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管理系统工程
第三章系统的基本运动规律及定律第一节系统的基本运动规律
一、系统输入与输出间动态平衡的保持与打破不断变化的规律
二、连锁反应规律
1.系统内的连锁反应
蝴蝶效应:
亚马逊热带雨林中的一只蝴蝶煽动几下翅膀→可能会在两周后引起得克萨斯的一场龙卷风。
蹄铁效应:
断一枚钉子→掉一只蹄铁→折一匹战马→摔死一位将军→吃一场败仗→亡一个国家。
对形成的结果,要看关键因素影响,也要看次要因素影响
2.系统抑制连锁反应的能力
(1)系统内各子系统输入端的存贮能力
(2)系统内各子系统变换比的伸缩范围和调节能力
(3)系统修复局部故障的能力
(4)系统的冗余水平
3.引起连锁反应的临界值
(1)临界时间
(2)临界强度
(3)临界值
4.连锁反应的作用和控制
三、反馈规律
1.反馈及其正、负
2.反馈的作用
(1)正反馈的作用
经济发展→教育科技投入增加→人才及科技成果增加→生产力水平提高→促进经济发展(良性循环)
生产与消费的关系
(经济萧条时期,节俭对经济的发展是一种劣行)
(2)负反馈的作用
a用来保持系统行为的稳定
管理职能:
控制(制定标准---考察绩效,发现偏差---纠正偏差)
b使系统的行为趋向一个目标
供需关系
3.正、负反馈之间的转化
例良性循环的正反馈转化为负反馈,再转化为恶性循环的正反馈
市场需求大→销量大→盈利多→职工收入多工作积极性高→扩大生产能力(投资)→销量增加→盈利更多(良性循环的正反馈)→继续扩大生产能力→产量增加→市场拥有量大(趋于饱和)→需求量减少(负反馈)→销售量下降→效益降低→盈利减少(甚至亏损)→职工收入减少→积极性降低(士气不高)→效益更差……(恶性循环的正反馈)
4.尊重反馈规律,合理发挥其作用
(1)自繁系统的承载强度
(2)人造系统的可供能力
四、局部薄弱环节限制总体功能的规律
1局部薄弱环节对总体功能的限制作用
2系统薄弱环节的一些常见类型
(1)系统本身数量方面的薄弱环节。
(2)系统本身质量方面的薄弱环节。
(3)外界输入数量方面的薄弱环节。
(4)外界输入质量方面的薄弱环节。
3形成系统薄弱环节的原因
(1)自然条件和生产水平的限制。
(2)缺乏对系统的总体设计和全面规划。
(3)系统的结构、要素随着社会的发展而过时、落后、老化。
4克服局部薄弱环节的方法和途径
五、等效优效代换规律
1系统内的等效代换规律
2系统内的优效代换规律
第二节系统基本定律
一、系统内功能专业化和协作的意义
二、系统内分工可采取的一些基本方式
1专一和综合2大型和小型
3固定和流动4集中和分散
5联合和独立
三、贝塔朗菲定律
贝塔朗菲定律:
系统的属性总是多于组成它的各个要素在孤立状态时的属性之和。
系统对可累加或不可累加的某一具体属性的数量既可起放大作用,也可起缩小作用,或者既不放大也不缩小,其作用方式取决于这一属性的本质、系统的结构以及系统内协同作用的强弱。
四、五率最高定律
在保证实现环境允许系统达到的功能(目的)的前提下,使整个系统对空间、时间、物质、能量、信息的利用率最高。
五、系统学第二定律对人工系统的意义
作业:
考察济南市的城市建设及管理状况,从系统的角度举出一个不符合系统定律的例子,要求:
1.说出问题表现在哪些方面;
2.简要分析问题产生的原因;
3.提出改进的建议或措施。
第三节功能方法
一、功能分析方法
1要素—功能分析法(工程系统)
2环境—功能分析法(社会经济系统)
二、功能模拟方法
三、黑箱方法
黑箱:
内部无法打开并无法了解,只能根据其功能(或输入、输出)识别的系统。
政府:
