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1、1,系统工程原理,主讲：颜兆林 副教授单 位：信息系统与管理学院系统工程系一室E-mail：电 话：84573540(O)，,2,第三章 系统建模与系统分析,3,主要内容,3.1 S模型概述定义与特性为什么要用S模型S模型的分类使用数学模型的好处3.2 S建模方法对S模型的要求S建模的原则建模者应具备的素质建模的主要方法,3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原则S分析的要点与步骤S分析的方法3.4 SA应用实例美军F10B飞机武器选型阿拉斯加原油输送方案纽约市供水网扩建工程的系统分析,4,主要内容,3.1 S模型概述定义与特性为什么要用S模型S模型的分类使用数学模型的好处3.2
2、S建模方法对S模型的要求S建模的原则建模者应具备的素质建模的主要方法,3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原则S分析的要点与步骤S分析的方法3.4 SA应用实例美军F10B飞机武器选型阿拉斯加原油输送方案纽约市供水网扩建工程的系统分析,5,一.定义与特性,定义：S模型是一个S某一方面本质属性的描述，以某种确定形式(文字、符号、图表、实物、数学公式等）提供关于该S的知识。,E=MC2 F=maW=1/2mv2,6,一.定义与特性,例3-1：耐用消费品新旧更替模型。考察一个国家某类耐用消费品（冰箱、洗衣机等）拥有情况。假设家庭购买新冰箱并一直使用到其损坏或者报废。故任一时刻，全国有一
3、个用了不同时间的冰箱拥有量的分布，为建立系统模型，做如下假定：（1）假定以一年为单位考察不同使用年限的冰箱的拥有量。（2）任何已使用了i年的冰箱至少还能使用一年的概率为i(对新冰箱可能较大，对旧冰箱可能较小)。（3）假设冰箱的最长寿命为n年。（4）第k年新购买的冰箱数目为u(k)。,7,一.定义与特性,根据上述假定，设xi(k)表示第k年使用了i年的冰箱数目，i=0,1,n。则 使用年数小于1年的冰箱数等于该年内所购新冰箱数，即综合上面的分析可以得到如下的模型,8,理解,系统与模型的对应关系：同一系统，不同模型同一模型，不同系统,9,对应关系1-同一系统，不同模型,管道系统,10,对应关系2-
4、同一模型，不同系统-1,Y=kx（k为常量）,几何：一条通过原点的直线K=p，x为直径，则y为圆周长代数：比例关系物理：胡克定律、牛顿力学公式,11,对应关系2-同一模型，不同系统-2,逻辑模型-串联,串联系统,并联系统,12,一.定义与特性,2.特性：由反映S本质或特征的主要因素构成的；集中体现了这些主要因素之间的关系；一般是现实S的抽象或模仿，并非S本身。,13,二.为什么要用S模型,S开发的需要经济上的考虑安全上的考虑时间上的考虑S模型易操作、易理解，便于多方案分析比较。,1.为什么要用S模型,14,二.为什么要用S模型,K毁伤力Y威力（爆炸当量）C命中误差CEP（圆概率误差）N分弹头数
5、,例3-2：美国曾建立战略核武器毁伤力数学模型如下：,Y 2/3K=N C 2,（1）当Y Y8Y，而C，N不变时，K4K 前苏联模式（2）当C CC/8，而Y，N不变时，K64K 美国模式,15,二.为什么要用S模型,2.为什么能用S模型 客观世界中不同事物具有同型性（即相似规律不同本质的事物在撇开其具体属性之后彼此之间还存在的相似性），故可以在S分析过程中通过建立S模型来对真实S进行分析。,16,三.S模型的分类,常用的几种S模型的特性比较如下图所示：,实体模型现实系统,文字模型,网络模型,图表模型,逻辑模型,解析模型,比例模型,相似模型,物理模型,数学模型,增加,减少,研究的速度现实性修
