系统工程模型和模型化课件.ppt

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1、第四章系统模型与模型化第一节：系统建模第二节：解释结构模型化技术第三节：主成分和聚类分析第四节：系统定量分析模型第五节：系统预测和优化技术1.基本概念及意义模型——对现实系统某一方面抽象表达的结果。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。说明：系统模型一般不是系统对象本身，而是现实系统的描述、模仿或抽象。系统是复杂的，系统的属性也是多方面的。对于大多数研究目的而言，没有必要考虑系统的全部属性，因此，系统模型只是系统某一方面本质属性的描述，本质属性的选取完全取决系统工程研究的目的。所以，对同一个系统

2、根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型。模型化——构建系统模型的过程及方法。要注意兼顾到现实性和易处理性。第一节：系统建模意义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分类原则模型种类1按建模材料不同抽象、实物2按与实体的关系形象、类似、数学3按模型表征信息的程度观念性、数学、物理4按模型的构造方法理论、经验、混合5按模型的功能结构、性能、评价、最优化、网络6按与时间的依赖关系静态、动态7按

3、是否描述系统内部特性黑箱、白箱8按模型的应用场合通用、专用9数学模型的分类：（1）按变量形式分（2）按变量之间的关系分确定性、随机性、连续型、离散型代数方程/微分方程、概率统计、逻辑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;数学模型A22）仿真模型A3形象模型A4（物理模型A41;图像模型A42）类比模型A5模型的分类P65模型的分类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“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

4、[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尽量使用数学模型的好处它是定量分析的基础；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，而且便于使用计算机,因此是所有模型中使用最广泛的一种模型。另外，需要说明的是建立一个简明的适用系统模型，将为你进行系统的分析、评价和决策提供可靠的依据。因此，建造系统模型，尤其是建造抽象程度很高的系统数学模型，是一种创造性劳动。因此有人讲，系统建模既是一种技术，又是一种“艺术”。系统模型的特征系统模型反映着实际系统的主要特征，但它又高于实际系统

5、而具有同类问题的共性。因此，同一种模型也可以代表多个系统，一个适用的系统模型应该具有如下三个特征：(1)它是现实系统的抽象或模仿；(2)它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的；(3)它集中体现了这些主要因素之间的关系。建模的主要方法推理法——对白箱S，可以利用已知的定律和定理，经过一定的分析和推理，得到S模型。实验法——对允许实验的黑箱或灰箱S，可以通过实验方法测量其输入和输出，然后按照一定的辨识方法，得到S模型。统计分析法——对不允许实验的黑箱或灰箱系统，可采用数据收集和统计分析的方法来建造S模型。类似法——依据不

6、同事物具有的同型性，建造原S的类似模型。混合法——上述几种方法的综合运用。针对不同的系统对象，可用以下方法建造系统的数学模型：主要建模方法1.推理法（1）对象：比较简单的白箱系统；（2）方法：利用自然科学的各种定理、定律（如物理、化学、数学、电学的定理、定律）和社会科学的各种规律（如经济规律），经过一定的分析和推理，可以得到S的数学模型。生产优化安排的数学模型某化工厂生产A、B两种产品，已知：生产A产品一公斤需耗煤9T，电力4000度和3个劳动日，可获利700元；生产B产品一公斤需耗煤4T，电力5000度和10个劳动日,可获

7、利1200元。因条件限制，这个厂只能得到煤360T，电力20万度和劳动力300个，问：如何安排生产（即生产A、B产品各多少？）才能获利最多，请建立解决此问题的数学模型。建模的主要方法解：这是在一定条件求极值的数学问题，可运用数学中的线性规划方法（运筹学方法）建立线性规划模型。先将给出的数据整理成下表：活动资源产品A生产（1公斤）产品B生产（1公斤）资源的限制煤（T）94360电力（千度）45200劳动日（个）310300获利（百元）712建模的主要方法设生产A、B产品各为x1，x2公斤，则此问题变为求x1，x2满足下列条件:

8、9x1+4x2≦3604x1+5x2≦2003x1+10x2≦300x1≧0,x2≧0(1)使得总获利最大：max7x1+12x2(2)显然(1)为约束条件，(2)为目标函数，这是一个典型的线性规划模型。建模的主要方法建模的主要方法9x1+4x2=360x1x2408030609003x1