宏观调控,市场监督,社会管理,公共服务,国防安全……
宏观经济:
总需求,总供给,
运行结果:
产出,就业,失业,价格,通货膨胀,净出口……
输入(调控手段):
财政政策,货币政策,收入政策,贸易政策。
单个企业:
黑箱
第四章系统科学理论概述
第一节一般系统论
(奥地利生物学家:
贝塔朗菲)
基本观点:
1.系统观点
2.动态观点
3.等级观点
第二节控制论
(美国数学家:
维纳)
研究系统各个子系统如何进行组织,以便实现系统的稳定和有目的的行为。
控制的过程:
制定标准;衡量绩效;对照比较;纠正偏差。
控制只发生于以下三种系统:
1.生命系统
2.社会经济系统
3.人造物质系统
对系统控制的前提:
系统有多个可能状态。
经典控制理论:
单输入,单输出。
现代控制理论:
多输入,多输出。
大系统控制理论:
多级递阶输入、输出。
在社会经济系统方面的主要研究内容:
1.最优控制理论
2.自适应、自学习、自组织系统理论
自适应系统——前馈控制
自学习系统——反馈控制
自组织系统——根据环境变化和运行经验进行控制
3.模糊理论
4.大系统理论
人口系统控制,区域经济系统控制,大型企业生产过程控制等。
第三节信息论
(美国数学家:
申农)
信息的定义:
狭义——消息、情报、指令、数据和信号等有关周围环境的知识。
广义——事物存在的方式或运动状态以及这种方式、状态的直接或间接的表述。
信息论:
研究信息的收集、交换、传输、存贮、处理、利用和控制的一般规律的学科。
(控制论的基础)
信息的度量——信息量:
把事物某种不确定性趋向确定的度量或信息消除事物不确定性的度量。
(未知消息)
一、自信息的信息量(一个可能消息中所包含的信息量)
信息量的特征:
1.设A为可能发生的单个消息,它包含的信息量(称为自信息)是由该消息发生的概率决定的。
(说明衡量信息量用概率函数)
设P(A)为A发生的概率,I(A)为A包含的信息量。
则
P(A)越大,I(A)越小,不确定性越小。
(可预知消息)
P(A)越小,I(A)越大,不确定性越大。
(小道消息)
2.信息量具有可加性。
(说明衡量信息量用对数函数)
设A、B为同时发生的两个相互独立的信息,则:
I(AB)=I(A)+I(B)
定义:
一个可能消息A的信息量为
I(A)=㏒2(1/P(A))=-㏒2P(A)(比特)
(P(A)≠0)
注:
1.定义当P(A)=0时,I(A)=0(此时A为不可能事件)
2.㏒2P(A)=㏒P(A)/㏒2
3.对任何可能消息A,都有I(A)≥0,当且仅当P=1或P=0时等号成立。
自信息量的一般表达式:
若将某可能消息Z在传送前(状态记为Y)的发生概率称为先验概率P(Y),该可能消息在接受端出现(状态记为Y/Z)的概率称为后验概率P(Y/Z),则实际传送的信息量为:
I(Z,Y)=㏒2(1/P(Y))-㏒2(1/P(Y/Z))
=I(Y)-I(Y/Z)
I(Z,Y)=㏒2(1/P(Y))-㏒2(1/P(Y/Z))
=I(Y)-I(Y/Z)
显然,当P(Y/Z)=1时,I(Y/Z)=0,I(Z,Y)=I(Y),表示消除Y的不确定性得到的信息量;
当P(Y/Z)=P(Y)时,I(Z,Y)=0,表示没有消除Y的不确定性(没得到信息或得到的是无用信息或重复信息)。
(上式的进一步解释:
例:
听课,阅信,重复信息等)
由不知到知:
0<I(Y/Z)≤I(Y),I(Z,Y)>0;
由知到知:
I(Y)=I(Y/Z),I(Z,Y)=0;
由不知到不知:
I(Y)=I(Y/Z),I(Z,Y)=0;
由不知到更不知:
I(Z/Y)≥I(Y)>0,I(Z,Y)<0;
B的出现可能会减少A的不确定性,也可能增加A的不确定性。
Z对Y的信息量=
