系统工程模型和模型化.ppt

第四章 系统模型与模型化 第一节：系统建模 第二节：解释结构模型化技术 第三节：主成分和聚类分析 第四节：系统定量分析模型 第五节：系统预测和优化技术 1.基本概念及意义 模型——对现实系统某一方面抽象表达的结果。 应能反映（抽象或模仿）出系统某个方面的组成部分（要素）及其相互关系。 说明： 系统模型一般不是系统对象本身，而是现实系统的描述、模仿或抽象。系统是复杂的，系统的属性也是多方面的。对于大多数研究目的而言，没有必要考虑系统的全部属性，因此，系统模型只是系统某一方面本质属性的描述，本质属性的选取完全取决系统工程研究的目的。所以，对同一个系统根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型。 模型化——构建系统模型的过程及方法。 要注意兼顾到现实性和易处理性。 意义 对系统问题进行规范研究的基础和标志； 经济、方便、快速、可重复，“思想”或“政策”试验； 经过了分析人员对客体的抽象，因而必须再拿到现实中去检验。 2.模型的分类与模型化的基本方法 A——概念模型A1（思维或意识模型A11; 字句模型A12; 描述模型A13） 符号模型A2（图表模型A21;数学模型A22） 仿真模型A3 形象模型A4（物理模型A41;图像模型A42） 类比模型A5 模型的分类 B——分析模型B1[通常用数学关系式表达] 仿真模型B2[主要基于“计算机导向”] 博弈模型B3[主要基于“人的行为导向”] 判断模型B4[基于专家调查的判断] C——结构模型C1 数学模型C2 仿真模型C3 尽量使用数学模型的好处 它是定量分析的基础； 它是系统预测和决策的工具； 它可变性好，适应性强，分析问题速度快、省时、省钱，而且便于使用计算机,因此是所有模型中使用最广泛的一种模型。 另外，需要说明的是 建立一个简明的适用系统模型，将为你进行系统的分析、评价和决策提供可靠的依据。因此，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。因此有人讲，系统建模既是一种技术，又是一种“艺术”。 系统模型的特征 系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又高于实际系统而具有同类问题的共性。因此，同一种模型也可以代表多个系统，一个适用的系统模型应该具有如下三个特征： (1) 它是现实系统的抽象或模仿； (2) 它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的； (3) 它集中体现了这些主要因素之间的关系。 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。 类似法——依据不同事物具有的同型性，建造原S的类似模型。 混合法——上述几种方法的综合运用。 建模的主要方法 （1）对象：比较简单的白箱系统； （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。 建模的主要方法 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： 建模的主要方法 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: 建模的主要方法 图解法： 建模的主要方法 （1）对象：用推理法难以建模的复杂的白箱系统； （2）方法：利用不同事物具有的同型性，建造原系统的类似模型。 建模的主要方法 （1）对象：可实验和不可实验的黑箱和灰箱系统； （2）方法：通过实验或者查阅历史统计资料，找出系统的输入和输出数据，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），建立系统输出与输入之间的关系——系统的数学模型。 3.建模一般过程 （1）明确建模目的和要求； （2）弄清系统或子系统中的主要因素及其相互关系 ； （3）选择模型方法； （4）确定模型结构； （5）估计模型参数； （6）模型试运行； （7）对模型进行实验研究； （8）对模型进行必要修正。 本课程需要考虑的系统模型 ISM（Interpretative Structural Modeling） SS （State Space） SD （System Dynamics） CA （Conflict Analysis） 新进展——软计算或“拟人”