系统工程第三章(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。

第一章系统工程概述（一）系统工程的产生、发展及应用识记：系统理论的形成与发展控制论是研究各类系统的控制和调节的一般规律的综合性理论，“信息”与“控制”等是其核心概念。

它是继一般系统论之后，由数学家维纳在20世纪40年代创立的。

信息论是研究信息的提取、变换、存储与流通等特点和规律的理论（二）系统工程的研究对象识记：系统的定义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。

有以下四个要点：（1）系统及要素。

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单个事物（元素），也可以是一群事物组成的分系统、子系统等。

（2）系统和环境。

任一系统又是它所属的一个更大系统（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。

（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。

（4）系统的功能。

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

识记：系统的类型认识系统的类型，有助于人们在实际工作中对系统工程对象系统的性质有进一步的了解并进行分析。

（1）自然系统与人造系统自然系统是主要由自然物（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。

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。

实际上，大多数系统是自然系统和人造系统的复合系统。

近年来，系统工程越来越注意从自然系统的中探讨和研究人造系统。

（2）实体系统与概念系统凡是以矿物、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；凡是由概念、原理、原则、方法、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。

在实际生活中，实体系统和概念系统在多数情况下是结合在一起的。

实体系统是概念系统的物质基础；而概念系统往往是实体系统的中枢神经，指导实体系统的行动或为之服务。

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21. 给定描述系统基本结构的有向图，如图3-16a 、b 所示。

要求：（1）写出系统要素集合S 及S 上的二元关系集合Rb 。

（2）建立邻接矩阵A 、可达矩阵M 及缩减矩阵M ’。

解：ａ）(1) 51234{S ,,,,}S S S S S =55551212334234{(S ,),(,),(,),(,),(,),(,),(,S )}b R S S S S S S S S S S S S =（2）0100100100000100000001110A ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦= 1100101100001100001001111A I ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦231111101110()()001100001001110A I A I M ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+==+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦具有强连接要素用一个要素来代替得'M M =b) (1) {1,2,3,4,5,6}S ={(1,3),(1,5),(2,4),(4,2),(4,6),(5,2),(5,1)}b R =2S 34Sa)b)图3-16 题21图(2)001010000100000000010001110000000000A⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦101010010100001000010101110010000001A I⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦2111010010101001000()010101111110000001A I⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦3411111111111001000()()0000001010101010111A I A I M⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+==+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦11110101'00100001M⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦22. 请依据图3-171P9解：V表示行要素直接影响列要素，A表示列要素直接影响行要素，X表示行列两要素相互影响。

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。