=系统Y的无序程度-Y接受Z后的无序程度
=Y系统接受Z信息后有序性增加(或无序性减少)的程度
例1某车间生产的一批产品,其次品率为10%,若随机取出一件,则拿到次品这一消息的信息量为:
I=-㏒2(1/10)=㏒210=3.32(比特)
例2某会议室共八排八列,甲以等概率坐在任一位置。
消息A:
甲在第五排,
消息B:
甲在第六列,
消息C:
甲在第五排第六列。
则:
P(A)=P(B)=1/8,P(C=AB)=1/64
I(A)=I(B)=㏒28=3(比特)
I(C)=㏒264=6(比特)
或I(C)=I(A)+I(B)=3+3=6(比特)
四、信息序列的信息量(一组可能信息中包含的信息量)
定义:
设有包含n条可能消息x1,x2,……xn的集合
〔或X=(x1,x2,……xn)〕,分别以概率P1,P2……Pn〔或P=(P1,P2……Pn)〕随机地发生,形成一个包含N个消息的序列。
则消息序列的总信息量为:
I总(X)=-N∑Pi㏒2Pi(比特)
整体平均信息量(熵)为:
H(X)=-∑Pi㏒2Pi(比特)
例3(掷硬币)设P(x1)=0.5P(x2)=0.5
则:
I(x1)=-㏒2O.5=1(比特)
I(x2)=-㏒2O.5=1(比特)
H(X)=H(x1,x2)=-0.5×㏒2O.5-0.5×㏒2O.5
=1(比特)
1比特信息量就是含有两个独立等概率可能状态的事物所具有的不确定性被全部消除所需要的信息。
可推广至系统中n条独立消息为等概率状态的情况。
有
H(x1,x2,……xn)≤H(1/n,1/n…1/n)
=-∑1/n㏒2(1/n)=㏒2n
最大熵定理:
熵函数在等概率分布下取得最大值。
(均匀分布的不确定性最大。
举例)
一般情形:
若系统信息为一般概率状态,则可证明:
0≤H(X)≤㏒2n
即:
一般概率状态的有序度介于确定状态与等概率状态之间。
例4系统为确定状态P=(1,0,……0)时,
H=-∑Pi㏒2Pi
=-〔P1㏒2P1+P2㏒2P2+……+Pn㏒2Pn〕
=-〔1×㏒21+0×㏒2P2+……+0×㏒2Pn〕
=0
即:
系统在确定状态下消除不确定性所需的信息量为零。
(有序状态)
例5某商场经理每天收到的有关商场的消息为:
营业情况X1,P(X1)=0.66
后勤问题X2P(X2)=0.20,
人事方面X3,P(X3)=0.135
安全问题X4P(X4)=0.005
则I(X1)=-㏒20.66=O.6(比特)
I(X4)=7.64(比特)>>I(X1)
但是,假设连续考察1000天,收到660件X1
5件X4,,则
I总(X1)=660×0.6=396(比特),
I总(X4)=5×7.46=38.2(比特)
结论:
平时经理更关心经营情况,而不是安全问题。
H(X)=-(0.66×㏒20.66+0.20×㏒20.20+
0.135×㏒20.135+0.005×㏒20.005
=0.916(比特)
当为等概率时,可算得:
H(X)=㏒24=2(比特)
系统的熵(小)---系统状态数(少)---系统有效信息量(大)---系统确定性(强)---系统有序性(好)---系统运动状态(复杂)---系统运动的质(高)
信息量的局限性:
1同一信息A,对系统不同状态的信息量是不同的。
2系统状态Y相同时,信息量互等的两个信息A、B,其信息内容可能完全不同。
(信息量只说明系统有序变化的程度,不能说明系统有序变化的内容。
只说明量,不说明质。
例:
图书分类整理,对数学公式的理解)
第四节耗散结构理论
(比利时物理学家:
普利高津)
1系统熵的增减和演化方向
哲学观点:
自然界物质的运动是由简单到复杂、由低级到高级、由不确定到确定、由无序到有序、由高熵到低熵演化的。
