《系统工程理论与方法》课程教学资源（PPT课件）Charpter 4 系统模型

第四章系统模型任何理论探讨都是不与真实世界直接打交道的模型是对于对象和过程的某一方面本质属性的而是借助于它的模型表述，并且对某种用途以便于处理的形式（尤其是即对它的某种定量写照）便于计算机处理）向决策人员提供有关知识来阐明真实世界的客观规所以建立模型的工作在系统工程中非常重要是首先要解决的。律。本章主要介绍系统模型的基本概念、系统建模的常用方法，着重介绍了系统结构模型

第四章 系统模型 任何理论探讨都是不 与真实世界直接打交道的 ，而是借助于它的模型（ 即对它的某种定量写照） 来阐明真实世界的客观规 律。 模型是对于对象和过程的某一方面本质属性的 表述，并且对某种用途以便于处理的形式（尤其是 便于计算机处理）向决策人员提供有关知识。 所以建立模型的工作在系统工程中非常重要， 是首先要解决的。 本章主要介绍系统模型的基本概念、系统建模 的常用方法，着重介绍了系统结构模型

4.1管理系统模型的概念4.1.1管理系统模型的定义管理系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它(1)定义以某种确定的形式（例如文字符号、图表、实物、数学公式人们认识和研究客观世界有三种方法，即逻辑推理等提供关于该系统的知识法、实验法、模型法。而模型法就是在客观世界和科学理论之间建立起来的一座桥梁，通过这座桥梁人们可探索系统的各个方面。客观世界中的现实系统是复杂的，属性也是多方面的，建立模型绝不是企图把现实系统中的一切属性都包括进去，若是这样，不但不便于问题的解决，反而把问题复杂化。所以，人们只能根据系统的自的要求，抓住其本质属性，忽略非本质属性，对其准确地加以描述。模型来源于实际又高于实际，但它比客观实际简明和抽象

（1）定义 人们认识和研究客观世界有三种方法，即逻辑推理 法、实验法、模型法。而模型法就是在客观世界和科学 理论之间建立起来的一座桥梁，通过这座桥梁人们可探 索系统的各个方面。客观世界中的现实系统是复杂的， 属性也是多方面的，建立模型绝不是企图把现实系统中 的一切属性都包括进去，若是这样，不但不便于问题的 解决，反而把问题复杂化。所以，人们只能根据系统的 目的要求，抓住其本质属性，忽略非本质属性，对其准 确地加以描述。模型来源于实际又高于实际，但它比客 观实际简明和抽象。 管理系统模型是一个系统 某一方面本质属性的描述，它 以某种确定的形式（例如文字、 符号、图表、实物、数学公式 等）提供关于该系统的知识。 4.1 管理系统模型的概念 4.1.1 管理系统模型的定义

4.1.1管理系统模型的定义管理系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它以某（2）特征种确定的形式（例如文字、符号图表、实物、数学公式等）提供模型是实际系统的简化描述，也就是说，模型是对客体关于该系统的知识。所要研究的特征及其变化规律的一种抽象表述。因此，模型既表现了实际系统各因素之间的相互关系，反映了实际系统的主要特征，同时模型还高于实际系统。模型具有同类系统的共性所以它既有助于解决被抽象的实际系统，也能解决其他具有这些共性的实际问题。一般地说，一个模型有三个特征：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

（2）特征 模型是实际系统的简化描述，也就是说，模型是对客体 所要研究的特征及其变化规律的一种抽象表述。因此，模型 既表现了实际系统各因素之间的相互关系，反映了实际系统 的主要特征，同时模型还高于实际系统。模型具有同类系统 的共性，所以它既有助于解决被抽象的实际系统，也能解决 其他具有这些共性的实际问题。一般地说，一个模型有三个 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。 管理系统模型是一个系统某 一方面本质属性的描述，它以某 种确定的形式（例如文字、符号、 图表、实物、数学公式等）提供 关于该系统的知识。 4.1.1 管理系统模型的定义

