系统的总目标相适应时才能顺利实现。2020/2/24交通运输系统工程72、以特定问题为对象系统分析其目的在于寻求解决特定问题的最佳策略。系统分析针对不确定因素，研究解决问题的各种方案及其可能产生的结果。不同的系统分析所解决的问题不同，即使对相同的系统所要求解决的问题,也要进行不同的分析,拟订不同的求解方法。所以系统分析必须以能求得解决特定问题的最佳方案为重点。3、运用定量分析方法科学研究方法,不能单凭想象、臆断、经验或者直觉,在许多复杂的情况下,必须要有准确可靠的数字和资料作为科学决断的依据。在有些情况下,利用数学方法描述有困难时,还要借助于结构模型解析法。4、凭借价值判断系统分析时,对系统中的一些要素,必须从未来发展的观点,用某些方法进行科学预测,或者类比以往发生过的事实,来推断其将来可能产生的趋势或倾向。由于所提供的资料有许多是不确定的变量,而客观环境又会发生各种变化。因此,在进行系统分析时,还要凭借各种价值观念进行判断和优选。2020/2/24交通运输系统工程8第二节系统分析的内容、准则和程序一、系统分析的主要内容系统分析的主要内容包括以下五个方面:1、阐述系统的目标选定系统的总目标是系统分析的起点。表述目标要与客观相一致。目标要尽可能明确。因此,要对涉及系统的各种因素进行具体的计量与测定。2、调查系统的环境系统的环境包括技术、经济和社会等外部条件构成的对系统的约束,它与科学、技术、政治、经济、文化、教育、人口和气候等因素密切地联系着。环境独立于系统控制之外,但直接或间接对系统运行发生程度不同的影响作用。3、调查系统的资源这是系统内部用以进行工作的手段、包括物资、人力和信息资源。系统本身能对它加以控制、转换并提高其利用率。2020/2/24交通运输系统工程94、研究系统的要素系统是由很多要素(元素)组成的,因此,系统分析要研究各要素的特点和作用以及它们之间的作用方式,把握住系统的结构,即要素的组织程序。5、实行系统的管理实行系统的管理是通过系统设计、计划编制及执行来实现的,它包括目标的设置,资源的分配和工作成果的控制等等。在分析准备中要利用预测,以便对各种不确定性有所考虑和采取应变对策。二、系统分析的准则(l)系统要素同外部环境相结合:(2)当前利益和长远利益相结合:(3)分系统利益和整个系统利益相结合:(4)定量分析与定性分析相结合。2020/2/24交通运输系统工程10三、系统分析的要素和程序1、系统分析的组成要素由上述系统分析的概念和特点可以了解到,为了进行系统分析,通常应考虑下列六个要素:l)目标目标是系统目的的具体化,它应当是一个总体性的东西,对系统目标要给出具体的定义。经分析后,确定的目标应当是必要的、有根据的、可以达到的。2)替代方案替代方案是选择方案的前提,没有足够的方案就谈不上优化。与此同时。只有在具体指标(例如技术、经济、环境)上有可比性才称得上是替代方案。3)指标指标是方案比较的在则,是衡量总体目标的具体标志。分析的指标包括有关性能、费用与效益以及时间等方面的内容。性能是技术论证的主要方面:费用与效益是经济论证的标志:时间是一种价值因素,进度或周期是其具体表现。2020/2/24交通运输系统工程114)模型根据目标要求,用若干参数或因素体现出对系统本质方面的描述,以分析的客观性,推理的一贯性和可能有限的定量化为基础。使用模型进行分析,是系统分析的基本方法。通过模型预测各种替代方案的性能、费用与效益和时间等指标的情况,以利于方案的分析与比较。模型的优化与评价,是方案论证的判断依据。5)标准标准是评价方案优劣的尺度.它必须具有明确性、可计量性和敏感性。6〉决策有了不同标准下的方案优先排序之后,决策者还要根据分析结果的不同侧面、个人的经验判断以及各种决策原则进行综合的、整体的考虑,最后做出选优决策。2020/2/24交通运输系统工程122、系统分析的程序系统分析方法不同于一般的技术经济分析,它应当从系统的总体最优考虑,采用各种分析工具和方法,对系统进行定性和定量的分析。它不仅分析技术经济方面的有关问题，而且还分析包括政策、机制和信息等各方面的问题。系统分析没有一组特定的技术方法,因为它必须随着分析对象的不同、分析问题的不同而相异。