因此,系统的熵S(X)随时间减少。
即:
dS/dt<0,(也可写成dS<O)称系统状态的这种演化方向为进化或发展。
反之,若dS>0,则称系统运动状态的演化方向为退化或没落。
2两类有序结构
平衡条件下的有序结构。
晶体,机器,无机系统等。
宏观上看是静止的结构,不与外界发生交换关系。
这种结构通常与时间无关。
是一种死的结构。
非平衡条件下的有序结构。
有机系统,社会系统,经济系统等。
这类系统的结构形式和演化过程只能不断与环境进行物质、能量和信息交换的条件下进行,一旦把它与环境分割开来,其结构立刻就会瓦解。
它们总是处在一种非平衡状态,而平衡状态意味着生物机体的死亡。
这种结构与时间有关,状态不断变化。
生物机体就是一种空间有序,时间有序和功能有序相结合的结构,是一种活的结构。
热力学第二定律(克劳修斯):
孤立系统的熵永远随时间而增加,直至达到系统熵的极大值为止。
(熵增原理,即dS≥0,在平衡态等式成立)
解释:
任何与外界没有物质、能量和信息交换的孤立系统,他的演化方向必然总是退化的、没落的,直至达到最无序的运动状态(等概率状态)为止。
任何系统总熵变dS由两部分组成,第一部分是系统通过与外界交换物质、能量和信息引起的熵流des,第二部分是系统内部自发产生的熵变dis,即:
dS=deS+diS(普利高津总熵变公式)
孤立系统是与环境熵交换为零的系统。
因此,deS=0。
热力学第二定律证明了对孤立系统有diS≥0。
(孤立系统内部过程熵的产生是非负的,即熵增过程,直至退化没落,达到最无序的运动状态---等概率状态。
)
例生命,宇宙。
将热力学第二定律推广到整个宇宙,即得“宇宙热寂学说”。
热量由高温到低温。
机械能自发的变为热能。
墨水扩散。
通常,熵交换deS可正、可负、也可等于0。
1若deS>0,通过与环境交换,系统的熵不断增大,加快无序化进程,系统更加无序。
2若deS<0,且deS<diS
则有dS=deS+diS>0
这时,通过开放系统可以减缓无序化的进程,但不能改变走向无序的趋势,因此不可能发生有序演化。
3若deS<0,且deS>diS
则有dS=deS+diS<0
开放使系统的熵不断减少,从而使系统处于有序演化过程。
(重要,例:
系统控制)
玻尔兹曼:
宇宙熵增,导致无序;局部起伏产生熵减,导致有序。
普利高津:
涨落导致有序。
(结构决定功能,功能改变并选择结构。
)
耗散结构:
开放系统通过与外界交换物质、能量而增加、维持有序性。
当系统处于非平衡态时,它通过与外界进行物质、能量的交换转变为一种时间、空间或功能的有序状态,这种远离平衡的、稳定的、有序的结构称为耗散结构。
耗散结构的特点:
1开放系统是耗散结构的前提
2非平衡态是有序之源(系统远离平衡态)
3涨落导致有序(见系统运动规律之二)
4系统内各元素之间存在着非线性的相互作用
第五节协同学理论
(德国理论物理学家:
哈肯)
协同学---研究远离平衡态的开放系统在保证外流的条件下,如何能够自发地产生一定的系统有序结构或动能行为的一门新兴科学。
协同学的理论核心---自组织原理。
即:
任何一个包含有大量子系统的复杂系统,在与外界环境有物质、能量、信息交换的开放条件下,通过各子系统之间的非线性的相互作用,就能产生各子系统相互合作的协同现象,使系统能够自动地在宏观上产生空间、时间或功能的有序结构,出现新的稳定状态。
协同导致有序。
(分工与协作,系统第二定律)
第六节突变理论(法国数学家:
托姆)
第五章系统工程概论
第一节系统工程的定义及特征
一、定义系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法,是一种对所有系统都具有普遍意义的方法。