6、改的方便性 建模时间抽象性 建模费用,17,飞机风洞试验,18,三.S模型的分类,下表列出了S模型的部分分类方法，可见S模型的多样性。,19,四.使用数学模型的好处,数学模型：是定量分析的基础；是S预测和决策的工具；可变性好，适应性强，分析问题速度快、省时、省钱，且便于使用计算机,是使用最广泛的一种模型。,20,主要内容,3.1 S模型概述定义与特性为什么要用S模型S模型的分类使用数学模型的好处3.2 S建模方法对S模型的要求S建模的原则建模者应具备的素质建模的主要方法,3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原则S分析的要点与步骤S分析的方法3.4 SA应用实例美军F10B飞机武器
7、选型阿拉斯加原油输送方案纽约市供水网扩建工程的系统分析,21,S建模方法,系统建模是系统工程人员的重要工作之一。建立一个简明、适用的系统模型，将为系统分析、评价和决策提供可靠的依据。建造系统模型，尤其是建造抽象程度很高的系统数学模型，是一种创造性劳动。系统建模既是一种技术，又是一种“艺术”。,22,一.对S模型的要求,1.现实性 即能较好反映S客观实际。应把S本质的特征和关系反映进去，而把非本质的东西去掉，但又不影响反映本质的真实程度。即S模型应有足够的精度。如：地球仪和世界地图,23,一.对S模型的要求,2.简明性 在满足现实性要求的基础上，应尽量使S模型简单明了，以节约建模的费用和时间。如
8、：世界地图。3.标准化（规范化）应尽量采用标准化模型，或者对标准化模型加以某些修改，使之适合对象S。如：标准的制图图例。以上要求经常相互冲突，需要综合权衡、妥善处理。一般：,24,二.S建模应遵循的原则,切题。模型只应包括与研究目的有关的方面，而不是对象S的所有方面。如：空运调度模型不需描述飞行姿态；旅游地图、交通地图、军事地图。清晰。在一个S模型内的子模型之间，除了保留研究目的所必要的信息联系外，其它的耦合关系要尽可能减少，以保证模型结构尽可能清晰。精度要求适当。建立S模型，应该视研究目的和使用环境不同，选择适当的精度等级，以保证模型切题、实用，而又不致花费太多。,25,二.S建模应遵循的原
9、则,例：,不同使用环境的精度要求,F=M dv/dt 只适合速度V足够小,F=M dv/dt+kv2 v大到不可忽略空气阻力,F=d(mv)/dt+kv2 v=光速,4.尽量使用标准模型或尽可能向标准模型靠拢。,26,三.建模者应具备的素质,对客观事物或过程能够透过现象抓住本质；要有一定的数学修养，并掌握一套数学思路和方法；具有把实际问题与数学联系起来的能力；注意避免建模过程中的四种倾向：懒 不详细调查，随意假设馋 要求数据太多贪 希望把一切细节都考虑进去，抓不住本质，可能导致无法求解变 改变问题去适应模型,27,四.建模的主要方法,推理法对白箱S，可以利用已知的定律和定理，经过一定的分析和推
10、理，得到S模型。实验法对允许实验的黑箱或灰箱S，可以通过实验方法测量其输入和输出，然后按照一定的辨识方法，得到S模型。统计分析法对不允许实验的黑箱或灰箱系统，可采用数据收集和统计分析的方法来建造S模型。混合法上述几种方法的综合运用。类似法依据不同事物具有的同型性，建造原S的类似模型。,针对不同的S对象，可用以下方法建造S的数学模型：,主要建模方法,28,1.推理法,（1）对象：比较简单的白箱S；（2）方法：利用自然科学的各种定理、定律（如物理、化学、数学、电学的定理、定律）和社会科学的各种规律（如经济规律），经过一定的分析和推理，可以得到S的数学模型。,（3）应用实例例3-3：生产优化安排的数
11、学模型某化工厂生产A、B两种产品，已知：生产A产品一公斤需耗煤9T，电力4000度和3个劳动日，可获利700元；B 4T，5000度10，1200元。因条件限制，这个厂只能得到煤360T，电力20万度和劳动力300个，问：如何安排生产（即生产A、B产品各多少？）才能获利最多，请建立解决此问题的数学模型。,四.建模的主要方法,29,解：这是在一定条件求极值的数学问题，可运用数学中的线性规划方法（运筹学方法）建立线性规划模型。先将给出的数据整理成下表：,四.建模的主要方法,30,设生产A、B产品各为x1，x2公斤，则此问题变为求x1，x2满足下列条件:,9 x1+4 x2 3604 x1+5 x2
