吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京 科技大学第三章第三章第三章第三章 系统模型化方法系统模型化方法系统模型化方法系统模型化方法吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学学习要点学习要点?系统模型的定义系统模型的定义?系统模型的作用和优点系统模型的作用和优点?系统模型的分类系统模型的分类?系统建模方法（推理分析法、统计分析法、 类比法、仿真方法）系统建模方法（推理分析法、统计分析法、 类比法、仿真方法）?统计分析法建模（插值法、 回归分析）统计分析法建模（插值法、 回归分析）?拉格朗日插值拉格朗日插值?一元线性回归一元线性回归吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.1 系统模型概述系统模型概述一、系统模型的定义一、系统模型的定义? 系统模型是采用某种特定的形式（如文字、符号、 图表、实物、数学公式等）对一个系统系统模型是采用某种特定的形式（如文字、符号、 图表、实物、数学公式等）对一个系统某一方面本质属 性某一方面本质属 性进行描述。进行描述。 ? 本质属性的选取，取决系统工程研究的目的。对同一 个系统根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型 。另一方面，同一种模型也可以代表多个系统。例如本质属性的选取，取决系统工程研究的目的。对同一 个系统根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型 。另一方面，同一种模型也可以代表多个系统。例如y = kx (k为常数为常数) 几何上，代表一条通过原点的直线； 代数上，代表比例关系；几何上，代表一条通过原点的直线； 代数上，代表比例关系；吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.1 系统模型概述系统模型概述现实系统模型现实系统模型抽象模型分析认识和控制抽象模型分析认识和控制实验实验吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学二、建模依据二、建模依据-相似原理相似原理? 按按相似的方式相似的方式对事物分类，形成不同的集合对事物分类，形成不同的集合 ? 分析集合中某一个事物的规律性分析集合中某一个事物的规律性 ? 将规律或结论推广到集合中的其它事物将规律或结论推广到集合中的其它事物,如如JIT? 相似方式相似方式 ? 几何相似几何相似 ? 数学相似 如：可以表示：温度场、重力场、电势场数学相似 如：可以表示：温度场、重力场、电势场 ? 感觉相似 （感觉相似 （VR、动画等）、动画等）0222222=+zyx3.1 系统模型概述系统模型概述吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.1 系统模型概述系统模型概述三、系统模型的作用三、系统模型的作用1、模型法是系统工程中最常用的研究方法 研究系统的方法归纳为三类、模型法是系统工程中最常用的研究方法 研究系统的方法归纳为三类:实验法、抽象法、模型法实验法、抽象法、模型法 ? 实验法实验法-是通过对系统本身直接进行科学实验来 进行研究，要素变化受是通过对系统本身直接进行科学实验来 进行研究，要素变化受局限局限 。 ? 抽象法抽象法-是把现实系统抽象为一般的理论概念， 然后进行推理和判断，这种方法缺乏实体感，是把现实系统抽象为一般的理论概念， 然后进行推理和判断，这种方法缺乏实体感，过于 概念化过于 概念化。 ? 模型法模型法-是在对现实系统进行抽象的基础上，把 它们再现为某种实物的、图画的或数学的模型，然 后通过模型来对系统进行分析、对比和研究，最终 导出结论。是在对现实系统进行抽象的基础上，把 它们再现为某种实物的、图画的或数学的模型，然 后通过模型来对系统进行分析、对比和研究，最终 导出结论。吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.1 系统模型概述系统模型概述三、系统模型的作用三、系统模型的作用2、其它方面的考虑、其它方面的考虑 ? 系统开发的需要系统开发的需要-在实际系统尚未建立，只能通 过构造系统模型对系统的性能进行分析、优化和评 价。在实际系统尚未建立，只能通 过构造系统模型对系统的性能进行分析、优化和评 价。 ? 经济上的考虑经济上的考虑-省时、省钱。省时、省钱。 ? 安全上的考虑安全上的考虑-对有些系统直接进行实验非常危 险，有时根本不允许，比如核电站，神舟飞船。对有些系统直接进行实验非常危 险，有时根本不允许，比如核电站，神舟飞船。 ? 时间上的考虑时间上的考虑-对于社会、经济、生态等系统， 它们的惯性大，反应周期长，使用系统模型进行分 析、评价，很快就能得到结果。对于反应周期特别 短如核爆炸、电子对撞产生新粒子，也必须使用模 型。对于社会、经济、生态等系统， 它们的惯性大，反应周期长，使用系统模型进行分 析、评价，很快就能得到结果。对于反应周期特别 短如核爆炸、电子对撞产生新粒子，也必须使用模 型。 ? 系统模型容易操作系统模型容易操作-改变参数、重复模型实验等改变参数、重复模型实验等吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.1 系统模型概述系统模型概述四、系统模型的分类常用的系统模型分为物理模型、文字模型和数学模型三 大类四、系统模型的分类常用的系统模型分为物理模型、文字模型和数学模型三 大类吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.1 系统模型概述系统模型概述四、系统模型的分类比例模型-是放大或缩小了的系统，如教具、DNA螺旋 模型等。 相似模型-根据相似原理，用一种系统去替代另一种系统。 文字模型-如技术报告、说明书等。网络模型-四、系统模型的分类比例模型-是放大或缩小了的系统，如教具、DNA螺旋 模型等。 相似模型-根据相似原理，用一种系统去替代另一种系统。 文字模型-如技术报告、说明书等。网络模型-拓扑结构图拓扑结构图，网络计划图等。 图表模型-用图形和表格描述的模型，如数据字典。 逻辑模型-表示逻辑关系的模型，如，网络计划图等。 