自学考试课件 管理系统工程(第三章)
第三章系统模型
第一节系统模型概述
一、概念模型就是对现实世界某些属性的抽象。模型的特征：模型是现实世界一部分的抽象或模仿模型是由那些与问题有关的因素组成模型表明了有关因素之间的关系
二、模型的分类图形与实物模型分析模型仿真模型博弈模型判断模型
三、模型的构建构建模型是指将现实世界中的原形概括形成模型的过程：现实原型数学模型数学结论解释现实
构建模型的一般原则建立方框图考虑信息的相关性考虑信息的准确性考虑信息的结集性
构建模型信息的分类可忽略其影响的因素对模型起作用但不属于模型描述范围的因素，这是系统环境的外部因素——外生变量、输入变量、自变量模型所需研究的因素，这是描述模型行为的因素——内生变量、输出变量、因变量
构建模型的基本步骤形成问题确定系统的特征因素确定模型结构构成数学模型模型真实性检验
第二节结构模型化技术
一、结构模型简介所谓系统的结构就是系统各要素之间相互关系的描述。结构模型就是应用有向连接图来描述系统各要素间的关系，以表示一个作为要素集合体的系统模型。
示例总人口期望寿命死亡率出生率医疗水平
结构模型的特征结构模型是一种图形模型结构模型是一种定性为主的模型结构模型可以用矩阵形式描述，从而使得定量与定性相结合结构模型比较适宜于描述以社会科学为对象的系统结构的描述
二、图的几个概念有向连接图链回路邻接矩阵可达矩阵
有向连接图有向连接图。有向连接图指由若干节点和有向边连接而成的网络图，也就是节点和有向边的集合。用数学语言描述就是G{S,E}G——有向图；S——节点集合，S{Si∣i1,2,…,5}；E——有向边的集合，E{[S3,S1],[S4,S1],[S2,S3],[S3,S2],[S5,S3],[S5,S4]}。
链和回路链：在图G中，如果由n1个顶点S0,S1,…,Sn和n条边e1,e2,…,en组成一个序列，其中每一条边ek如果和边ek1在一个端点Sk1相连，和边ek＋1在另一个端点Sk相连，则这样的序列称为链。S0称为链的起点，Sn称为链的终点。回路：如果一条链的起点和终点相同，那么这条链就称为闭链或回路。
邻接矩阵
可达矩阵可达矩阵（ReachabilityMatrix）R是指用矩阵形式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。可达矩阵R有一个重要特性，即推移律特性。可达矩阵可以应用邻接矩阵A加上单位矩阵I，并经过一定的演算后求得，即当Ar1(AI)r1R矩阵R称为可达矩阵，它表明各节点之间经过长度不超过n1的通路可以到达的程度。
三、解释结构模型法解释结构模型法(ISM)是分析复杂的社会经济系统有关问题的一种行之有效的方法，其特点是把复杂的系统分解为若干子系统或要素，利用人的实践经验和知识，以及电子计算机的帮助，最终将系统构成一个多级递阶的结构模型。
解释结构模型法的工作程序成立一个实施解释结构模型法的小组设定问题选择构成系统的要素建立邻接矩阵和可达矩阵对可达矩阵进行分解之后建立系统的结构模型根据结构模型建立解释结构模型
四、建立邻接矩阵和可达矩阵1.邻接矩阵建立A=(aij)Si～Sj，即Si与Sj和Sj和Si互有关系,aij=aji=1Si×Sj，即Si与Sj和Sj和Si均无关系,aij=aji=0Si
Sj，即Si与Sj无关，Sj和Si有关，aij=0aji=1
总人口S1出生率S2死亡率S3医疗水平S4期望寿命S5S100000S210000S310001S401100S500100总人口
系统要素可达矩阵的构造选择一个能够承上启下的要素Si,将其他要素分为：A(Si)----没有回路的上位集B(Si)----有回路的上位集C(Si)—无关集D(Si)----下位集
Si与其他要素集合的关系
可达矩阵的建立R=(rij)当SiRSj则rij=1,否则rij=0
建立的系统要素可达矩阵
五、有向连接图—结构模型的建立可达集：与要素SI有关的要素集合定义为要素SI的可达集，用R(SI)表示，由可达矩阵中第SJ行中所有矩阵元素为1的列所对应的要素集合。前因集：将要素SJ的要素集合定义为要素SJ的前因集，用A(SJ)表示，由可达矩阵中第SJ列中的所有矩阵无素为1的行所对应的要素组成。最高级要素集：一个多级递阶结构的最高级要素集是指没有比它再高级别的要素可以到达。其可达集R(SI)中只包含它本身的要素集,而前因集中，除包含要素SJ本身外，还包括可以到达它下一级的要素。若R(SI)=R(SI)∩A(SJ)，则R(SI)即为最高级要素集。