12、 200 3 x1+10 x2 300 x10,x20,(1),使得总获利最大：max 7 x1+12 x2(2),显然(1)为约束条件，(2)为目标函数，这是一个典型的线性规划模型。,四.建模的主要方法,31,四.建模的主要方法,C(20,24),最优生产计划为：A产品：20公斤B产品：24公斤最大获利为42800元,图解法：,32,2.实验法和统计分析法,（1）对象：可实验和不可实验的黑箱和灰箱S；（2）方法：通过实验或者查阅历史统计资料，找出S的输入和输出数据，然后运用自控中的传递函数方法或其他的数学方法（如回归分析、时序分析等方法），建立S输出与输入之间的关系S的数学模型。,四.建模的
13、主要方法,33,粮 食 生 产 系 统,投入,播种面积 x1(t)有效灌溉面积x2(t)化肥投放量 x3(t)气 候 x4(t)xn(t),产出,粮食总产量y(t),通过实验，可以找到粮食总产量y(t)与各种投入因素x1(t)，x2(t)xn(t)之间的数量关系，构造出数学模型y(t)=f(x1,x2xn)或y(t)=a0+a1x1(t)+a2x2(t)+anxn(t),例3-4：建造一个粮食生产S的数学模型,34,例3-5：建造城市公交运营的数学模型,全国14个大中城市的公交运营总额y(t)与各城市的人口总数x1(t)，国内生产总值x2(t)之间的统计相关关系如下：Y(t)=-172.241
14、5+5.1075 x1+0.3636 x2万人公里 万人 亿元,如某市x1 1500万人，x2 2000亿元，y 8216万人公里,四.建模的主要方法,35,回顾：系统建模的主要方法,推理法对白箱S，可以利用已知的定律和定理，经过一定的分析和推理，得到S模型。实验法对允许实验的黑箱或灰箱S，可以通过实验方法测量其输入和输出，然后按照一定的辨识方法，得到S模型。统计分析法对不允许实验的黑箱或灰箱系统，可采用数据收集和统计分析的方法来建造S模型。混合法上述几种方法的综合运用。类似法依据不同事物具有的同型性，建造原S的类似模型。,针对不同的S对象，可用以下方法建造S的数学模型：,主要建模方法,36,
15、（1）对象：用推理法难以建模的复杂的白箱S；（2）方法：利用不同事物具有的同型性，建造原S的类似模型。,（3）应用实例例3-6：机械S的电路类似模型在机械S与电路S分别用推理法建造出数学模型（用微分方程描述的动力学方程）以后发现，它们具有同型性（即具有相似的数学描述并在参数上一 一对应，其运动也都具有振荡的特性），因此，电路S可以认为是机械S的一种类似模型，反之亦然。,3.类似法,四.建模的主要方法,系统的数学模型：Md2x/dt2+Ddx/dt+Kx=F(t),Ld2q/dt2+R dq/dt+(1/C)q=E(t),变量及参数（属性）：距离 x 电荷 q 速度dx/dt 电流dq/dt 外
16、力F(t)电压E(t)质量 M 电感 L 阻尼系数 D 电阻 R 弹簧系数 K 电容 C系统行为：机械振荡 电振荡,38,例3-7：最佳地址的类似模型,Wn,W1,W2,W3,W4,P(x,y),P1(x1,y1),P2(x2,y2),P3(x3,y3),P4(x4,y4),Pn(xn,yn),x,y,C(x,y)=q Wi(xi-x)2+(yi-y)2=min,其中C(x,y)：总运费Wi：运量（货物重量，吨）q：运价（运输单价，元/吨公里）,i=1,n,39,W1,W2,W4,Wn,W3,P1,P2,Pn,P4,P3,类似模型,四.建模的主要方法,40,主要内容,3.1 S模型概述定义与特
