系统工程-系统解释结构模型技术.ppt

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1、第四章　解释结构模型戴剑勇南华大学核能经济与管理研究中心2011年3月主要内容系统解释结构模型法简介系统解释结构模型法程序系统解释结构模型法原理系统模型应用1（系统诊断）系统模型应用2（教育技术）解释结构模型法简介解释结构模型法（InterpretativeStructuralModellingMethod,简称ISM方法是近年来才开发出来的一种系统结构辩识技术。随着系统工程研究对象日趋复杂，传统的简单方法难以深入了解系统内部的结构、层次及其因果等关系。结构模型解析法就是在这种客观需要的前提下发展起来的。解释结构模型法简介解释结构模型法是现代系统工程中广泛应用的一种分

2、析方法，是结构模型化技术的一种。它是将复杂的系统分解为若干子系统要素，利用人们的实践经验和知识以及计算机的帮助，最终构成一个多级递阶的结构模型。解释结构模型法简介解释结构模型以定性分析为主，属于结构模型，可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型。特别适用于变量众多、关系复杂而结构不清晰的系统分析中，也可用于方案的排序等。它的应用面十分广泛，从能源问题等国际性问题到地区经济开发、企事业甚至个人范围的问题等。它在揭示系统结构，尤其是分析教学资源内容结构和进行学习资源设计与开发研究、教学过程模式的探索等方面具有十分重要作用，它也是教育技术学研究中的一种专

3、门研究方法。解释结构模型法的程序ISM的工作程序分为以下七步:（1）实施ISM小组:一般由方法技术专家、协调人、参与者三方面人员组成;（2）设定关键问题;（3）选择构成系统的影响关键问题的导致因素;（4）列举各导致因素的相关性;（5）根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵;（6）对可达矩阵分解后，建立结构模型;（7）根据结构模型建立解释结构模型。解释结构模型的运用原理ISM通过对表示有向图的相邻矩阵的逻辑运算，得到可达性矩阵，然后分解可达性矩阵，最终使复杂系统分解成层次清晰的多级递阶形式。解释结构模型在制订企业计划、城市规划等领域已广泛使用，尤其对于建立多目标、元

4、素之间关系错综复杂的社会系统及其分析，效果更为显著。解释结构模型的运用原理解释结构模型用顶点Vi和Vj表示系统的元素(i=1,2,3…；j=1,2,3…)，带箭头的边(Vi,Vj)表示两元素之间的关系,即可构成有向图（图1）,用来表示有向图中各元素间连接状态的矩阵称作相邻矩阵A。当从Vi到Vj有带箭头的边连接时,矩阵元素aij取值为1；无连接时取值为零。可达性矩阵M是用矩阵形式反映有向图各顶点之间通过一定路径可以到达的程度，它通过以下计算求得：将相邻矩阵A加上单位矩阵I（矩阵中除主对角线上元素为1外，其余元素皆为零的矩阵），然后用布尔代数规则(0+0=0,0+1=1,

5、1+1=1;0×0=0,0×1=0,1×1=1)进行乘方运算,直到两个相邻幂次方的矩阵相等为止。解释结构模型的运用原理相等的矩阵中幂次最低的矩阵即为可达性矩阵。图1所示有向图的可达性矩阵M如下：通过对可达性矩阵的分解(有区域分解和级间分解)，即可建立系统的多级递阶结构模型。多级递阶结构模型非常直观清楚地反映了该系统元素之间的结构关系。ISM方法使用方便,不需要高深的数学理论，易为系统分析人员所掌握。目前，这种方法在制定复杂的企业计划、决定政策方针、区域环境规划、城市规划等方面都有广泛应用。除此之外，也多采用这种方法对系统问题进行诊断。下面我们结合实例，并分两种情况分别

6、介绍诊断的步骤、基本理论和具体作法。解释结构模型法应用1（系统诊断）一、仅考虑因果关系的诊断模型该模型除主要应用于系统结构辨识外，也应用于系统问题诊断。具体步骤如下：（一）明确问题，建立邻接关系矩阵结构模型解析法与层次分析法相比较，存在着互逆过程。层次分析法首先建立层次结构，然后进行重要性排序。而结构模型解析法则是在明确问题之后建立因果关系，然后通过计算求解出层次鲜明的多级递阶结构形式。所谓明确问题，就是把系统当前存在什么问题明确起来。为此要请熟悉系统情况的各方面人士，共同对系统现实存在的主要问题进行陈述，最后形成问题全集，即式中：-代表第个问题。假如某系统在明

7、确问题中，一共提出七个问题，即。显然这些问题并不是相互孤立的，而是存在着复杂的相互影响关系，也即因果关系。如土壤肥力下降，将影响单产，单产不高必将影响经济效益下降等等。为了描述问题之间的这种因果关系，我们引入因果关系图概念。图4-3就是上面七个问题相互影响的因果关系图。图中ｉ→ｊ表示ｉ问题对ｊ问题有影响，如果没有影响，就不标注箭杆。应当提出的是，虽然因果关系图对了解问题之间的联系具有直观、明了的特点，并且很容易建立对应的邻接矩阵Ａ。但是当问题的数量较多时，直接给出因果关系图就相当困难，而直接建立邻接关系矩阵才是最有效的方法。设邻接矩阵，其元素