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系统工程第三章系统分析一、系统分析概述二、系统分析的基本要素与步骤三、系统的环境分析四、系统的目标分析五、系统的功能分析六、系统的价值分析七、计算机系统分析系统工程一、系统分析概述（一）系统分析的的概念1.系统分析的意义系统学原理：世界上各种对象都是由具有内在联系的各部分组成的有机整体。系统工程研究的对象主要是复杂系统。系统工程不论是组建新系统或是改进现有系统，都必须对系统的目标和功能、环境以及系统内部关系进行认真分析，作出正确的决策，使系统和环境相适应，系统内部相互协调，以保证系统整体功能和目标的完成。系统分析就是完成此项任务的中心环节，在系统工程中起着最重要的作用。系统工程2.系统分析的概念系统分析是从系统长远和总体最优出发，在选定系统目标和准则的基础上，分析构成系统的各个层次子系统的功能和相互关系，以及系统同环境的影响。系统工程系统分析就是从系统总体出发，对需要改进的现系统或准备创建的新系统使用科学的方法和工具，对系统目标、功能、环境、费用效益等进行调查研究，并收集、分析和处理有关资料和数据、据此建立若干备用方案和必要的模型，进行模拟、仿真试验，把试验、分析、计算的各种结果进行比较和评价，并对系统的环境和发展作出预测，在若干选定的目标和准则下，为选择对系统整体效益最佳的决策提供理论和试验依据。系统工程与技术经济分析的区别系统分析从系统总体最优出发，采用各种分析工具和方法，对系统进行定性和定量分析。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、组织体制、信息、物流等有关方面的问题。系统工程系统分析的目的和作用系统问题系统分析最优系统方案系统工程道路规划系统工程道路规划系统工程3.系统分析的特点1．以整体为目标2．以特定问题为对象3．运用定量方法4．凭借价值判断系统工程（二）系统分析的原则1．外部条件和内部条件相结合2．当前利益和长远利益相结合3．局部效益和整体效益相结合4．定量分析与定性分析相结合系统工程（三）系统分析的工具和方法1.系统分析的方法可分为定性和定量的两大类。定量方法：统计学和运筹学中各种模型化和最优化方法，如线性规划、非线性规划、动态规划、网络技术、排队论、存储论、投入产出分析、决策分析等。定量方法适用于系统机理清楚、收集到的信息准确、可建立数学模型等情况。系统工程定性方法：专家调查法、头脑风暴法、冲突分析法、层次分析法、可能满意度法等。如果要解决的问题涉及的系统机理不清，收集到的信息不太准确，信息不清；或是有信息，但由于评价者的偏好不一，对于所提方案评价不一等，难以形成常规的数学模型，可以采用定性方法。系统工程2.系统分析的工具系统分析的工具主要是电子计算机。原因：（1）系统工程的主要研究对象是规模庞大、结构复杂、层次丰富的复杂系统，涉及到大量信息的收集、处理、存贮、汇总、分析。（2）系统中往往存在着许多不确定的或互相矛盾的因素，为弄清这些因素和系统功能之间的关系，需要建立相应模型，要进行复杂的科学计算、仿真试验任务。这些都只有借助计算机才能完成。系统工程（四）应用范围系统分析的重点：系统发展规划方面对管理系统：(1)在制订系统规划方案时，应将各种资源条件、统计资料以及生产目标要求等，运用规划论的分析方法寻求优化方案，然后综合其它因素，在保证系统协调一致的前提下，对系统的输入、转变到输出进行均衡，从中选择一个比较满意的规划方案。(2)对重大工程项目的组织管理，要运用网络分析方法进行全面的计划协调和安排，以保证工程项目中各个环节相互密切配合，按期完成。系统工程3．在选择厂址和工厂规模时，应考虑到原材料的来源、运输以及市场等客观条件与环境因素，运用系统分析进行技术论证，集思广益，制定出适合我国国情、技术上先进、生产上可行、经济上合理的最优方案。4．在设计一个新产品时，应对新产品的使用目的、结构、用料以及价格等进行价值分析，再根据分析的结果来确定新产品最适宜的设计性能、结构、用来选择和市场接收的价格水平。