系统工程理论.ppt

1、第二章 系统工程理论与方法论,一 系统工程理论二 系统工程方法论三 系统分析,1,钱学森提出现代科学技术的体系结构,一 系统工程理论,系统工程理论基础及工具,一 系统工程理论,一般系统论,1一般系统论产生背景 实验科学时代的还原论 主要任务是分析事物内部细节，收集、整理资料，客观上要求人们分门别类地进行研究，因而科学的主要趋势是分化，与之相适应的是分析解剖法。 2一般系统论的产生 20世纪20年代美籍奥地利生物学家冯贝塔朗菲在对生物学的研究中发现把生物分解的越多，反而会失去全貌，对生命的理解和认识反而越来越少。因此开始了理论生物学研究，创立了一般系统论。1945年关于一般系统论的发表，成为系统

2、论形成的标志。,一般系统论,3一般系统论的基本观点 系统整体性 要素和系统不可分割 系统整体的功能不等于各组成部分的功能之和 系统整体具有不同于各组成部分的新性质或功能 系统的开放性 系统与环境不断进行物质、能量和信息的交换 系统的动态相关性 要素、系统和环境三者之间的关系及其对系统状态的影响 系统的层次等级性 系统是有结构的，而结构是有层次、等级之分的。 系统的有序性 一是系统结构的有序性。二是系统发展的有序性,一般系统论,4系统方法论的启示 系统方法论主张以系统的观点去看整个世界，不能片面、孤立地看问题。系统方法论主张以思辨原则代替实验原则，不能机械地看问题系统方法论主张以整体论代替还原论

3、。对事物的层层剖析，弱化事物各部分间的联系，认为整体是部分的简单加和，这种思想不利于从总体把握事物，对事物的整体功效认识不清系统方法论主张以目的论代替因果论。,控制论,研究动态系统在变的环境条件下，如何保持平衡状态或稳定状态的科学。1控制论的产生 维纳（Norbert Wiener）于1948年出版了控制论一书，他对控制论（Cybernetics）的定义是：“关于动物和机器中控制和通信的科学。” 2维纳的控制论阐述了两个根本观念： 一切有生命、无生命系统都是信息系统。无论是机器还是生物，都存在着对信息进行接收、存取和加工的过程。 一切有生命、无生命系统都是控制系统。一个系统一定有它的特定输出功

4、能，必须有相应的一套控制机制,控制论,3控制论对系统工程方法论的启示 （1）黑箱一灰箱一白箱法 （2）功能模拟法 以功能和行为的相似性为基础，用模型模仿原型的功能和行为的一种方法。 （3）形式化、数量化、最优化方法控制论的提出促使人们对系统采用形式化加以抽象，进行数量化加以定量描，并寻求系统的最优化。,信息论,1信息论产生 20世纪40年代末产生，其主要创立者是美国的数学家申农和维纳 2申农将信息定义为“两次不定性之差”，即“不定性减少的量”。 信息(量)=通信前的不确定性通信后尚存的不确定性 信息量 度量信息大小的量。在申农的信息论中，信息被看作系统不确定性的减少。信源产生的通信信息，正是概

5、率论中所研究的随机现象。信息的定量描述就可用概率的方法来实现。 反常的事件比正常的事件所含信息量大，稀有事件比正常事件所含信息量大等。概率小的事件发生时所含的信息量大，如P（i)1/10所含的信息量很低，p（i）1/10000所含的信息量很高。如果事先知道某事情肯定会发生，出现概率为1，有消息告诉我们这件事的确发生了，并没有消除任何不确定性，所得信息量为0。 采用对数作为信息的度量,信息论,若某事件出现概率为p，则这一事件所具有的信息量为单位为比特(bit)，信息量常用单位 计算出信源发出的每一个符号所包含的平均信息量，这个平均值就是信源平均信息量，即信息熵。,信息论,2信息论启示 信息方法