系统分析的程序大致如下:l〉划定问题的范围系统分析首先要明确问题的性质,划定分析的范围,进而研究问题的要素、要素间的相互关系、它们同环境的关系等。2〉设立目标目标往往要经过大量的调查和分析比较以后才能明确地形成。目标可能是单一的,也可以是多项的,对于多目标问题要注意协调。3)收集资料建立模型或拟订方案,都必须要有资料作为依据,方案的可行性论证更需要准确可靠的资料数据。收集资料通常多借助于调查、实验、观察、记录以及引用外国资料等方式.2020/2/24交通运输系统工程134)建立模型建立模型就是找出说明系统功能的要素及其相互关系,即系统的输入、输出和转换关系以及系统的目标和约束等。由于表达方式的不同,模型一般可以有图式模型、数学解析模型、实体模型和仿真模型等。5)分析替代方案的效果利用己建立的各种模型对替代方案可能产生的结果进行计算和测定,考察各种指标达到的程度,经过比较找出优化的方案.6〉综合分析与评价在上述分析的基础上,再考虑各种特定因素,对比系统目标达到的程度,采用选定的标准来衡量。评价结果应能最终选择一个或儿个可行方案提供决策者参考。2020/2/24交通运输系统工程14第三节系统分析的目标、方案、评价与决策一、系统目的的分析与确定1、对象系统的分析与确定掌握并明确作为系统分析对象的系统,分析系统的概念和定义是否确切、完整与合理。2、对象系统的结构分析系统要素集分析、系统相关性分析、系统阶层性分析和系统整体性分析。3、对象系统的环境分析物理和技术环境分析、社会环境分析、经济和经营管理环境分析以及系统与环境的边界分析。4、系统目的和目标的分析与确定分析和明确建立系统的目的。不仅要求系统在技术上是先进的,在经济上是合理的,同时要考虑到它与其它系统的兼容性,以及对客观环境条件变更的适应性。一个系统如果具有多个目的时,则应划分主次并用目的树形式来表示。2020/2/24交通运输系统工程15这要求做好二项工作:一是论证目标的合理性、可行性与经济性；二是把若干目标归纳为目标系统,使目标关系变得清楚并使目标集形成一个目标树。5、系统功能的分析分析为满足系统技术条件所应具备的各种功能,建立系统功能结构图,定义系统的功能技术条件。其次,分析和阐明这种功能的约束条件等。最后,对在一定环境条件下所能达到的功能,必须用定量指标表示其应达到的程度。6、分析系统成功的可能性建立系统的概略模型并根据该模型探讨成功的可能性。若有把握成功则进入核心部分的第二步,否则采取下述措施之一:(1)修改概略模型；(2)重新对功能技术条件进行分析：重新对目的、目标进行分析和确定。2020/2/24交通运输系统工程16二、拟订替代方案(建立系统模型〉1、建立系统模型的重要性和要求研究问题的系统规模太大,一般利用模型来描述真实系统,通过对模型的分析来求得问题的解决。同时由于模型比现实容易操作,建立系统的模型后,只要改变模型中的某些参数值就可以计算出系统的某种结果，这比在真实系统中进行试验要容易得多。此外,通过建立系统的模型可以对影响系统的主要因素了解得更清楚。有些变量在现实系统中要很长时间才能看出变化情况,但用模型研究时可以很快看出变化规律,从而能迅速地抓住其本质物征。所以说,系统模型化是系统分析过程中的重要一环。对模型的一般要求如下:1〉现实性——即在一定程度上能够确切反映系统客观实际情况。2)简洁性——尽量使模型简单明了,以节约模型建立和计算的时间。3〉适应性——随着模型建立时的具体条件的变化,要求模型具有一定的适应能力。2020/2/24交通运输系统工程172、建立模型的步骤系统模型化时,就建立数学模型而言,大致步骤如下:l)分析模型的使用目的和要求,并确定模型的功能；2)根据目的要求,从时间和空间等方面来明确系统和环境的边界条件；3)确定构成系统功能的最小单元,也就是说把系统划分成若干可以模型化的单元(或分系统〉,它可以根据模型的使用目的来确定；4)分析和掌握模型化对象的特点,主要因素和逻辑结构,最后建立模型。2020/2/24交通运输系统工程183、建立模型常用的几种方法l)直接分析法当问题比较简单时,按问题的性质和范围直接做出模型,称为直接分析。2)模拟法有些模型的结构性质虽已清楚,但对该模型进行数量描述及求解却很困难。构造出类似的模型,处理时却简单得多的模型,此法就叫模