系统工程第4讲 系统模型与模型化剖析课件.ppt

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1、1第四讲系统模型与模型化2内容提要第一节：概述第二节：系统结构模型化技术解释结构模型第三节：系统工程模型技术的新进展3第一节概述一、模型及模型化的定义模型有三个特征：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；3.它表明了有关因素间的相互关系；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。4二、模型化的本质、作用及地位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

2、：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。第一节概述5实验、分析实际系统结论模型现实意义模型化解释比较图系统模型（化）的作用与地位第一节概述6三、模型的分类模型类比仿真形象符号概念图像物理数学图示字句描述思维图模型分类第一节概述信号模型(方块图、信号流图等)流模型（网

3、络模型、流程图、PERT等）结构模型（ISM模型、FSM模型、DEMATEL模型等）离散事件模型（状态转移图、Petri网等）根据特性分类数学模型根据目的分类图形模型根据描述形式分类符号模型静态模型、动态模型确定性模型、随机性模型线性模型、非线性模型连续时间模型、离散时间模型微观模型、宏观模型功能模型（高阶微分方程、传递函数模型、状态变量模型等）预测模型（多元回归模型、AR模型、GMDH模型、神经网络模型等）规划模型（线性规划模型、非线性规划模型、多目标规划模型等）评价模型（关联矩阵模型、层次分析法、效用函数模型等）数据处理群方法GMDH(Gro

4、upmethodofdatahandling)静态模型和动态模型静态模型:某一时刻模型输出不依赖于过去的输入，只取决于当前输入。通常用代数方程、逻辑表达式等描述。动态模型:模型的输出不仅依赖于当前输入，而且依赖于过去的输入。通常用微分方程、积分方程、差分方程等描述。确定性模型和随机性模型确定性模型：模型的输入输出数据和参数确定的模型称为确定性模型。用微分方程、差分方程等描述。随机性模型：输入输出数据和参数随着未知因素而不规则的、随机的变化的模型。用概率微分方程、马尔科夫链等描述。线性模型和非线性模型线性模型:输入、输出关系为线性的模型称为线性模型

5、。用线性微分方程描述非线性模型:输入、输出关系为非线性的模型称为非线性模型。用非线性微分方程等描述。连续时间模型和离散时间模型连续时间模型：输入、输出随时间连续变化的模型，用微分方程描述。离散时间模型：输入、输出每隔一定的时间间隔才发生变化的模型称为离散时间模型，用差分方程来描述。微观模型和宏观模型微观模型:瞬时、微观的捕捉系统行为以把握系统的瞬时变化和微观结构的模型。宏观模型:长期的、宏观的捕捉系统行为以把握系统的长期变化和整体结构的模型。两者都可用微分方程、差分方程、代数方程等描述。例题分析—人口模型假设现在的人口数为x，其增长速度dx/dt

6、与x成正比（比例系数a>0），描述如下：该模型是用线性微分方程表示的动态、线性、连续时间模型。而且，该模型中参数a为常量，不会随机改变，因此也是确定性模型。另外该模型不考虑年龄、性别、国籍、出生率、死亡率等因素，故而也是非常笼统的宏观模型。修正的人口模型在现实生态系统中，人口少则可利用的资源多，人口增长速度就大，而随着人口数量的增加生态系统饱和，人口增长速度又将下降，因此在人口模型中，用a(1-bx)代替a更合理。再把式中的dx/dt离散化为转化为差分方程表示的离散时间、非线性模型。功能模型功能模型：为详细探讨系统的稳定性、可控性等动态特性，或系

7、统的可靠性、安全性、持久性等特性和功能所建立的模型称为功能模型。—传递函数模型:用输入输出函数的拉普拉斯变换比来表示系统的输入输出关系。—状态变量模型：用一阶联立微分方程组表示系统的内部状态。预测模型预测模型：为了从过去及现在的数据尽量准确的预测系统的将来值而产生的模型。多元回归模型和AR模型（自回归模型）规划模型规划模型：为最优编制生产计划、运输计划、工程管理、人员配置、调度等生成的模型称为规划模型。—线性规划：目标函数及约束条件全部用线性等式或不等式表达的模型。—非线性规划：目标函数及约束条件全部用非线性等式或不等式表达的模型。—多目标规划：

8、有多个优化目标的规划模型。评价模型评价模型：用于综合评价系统的性能、成本、可靠性、安全性等指标的模型称为评价模型。—关联矩阵模型：用几个