17、性为什么要用S模型S模型的分类使用数学模型的好处3.2 S建模方法对S模型的要求S建模的原则建模者应具备的素质建模的主要方法,3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原则S分析的要点与步骤S分析的方法3.4 SA应用实例美军F10B飞机武器选型阿拉斯加原油输送方案纽约市供水网扩建工程的系统分析,41,OR简单、确定条件下的优化，采用定量分析方法解决；SA复杂、不确定条件下的优化，定性与定量相结合的方法。,SA（系统分析）从OR（Operation Research）派生出来，成名于RAND公司的工作。早期是一种定量分析方法。,两者的区别：,一.什么是SA,42,SA是对一个S的基本问
18、题，采用S方法进行分析，其具体内容包括研究领导者意图，明确问题，确定目标，开发可行方案，建立S模型，进行定性与定量相结合的分析，综合评价和优化可行方案，从而为领导者决策提供可靠依据。,广义：SA SE狭义：SA SE，它是SE的一个逻辑步骤。美国奎德（）认为，系统分析是通过一系列的步骤，帮助领导者选择最优方案的一种系统方法。,一.什么是SA,43,目标：即对S的要求，它是SA的基础。可行方案：能实现S目标的各种可能途径、措施和方法。费用：用货币形式表示的每一方案所需消耗的全部资源。模型：对S的本质描述，是方案的表达形式。效果：S达到目标后所得到的结果，它既可用货币形式表示，也可用其它指标来评价
19、；准则：目标的具体化、S价值的量度，以评价方案优劣；结论：SA得到的结果，具体形式有报告、建议或意见等。,二.SA的要素,44,七个要素组成的SA要素结构图,二.SA的要素,45,内外因素相结合。内因可控，选为决策变量；外因不可控，作为约束条件；当前利益与长远利益相结合。要两者兼顾，如发生矛盾，应坚持当前利益服从长远利益的原则；局部效益与总体效益相结合。必须坚持“系统总体效益最优，局部效益服从总体效益”的原则。定性分析与定量分析相结合。定性分析不可忽视，必须两者结合或交叉地进行。,三.SA的原则,46,1.SA的要点,四.SA的要点与步骤,SA是运用逻辑思维推理的方法对问题展开分析的，通过一系
20、列的“为什么？”而使问题得到圆满的解答。用“5W1H”自问自答，容易抓住问题的要点，找到解决问题的关键。,47,例3-8：台湾省核电建设的SA 拟建一座核电厂，能源部、财政部和发展计划委员会等有关部门就要针对核电厂的建设问题，拟定一份问题要点进行分析研究，并提出解决问题的答案。,What?要干什么?在研究该省核电厂的建立问题时，就是用系统分析方法探讨在该省建设核电厂的可行性。Why？为什么要这样干？该省自产能源很少，历来靠从外地调进原油和煤炭发电，调进能源受经济、交通运输等影响太大，同时也为了减少环境污染和在经济上求更廉价的电力。When？何时建为宜?电力是工业的先行官，要发展经济首先要发展电
21、力工业。当前世界屡发能源危机，为保证经济的稳定与发展，建设核电厂刻不容缓。,四.SA的要点与步骤,48,Where？何处建为宜？从避开地震、断裂、海啸、流沙区而又有足够冷却水，远离人口密集的中心城市而又比较接近用电地区等方面来看，选址该省沿海地区为宜。Who？由何单位承建？由核工业部门及电力公司负责建设，并请工程顾问公司提供各种技术方面的咨询服务工作。How？如何进行？工程进度应服从十年发电规划，具体技术细节还须由工程顾问公司作进一步研后再提出。,四.SA的要点与步骤,49,四.SA的要点与步骤,50,2.SA的步骤,它是三维结构中的逻辑维的进一步明确化，更接近与SE活动矩阵中的逻辑步骤的提法
22、。可概括为：,明确问题和确定目标；搜集资料，探索可行方案；建立模型；综合评价；检验和核实。,SA只是得到结论，提出建议。决策要留待领导者去作，决不可越俎代庖。,四.SA的要点与步骤,51,SA方法,定量分析法定量方法适用于S结构清楚，收集到的信息准确，能建立数模的对象。可采用投入产出分析法、成本效益分析法等方法（以后各章节陆续介绍）。定性分析法当S结构不清、收集到的信息不太准确，或是由于评价者的偏好不一，对于所提方案评价不一致，难以形成常规的数学模型时，可采用目标-手段分析法、因果分析法、KJ法等方法。,五.SA的方法,52,SA方法,定量分析法定量方法适用于S结构清楚，收集到的信息准确，能建