图表模型-用图形和表格描述的模型，如数据字典。 逻辑模型-表示逻辑关系的模型，如软件系统结构图软件系统结构图、 程序框图等。实体模型-即系统本身。如抽样的样本、设备调试、 系统检测、样机等。、 程序框图等。实体模型-即系统本身。如抽样的样本、设备调试、 系统检测、样机等。吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学解析模型-用数学方程式表示的模型。解析模型-用数学方程式表示的模型。3.1 系统模型概述系统模型概述计算机仿真模型计算机仿真模型四、系统模型的分类四、系统模型的分类吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.2 系统建模的要求和建模方法系统建模的要求和建模方法一、系统建模的要求一、系统建模的要求? 现实性现实性-系统模型应有足够的系统模型应有足够的精度精度，在一定程度上在一定程度上能够 较好地反映系统的客观实际；能够 较好地反映系统的客观实际；? 简明性简明性-在满足现实性要求的基础上，应尽量使系统模 型简单明了，以节约建模费用和时间；在满足现实性要求的基础上，应尽量使系统模 型简单明了，以节约建模费用和时间；? 标准化标准化-如果已有某种标准化模型可供借鉴，则应尽量 采用标准化模型，或对标准化模型加以某些修改，使之适 合对象系统。如果已有某种标准化模型可供借鉴，则应尽量 采用标准化模型，或对标准化模型加以某些修改，使之适 合对象系统。吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.2 系统建模的要求和建模方法系统建模的要求和建模方法二、系统建模方法二、系统建模方法? 推理分析法推理分析法-对于内部结构和特性已经清楚的系统，即 所谓的对于内部结构和特性已经清楚的系统，即 所谓的“白箱白箱”系统，可以利用已知的定律和定理，经过一 定的分析和推理，得到系统模型；（如系统，可以利用已知的定律和定理，经过一 定的分析和推理，得到系统模型；（如运筹学运筹学） 统计分析法统计分析法-对于那些属于-对于那些属于“黑箱黑箱”，但又不允许直接进行 实验观察的系统，可以采用数据收集和统计分析的方法来 建造系统模型。（插值、回归等）类比法-借助某种标准化模型，对标准化模型加以某些 修改，使之适合对象系统。，但又不允许直接进行 实验观察的系统，可以采用数据收集和统计分析的方法来 建造系统模型。（插值、回归等）类比法-借助某种标准化模型，对标准化模型加以某些 修改，使之适合对象系统。仿真方法仿真方法-采用计算机技术和建模工具，建立仿真模型。-采用计算机技术和建模工具，建立仿真模型。吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.3 系统工程研究中常用的主要模型系统工程研究中常用的主要模型常用的主要模型包括： 结构模型 预测模型 网络模型常用的主要模型包括： 结构模型 预测模型 网络模型 状态空间模型 系统动力学模型状态空间模型 系统动力学模型 仿真模型 等等仿真模型 等等吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学一、结构模型系统的结构-系统中各要素间的相互关系；空间、时 序、层次等。结构模型-来表明系统各要素间相互关系的模型。建模方法-解释结构模型化技术(ISM)一、结构模型系统的结构-系统中各要素间的相互关系；空间、时 序、层次等。结构模型-来表明系统各要素间相互关系的模型。建模方法-解释结构模型化技术(ISM)3.3 系统工程研究中常用的主要模型系统工程研究中常用的主要模型-结构模型结构模型吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学对于有n个要素的系统（P1，P2，对于有n个要素的系统（P1，P2，Pn），定义邻接 矩阵A如下：式中Pn），定义邻接 矩阵A如下：式中ijaA =无影响对要素有影响对要素jijiijppppa, 0, 1p1p2p5 p3p4=001000000001000001000001054321A有向图邻接矩阵有向图邻接矩阵3.3 系统工程研究中常用的主要模型系统工程研究中常用的主要模型-结构模结构模型型吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.3 系统工程研究中常用的主要模型预测模系统工程研究中常用的主要模型预测模型型二、时间序列预测模型二、时间序列预测模型? 时间序列时间序列(Time Series)-是指系统某一要素的数值或 统计观测值，按是指系统某一要素的数值或 统计观测值，按时间顺序排列时间顺序排列成一个数值序列成一个数值序列x1，x2， ，xn。? 预测预测-根据历史数据或经验，对系统的变化趋势进行估 计根据历史数据或经验，对系统的变化趋势进行估 计? 时间序列预测模型时间序列预测模型-是利用时间序列所建立的数学模型 ，通过对模型的求解和分析，对系统的未来变化或变化趋 势进行预测是利用时间序列所建立的数学模型 ，通过对模型的求解和分析，对系统的未来变化或变化趋 势进行预测吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学3.3 系统工程研究中常用的主要模型预测模型系统工程研究中常用的主要模型预测模型? 常用的方法常用的方法? 定性方法：德尔菲法（Delphi）方法等定性方法：德尔菲法（Delphi）方法等 ? 定量方法：移动平均、指数平滑、回归分析等定量方法：移动平均、指数平滑、回归分析等吴秀丽 物流工程系(物流研究所) 北京科技大学?德尔菲法（德尔菲法（Delphi）简介）简介?德尔菲法是由美国德兰公司提出的一种预测方法。德尔菲法是由美国德兰公司提出的一种预测方法。?德尔菲法也叫专家调查法。德尔菲法也叫专家调查法。?该方法的主要思想：依靠专家小组背靠背的独立判断，来代替面对面的会议，使不同专家意见分歧的幅度和理由都能够表达出来，经过客观的分析，达到符合客观规律的一致意见。该方法的主要思想：依靠专家小组背靠背的独立判断，来代替面对面的会议，使不同专家意见分歧的幅度和理由都能够表达出来，经过客观的分析，达到符合客观规律的一致意见。3.3 系统工程研究中常用的主要模型预测模型系统工程研究中常用的主要模型预测模型预测方法确定预测课题