6、运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传送、加工、处理而实现其有目的性的运动的一种研究方法 信息方法在分析和处理问题时，把系统有目的的运动抽象为一个信息变换过程。不对事物的整体结构进行剖析，而是从其信息流程加以综合考察，获取关于整体的性能和知识。 信息方法的意义就在于它指示了机器、生物系统的信息过程，揭示了不同系统的共同信息联系；有利于管理、决策科学化；指明了信息沟通的重要性。,耗散结构理论（Dissipative Structure）。,1 背景：耗散结构概念是相对于平衡结构概念提出来的。长期以来，在物理学中人们只研究平衡系统的有序稳定结构，并认为倘若系统原先处于一种混乱无序的非平衡

7、状态时，不可能呈现出一种稳定有序结构。 1969年比利时物理学家普利高津（I. Prigogine)提出了耗散结构学说： 2概念：一个远离平衡态的开放系统（不管是力学、物理的、化学的，还是生物的和社会的），在外界条件发生变化达到一定阈值(临界值)时，量变可以发生质变（由无序到有序的突变）。通过与外界交换物质、能量和信息等，使系统从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态，这种远离平衡态的、稳定的、有序结构被称为“耗散结构,耗散结构理论（Dissipative Structure）。,3 几个基本观点： 开放系统是产生耗散结构的必要前提、维持和存在的基础。 非平衡态是有序之源 非线性动

8、力学机制 ：非线性机制所产生的非加和作用是系统产生并保持耗散结构的根本原因 4耗散结构理论 意义 指出了化学、生态系统等许多复杂系统由无序转向有序的一般规律，沟通了生命系统与非生命系统之间的联系。 事物要发展就要保持系统是开放的，与外界有能量、物质、信息的交换。,协同学,1 产生 原西德理论物理学家哈肯（Haken）长期从事激光理论研究，发现激光呈现出丰富的合作现象，从而得出了协同作用的重要概念，于20世纪70年代后期创立了协同学。 哈肯认为系统由无序到有序的关键不在平衡、非平衡或者离平衡态有多远。关键在于组成系统的各子系统在一定条件下，它们之间的非线性作用、相互协同和合作，自发产生有序结构，

9、因此强调了协同现象的普遍性和重要性。,协同学,2 基本原理 (1)协同效用原理即“协同导致有序”。系统要素的协同作用是任何复杂系统本身所固有的自组织能力，是形成系统有序结构的内部作用力和关键。 (2)支配原理。复杂系统在由不稳定点向新有序时空结构转变时，通常受到序参量的决定。在复杂系统中有两类变量，即快变量与慢变量（即序参量），起支配控制作用的变量是慢变量。 (3)自组织原理。系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构或功能，它具有内在性和自生性。在外部能量和物质输入的情况下，系统会通过大量子系统间的协同作用，在自身涨落力的推动下，形成新的时空结构。,协同学

10、,3协同学与耗散结构小结 (1)耗散结构要求系统开放，远离平衡态，有物质、能量交换，以及内部的非线性机制。而协同学把研究从远离平衡态的开放系统扩展到近平衡态和平衡态系统。 （2）协同学：子系统之间的协作力（可正、可负、可为零）决定系统的未来走向。协作力大于零，系统走向高级稳态；协作力小于零，系统走向混乱。 （3)耗散结构惯性原理：一旦形成耗散结构就有一定抗干扰能力。 (4)耗散结构吞并溶合原理：外来小系统与大的耗散结构相遇并相互作用时，小系统不能足以破坏大系统时，则被后者吞并且溶合，并不影响后者的基础结构。,突变论,1产生 法国数学家勒内托姆（Rene.Thom）于1972年创立 突变论从量的

11、角度研究各种事物的不连续变化问题，进行从量变到质变的研究。它用数学模型来模拟突变过程，考察这一过程从一种稳态到另一种稳态的跃迁。运用的数学工具主要为拓扑学、奇点理论和结构稳定性理论。 2托姆突变论的主要观点 (1)稳定机制是事物的普遍特性之一，是突变论阐述的主要内容，事物的变化发展是其稳定态与非稳定态交互运行的过程。 (2)质变可以通过渐变和突变两种方式来实现，如水在常压下的沸腾是通过突变来实现的，而语言的演变则是一个渐变过程。 (3)在一种稳定态中的变化属于量变，在两种结构稳定态中的变化或在结构稳定态与不稳定态之间的变化则是质变。,“新三论”的启示,（1)社会经济系统虽显现了一些物理化学规律

