第3章系统模型与模型化

第3章系统模型考生必做六件事1.记笔记2.下载课件3.及时复习课件和笔记4.落课的话及时看重播5.按时完成作业和随堂考6.记得给老师打分噢！《系统工程导论》第3章系统模型（重点）P61-P100第三章，大纲考核知识点和考核目标：（一）系统模型概述理解：模型的概念和分类、模型的构建3.1 系统模型概述P62-P66《系统工程导论》3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P641. 模型的概念模型：对现实世界某些属性的抽象。

而系统工程最常用的是数学模型，即分析模型。

Y=aX+bYX系统模型具有以下三个特征：（1）它是对现实世界部分的抽象或模仿。

（2）它由与分析问题有关的因素构成。

（3）它表明了有关因素间的相互关系。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64在构造模型时，要兼顾它的现实性和易处理性。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P642. 模型的分类模型的分类图形与实物模型➢实物模型有城市规划模型和作战沙盘➢图形模型包括：1.不严格图：图画、草图、框图，没有严格的规定，用来表示那些还不太清楚的问题。

2.严格图：图论图、逻辑图、工程图。

有严格确定的结构形式和规范。

分析模型数学关系式表达变量间关系，应用在自然科学和工程技术仿真模型用“伪实验”预测行动的各种后果，实验对象不是真实世界而是仿真模型。

通常指计算机仿真。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P642. 模型的分类模型的分类博弈模型“人的行为导向”。

人的试验规则和计算机试验程序构成了博弈模型判断模型会议讨论，它的缺陷较多，影响处理问题的质量。

德尔菲法（专家调查法）。

3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64例题单项选择题：系统工程人员常常用（）表示那些还不太清楚的问题，如描述效能原理、系统组态和宏观过程等。

A.框图B.图论图C.逻辑图D.工程图3.1.1模型的概念和分类（理解）P62-P64答案解析答案：A解析：P62图画、草图和框图为不严格图，即没有严格确定的规范，作图者常常需要附加文字说明。

第三章系统建模与系统分析( System Modeling & System Analysis )1、系统建模及其方法2、系统分析及其方法目的：了解系统模型及建模方法掌握系统分析的基本方法3.1 系统模型第三章系统建模与系统分一、系统模型的定义与特性1.定义系统模型是对一个系统以某种确定形式( 文字、符号、图表、实物、数学公式等)进行描述、模仿和抽象，它反映系统的物理本质与主要特征。

..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..同一个模型可以描述不同的系统。

2.特征..它是现实系统的抽象或模仿..它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的；..它集中体现了这些主要因素之间的关系。

例3-1 ：耐用消费品新旧更替模型研究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，全国有一个用了不同时间的冰箱拥有量的分布。

.假定以一年为单位考察不同使用年限的冰箱的拥有量。

.任何已使用了i年的冰箱至少还能使用一年的概率为仇.假设冰箱的最长寿命为n 年.第k 年新购买的冰箱数目为u(k).、为什么要用系统模型..经济、方便、快速、安全..可以对“思想”或“政策”试验..可以导致对科学规律、理论、原理的发现。

..系统模型的作用是局限的实际系统模型模型化实验、分析比较现实意义解释结论三、系统模型的分类1. 按模型的形式分类实体、比例、模拟模型解析、逻网络、图物理模型概念模型数学模型任务书、说明书技术报告物理模型数学模型物理模型数学模型概念模型网络模型图表模型逻辑模型解析模型比例模型模拟模型实体模型系统增加研究的速度现实性减修改的方便性建模时抽象性建模费2. 按其它方式分类按相似程度分同构模型同态模型按结构特性分形象模型模拟模型符号模型数学模型启发式模型按对对象的了解程度分白箱模型黑箱模型灰箱模型四、数学模型的优势数学模型——使用最广泛的模型..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，便于计算机处理。

系统⼯程复习题及答案《系统⼯程》复习题及答案第⼀章⼀、名词解释1.系统：系统是由两个以上有机联系、相互作⽤的要素所构成，具有特定功能、结构和环境的整体。

2.系统⼯程：⽤定量与定性相结合的系统思想和法处理⼤型复杂系统的问题，⽆论是系统的设计或组织的建⽴，还是系统的经营管理，都可以统⼀的看成是⼀类⼯程实践，统称为系统⼯程。