口抽象模型抽象模型是把系统工程中的复杂因素及其相互关系抽象化并用概念化方法表达出来。系统工程研究的模型大都是抽象模型，它们用图表、字形、语言来描述概念模型是抽象模型的一种，目前国外注重概念模型的研究并提供了一些成熟的软件，例如UML统一建模语言等，如果用数4.1.2管理系统模型的分类学方法加以表达，则称为数学模型。一般来说，很难用数管理系统模型按不同观点、不同角度、学方法求解的现实系统，均可构造出仿真模型，利用计算不同形式有各种分类方法。按模型的形式分机进行模拟，求出实际结果。这种模拟方法，在解决复杂模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量系统工程问题上得到了广泛的应用。概念模型虽然比形象的性质分，模型有动态模型和静态模型、连续模型和离散模型、确定性模型和随机性模模型抽象，但它分析问题快，省时间，省费用。数学模型型等：按模型的规模分，模型有宏观模型、具有很多优点，它最能反映事物的本质，易于求解和运算中观模型、微观模型：等等。在此，我们就具有很大的灵活性，所以，它是管理系统模型中重点研究模型的形式对模型进行细分。的内容

管理系统模型按不同观点、不同角度、 不同形式有各种分类方法。按模型的形式分， 模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量 的性质分，模型有动态模型和静态模型、连 续模型和离散模型、确定性模型和随机性模 型等；按模型的规模分，模型有宏观模型、 中观模型、微观模型；等等。在此，我们就 模型的形式对模型进行细分。 抽象模型是把系统工程中的复杂因素及其相互关系抽 象化并用概念化方法表达出来。系统工程研究的模型大都 是抽象模型，它们用图表、字形、语言来描述；概念模型 是抽象模型的一种，目前国外注重概念模型的研究并提供 了一些成熟的软件，例如UML统一建模语言等；如果用数 学方法加以表达，则称为数学模型。一般来说，很难用数 学方法求解的现实系统，均可构造出仿真模型，利用计算 机进行模拟，求出实际结果。这种模拟方法，在解决复杂 系统工程问题上得到了广泛的应用。概念模型虽然比形象 模型抽象，但它分析问题快，省时间，省费用。数学模型 具有很多优点，它最能反映事物的本质，易于求解和运算， 具有很大的灵活性，所以，它是管理系统模型中重点研究 的内容。 4.1.2 管理系统模型的分类

口抽象模型按模型中变量的性质分，模型有动态模型和静态模型、连续模型和离散模型、确定性模型和随机性模型等；按模型的规模分，模型有宏观模型、中观模型、微观模型。4.1.2管理系统模型的分类数学模型现实原型管理系统模型按不同观点、不同角度不同形式有各种分类方法。在此，我们就模型的形式对模型进行细分。解释现实数学结论

管理系统模型按不同观点、不同角度、 不同形式有各种分类方法。在此，我们就模 型的形式对模型进行细分。 按模型中变量的性质分，模型有动态模型和 静态模型、连续模型和离散模型、确定性模型和 随机性模型等； 按模型的规模分，模型有宏观模型、中观模 型、微观模型。 4.1.2 管理系统模型的分类 现实原型 数学模型 解释现实 数学结论

口形象模型形象模型包括模拟模型、实体模型和比例模型模拟模型根据相似系统原理，利用一种系统去代替或近似描述另一种系统，后者就称为前者的模拟模型。例如用4.1.2管理系统模型的分类电学系统去代替机械系统，即用电压模拟机械运动速度，电流模拟力，电容模拟质量，称为机电模拟。另管理系统模型按不同观点、不同角度、外在地图上用不同颜色表示不同海拔高度等等，均称不同形式有各种分类方法。按模型的形式分为模拟模型。模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量·实体模型的性质分，模型有动态模型和静态模型、连续模型和离散模型、确定性模型和随机性模即系统本身。当系统大小刚好适合我们研究而又没型等：按模型的规模分，模型有宏观模型、有危险性的时候，就可以把系统本身作为模型，模型中观模型、微观模型：等等。在此，我们就的变量和实体系统的变量完全一样。实体模型还包括模型的形式对模型进行细分。统计抽样模型