系统工程是用科学的方法规划和组织人力、物力、财力,通过最优途径的选择,使我们的工作在一定期限内收到最合理、最经济、最有用的效果。
系统工程的目的:
实现系统整体目标的最优化。
二、系统工程的特征
1.程序化
2.信息化
3.精确化
4.专业化
5.集约化
三、系统工程与一般工程技术的区别
1.工程的概念不同
2.工程的对象不同
3.工程的任务不同
4.工程的方法不同
5.人员的素质不同
四、系统工程的功能
1.研究客体与研究主体相结合
2.认识世界与改造世界相结合
3.改造自然与改造社会相结合
4.发展自然科学与发展哲学、社会科学相结合
第二节应用系统工程的几个基本观点
1.明确问题的目标和准则的观点
整体目标局部目标
2.整体化观点
有机整体。
大而全、小而全问题,企业(学校)办社会问题等。
3.优化与可行的观点
方案:
(多个)可行方案
结果:
最优解---次优解---满意解---非劣解。
4.决策科学化的观点
定量分析---定性分析---指令性分析
5.时间价值的观点
效率是金钱,时间是生命
6.组合效应观点
效率---效益,最佳结构。
第三节系统工程方法论
一、霍尔(Hall)三维结构方法
霍尔三维结构是将系统工程整个活动过程分为前后紧密衔接的七个阶段和七个步骤,同时还考虑了为完成这些阶段和步骤所需要的各种专业知识和技能。
这样,就形成了由时间维、逻辑维和知识维所组成的三维空间结构,如图所示。
其特点是体现了计划、组织、控制、决策等职能。
1.时间维表示系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程。
2.逻辑维是指时间维的每一个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序。
3.知识维列举需要运用包括数学、工程、医学、建筑、商业、法律、管理、经济、社会科学、艺术、计算机等各种知识和技能。
核心:
最优化。
适用:
一般系统。
二、切克兰德软系统方法论
内容:
1.系统现状说明
2.弄清关联因素
3.建立概念模型
4.改善概念模型
5.比较
6.实施
特点:
定性、定量相结合,注重调查及人的经
验、直觉和判断。
核心:
学习和比较。
适用:
软系统(社会、经济系统)。
第四节管理系统概述
一、管理系统与系统管理
管理系统就是以所研究的管理对象为系统,它是整个社会系统的基本组成单元。
系统管理学大体上分为下面两个互为联系的方面,一是科学地表示系统理论的范畴、原则和方法;二是运用系统理论的科学概念作为解决管理系统,以及更大范围的经济、技术问题,甚至社会政治问题的手段。
二、现代管理系统的特征
1.管理规模日益大型化;
2.管理组织日益专业化;
3.管理人员日益知识化;
4.管理体制日益合理化;
三、现代管理系统的特点
1.管理系统是一个具有多重反馈结构的社会系统;
2.管理系统往往是一个非线性的系统;
3.管理系统中各变量之间存在着时滞;
4.管理系统是一种因果系统;
5.管理系统具有明显的组织结构特性。
四、管理系统工程的含义
管理系统工程就是以各层次的管理活动为对象,运用系统工程的原理和方法,为管理活动提供最优规划和计划,进行有效的协调和控制,并使之获得最佳经济效益和社会效益的组织管理技术。
五、管理系统工程的方法体系
管理系统工程从方法论角度来看是系统工程的原理和方法在管理活动中的应用,系统工程常用的一般方法同样也适用于管理系统工程。
管理系统工程的一般方法可根据解决问题的不同,归纳为六个方面:
1.系统现状
2.系统目标
3.系统预测
4.系统运行
5.系统效果
6.系统优化
