系統(tǒng)模型與系統(tǒng)分析

1、系統(tǒng)模型與系統(tǒng)分析課程教師：xxx教授學院：通信工程學院姓名：五里霧一、什么叫系統(tǒng)分析？系統(tǒng)分析的要素有哪些？系統(tǒng)分析的“5W1H”要點是什么？（25 分）系統(tǒng)分析產(chǎn)生于2 0世紀4 0年代末期的美國蘭德公司，早期主要用于武器系統(tǒng)的成本 效益分析，60年代后，開始用于社會經(jīng)濟系統(tǒng)。系統(tǒng)分析是通過一系列步驟，幫助領(lǐng)導者選擇最優(yōu)方案的一種系統(tǒng)方法。主要步驟有：研究領(lǐng)導者提出的整個問題，確定目標，建立方案，并且根據(jù)各個方案的 可能結(jié)果，使用適當?shù)姆椒ū容^各個方案，以便能夠依靠專家的判斷能力和經(jīng)驗處理問題。系統(tǒng)分析的要素：（1 ）目標；（2）可行方案；（3）費用（壽命周期總費用（Life Cycle

2、Cost） ）; （4）模型；（5）效果（效益和有效性）（6）準則（目標的具體化）（7）結(jié)論 （建議，不是決策）5W1H是指：任務(wù)的對象是什么？即要干什么（What）;這個任務(wù)何以需要？即為什么這樣干（Why）；它在什么時候和什么樣的情況下使用？即何時干（When）;使用的場所在哪里？即在何處干（Where）;是以誰為對象的系統(tǒng)？即誰來干（Who）;怎樣才能解決問題？即如何干（How）。二、對系統(tǒng)模型有哪些基本要求？系統(tǒng)建模主要有哪些方法？請分別說明這些建模方法的適用對象和建模思路。（25分）系統(tǒng)模型的基本要求是：1切題；2模型結(jié)構(gòu)清晰；3精度要求適當；4盡量使用標準 模型。系統(tǒng)模型的定義：系

3、統(tǒng)模型是一個系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述，它以某種確定的形式 （如文字、符號、圖表、實物、數(shù)學公式等）提供關(guān)于該系統(tǒng)的知識。系統(tǒng)模型一般不是系統(tǒng)對象本身，而是現(xiàn)實系統(tǒng)的描述、模仿和抽象。如：地球儀是地球 原型的本質(zhì)和特征的一種近似或集中反映。系統(tǒng)模型是由反映系統(tǒng)本質(zhì)或特征的主要因素構(gòu) 成的。系統(tǒng)模型集中體現(xiàn)了這些主要因素之間的關(guān)系。建模的主要方法及其適用對象和建模思路：1、推理法（“白箱”問題）（1）、對象：比較簡單的白箱系統(tǒng)。（2）、方法：利用自然科學的各種定理、定律（如物理、化學、數(shù)學、電學的定理、定律） 和社會科學的各種規(guī)律（如經(jīng)濟規(guī)律），經(jīng)過一定的分析和推理，可以得到S的數(shù)學模型。2、實

4、驗法和統(tǒng)計分析法（“黑箱”或“灰箱”問題）（注：此方法也可分成兩類。老師PPT 分成兩類，在此處合并為一類進行敘述。）（1）、對象：可實驗和不可實驗的黑箱和灰箱系統(tǒng)；（2）、方法：通過實驗或者查閱歷史統(tǒng)計資料，找出系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)，然后運用自控 中的傳遞函數(shù)方法或其它的數(shù)學方法（如回歸分析、時序分析等方法），建立系統(tǒng)輸出與輸 入之間的關(guān)系系統(tǒng)的數(shù)學模型。3、混合法也稱數(shù)據(jù)擬合法。相當多的建模過程是以統(tǒng)計數(shù)據(jù)或?qū)嶒灁?shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。以收集和分析數(shù)據(jù) 為基礎(chǔ)去構(gòu)建一個系統(tǒng)模型的方法，稱之為數(shù)據(jù)擬合法。4、類似法（相似模型）（1）、對象：用推理法難以建模的復(fù)雜的白箱系統(tǒng)；（2）、方法：利用不同事物具

5、有的同型性，建造原系統(tǒng)的類似模型。三、考慮湖水的污染與凈化問題，如果流入湖的污水濃度比湖水濃度高，那么湖水就要受到污染；反之，如果將清水注入湖內(nèi)，則可以使湖水凈化。為了簡化問題，現(xiàn)在 做如下假設(shè)：（1）蒸發(fā)量和降雨量相等，流入與流出的平均速度相等，即湖水總量保持不變；（2）污水不發(fā)生化學變化，也不引起沉淀；（3）污水瞬間混合是均勻的，即湖中水的濃度總是均勻的。記湖水體積為口，初始濃度為C0，注入水的速度為V,注入水的濃度為廠，如果以清水注入湖中，問多長時間才能使湖水濃度降到初始濃度的10%?(25分)分析步驟：問題分析首先考慮湖水的污染與凈化問題，如果流入湖的污水濃度比湖水濃度高，那么湖水就要

