系统模型与模型化
系统工程第三章系统模型与模型化
（二）ISM实用化方法
设定 问题 、形 成意 识模
型
找出 影响 要素
要素 关系 分析 （关 系图
）
建立可 达矩阵 (M)和缩
减 矩阵 （M/）
矩阵 层次 化处
理 (ML/)
绘制 多级 递阶 有向
图
建立 解释 结构 模型
分析 报告
比较/ F 学习
试验； ➢ 经过了分析人员对客体的抽象，因而必须再拿到
现实中去检验。
概述
2.模型的分类与模型化的基本方法
模型的分类：
A——概念模型A1（思维或意识模型A11; 字句模型
A12; 描述模型A13）
符号模型A2（图表模型A21;数学模型A22） 仿真模型A3 形象模型A4（物理模型A41;图像模型A42） 类比模型A5
……
二.解释结构模型（ISM）
（一）系统结构模型化基础
1.概念
结构→结构模型→结构模型化→结构分析
2.系统结构表达及分析方法 理解系统结构的概念（构成系统诸要素间的
关联方式或关系）及其有向图（节点与有向弧） 和矩阵（可达矩阵等）这两种常用的表达方式。
系统结构的基本表达方式
系统结构的基本表达方式
➢ ISM的实施：一般来说，需要三种角色的人员 参加，即掌握建模方法的专家、协调人和参与 者。
方法
协
参
技术
调
与
专家
人
者
（四） ISM的实施及应用
➢ 应用实例：讨论人口控制综合策略问题
经小组讨论得出影响人口增长的诸多因素：
(1)社会保障
(8)社会思想习惯
(2)老年服务
九大思维模型详解
九大思维模型详解思维模型是指人们在思考问题时所采用的一种思维方式或模式，可以帮助人们更有效地解决问题、理清思路。
在日常生活和工作中，不同的思维模型适用于不同的情况和问题，掌握多种思维模型可以帮助我们更好地应对复杂多变的挑战。
本文将详细介绍九大常用的思维模型，分别是逻辑思维模型、创造性思维模型、系统思维模型、批判性思维模型、视觉化思维模型、概念化思维模型、情感化思维模型、实践化思维模型以及综合思维模型。
逻辑思维模型是我们在日常生活和工作中最常用的思维方式，它强调观点之间的逻辑关系，注重证据和推理的合理性。
在逻辑思维模型中，我们需要清晰地列出前提、推理过程和结论，避免逻辑错误和谬误。
通过逻辑思维模型，我们可以更好地分析问题、评估信息、做出正确的决策。
创造性思维模型则是帮助我们发散思维、开拓思路、寻找新的解决方案的思维方式。
在创造性思维模型中，我们可以运用各种技巧和方法，如头脑风暴、类比、侧写等，激发灵感，培养创造力，解决问题。
创造性思维模型需要我们有勇气打破常规，敢于冒险尝试，不断创新。
系统思维模型则是一种综合性的思维方式，它强调整体观念和相互作用。
在系统思维模型中，我们需要考虑问题的全貌、结构和关系，避免片面性和片段思维。
通过系统思维模型，我们可以更好地理解复杂系统的运作规律、找到系统间存在的联系，解决问题，提高效率。
批判性思维模型是帮助我们分析、评价和辨别信息真假、优劣的一种思维方式。
在批判性思维模型中，我们需要审查信息的来源、真实性和可信度，分辨偏见和假设，虑解决问题，做出明智的选择。
视觉化思维模型是通过图像、图表、画图等可视化手段来帮助我们理解问题、展示思路、传达信息的思维方式。
视觉化思维模型可以帮助我们更直观地表达和交流思想，提高信息传达的效果和吸引力。
概念化思维模型则是通过概念、概念模型、分类等方式来帮助我们归纳、总结、理清思路的一种思维方式。
概念化思维模型可以帮助我们更好地理解问题的本质、把握问题的关键，从而更好地解决问题。
电力系统cim模型及其建模技术