5．在资金成本管理中，要做到预算控制对生产活动采取的技术改造和革新措施，都要进行成本的盈亏分析，然后再决定哪一种方案更为经济合理。系统工程6．厂内的生产布局和工艺路线组织方面，要对人员、物价和设备等各种设施所需的空间作出最妥当的分配和安排，并使相互间能有效地组合和安全地运用，从而使工厂能获得较高的生产率和经济效益。7．在编制生产作业计划时，可以运用投入产出分析方法，使零部件投入产出平衡与生产能力平衡，确定最合理的生产周期、批量标准和在制品的储备周期，并运用调度管理安排好加工顺序和装配线平衡，实现准时生产和均衡生产。常见的系统分析内容有环境分析、目标分析、功能分析和价值分析等。系统工程二、系统分析的基本要素与步骤（一）系统分析的要素系统分析的要素有目标、替代方案、费用效果、模型和评价基准。1.目标:是为了达到一定目的而对系统对象所期望达到的境地和方向，是目的的具体化，系统分析的出发点．经过分析确定的目标应是具体的、有根据的、可行的。系统工程2．替代方案一般情况下，为达到一定的目的和所期望的目标，可采用多种手段，这些手段称为可行方案或替代方案。系统分析要求尽量列举各种替代方案，并且估计它们可能产生的结果，以利于分析研究和选择。在列举各种方案时要考虑两点，（1）所运用的方法是否可行，（2）是所采用的方案是否可靠。系统工程3．费用和效果。为实现系统目标就必须投入，其实际支出就是费用。费用：可用货币表示的费用和非货币支出的费用如失去的机会、所作的牺牲等。牺牲：因为为了某种目的而选择特定手段，使得一些资源或时间不能用于其它目标所造成的损失系统工程效果就是达到目的所取得的成果。它有“效益”和“有效性”两种指标。效益可以用货币表示，有效性是通过货币以外的指标来衡量。费用与效果的分析与比较是决定方案取舍的重要标志。在分析和对比时，除考虑货币支出费用和效益外，还必须注意非货币支出的费用和有效性。系统工程4．模型。模型是对研究对象的某一方面本质属性的简化、模拟和抽象，是分析研究对象的有关因素之间关系和规律的有力工具。任何现实系统本身总是十分复杂，特别是在各替代方案实施之前，不能对系统本身进行对比，分析各方案优劣，借助模型可进行这种分析比较。通过模型可以预测出各替代方案的目标、性能、费用与效益、时间等指标情况，以利于方案的分析和比较，模型的优化和评价是方案论证的判断依据。系统工程5．评价基准(标准)。衡量替代方案优劣的指标。由于系统往往是多目标，用单个指标来评价是不充分的，必须用一组互相联系的可以比较的指标来衡量，这就是系统的指标体系。不同的系统可有不同的指标体系，可根据有关要求具体地去确定。有了指标体系，就可以分析各替代方案对各项指标的实现程度，并进行综合评价，权衡利弊，确定出各方案的优劣顺序。系统工程（二）系统分析的步骤限定问题确定目标收集资料提出方案建立模型分析效果综合评价建议可行方案满意否系统工程1．限定问题所谓问题，就是现实的情况与理想的状态之间的差距。实际情况与人们原来的要求、设想不符，使人们感到不能满意，不能容忍时，就可说是出了问题。系统分析的主要目的是寻求解决特定问题的最优方案。进行系统分析，首先要明确所要解决的问题，弄清问题的实质。系统工程问题常常不是一目了然，往往为一些表面现象甚至假象所掩盖而不易察觉。所谓限定问题，即是明确问题的实质和存在范围，也就是要弄清要解决的到底是什么问题、性质如何、严重程度怎么样，涉及到哪些因素，应把哪些因素作为系统来研究，环境因素是什么。系统工程2．确定目标弄清并提出为解决问题需要达到的目标。有了明确的目标，系统分析才能有的放矢，才能判断问题是否解决。系统可能只有单一目标也可能有多个目标，复杂系统都是多目标。所确定的目标应明确、具体尽可能定量表示(称为指标)，以便于定量分析；对那些不能定量描述的目标也应用文字说明清楚。对这些目标只能定性分析。系统工程3．收集资料提出方案系统分析需要有可靠的数据和资料。资料来源：一是统计调查资料；二是预测资料。