6、 受到污染；反之，如果將清水注入湖內(nèi)，則可以使湖水凈化。模型假設(shè)蒸發(fā)量和降雨量相等，流入與流出的平均速度相等，即湖水總量保持不變；污水不發(fā)生化學變化，也不引起沉淀；(3) 污水瞬時混合是均勻的，即湖中水的濃度總是均勻的。3.模型符號Q湖水的體積V流人流出的速度u(t)湖水的污染濃度C注入水的污染濃度At時間段間隔4.模型分析本題是一個推測問題，其主要在于據(jù)題中所給的數(shù)據(jù)求出會中污染物的濃度，預(yù)測湖水 最終達到所需的濃度所需要的時間。經(jīng)過分析我們得知，影響湖水污染濃度的主要因素是河 水的污染濃度、和原本湖水的污染濃度，及流出流入的量。因而我們把問題轉(zhuǎn)化為時間間隔 與湖水污染濃度的函數(shù)關(guān)系，利用微

7、分方程，建立數(shù)學模型反應(yīng)湖水的濃度變化。本文便是 以建立一個合理的模型來求解湖水污染濃度，判斷湖水是否會惡化的問題。模型建立與求解根據(jù)物質(zhì)的量的守恒，建立恒等式：湖中污染物的改變量=流入污染物的量-流出污染物的量U (t + W) - u (t )L。= C(t )-V At - u(t )-At V當兩邊同時除以時間間隔At，得到時間相對于湖水濃度的微分方程: TOC o 1-5 h z duV-C (t) u(t)dtQu(0)=C0解得：Vtu= C +(C0- C )* e -Q (1)結(jié)果此題要求的是在注入清水的情況下，要多長時間才能使湖水的濃度達到原來濃度的10%。則最終的湖水濃度

8、是u=0.1C,注入的是清水，則C =0.，帶入(1)即可得到結(jié)果。四、根據(jù)系統(tǒng)分析原理論述我國制造產(chǎn)業(yè)為什么既缺少大系統(tǒng)又缺少小系統(tǒng)？(25分)系統(tǒng)分析產(chǎn)生于2 0世紀4 0年代末期的美國蘭德公司，早期主要用于武器系統(tǒng)的成本 效益分析，60年代后，開始用于社會經(jīng)濟系統(tǒng)。系統(tǒng)分析是通過一系列步驟，幫助領(lǐng)導者選擇最優(yōu)方案的一種系統(tǒng)方法。主要步驟有：研究領(lǐng)導者提出的整個問題，確定目標，建立方案，并且根據(jù)各個方案的 可能結(jié)果，使用適當?shù)姆椒ū容^各個方案，以便能夠依靠專家的判斷能力和經(jīng)驗處理問題。系統(tǒng)分析原理初步分析階段要圍繞六個問題（5W1H）來論述，要點有以下兩點：為什么要分析中國制造業(yè)20世紀中

9、，制造業(yè)給美國、日本和歐洲帶來了巨大的經(jīng)濟發(fā)展和市場繁榮。在我國， 制造業(yè)同樣占有舉足輕重的地位，它是我國國民經(jīng)濟的核心、和工業(yè)化的原動力，是我國經(jīng)濟 增長的發(fā)動機。改革開放以來，中國制造業(yè)相對于國內(nèi)其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，成為國民經(jīng)濟增 長的主要源泉，中國作為制造業(yè)大國的地位已被世界所公認，但中國跟美國日本等制造業(yè)強 國比，仍然存在很大差距。所以分析分析我國制造業(yè)的現(xiàn)狀也是趨勢所求。中國制造業(yè)現(xiàn)狀：（1）勞動生產(chǎn)率及增加值率低；（2）技術(shù)創(chuàng)新能力十分薄弱，缺乏核心技術(shù)；（3）競爭優(yōu)勢的層次低下；（4）產(chǎn)業(yè)組織的不合理；種種原因讓我們必須來探討一下我國目前制造業(yè)的優(yōu)劣，進而進行改進。應(yīng)該如何來解決系統(tǒng)是由相互制約的各部分組成的具有一定功能的整體。由以上分析可得出，中國的 制造業(yè)既缺少龐大的管理系統(tǒng)，即大系統(tǒng)；又缺少較小的產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，即小系統(tǒng)。解決此問題無疑要使這“大系統(tǒng)”和“小系統(tǒng)”既要內(nèi)部各自協(xié)調(diào)，又要使兩個系統(tǒng) 協(xié)調(diào)。（1）大力推進科技進步和創(chuàng)新，為發(fā)展我國裝備制造業(yè)提供智力支持， 使大系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)；（2）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)組織，提高制造業(yè)生產(chǎn)效率；（3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進制造業(yè)結(jié)構(gòu)升級，