23、立数模的对象。可采用投入产出分析法、成本效益分析法等方法（以后各章节陆续介绍）。定性分析法当S结构不清、收集到的信息不太准确，或是由于评价者的偏好不一，对于所提方案评价不一致，难以形成常规的数学模型时，可采用目标-手段分析法、因果分析法、KJ法等方法。,五.SA的方法,53,1、目标手段分析法,将要达到的目标和所需手段按照系统展开，一级手段等于二级目标，二级手段等于三级目标，依次类推，便产生了层次分明、相互联系又逐渐具体化的分层目标系统。在目标分解过程中，要注意使分解的分目标与总目标保持一致，分目标的集合一定要保证总目标的实现。此法的实质是运用效能原理不断进行分析的过程。,五.SA的方法,54
24、,五.SA的方法,55,2、因果分析法,利用因果分析图来分析影响系统的因素，并从中找出产生某种结果的主要原因的一种定性分析方法。优点：形象简单，一目了然，问题越复杂越能发挥其长处，适宜于集体讨论，统一意见和向领导机关汇报工作。,五.SA的方法,56,因果分析图（鱼刺图）,五.SA的方法,57,五.SA的方法,例：某工厂用于分析产品质量不稳定的因果分析图,58,3、KJ法（信息卡片归类法）,日本东京工业大学的川喜田二郎(Kauakida Jir)教授提出的一种直观的定性分析方法。它是从很多具体信息中归纳出问题整体含义的一种分析方法，故又称信息卡片归类法。依据信息的相关性（“亲近性”）逐渐合并成小
25、组中组大组，然后画出问题的整体结构图，分析其含义，取得对问题的明确认识。,五.SA的方法,59,KJ法的实质,这一方法是从错综复杂的现象中，用一定的方式来整理思路、抓住思想实质、找出解决问题新途径的方法,60,KJ法与统计法,KJ法不同于统计方法统计方法强调一切用数据说话，而KJ法则主要靠用事实说话、靠“灵感”发现新思想、解决新问题KJ法认为许多新思想、新理论，往往是灵机一动、突然发现。但应指出，统计方法和KJ法的共同点，都是从事实出发，重视根据事实考虑问题,61,比较,62,川喜认为，按照KJ法去做，至少可以锻炼人的思考能力,63,KJ法适用场合,认识新事物（新问题、新办法）。整理归纳思想。
26、从现实出发，采取措施，打破现状。提出新理论，进行根本改造，“脱胎换骨”。促进协调，统一思想。贯彻上级方针，使上级的方针变成下属的主动行为。,64,例：社会老龄化问题的有关信息,3、5、20老年人口增多,1、34、35劳动力不足,6、30、28、44经济困难大,12、19、29社会负担重,27兵源不足,人力资源下降,创造力下降 8 9 23 40,经济问题,经济增长减慢,26、37、45文体设施不适应,17、18、36教育、管理、不适应,13、15、24、32、33衣食住行不适应,31社会需求变化,社会需求发生变化,青年人受到压抑 16213342,老年人不幸福 4 7 22,10、25、41社
27、会问题,2、13、14家庭问题,社会矛盾加深,社会问题,66,67,主要内容,3.1 S模型概述定义与特性为什么要用S模型S模型的分类使用数学模型的好处3.2 S建模方法对S模型的要求S建模的原则建模者应具备的素质建模的主要方法,3.3 S分析概述什么是S分析S分析的要素S分析的原则S分析的要点与步骤S分析的方法3.4 SA应用实例美军F10B飞机武器选型阿拉斯加原油输送方案纽约市供水网扩建工程的系统分析,68,要为8个中队（248192架）F10B飞机增加武装，条件是只可在喇叭狗式导弹和500磅炸弹中选其一（可行方案不再开发）。空军、陆军主张不一，只好请SA机构提供定量可靠的依据辅助领导者决