12、，但从根本上看有许多超出规律的规律。(2)社会经济系统从低级向高级转变必定依赖于开放、内部协同的条件。(3)无论是渐变还是突变，都是有规律可循的，高度简化下，可以定量地描述、预测市场的变化规律。,系统工程理论的新发展,复杂适应系统（Complex Adaptive System,简称CAS） 1994年，霍兰正式提出理论。 CAS理论的基本思想可以用一句话概括：“适应性造就复杂性。” CAS理论包括微观和宏观两个方面 在微观方面，CAS理论最基本的概念是具有适应能力的、主动的个体，简称主体。这种主体在与环境的交互作用中遵循一般的刺激反应模型。所谓适应能力表现在它能够根据行为的效果修改自己的行为

13、规则，以便更好地在客观环境中生存。 在宏观方面，由这样的主体组成的系统，将在主体之间以及主体与环境的相互作用中发展，表现出宏观系统的分化、涌现等种种复杂的演化过程。,系统工程理的新发展,开放的复杂巨系统 1990年自然杂志第一期发表钱学森、于景元、戴汝为三人署名的文章：“一个科学新领域开放的复杂巨系统及其方法论”，首次向世人公布了这一新的科学领域 基本观点。 系统本身与系统周围的、环境有物质的交换、能量的交换和信息的交换。由于有这些交换，所以系统是产开放的”。 系统所包含的子系统很多，成千上万，甚至是上亿万，所以是“巨系统”。 子系统的种类繁多，有几十、上百，甚至几百种，所以是“复杂的”。 开

14、放的复杂巨系统广泛存在于现实世界。例如，人脑系统、人体系统、社会系统、地理环境系统和星系系统等，开放的复杂巨系统涉及到生物学、医学、生态学、天文学和社会科学等学科领域。,二 系统工程（基本工作过程）方法论 1、霍尔的三维结构,1,2、切克兰德方法论,1,3、从定性到定量的综合集成系统方法论,中国科学家钱学森等针对开放复杂巨系统问题，于20世纪90年该方法论以对社会系统、人体系统、地理系统等3类复杂巨系统的研究实践为基础，形成一个整体，其主要特点是,根据开放的复杂巨系统的复杂机制和变量众多的特点，把定性研究与定量研究有机地结合起来，从多方面的定性认识上升到定量认识；按照人一机结合的特点，将专家群

15、体（各方面有关专家）、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来； 由于系统的复杂性，把科学理论与经验知识结合起来，把人对客观事物星星点点的知识综合集中起来，力求问题的有效解决；根据系统思想，把多种学科结合起来进行研究； 根据复杂巨系统的层次结构，把宏观研究与微观研究统一起来；强调对知识工程及数据挖掘技术等的应用。该方法论在社会经济系统工程等领域已得到了成功应用。,1,4、物理事理人理（WSR）系统方法论。,中国系统工程专家顾基发和英国华裔专家朱志昌于90年代中期提出,物理主要涉及物质运动的机理，通常要用到自然科学知识，主要回答这个“物”是什么，它需要的是真实性；事理是做事的道理，主要解决如何去安

16、排这些事物，通常用到管理科学方面的知识，主要回答怎样去做；人理是做人的道理，处理任何事和物都离不开人去做，以及由人来判断这些事和物是否得当，通常要用到人文社会科学的知识，主要回答应当如何.WSR作为一个统一的工作过程 可由理解领导意图、调查分析、形成目标、建立模型、协调关系、提出建议等6个步骤来构成,1,4、物理事理人理（WSR）系统方法论。,主要原则 遵循参与、综合集成、人机结合且以人为主、迭代和学习,WSR方法论的主要内容,1,三 系统分析,1系统分析的定义及内容系统分析概念系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等方法，对系统的有关方面进

17、行定性与定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。 SA是SE的核心内容、分析过程和基本方法。,2系统分析的要素 （1)问题：对象，缺陷 (2)目的及目标 (3)方案 (4）模型 (5)评价 (6)决策者。,1,3系统分析程序,1,4、应用系统分析的原则坚持问题导向 以整体为目标 多方案模型分析和选优 定量分析与定性分析相结合 多次反复进行,1,第三章 系统模型与模型化,第一节.概述 1.基本概念及意义 模型对现实系统抽象表达的结果。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 要注意兼顾到现（真）实性和易处理性 模型三个特征: 它是现实