管理系统模型按不同观点、不同角度、 不同形式有各种分类方法。按模型的形式分， 模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量 的性质分，模型有动态模型和静态模型、连 续模型和离散模型、确定性模型和随机性模 型等；按模型的规模分，模型有宏观模型、 中观模型、微观模型；等等。在此，我们就 模型的形式对模型进行细分。 形象模型包括模拟模型、实体模型和比例模型。 • 模拟模型 根据相似系统原理，利用一种系统去代替或近似描 述另一种系统，后者就称为前者的模拟模型。例如用 电学系统去代替机械系统，即用电压模拟机械运动速 度，电流模拟力，电容模拟质量，称为机电模拟。另 外在地图上用不同颜色表示不同海拔高度等等，均称 为模拟模型。 • 实体模型 即系统本身。当系统大小刚好适合我们研究而又没 有危险性的时候，就可以把系统本身作为模型，模型 的变量和实体系统的变量完全一样。实体模型还包括 统计抽样模型。 4.1.2 管理系统模型的分类

实体模型例如标准件的生产检验、，枪炮弹的生产检验，总是从总体中抽取一定容量样本来进行，这种样本，就是统计抽样模型，是一种实体模型。比例模型4.1.2管理系统模型的分类即对于系统进行改变（放大或缩小）后的表示。它们看起来和现实东西基本相似，例如照相、飞机和导管理系统模型按不同观点、不同角度弹的风洞模型、教学用的原子模型、化学工艺过程的不同形式有各种分类方法。按模型的形式分试验工场等等。模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量的性质分，模型有动态模型和静态模型、连续模型和离散模型、确定性模型和随机性模型等：按模型的规模分，模型有宏观模型、中观模型、微观模型：等等。在此，我们就模型的形式对模型进行细分

管理系统模型按不同观点、不同角度、 不同形式有各种分类方法。按模型的形式分， 模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量 的性质分，模型有动态模型和静态模型、连 续模型和离散模型、确定性模型和随机性模 型等；按模型的规模分，模型有宏观模型、 中观模型、微观模型；等等。在此，我们就 模型的形式对模型进行细分。 • 实体模型 例如标准件的生产检验、枪炮弹的生产检验，总是 从总体中抽取一定容量样本来进行，这种样本，就是 统计抽样模型，是一种实体模型。 • 比例模型 即对于系统进行改变（放大或缩小）后的表示。它 们看起来和现实东西基本相似，例如照相、飞机和导 弹的风洞模型、教学用的原子模型、化学工艺过程的 试验工场等等。 4.1.2 管理系统模型的分类

在实际工作中，往往是采取将上述各类模型组合起来应用。当然具体采用哪些模型以及怎样组合，就要针对研究对象做具体的分析。4.1.2管理系统模型的分类例如，形象模型比较直观，但是不易改变参数；数学模型容易改变参数，便于运算和优化，但是比较抽象管理系统模型按不同观点、不同角度、有时不易说明其直观意义；模拟模型更容易求得动态特不同形式有各种分类方法。按模型的形式分模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量性，但不是任何一个系统都能方便地找出其相应的模型的性质分，模型有动态模型和静态模型、连在实际工作中模型一般是交叉使用，以发挥各自的长处续模型和离散模型、确定性模型和随机性模型等：按模型的规模分，模型有宏观模型、中观模型、微观模型：等等。在此，我们就模型的形式对模型进行细分

管理系统模型按不同观点、不同角度、 不同形式有各种分类方法。按模型的形式分， 模型有抽象模型和形象模型：按模型中变量 的性质分，模型有动态模型和静态模型、连 续模型和离散模型、确定性模型和随机性模 型等；按模型的规模分，模型有宏观模型、 中观模型、微观模型；等等。在此，我们就 模型的形式对模型进行细分。 在实际工作中，往往是采取将上述各类模型组合起 来应用。当然具体采用哪些模型以及怎样组合，就要针 对研究对象做具体的分析。 例如，形象模型比较直观，但是不易改变参数；数学 模型容易改变参数，便于运算和优化，但是比较抽象， 有时不易说明其直观意义；模拟模型更容易求得动态特 性，但不是任何一个系统都能方便地找出其相应的模型。 在实际工作中模型一般是交叉使用，以发挥各自的长处。 4.1.2 管理系统模型的分类