28、策，解决空军、陆军的矛盾。,1、明确问题和确定目标,一.美军F10B飞机武器选型的SA,69,每摧毁一个目标需导弹2枚或炸弹6枚；每发武器的命中概率为：导弹70，炸弹30；飞机每架次升空飞行时间2小时，每小时飞行成本800美元；每枚武器的成本：导弹为6500500 7000美元（购置费存储费）炸弹为 0 100 100 美元；每架飞机成本240万美元，加装导弹和炸弹后分别为270万美元和242.5万美元；飞机的载弹量分别为导弹6枚、炸弹10枚；飞机被击毁的概率为1每飞行小时。,2、搜集资料 要作定量分析，必须搜集有关计量指标。调研后知：,一.美军F10B飞机武器选型的SA,70,“用经济有效的
29、手段摧毁目标”即各个方案摧毁一个目标的成本？,3、建立模型（进行定量分析）先应将目标具体化为准则，以便明确评价方案优劣的标准。,一.美军F10B飞机武器选型的SA,71,摧毁一个目标的总成本C武器成本C0投射成本Cd损耗成本Ca其中：C0 每枚武器的成本摧毁一个目标的武器数量；Ca每架飞机成本 每架飞机成本摧毁一个目标的飞行时间每飞行小时的飞机损毁率,3、建立模型（进行定量分析）,一.美军F10B飞机武器选型的SA,72,两个方案分别摧毁一个目标的成本：,单位：美元,一.美军F10B飞机武器选型的SA,73,单从成本考虑，每摧毁一个目标方案成本高出1873美元；使用方案，精确度高，可减少陆军伤
30、亡；使用方案，飞机摧毁目标多。以飞机完好率80计算，每机每天飞行一架次，则3天可摧毁目标数为：方案(6/2)319280%=1382(个)方案(10/6)319280%=783(个)方案仅为方案的56.6%使用方案 后，飞机的飞行高度提高，敌方防空武器的火力命中率降低，可指望飞机被击落的概率降低。,4、综合评价（判断）,一.美军F10B飞机武器选型的SA,74,减少地面部队的伤亡；增加摧毁目标的潜力；降低飞机损失。,5、结论,每摧毁一个目标，安装导弹方案的成本虽然高出1873美元，但有如下三项好处：,结论：建议安装喇叭狗式导弹,一.美军F10B飞机武器选型的SA,75,中国式建设,必须在此处搞
31、建设？必须拆除原有建筑？有没有一次到位的建设，避免拉链工程？,76,每天送200万桶。油田处北极圈内，常年冰封，最低温度-50oC。,如何从美国阿拉斯加东北部的普拉德霍湾向美本土输油。,1.任务与环境,二.阿拉斯加原油输送方案的SA,77,方案：油船运。每天只需45艘，但要破冰船引航，起点和终点需建大油库；不安全、费用高、无保证。方案：用带加温S的油管输。可用成熟的管道输油技术，但沿途设站无人愿干，为防管道断裂必须用底架支撑和作保温处理，成本提高3倍。,2.开发方案 方案竞争的第一阶段开发两个方案：,为保安全和稳定，淘汰方案，保留方案，继续拨款鼓励竞争出新方案。,二.阿拉斯加原油输送方案的SA
32、,78,方案：由麻省理工SA所的两人提出油气混输（将天然气转换为甲醇后加到原油中去，降低溶点，提高流动性），从而用一管既输油又送气，不仅不需输送20的无用海水，还可省掉海水分离工艺流程，节省一条送气管道（60亿），比方案省了一半。,方案：把含1020氯化钠的海水加到原油中去，提高低温下原油流动性，用普通油管即可输送，取得专利。,二.阿拉斯加原油输送方案的SA,79,二.阿拉斯加原油输送方案的SA,80,三.纽约市供水网扩建工程的系统分析,20世纪60年代末期，纽约市供水委员会花费几十万美元拟定了一个扩建供水网的工程设计计划，预计耗资10亿美元，分五个阶段，完成后将可满足今后40年纽约市人口增加
33、25%时的用水需要。计划遭市预算局的反对，他们认为供水委员会预估的40年后25%的人口增长不合理，故供水网扩建不必要。在市预算局的要求下，市政府聘请麻省理工学院的系统分析人员进行系统分析。,工程背景,81,1.问题的提出,供水委员会认为增强纽约市供水能力的理由：今后40年，城市居民将逐年增加；现有供水系统必须广泛检修。纽约市自来水由两个部门各负其责。供水委员会负责全市直径10英寸以上的一级管道；直径6英寸以下的管道由另一个市政部门负责。因此本扩建方案局限于一级管道的扩建。,三.纽约市供水网扩建工程的系统分析,82,1.问题的提出,(1)最初的设计方案 增设50英里长的直径为28英寸的水管，需1