18、世界部分的抽象或模仿； 它是由那些与分析的问题有关的因素构成的； 它表明了有关因素间的相互关系。,4,模型化构建系统模型的过程及方法。 意义及特点： 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 模型的分类： 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A22） 仿真模型A3 形象模型A4（物理模型A41;图像模A42） 类比模型A5,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

19、“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 D实体模型D1（实物模型D11;模拟模型D12） 抽象模型或符号模型D2（数学模型D21; 结构模型D22；仿真模型D23; ）,模型化的基本方法： 机理法或分析方法（A22,B1,B3,C2,D21） 实验方法：拟合法“理论”导向 经验法“数据”导向 （A22,B1,C2,D21） 模拟法“计算机”或“实物”导向 （A3,A4,B2,C3,D1,D23） 专家法或老手法（A21,B4,C1,D22） ,3.建模一般过程 （1）明确建模目的和要求； （2）弄清系统或

20、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,几种典型的系统模型 ISM（Interpretative Structural Modeling） SS （State Space） SD （System Dynamics） CA （Conflict Analysis） 新进展软计算或“拟人”方法（人工神经 网络、遗传算法等）； 新型网络技术（Petri网等）； ,第二节系统结构模型化技术,一系统结构模型化基础 1.概念 结构结构模型结构模型化结构分析2.系统结构表达及

21、分析方法 集合:理解系统结构的概念（构成系统诸要素间的关联方式或关系） 有向图:（节点与有向弧） 矩阵:（可达矩阵等）,系统结构的集合表达集合S 基本二元关系和强连接关系 传递性 二元关系集合Rb,例:某系统由七个要素（S1，S2，S7）组成。经过两两判断认为：S2影响S1，S3影响S4，S4影响S5，S7影响S2，S4和S6相互影响。用要素集合S和二元关系集合Rb来表达该系统的结构。 S = S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7 Rb = （S2，S1），（S3，S4）， （S4，S5）, （S7，S2），（S4，S6），（S6，S4）,系统结构的有向图表达： 节点： 有向弧 例题：某系

22、统由七个要素（S1，S2，S7）组成。经过两两判断认为：S2影响S1，S3影响S4，S4影响S5，S7影响S2，S4和S6相互影响。用有向图D来表达该系统的结构。,系统结构的矩阵表达： 邻接矩阵A:表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况的方阵,系统结构的矩阵表达： 可达矩阵M:表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图上两个节点之间通过任意长的路径可以到达情况的方阵,系统结构的矩阵表达： 缩减矩阵M:根据强连接要素的可替换性，在已有的可达矩阵M中，将具有强连接关系的一组要素看作一个要素，保留其中的某个代表要素，删除掉其余要素及其在M中的行和列，即得到该可达矩阵M的缩减矩阵,系统结构的矩阵表

23、达： 骨架矩阵A:对于给定系统，A的可达矩阵M是惟一的，但实现某一可达矩阵M的邻接矩阵A可以具有多个。把实现某一可达矩阵M、具有最小二元关系个数（“1”元素最少）的邻接矩阵叫做M的最小实现二元关系矩阵，或称之为骨架矩阵. 系统统结构的三种基本表达方式相互对应.用集合来表达系统结构概念清楚，在各种表达方式中处于基础地位；有向图形式较为直观，易于理解；矩阵形式便于通过逻辑运算，用数学方法对系统结构进行分析处理。以它们为基础和工具，通过采用各种技术，可实现复杂系统结构的模型化。,(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。,(1)写出系统要素集合

24、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。,二 建立递阶结构模型的规范方法 解释结构模型化（ISM）技术 是美国J.N.沃菲尔德教授于1973年作为分析复杂的社会经济系统结构问题的一种方法而开发的。 其基本思想是：通过各种创造性技术，提取问题的构成要素，利用有向图、矩阵等工具和计算机技术，对要素及其相互关系等信息进行处理，最后用文字加以解释说明，明确问题的层次和整体结构，提高对问题的认识和理解程度。,ISM工作原理图,建立递阶结构模型的规范方法 建立反映系统问题要素间层次关系的递阶结构模型，可在可达矩阵M的基础上进行，一般要经过区域划分、级位划分、骨架矩阵提取

