第7章 系统分析与系统建模

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1、第7章系统分析与系统建模一、系统分析1.系统分析的基本概念一般说来，系统的建立过程大致分为三个阶段：系统规划阶段、系统设计阶段以及系统制造和运行阶段。其中，系统分析在整个系统建立过程中处于非常关键的地位。所谓系统分析，是指决策者为选择问题的最优系统方案而进行的有目的、有步骤的探索和分析过程。系统分析的目的是通过分析比较各种可行方案的费用、效益、功能和可靠性等各项技术经济指标，从而得出决策者所必需的资料和信息，以获得最优方案。系统分析的主要工具是电子计算机，其主要方法是系统建模和最优化方法，如规划论、排队论等。2.系统分析的要素、原则和步骤系统分析的要素包括：目的

2、；可行方案（替代方案）；费用和效益；模型；评价标准。系统分析的原则是：内部因素与外部因素相结合；当前利益与长远利益相结合；局部效益与总体效益相结合；定性分析与定量分析相结合。系统分析的步骤主要有：系统目的分析和确定；系统模型化；系统最优化；系统评价。3.系统分析方法根据具体情况可将系统分析方法分为定量方法和定性方法两类。定量方法包括投入产出分析法、效益成本分析法等，主要适用于系统结构清楚，收集到的信息准确，可建立数学模型等情况。定性方法有目标-手段分析法、因果分析法、KJ法等，通常用于问题涉及的系统结构不清，收集到的信息不太准确，或是评价者对所提方案评价不一致时

3、，难以形成常规的数学模型等情况。4.系统分析实例例1阿拉斯加原油输送方案的系统分析解系统分析问题是：如何由阿拉斯加东北部的普拉德霍湾油田向美国本土运输原油？（1）任务和环境要求每天运送200万桶原油。油田处在北极圈内，海湾长年处于冰封状态，陆地更是常年冰冻，最低气温达到零下50℃。（2）提出可行方案可行方案有两个：方案I：由海路用油船运输；方案Ⅱ：用带加温系统的油管输送。方案I的优点是每天仅需四至五艘超级油轮就可满足输送量的要求，似乎比铺设油管省钱，但存在的问题是：第一，要用破冰船引航，既不安全又增加了费用；第二，起点和终点都要建造大型油库，这又是一笔巨额花费，

4、而且考虑到海运可能受到海上风暴的影响，油库的储量应在油田日产量的十倍以上。总之，该方案的主要问题是：不安全、费用大、无保证。方案Ⅱ-7-8-的优点是可利用成熟的管道输油技术，但存在的问题是：第一，要在沿途设加温站，这样不仅管理复杂，而且还要供给燃料，然而运送燃料本身又是一件很困难的事；第二，加温后的输油管不能简单地铺在冻土里，因为冻土层受热溶化后会引起管道变形，甚至造成断裂。为了避免这种危险，有一半的管道需要用底架支撑和作保温处理，这样架设管道的成本费用要比铺设地下油管高出三倍。（3）决策人员的处理策略考虑到安全和供油的稳定性，暂把方案Ⅱ作为参考方案做进一步的细

5、致研究，为规划做准备；继续拨出经费，广泛邀请系统分析人员提出新的可行方案。（4）提出可行方案Ⅲ其原理是把含10%~20%氯化钠的海水加到原油中去，使在低温下的原油成乳状液，仍能畅流，这样就可用普通的输油管道运送了。该方案获得了很高的评价，并取得了专利。（5）提出可行方案Ⅳ后来，又有人提出了可行方案Ⅳ。该方案提出者对石油的生成和变化有丰富的知识，他们注意到埋在地下的石油原来是油、气合一的，这时它们的熔点很低，经过漫长的年代后，油气才逐渐分离。于是他们提出将天然气转换为甲醇后再加到原油中去，以降低原油的熔点，增加其流动性，这样用普通的管道就可以同时输送原油和天然气。

6、与方案Ⅲ相比，不仅不需要运送无用的海水，而且也不必另外铺设输送天然气的管道。由于采用这一方案，仅管道铺设费就节省了将近60亿美元，且比方案Ⅲ节省了一半花费。一、系统建模1.使用系统模型的必要性一般来说，研究系统问题的主要方法有：实验法、抽象法和模型法。此外，在工程系统中广泛使用系统模型还基于以下五方面的考虑：（1）系统开发的需要；（2）经济上的考虑；（3）安全上的考虑；（4）时间上的考虑；（5）系统模型容易操作，其分析结果易于理解。2.系统模型的定义和特征系统模型是指以某种确定的形式（如文字、符号、图表、实物、数学公式等），对系统某一方面本质属性的描述。一方面，

7、根据不同的研究目的，对同一系统可建立不同的系统模型，例如，根据研究需要，可建立RLC网络系统的传递函数模型或微分方程模型；另一方面，同一系统模型也可代表不同的系统，例如，对系统模型y=kx（k为常量），则：若k为弹簧系数，x为弹簧的伸长量，y为弹簧力大小，则该模型表示一个物理上的弹簧运动系统；若k为直线斜率，x、y分别为任意点的横坐标和纵坐标，则该模型表示一个数学上过原点的直线系统。系统模型的特征有以下三个：（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。3.系统模型的分类常用的系统模型通

8、常可分为物理模型、文字模