4.1.3管理系统建模的意义在管理系统工程中，广泛使用系统模型主要基于以下四个方面的考虑：（1）系统设计和分析的需要（2）经济与安全的需要有些系统用实物进行实验，成本当新系统尚未建立以前，它仅是昂贵又不安全，如载人宇宙飞行一种构想，尚未存在于客观世界器，核电站控制等，危险性大、故只能用系统模型预测其未来性耗资多，故多用物理模型或数学能及参数，并从多方案中进行分模型代替实物实验。析与评价选出最优方案O（3）时间上的考虑（4）系统模型易操作，结果易理解0O社会、经济、生态等系统，由于惯由于系统模型突出了研究目的所性大、反应周期很长，对其直接进要关注的主要特征，因此容易得到一个清晰的结果，而且在系统行实验要等若干年以后才能看到结模型（尤其是数学模型）上进行果，这是系统分析和评价所不允许的。而使用系统模型进行分析，很参数修改也是非常容易的。快就可得到分析结果

（2）经济与安全的需要 有些系统用实物进行实验，成本 昂贵又不安全，如载人宇宙飞行 器，核电站控制等，危险性大、 耗资多，故多用物理模型或数学 模型代替实物实验。 （4）系统模型易操作，结果易理解 由于系统模型突出了研究目的所 要关注的主要特征，因此容易得 到一个清晰的结果，而且在系统 模型（尤其是数学模型）上进行 参数修改也是非常容易的。 （1）系统设计和分析的需要 当新系统尚未建立以前，它仅是 一种构想，尚未存在于客观世界， 故只能用系统模型预测其未来性 能及参数，并从多方案中进行分 析与评价，选出最优方案 （3）时间上的考虑 社会、经济、生态等系统，由于惯 性大、反应周期很长，对其直接进 行实验要等若干年以后才能看到结 果，这是系统分析和评价所不允许 的。而使用系统模型进行分析，很 快就可得到分析结果。 4.1.3 管理系统建模的意义 在管理系统工程中，广泛使用系统模型主要基于以下四个方面的考虑：

管理系统模型分类图厂确定性模型按变量形式分一非确定性模型O代数方程模型微分方程模型按变量关系-分一概率统计模型一逻辑统计模型数学模型厂最优化模型按解法分一数学模拟模型厂工程设计模型一科学研究模型按用途分一经济管理模型一结构模型抽象模型性能模型评价模型按功能分预测模型一行为模型流程图模型方框图模型一信息流模型图示模型流图模型资金流模型一物流模型网络图模型按模型形式划分一思维型模型概念模型字句型模型描述型模型计算机程序模拟模型形象模型比例模型实物模型实体模型

管理系统模型分类图 按 模 型 形 式 划 分 形 象 模 型 抽 象 模 型 数 学 模 型 图 示 模 型 概 念 模 型 计 算 机 程 序 模 拟 模 型 实 物 模 型 比 例 模 型 实 体 模 型 思 维 型 模 型 字 句 型 模 型 描 述 型 模 型 流 程 图 模 型 方 框 图 模 型 流 图 模 型 网 络 图 模 型 信 息 流 模 型 资 金 流 模 型 物 流 模 型 行 为 模 型 结 构 模 型 性 能 模 型 评 价 模 型 预 测 模 型 按 功 能 分 工 程 设 计 模 型 科 学 研 究 模 型 经 济 管 理 模 型 按 用 途 分 最 优 化 模 型 数 学 模 拟 模 型 按 解 法 分 概 率 统 计 模 型 逻 辑 统 计 模 型 代 数 方 程 模 型 微 分 方 程 模 型 确 定 性 模 型 非 确 定 性 模 型 按 变 量 形 式 分按 变 量 关 系 分