25、和多级递阶有向图绘制等四个阶段。这是建立递阶结构模型的基本方法。 通过对可达矩阵的处理，建立系统问题的递阶结构模型，这是ISM技术的核心内容。,例:某系统由七个要素（S1，S2，S7）组成。经过两两判断认为：S2影响S1，S3影响S4，S4影响S5，S7影响S2，S4和S6相互影响。这样，该系统的基本结构可用要素集合S和二元关系集合Rb来表达，其中： S = S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7 Rb = （S2，S1），（S3，S4）， （S4，S5）, （S7，S2），（S4，S6），（S6，S4）,有向图,可达矩阵M,1.区域划分,区域划分即将系统的构成要素集合S，分割成关于给定二元

26、关系R的相互独立的区域的过程。 以可达矩阵M为基础，划分与要素Si（i = 1，2，n）相关联的系统要素的类型，并找出在所有要素集合S中有明显特征的要素。,有关要素集合的定义如下 可达集R（Si）:系统要素Si的可达集是在可达矩阵或有向图中由Si可到达的诸要素所构成的集合，记为R（Si）。 R（Si）= Sj | SjS，mij = 1，j = 1，2，n i = 1，2，n,R(S5)=S5,R(S7)=S1,S2,S7,先行集A（Si）:系统要素Si的先行集是在可达矩阵或有向图中可到达Si的诸要素所构成的集合，记为A（Si）。 A（Si）= Sj | SjS，mji = 1，j = 1，2

27、，n i = 1，2，n,A(S3)=S3,A(S4)=S3,S4,S6,A(S6)=S3,S4,S6,A(S5)=S3,S4,S5, S6,A(S7)=S7,共同集C （Si）:系统要素Si 的共同集是Si在可达集和先行集的共同部分，即交集，记为C （Si） 。 C（Si）= Sj | SjS，mij = 1， mji = 1， j = 1，2，n i = 1，2，n,C(S4)=S4,S6,系统要素Si的可达集R（Si） 、先行集A（Si） 、共同集C （Si）之间的关系如图,起始集B（S）:系统要素集合S的起始集是在S中只影响（到达）其他要素而不受其他要素影响（不被其他要素到达）的要素所

28、构成的集合，记为B（S）。 B（S）= Si | Si S， C（Si）= A（Si）， i= 1，2，n B（S）中的要素在有向图中只有箭线流出，而无箭线流入，是系统的输入要素。 B（S）=S3，S7。,当Si为S的起始集要素时，相当于使图的阴影部分C（Si）覆盖到整个A （ Si）区域。,终止集E（S）。系统要素集合S的终止集是在S中只被其他要素影响（到达）而不影响（到达）其他要素所构成的集合，记为E（S）。 E（S）= Si | Si S， C（Si）= R（Si）， i= 1，2，n E（S）中的要素在有向图中只有箭线流入，而无箭线流出，是系统的输出要素。E（S）=S1，S5。,当Si

29、为S的终止集要素时，相当于使图的阴影部分C（Si）覆盖到整个R （ Si）区域。,要区分系统要素集合S是否可分割，只要研究系统起始集B（S）中的要素及其可达集要素（或系统终止集E（S）中的要素及其先行集要素 ）是否相对独立.,利用起始集B（S）判断区域能否划分的规则如下： 在B（S）中任取两个要素bu、bv： 如果R（bu） R（bv）= ，则bu、bv及R（bu）、 R（bv）中的要素不属同一区域，系统要素集合S至少可被划分为两个相对独立的区域。 利用终止集E（S）判断区域能否划分的规则如下： 在E（S）中任取两个要素eu、ev, 如果A（ eu ） A（bv）= ,则eu 、 ev及A（