3.⾃然系统：⾃然系统主要指由⾃然物（动物、植物、矿物、⽔资源等）所⾃然形成的系统，像海洋系统、矿藏系统等。

4.⼈造系统：⼈造系统是根据特定的⽬标，通过⼈的主观努⼒所建成的系统，如⽣产系统、管理系统等。

5.实体系统：凡是以矿物、⽣物、机械和⼈群等实体为基本要素所组成的系统称之为实体系统。

6.概念系统：凡是由概念、原理、原则、法、制度、程序等概念性的⾮物质要素所构成的系统称为概念系统。

⼆、判断正误1.管理系统是⼀种组织化的复杂系统。

( T )2.⼤型⼯程系统和管理系统是两类完全不同的⼤规模复杂系统。

( F )3.系统的结构主要是按照其功能要求所确定的。

( F )4.层次结构和输⼊输出结构或两者的结合是描述系统结构的常⽤式。

( T)三、简答1.为什么说系统⼯程时⼀门新兴的交叉学科？答：系统⼯程是以研究⼤规模复杂系统为对象的⼀门交叉学科。

它是把⾃然科学和社会科学的某些思想、理论、法、策略和⼿段等根据总体协调的需要，有机地联系起来，把⼈们的⽣产、科研或经济活动有效地组织起来，应⽤定量分析和定性分析相结合的法和电⼦计算机等技术⼯具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进⾏分析、设计、制造和服务，从⽽达到最优设计、最优控制和最优管理的⽬的，以便最充分填发挥⼈⼒、物⼒的潜⼒，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合，以实现系统的综合最优化。

系统⼯程在⾃然科学与社会科学之间架设了⼀座沟通的桥梁。

现代数学法和计算机技术，通过系统⼯程，为社会科学研究增加了极为有⽤的定量法、模型法、模拟实验法和优化法。

课程名称系统工程计划学时 2授课章节第三章系统模型和模型化（1）教学目的和要求：在本讲中，使学生了解系统模型和模型化的概念，建模的基本步骤和方法。

教学基本内容：1.系统模型的概念2.系统模型的分类3.系统模型化的基本步骤4.系统模型化的基本方法教学重点和难点：系统模型化的概念系统模型化的基本方法授课方式、方法和手段：多媒体教学为主，结合板书，同时加以作业和答疑作业与思考题：1.系统模型的概念2.系统模型化的基本步骤1第三章系统模型与模型化第一节系统模型与模型化概述一、系统模型的定义系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式提供关于该系统的知识。

模型的特征：（1）是现实世界部分的抽象或模仿；（2）反映了系统本质或特征的主要因素构成；（3）集中体现了主要因素之间的关系。

模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法。

二、模型化的本质、作用及地位（见下图）1.本质：利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。

2.作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。

这种表达是简洁的、形式化的。

②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。

③利用模型可以进行“思想”试验。

3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。

它不能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。

三、系统模型的分类2四、构造模型的一般原则1.建立方框图2.考虑信息相关性3.考虑准确性4.考虑结集性五、建模的基本步骤①明确建模的目的和要求。

以便使模型满足实际要求，不致产生太大偏差；②对系统进行一般语言描述。

因为系统的语言描述是进一步确定模型结构的基础；③弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系（结构关系和函数关系）。

第三章系统模型与模型化1、模型是实现系统的理想化抽象或简洁表示，描绘了现实系统的某些主要特点，是为了客观地研究系统而发展起来的。

模型的三个特点：（1）它是现实世界部分的抽象或模仿（2）它是由那些与分析的问题有关的因素构成的（3）它表明了有关因素间的互相关系2、模型的作用与地位 P36作用：（1）模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。

这种表达是简洁的、形式化的。

（2）模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。

（3）利用模型可以进行“思想”试验。

3、模型的分类P364、构造模型的一般原则书P37：（1）建立方框图（2）考虑信息相关性（3）考虑准确性（4）考虑集结性课件：1.现实性 2.简洁性 3.适应性 4.强壮性5、建模的基本步骤P38（1）明确建模的目的和要求，以便使模型满足实际要求，不致产生太大偏差。

（2）对系统进行一般语言描述。

（3）弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系（结构关系和函数关系），以便使模型准确地表示现实系统。

（4）确定模型的结构（5）估计模型的参数（6）实验研究（7）必要修改课件：1.形成问题 2.选定变量 3.变量关系的确定4.确定模型的数学结构及参数辨识5.模型真实性检验6、模型的简化方法 P40（1）减少变量，减去次要变量（2）改变变量性质（3）合并变量（集结）（4）改变函数关系（5）改变约束条件7、系统结构模型化------计算题P41-54结构模型是定性表示系统构成要素以及它们之间存在着的本质上相互依赖，相互制约和关联情况的模型。

邻接矩阵（A）是表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况的方阵。

邻接矩阵A的元素a ij可以定义如下：a ij= 1 S i R S j R表示S i与S j有关系0 S i R S j R表示S i与S j没关系可达矩阵R是指用矩阵形式来描述有向连接图各节点之间，经过一定长度的通路后可以到达的程度。

系统工程学第一章系统工程概述第一节系统工程的产生、发展及应用1 系统工程虽然形成于20世纪50年代，但是初步实践可以追溯到古代；2 古希腊唯物主义哲学家德谟克利特最早使用“系统”一词；亚里士多德名言：整体大于部分之和，这是系统论的基本原则之一。