第六章系统分析方法
第一节系统分析的基本概念
一、系统分析的含义
系统分析是一种辅助决策技术,它采用系统的观点和方法对所研究的问题提出各种可行的方案或策略,进行定性和定量分析及评价,帮助决策者提高对所研究问题认识的清晰程度,以便决策者选择最优行动方案。
(其他含义:
运筹学,系统工程)
二、系统分析的特点
1以特定问题为对象
2以整体效益为目标
3以定量分析为基础
4以评价标准为依据
三、系统分析的准则
1.外部环境与内部条件相结合
2.当前利益和长远利益相结合
3.局部利益和整体利益相结合
4.定性分析与定量分析相结合
定性分析定量化,定量分析定性化。
定性——定量——定性。
四、系统分析的要素
1.目标
2.可行方案
3.模型
4.费用和效果
5.评价标准
确定各种替代方案优先选用顺序的标准:
(1)若各可行方案效益相同,选费用最小的方案为最优方案;
(2)若各可行方案费用相同,选效益最大的方案为最优方案;
(3)若计算各可行方案的效益费用比,则选效益费用比最大的方案为最优方案。
第二节系统分析的步骤
一、形成问题,明确研究对象
(一)确定系统的目的和目标
目的:
定性表示的希望系统要达到的状态。
目标:
在规定时间内希望系统要达到的水平。
例6—1问题:
城市交通安全
目的:
减少因交通事故而造成的损失
要求:
确定用于评价可行方案效果的指标
分析:
损失包括:
1.物质损失的经济价值;
2.死亡造成的劳动力消失;
3.负伤造成的劳动力功能的暂时消失及治疗费用。
减少损失的分目标:
1.减少事故;
2.使事故造成的损害最小;
3.使负伤者尽快康复。
评价可行方案的指标:
1.事故发生率;
2.死亡率及物质损失价额;
3.治疗所需天数。
指标的量化和统一(货币表示):
1.一起事故的损失额×事故减少数;
2.(一人所创造的价值×死亡者减少数)+(一起事故物质损失的减少额×事故数-一起事故的治疗费×负伤者增加数);
3.(一人一天的治疗费+一人一天所创造的价值)×治疗时间缩短天数。
(二)明确研究对象
1.确定系统边界,划定问题范围。
例6—2为促进国民经济的发展,在分析经济政策时,应如何设定系统边界?
2.确定系统要素。
例6—3确定上例中国民经济的系统要素。
A1生产功能
A2劳动力形成功能
A3资本形成功能
3.系统要素间关系的识别(系统结构分析)。
例6—4描述例6---3中系统要素之间的关系
环境改善劳动力
外部效果工资劳动力
生产功能形成功能
资源货币、服务代价
废弃物商品、服务
利储
贷利息蓄
款息
资本形成功能
(三)设定评价标准
(四)确定假说和假设
假说:
把对问题的认识用语言或数学模型表达出来,并通过分析可以验证结果。
假设:
基于假说而建立数学模型时,为了使模型的构成、参数的确定以及求解方便而对描述系统的变量以及变量之间的关系所设定的前提。
例6—5为了建立经济系统的定量模型,确定假说和假设。
分析:
假说:
消费支出C是所得Y的函数。
即
Ct=g(Yt)
t---时期
假设一:
从环境来的资源为输入,到环境去的废物为输出。
假设二:
生产额与所得额相等。
即
Yt=Ct+It
假设三:
消费函数是线性的,含有误差项。
二、收集资料,提出可行方案
对可行方案的要求:
技术上先进可行,经济上合理,效率高,有弹性。
例6—6城市交通问题的可行方案
1.设置防事故栅栏
2.设置人行天桥
3.设置交通信号设备
例6—7促进国民经济系统增长的可行方案
利率政策、货币政策、投资政策等。
三、建立分析模型
例6—8建立经济系统的数学模型
Ct=α+βYt
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