30、eu ）、 A（ ev ）中的要素不属同一区域，系统要素集合S至少可被划分为两个相对独立的区域。 （S）=P1，P2，Pk，Pm （其中Pk为第k个相对独立区域的要素集合）。经过区域划分后的可达矩阵为块对角矩阵（记作M（P）。,B（S）S3，S7 R(S3)R(S7)=S3,S4,S5,S6S1,S2,S7= 所以S3及S4, S5, S6, S7与S1、S2分属两个相对独立的区域. E（S）S1，S5 A(S1)A(S5)=S1,S2,S7S3,S4,S5,S6= 所以S1与S2、S7及 S5与S3, S4, S6, 分属两个相对独立的区域,E(S),15,可达矩阵M变为M(P) 块对角矩阵

31、,11,1,2.级位划分,区域内的级位划分，即确定某区域内各要素所处层次地位的过程。这是建立多级递阶结构模型的关键工作。 设P是由区域划分得到的某区域要素集合，若用L1，L2，Ll表示从高到低的各级要素集合（其中l为最大级位数），则级位划分的结果可写出： （P）=L1，L2 ，Ll 。 某系统要素集合的最高级要素即该系统的终止集要素。 级位划分的基本做法是：找出整个系统要素集合的最高级要素（终止集要素）后，可将它们去掉，再求剩余要素集合的最高级要素，依次类推，直到确定出最低一级要素集合（即Ll）,令LO=（最高级要素集合为L1，没有零级要素），则有： L1=Si|SiP-L0，C0（Si）=

32、R0（Si），i=1，2，n L2=Si|SiP-L0-L1，C1（Si）= R1（Si），in Lk=Si|SiP-L0-L1-Lk-1，Ck-1（Si）= Rk-1（Si），in 式中的Ck-1（Si）和Rk-1（Si）是由集合P-L0-L1-Lk-1中的要素形成的子矩阵求得的共同集和可达集。 经过级位划分后的可达矩阵变为区域块三角矩阵，记为M（L）。,对例题中P1=S3，S4，S5，S6进行级位划分的过程示于表中,划分的结果为： （P1）=L1，L2 ，L3=S5，S4，S6，S3,同理可得对P2=S1，S2， S7进行级位划分的结果为： （P2）=L1，L2 ，L3 = S1 ，S2

33、，S7 此时可达矩阵为M(L),对得对P1=S3，S4， S5, S6进行级位划分的结果为 （P1）=L1，L2 ，L3=S5，S4，S6，S3,3 提取骨架矩阵 提取骨架矩阵，是通过对可达矩阵M（L）的缩约和检出，建立起 M（L）的最小实现矩阵，即骨架矩阵A。这里的骨架矩阵，也即为M的 最小实现多级递阶结构矩阵。对经过区域和级位划分后的可达矩阵,M（L）的缩检共分三步，即： (1).检查各层次中的强连接要素，建立可达矩阵M（L）的缩减矩阵M（L） 如对原例M（L）中的强连接要素集合S4，S6作缩减处理（把S4作为代表要 素，去掉S6）后的新的矩阵为：,(2).去掉M（L）中已具有邻接二元关系

34、的要素间的越级二元关系，得到经进一步简化后的新矩阵M（L）。,(3).进一步去掉M（L）中自身到达的二元关系，即减去单位 矩阵，将M（L）主对角线上的“1”全变为“0”，得到经简化 后具有最小二元关系个数的骨架矩阵A。,A=M(L)-I=,(4).绘制多级递阶有向图D（A） 根据骨架矩阵A，绘制出多级递阶有向图D（A），即建立系统要素的递阶结构模型。 绘图一般分为如下三步： 第一步:分区域从上到下逐级排列系统构成要素。 第二步:同级加入被删除的与某要素（如原例中的S4）有强连接关系的要素（如S6），及表征它们相互关系的有向弧。 第三步:按A所示的邻接二元关系，用级间有向弧连接成有向图D（A）。

35、,原例的递阶结构模型：以可达矩阵M为基础，以矩阵变换为主线的递阶结构模型的建立过程,作业:序号1-16 a 序号17-32 b序号33-48 c (1)建立递阶结构模型,序号49-64 (1) 序号65-80 (2) 对可达矩阵M建立递阶结构模型,三 ISM实用化方法,1、判定要素间直接关系方格图,例题, :要素之间的二元关系Rb = （S2，S1）,（S3，S4）， （S4，S5）, （S7，S2），（S4，S6），（S6，S4）,V:行要素直接影响到列 要素,A:列要素直接影响行要素,X:行列两要素相互影响 (称之为强连接关系),A,V,V,X,A,A,V,2、根据要素直接关系逻辑推断间接