S1s2s3s4s5s6s7S8S111101001S201100000S300100000S401110000S501101001S601110100S701110010s801101001级间划分
2.结构模型建立主要分析层次之间要素之间的关系绘制系统的结构模型
六、解释结构模型法(ISM)应用西安飞机试飞研究院随着市场经济体制的建立和科研管理体制改革的深入以及科学技术的迅猛发展，科研技术装备的管理问题日渐突出出来，已成为制约科研管理水平提高，影响科研工作健康发展和科研管理体制深化改革的大问题。人们越来越深刻地认识到科研技术装备管理的重要性和迫切性。因此，研究和探讨科研技术装备的管理已成为当前科研管理工作中的一项重要课题。
1.成立ISM小组试飞院ISM小组由计划处、科技处、财务处、国资处，计量室等部门十几位同志组成。其中包括了单位实际工作参与者，管理专家与主要管理部门的业务主管三部分人员。
2.确定关键问题及导致因素，列举各导致因素的相关性关键问题：科研技术装备管理未能有效发挥职能作用S0导致因素1对管理的地位认识不明确，思想不到位S12缺乏系统化全过程综合管理的思想S23主管机构工作跟不上，管理中心作用不突出S34各相关管理部门职责不明确、协调配合差S45组织管理体系不健全，综合管理作用与职能受影响S56管理人员素质跟不上工作发展的需要S67管理方法、手段不科学S78管理者参与高层管理力度受限、权威性差S89管理基础工作薄弱、信息传递不畅S910管理规章制度程序不健全S1011管理部门检查监督监控力度不够S1112管理组织机构设置不合理S12
要素关系的分析S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S01S111S211S311S4111S51111S6111111S7111S8111S9111S1011111S111S121111111
建立的可达矩阵S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S01000000000000S11100000000000S21010000000000S31001000000000S41001100000000S51001010000010S61110001110000S71001000100000S81001000010000S91000000001010S101000110001100S11000000000010S121000110111001
3.对达矩阵进行级间划分并建立结构模型
寻找各级的最高级要素集——第一级的可达集与前因集SIR(SJ)A(SJ)R∩ASO00,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,120S10,11,61S20,22,62S30,33,4,5,7,8,3S40,3,44,10,124S50,3,55,10,125S60,1,2,6,7,866S70,3,76,7,127S80,3,86,8,128S90,9,119,10,129S100,4,5,9,1010,10S110,115,9,1111S120,4,5,7,8,9,121212第一级：S0
第二级的可达集与前因集第二级S1，S2，S3，S11SR(SI)A(SJ)R∩AS111,61S222,62S333,4,5,7,83S43,44,10,124S53,55,10,125S61,2,6,7,866S73,76,7,127S83,86,8,128S99,119,10,129S104,5,9,101010S11115,9,1111S124,5,7,8,9,121212
第三级的可达集与前因集SIR(SI)A(SJ)R∩AS444,10,124S555,10,125S66,7,866S776,7,127S886,8,128S999,10,129S104,5,9,101010S124,5,7,8,9,121212第三级S4,S5,S7,S8,S9
第四级的可达集与前因集第四级S6，S10，S12；SIR(SI)A(SJ)R∩AS6666S10101010S12121212
级间排序的可达矩阵S0S1S2S3S11S4S5S7S8S9S6S10S12S01000000000000S11100000000000S21010000000000S31001000000000S111000100000000S41001010000000S51001101000000S71001000100000S81001000010000S91000100001000S61110000110100S101000011001010S121000011111001