3 都江堰由鱼嘴（岷江分流）、飞沙堰（分洪排沙）、和宝瓶口（引水）三大设施组成；4 早期的系统思想有“只见森林”和比较抽象的特点；15世纪下半页以后，有“只见树木”和具体化的特点；5 19世纪以后，有“先见森林，后见树木”的特点；6 辩证唯物主义认为，世界有无数相互关联、相互依赖、相互制约和相互作用的过程所形成的统一整体。

这种普遍联系和整体性的思想，就是科学系统思想的实质。

7 一般系统论、控制论、信息论耗散结构理论协同论及自组织理论等是系统理论的重要内容和SE的理论基础。

8 系统论或者狭义的一般系统论，是研究系统的模式、原则和规律，并对其功能进行数学描述的理论。

其代表人物是爱地理理论生物学家贝塔朗菲。

9 系统工程的发展概况1957年，发表第一部名为《系统工程》的著作，系统工程学形成的标志；1965年，提出模糊集合的概念，为现代系统工程奠定了重要的书数学基础1961-1972年，美国实施阿波罗登月计划，使用多种系统工程方法并获得巨大的成功，极大地提高了系统工程的地位1972年，国际系统分析研究所（IIASA）在维也纳成立，系统工程的应用重点开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一个重要的阶段10 中国系统工程研究主要标志和集中代表是钱学森的《工程控制论》、华罗庚的《统筹法》和许国志的《运筹学》11 中国大规模的研究系统工程是从20世纪70年代末、80年代初开始的。

1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在《文汇报》上发表了题为“组织管理的技术——系统工程”第二节系统工程的研究对象1 系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统（规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人机系统、经济性突出等）2 系统是由两个以上有机联系、相互作用的要素所组成，具有特定功能、结构和环境的整体；3 系统的一般属性：整体性，整体性是系统最基本、最核心的特性；关联性，构成系统的要素是相互联系、相互作用的；所有要素均隶属于系统整体，并具有互动关系；环境适应性，区分为不同环境：（技术环境、经济环境、社会环境等）和不同的环境域：（外部环境、内部环境）等目的性、层次性4 大规模复杂系统的特点：系统的功能和属性多样，由此带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系系统通常由多维且不同质的要素所构成一般为人机系统，而人及其组织或群体所表现出的固有的复杂性由要素间相互关系所形成的系统结构所形成的系统结构日益复杂化和动态化规模庞大和经济性突出等5 系统的类型自然系统和人造系统：多数是其复合系统实体系统与概念系统，通常研究的是这两类的复合系统动态系统和静态系统：系统工程研究的是一定时期、一定范围内和一定条件下具有某种程度稳定性的动态系统封闭系统和开放系统：研究有特定输入、输出的相对孤立系统第三节系统工程概念与特1 系统工程是从总体出发，合理开发、运行和革新一个大规模复杂系统所需思想、理论、方法论、方法与技术的总称，属于一门综合性的工程技术。

第一章：系统工程概述系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。

P5★系统的定义：是由两个以上相互联系、相互作用的要素所构成，且具有特定功能、结构、环境的整体。

有以下四个要点：（1）系统及其要素。

系统是由两个以上要素组成的整体，构成这个整体的各个要素可以是耽搁事物（元素），也可以是一群事物组成的分系统、子系统等。

系统与其构成要素是一种相对的概念，取决于所研究的具体对象及其范围。

（2）系统和环境。

任一系统又是它所丛书的一个更大系统（环境或超系统）的组成部分，并与其相互作用，保持较为密切的输入输出关系。

系统连同其环境超系统形成的系统总体。

系统与环境也是两个相对的概念。

（3）系统的结构。

在构成系统的诸要素之间存在着一定的有机联系，这样在系统的内部形成一定的结构和秩序。

结构即组成系统的诸要素之间相互关联的方式。

（4）系统的功能。

任何系统都应有其存在的作用与价值，有其运作的具体目的，也即都有其特定的功能。

系统功能的实现受到其环境和结构的影响。

系统的一般属性：P6（1）整体性：整体性是系统最基本、最核心的特性，是系统性最集中的体现。

（2）关联性：构成系统的要素是相互联系、相互作用的；同时，所有要素均隶属与系统整体，并具有互动关系。

关联性表明这些联系或关系的特性，并且形成了系统结构问题的基础。

（3）环境适应性：任何一个系统都存在于一定的环境之中，并与环境之间产生物质、能量和信息的交流。

环境的变化必然会引起系统功能及结构的变化。

系统必须首先适应环境的变化，并在此基础上使环境得到持续改善。

管理系统的环境适应性要求更高，通常应区分不同的环境类（技术环境、经济环境、社会环境等）和不同的环境域（外部环境、内部环境等）。

★大规模复杂系统的主要特点：P6（1）系统的功能和属性多样，由此而带来的多重目标间经常会出现相互消长或冲突的关系。

（2）系统通常由多为且不同质的要素构成。

（3）一般为人—机系统，而人及其组织或群体表现固有的复杂性。