36、关系方格图 间接关系用（ ）标记,例题, :要素之间的二元关系Rb = （S2，S1）,（S3，S4）， （S4，S5）, （S7，S2），（S4，S6），（S6，S4）,A,V,V,A,X,(A),(V),(V),(A),3、根据直接间接关系方格图加入单位矩阵得到可达矩阵,4、去掉可达矩阵中强连接关系得到缩减矩阵,5、对缩减矩阵进行层次化处理,1 2 3 4 5 7,在M中按每行“1”元素的多少，由少到多顺次排列 调整M的行和列，得到M（L） 最后在M（L）中，从左上角到右下角，依次分解出最大阶数的单位矩阵， 并加注方框。每个方框表示一个层次,1 2 3 2 1 3,6、绘制多级递阶有向图,

37、根据M（L）该例中的要素分为三个层次：S1和S5属第一层次， S2, S4及S6属第二层次，S7、S3为第三层次。 根据直接关系或骨架矩阵画箭线,实用化方法小结,各小组可结合自己所提出的系统分析问题，来理解和掌握ISM实用化方法的过程。注意该方法的核心是对系统要素间的关系（尤其是因果关系）进行层次化处理，最终形成具有多级递阶关系和解释功能的结构模型（图）。 第1步： 找出影响系统问题的主要因素，通过方格图判断要素间的直接影响关系； 第2步： 考虑因果等关系的传递性，建立反映诸要素间关系的可达矩阵（该类矩阵属反映逻辑关系的布尔矩阵）； 第3步： 考虑要素间可能存在的强连接（相互影响）关系，仅保留

38、其中的代表要素，形成可达矩阵的缩减矩阵；,实用化方法小结,第4步： 缩减矩阵的层次化处理，分为两步：（1）按照矩阵每一行“1”的个数的少与多，从前到后重新排列矩阵，此矩阵应为严格的下三角矩阵；（2）从矩阵的左上到右下依次找出最大单位矩阵，逐步形成不同层次的要素集合。 第5步：作出多级递阶有向图。作图过程为： （1）按照每个最大单位子矩阵框定的要素，将各要素按层次分布； （2）将第3步被缩减掉的要素随其代表要素同级补入，并标明其间的相互作用关系； （3）用从下到上的有向弧来显示逐级要素间的关系； （4）补充必要的越级关系。 第6步：经直接转换，建立解释结构模型。,ISM实用化方法应用,某部门执行

39、力不力,系统分析小组经过分析找到10个影响要素分别为1战略定位，2结构及流程，3组织文化，4工作计划，5领导能力，6成员素质，7 激励与约束，8有效控制，9制度与规范，10配合与协调 ,要素之间的直接关系为 (s1,s2),(s2,s3), (s5,s2), (s3,s4), (s3,s6), (s6,s3)(s3,s8), (s9,s7), (s5,s7), (s7,s6), (s6,s10),用ISM实用化方法对其进行分析,建立解释结构模型。,直接关系方框图,（s1,s2),(s2,s3), (s5,s2), (s3,s4), (s3,s6), (s6,s3) (s3,s8), (s9,s

40、7), (s5,s7), (s7,s6), (s6,s10),直接间接关系方框图 ？,可达矩阵,缩减矩阵,具有层次结构的缩减矩阵,多级递阶有向图,解释结构模型,结论,通过上述分析，我们认为一个组织执行力的提高，从长期性和根本上来说，取决于这个组织的战略定位（1）、制度与规范的建设能力（9）和领导者的素质、修养及能力（5），从短期性和直接性来说，与工作计划（4）、有效控制（8）和组织成员间的相互配合与协调能力（10）等要素直接相关，而组织文化与成员素质（责任心）则直接影响以上三个要素。所以我们提出了根据组织战略定位，加强组织文化建设，提高组织成员素质（责任心），优化工作流程，加强工作制度建设，全面提高本部门执行力的初步方案（措施）。,四 状态空间模型 自己看书83-95 了解模型技术的新进展,