34、0亿美元。分5个阶段，其中第一阶段投资3.23亿美元（铺设最大的水管，需经过坚硬的岩石）。设计方案：只考虑一个供水网的地理布局；只使用一个评审准则，即第一级网络的终端自来水压力须达到40磅/英寸2；工程的预计使用期限为40年，即满足到2010年的用水需要；不采用水泵增压，靠重力输送。,83,1.问题的提出,(2)部门间的相互制约 好的设计方案要清楚的意识到其所受的各种制约条件和边界。供水网设计受到多方面制约，其中物理方面的制约可由传统工程设计师解决，经济性、社会性的制约则需由系统分析师来分析处理。系统分析工作的制约包括：职权制约：受职权因素影响，技术上最优的方案可能遭反对，最后实施的往往是各有
35、关部门均接受的折中方案（满意方案）；经费制约：经费的获取有限。,84,2.系统分析,本分析分为5个阶段：制定目标和评价准则；制定衡量工程效果的准则和量化的指标；开发多种方案，使用模型和计算机对各个方案进行分析；运用衡量工程效果的准则，进行方案评价；选择最佳的实施方案。,85,2.系统分析,(1)制定目标,原目标 供水网终端的水压达到40磅/英寸2。,新目标 系统的总性能；市区用水的方便程度；供水可靠性；基建和保持运行的总费用。,86,2.系统分析,(2)制定衡量效果的准则,原准则 供水网终端的水压达到40磅/英寸2。,新目标 总性能=Piqi/qi Pi:各主要点上的压力 qi:加权因子 市区
36、用水的方便程度：各网络终端的性能；可靠性：三个主管道中的一个因故障须关闭时，系统性能所受影响；总费用（贴现率每年5%）,87,2.系统分析,(3)制定方案 共设计了250个具体方案，主要是对三个方面的不同设计：关于系统的物理构型，包括管路布局、管道长度、管道直径及基建费用等；关于使用周期的划分，即确定整个供水系统能满足多少年后的用水需求；采用水泵加压或加大水管的方法改善供水性能。其中，对所有方案进行了敏感性分析。如对管路布局的敏感性分析中发现不同构型的能量损失不同，最有效的结构应是能够减少压降、提高供水系统性能的方案。,88,2.系统分析,(4)方案评审 对250个方案进行评审。关于物理构型问
37、题：,用费用-效果函数表示的总性能,89,2.系统分析,系统终端的费用-效果函数,90,2.系统分析,可靠性目标：成败性能的费用-效果函数,91,2.系统分析,关于使用周期的确定问题：,决定最佳使用期的示意图,最经济的设计使用期为2025年，仅为原计划的一半，从而证明消减设计规模的正确性。,92,2.系统分析,关于是否采用水泵加压的问题：,费用与管径的关系,最高负荷应高于平均负荷的20-30%，但高峰用水时间发生概率仅为0.001.管径可降为原设计的4/5，节约投资30%.,93,3.实施,最终采用的折中方案：供水系统的布局沿用了最初的设计方案；依然按原设计不采用水泵；工程规模缩为原设计的3/
38、5，水管直径降为原设计的4/5（由26-28英寸降为20-22英寸）。仅此一项就节约1亿美元，第一阶段总投资由3.23亿降为2.23亿。,94,4.小结,从上述折中方案可见：虽然原设计的管路布局不是最好，但新设计未作修改。这是考虑供水委员会的威信。通过工程规模的缩减，为预算局所接受；修改设计节约1亿美元，分析成本仅为5万美元，系统分析一本万利。,95,思考题,何谓系统模型？系统模型有哪些主要特征？何谓系统分析？系统分析包括有哪些要素？请画简图说明这些要素之间的关系。对系统模型有哪些基本要求?系统建模主要有哪些方法，请分别说明这些建模方法的适用对象和建模思路。为什么在SA中要大量采用S模型，而不是针对现实系统进行分析？解决问题的“5W1H”是什么？举例说明。自拟一个学习生活中遇到的现实问题，试用目标-手段和因果分析法进行S分析。,96,作业,P37,第4、5题,