建立的结构模型
解释结构模型
对解释结构模型的分析建立了解释结构模型后，可据此进行分析。科研技术装备管理职能作用问题是一个具有四级(层)的多级递阶结构，最低一级的导致因素有以下三个：管理人员的素质；管理组织机构的设置；管理规章制度与程序。
管理人员的素质管理人员的素质跟不上工作发展的需要，表现在对科研技术装备管理在科研管理工作中的地位认识不明确和缺乏系统化全过程综合管理的现代思想，并且还导致了不能很好地运用现代管理方法和手段，不具有参与高层管理的能力和在技术业务管理工作中的权威性。从而在思想上、方法上和技术业务水平上直接影响了单位技术装备管理职能作用的有效发挥。
管理组织机构设置对一个复杂、多层次且涉及多部门的科研技术装备管理工作来说，管理组织机构设置不当，无疑不利于管理工作的开展，导致各相关管理部门的职责不明确。管理体系也不能依照系统化全过程综合管理的思想建立，综合管理的作用也无法突出出来，进而导致管理方法与手段受限；管理的地位与权威性下降；协调与控制能力降低；管理信息来源与传递渠道不畅和时效性、准确性不高，不能及时了解和掌握实际管理状况，解决和处理问题。
管理规章制度、程序管理规章制度、程序不健全必然导致管理工作开展缺乏标准和依据，管理范围不明确、分工职责不清，工作难以协调，出现多头管理、各司其政，系统化全过程管理难以落实。管理工作无法实现规范化、标准化致使基础管理工作混乱，管理职能作用无法正常发挥。
案例讨论1.给出我校新校区管理存在的系统性问题如考虑:教学管理问题;学生管理问题;后勤管理问题。2.提出衡量学校发展水平的主要因素，并进行要素层次结构的分析。3.用ISM方法给出“教学质量制约因素系统”的结构分析。
第三节预测模型预测技术中与管理系统工程密切相关的部分主要包括经济预测、技术预测和需求预测，可以进行因果关系分析和时间序列数据分析预测。预测技术的种类很多，可以分为：定性预测：德尔菲法是定性预测中常用的一种方法定量预测：回归分析趋势线分析平滑分析
第四节优化模型简介模型的优化通常对指数学模型而言，优化模型的基本目的是：对一个复杂的系统或拟建系统的各类指标提供优化的结论为改善系统现状提供明确的方向为提高运行的效能或经济效果提供可靠的依据提高系统分析工作的科学性模型的优化方法因采用的模型类型和性质的不同而不同实体模型只能在比较过程中选优，不存在严格意义上的优化问题图式模型是在比较和分析或图解中优选，或通过网络技术找出改进方向和最优解数学模型有确定型和随机型之分，而确定型又有线性和非线性之分。因而各有不同的优化方法。
优化技术及其分类
第五节系统仿真模型
一、系统仿真的基本概念系统仿真是设计系统的计算机模型，并利用它进行试验以了解系统的行为或评估系统运用的各种策略的过程。如果构成模型的关系相当简单，则可以用一般的数学方法（如代数、微积分或概率论等）求得问题的准确解，这称为解析解。但是，现实世界的很多系统非常复杂，不可能用解析方法来进行研究。所以，必须借助于仿真。在仿真中，应用计算在一定时间范围内从数值上评估模型，并收集数据以估计模型的真实特性。
仿真的实质和作用系统仿真的实质在于：它是一种对系统问题求数值解的计算技术仿真是一种人为的试验手段系统仿真可以真实的描述系统运行、演变及其发展的全过程系统仿真主要是在计算机上实现的系统仿真的作用：仿真的过程也是试验的过程对复杂的问题处理起来更加有效通过仿真可以简化对系统的描述可以帮助人们更清楚的弄清问题的实质
系统仿真的一般步骤第一步：定义问题第二步：制订仿真模型，包括决定仿真目标决定状态变量选择模型的时间移动方法描述运动行为准备过程发生器第三步：证实模型第四步：设计仿真试验第五步：模拟运行第六步：根据试验设计，运行仿真模型，并分析结果
二、蒙特卡罗法简介蒙特卡罗方法是一种适用于对静态离散系统进行仿真试验的方法。这种方法的基本思路是运用一连串随机数表示一项随机事件的概率分配。再利用任意取得的随机数从该项概率分配中获得随机变量值。举例：PERT网络计划仿真问题：第一步：每一工作有一工作时间的概率分布（a≤t≤b)第二步：产生随机数，即给每一工作产生一个随机的工作时间第三步：计算网络的工期及工作的时间参数第四步：返回第二步重新计算如果计算1000次便可判断各工作可能的各种时间参数