资料收集的要求：（1）具有完整性，切忌盲目性。往往资料很多，但并不都有用，应对照目标尽可能地收集和整理有关的直接和间接资料。（2）具有可靠性。对说明重要目标的资料必须经过反复核对和推敲。系统工程4.建立模型。通过构造模型简化系统，确认影响功能和目标的因素及其影响程度、因素之间相互关系及其与环境因素之间关系，以定量形式表示。5．分析效果。通过模型对各替代方案可能产生的结果如各项目标指标的达到程度进行分析。比如费用指标，则应考虑投入的人力、设备、资金等。当模型复杂、计算工作量大时，应使用计算机进行计算或者模拟。系统工程6．综合评价在上述定量分标的基础上，进一步考虑定性因素，用评价基准为尺度，对各替代方案进行比较，排出优先顺序，最后选出一个或几个方案供决策者参考。如对选择的方案不满意，可返回到开始步骤，重新分析。系统工程（三）实例以某电厂环境工程系统分析为例说明系统分析的实际应用及步骤。此例虽不涉及科技管理，却很清晰地表明了系统分析整个过程。某火电厂，装机容量2×12000千瓦时，每天烧煤700吨，对环境污染严重，急需改善。系统工程1.分析过程要解决的是环境污染问题，首先必须明确是什么污染及污染程度，这就是明确问题。为此，必须首先收集有关资料，建立模型，对污染情况进行分析，并与国家标准进行比较。目标确定后，仍需要收集资料并提出解决问题的各种替代方案。最后进行分析比较，选出建议实施方案。系统工程2．限定问题电厂对环境的污染主要是由烟囱排出的烟尘以及二氧化硫。烟尘、SO2产生过程系统工程空气污染示意图地面污染与风向、风速、气压等有关气象参数以及地理位置、烟囱高度有关。系统工程3.收集资料建立模型建立反映煤消耗量、燃烧方式、防尘器效率和进入烟囱的烟尘和二氧化硫之间定量关系的数学方程式。污染过程：扩散方程和空气流体力学方程系统工程根据定量分析的需要，收集下列资料和数据：(a)电厂所在地区平面位置图；(b)选出有代表性的一年的逐月气象数据；(c)电厂机组、锅炉、防尘器、烟囱有关技术数据；(d)煤耗、煤发热量及其化学成分分析、煤灰分析等有关数据系统工程计算机仿真模型系统工程4．目标确定对模型定量计算和仿真分析结果是：现状：烟囱排烟尘量823.1公斤／小时烟囱排二氧化硫量1843.6公斤／小时。根据地面承受污染物国家标准，仿真预测出允许排出量为：烟囱排烟量170公斤／小时烟囱排二氧化硫量170公斤/小时系统工程5．改进方案(1)加高烟囱加高烟囱，相当于扩大污染的扩散空间，地面所承受的污染浓度也就减少，从而减污染。问题：要加到多高才能达到国家标准？通过仿真，至少应加到120米。这时烟尘和二氧化硫的允许排放均为170kg/h采用这个方案须投资22万元该电厂附近有一飞机场，不允许有这样高的建筑物方案评价：不可行系统工程（2）提高除尘器效率采用除尘效率最高的电除尘器可以计算出，烟尘排放量可减少到132.8kg/h，满足要求。对二氧化硫，可以采取预洗、炉中加石灰等办法降低排放置。此方案的投资70万元方案评价：可行。系统工程（3）改变燃烧方法减少灰份额。采用此方案须更换锅炉，投资200万元。其缺点是降低燃烧效率2—35%，以2％计算，每年经济损失约11.76万元；同时对二氧化硫的排放无改进。评价结果：劣方案。系统工程(4)改烧优质煤根据对这种煤进行的有关成分、化学等分析结果可计算出，使用这种煤时烟尘排放量为85.5kg/h，二氧化硫排放量为127.7kg/h满足标准采用这种方案的优点是节省燃料，每年可节省l91.7万元(反映能源政策不合理)；缺点是不能解决煤渣问题。方案评价：可行系统工程6.建议方案可行方案：（2）提高除尘器效率，投资70万元烟尘排放量可减少到132.8kg/h（4）优质煤：节省191.7万元烟尘排放量为85.5kg/h二氧化硫排放量为127.7kg/h建议改烧优质煤系统工程三、系统的环境分析(一)环境分类环境是由存在于系统外的物质的、经济的、信息的和人际的相关因素组成。从系统的观点看，全部环境因素可以划分为物理和技术的、经济和经营管理的、