鞋塑盥．电力系统C I M模型及其建模技术苏伟平(广东电网公司深圳供电局工程部，广东深圳518001)脯要】C I M模型有助于电力系统解决异构环境下的数据集成问题。
本文简述了C I M模型体系，并对其U M L建模语言和xM L实现方法进行了阐述和分析jD蝴】电力系统；CIM模型；U M L建摸；X M L异构环境下，电网公司往往使用不同格式存储数据，如资产管理和运行调度数据、电网拓扑和控制系统数据、仿真软件产生的静态文件等。
这需要在不同应用系统之间交换和共享数据。
当应用集成数量增加时，相应互操作复杂性呈现指数增长，因此需要采取电力系统各领域数据交换的有关技术简化这一复杂性，并实现系统间数据的交换和共享，最终支撑智能电网g-件-F电力系统应用的总体集成。
公共信息模型是I E C61970—302和I EC61968一”标准共同提供的，是由E PR I(美国电科院)研究提出的，与语言无关，定义了电力系统部件类及其关系，以简化软件应用之间的互操作性。
前者是侧重于从电力系统角度描述电力系统各组成部分及其相互关系的语义模型。
后者则在此基础上覆盖电力系统运行和管理等系统软件数据，如资产跟踪、运行调度和客户支持等。
它们共同构成电力系统C I M模型，并用于电力系统网络数据交换。
1电力系统的数据存储和访问传统E，EM S能量管理系统和资产管理系统等电力系统应用都采用数据库定义数据存储结构，并常采用定制方式反映实际数据管理需求。
而执行负荷潮流分析、容错分析t i5真的离线应用或实时应用系统则往往采用厂商自定义的文件格式。
—般，电力系统应用之间要实现共享和交换数据，可以采取以下方式：以多个格式维护统一数据的多个拷贝；以与各软件兼容的格式存储数据；以高度精细定义的格式存储数据，并开发软件将改格式转换为目标格式。
使用高度精细化的格式，与每一应用兼容，且标准格式包含了电力系统需要的基本数据，同时也支持不影响标准数据格式前提下的其它自定义数据。
控制系统中的系统建模与模型验证
控制系统中的系统建模与模型验证控制系统是将各种物理量转化为电信号，并通过计算机进行处理和控制的系统。
在控制系统的设计和开发中，系统建模和模型验证是至关重要的步骤。
系统建模是指将现实世界的系统抽象为数学模型的过程，而模型验证则是验证所建立的模型是否准确地反映了系统的行为。
一、系统建模在进行系统建模之前，我们需要明确系统的输入、输出和内部结构。
系统的输入是指外部对系统的控制，输出是系统的响应，而内部结构则是系统各个组成部分的联系和相互作用。
1. 功能模型功能模型是系统建模中最常见的一种模型。
它描述了系统的功能和输入输出关系。
对于一个简单的控制系统来说，功能模型可以用框图或者流程图表示。
在框图中，用矩形表示功能模块，用箭头表示输入输出关系。
2. 状态空间模型状态空间模型描述了系统在不同时间点的状态和状态之间的转移关系。
它可以用矩阵和向量表示，其中状态向量包含了系统的所有状态变量，状态转移矩阵描述了状态之间的转移规律。
3. 传递函数模型传递函数模型描述了系统输入和输出之间的关系。
它是一种频域模型，可以用分子多项式和分母多项式表示。
传递函数模型常用于线性系统的建模，可以通过频率分析来研究系统的稳定性和性能。
二、模型验证模型验证是验证所建立的模型是否准确地反映了系统的行为。
在模型验证过程中，我们需要对模型进行仿真和实验验证。
1. 仿真验证仿真验证是通过计算机模拟系统的行为，从而验证模型的准确性和可行性。
在仿真验证过程中，我们可以根据模型的输入，计算系统的输出，并与实际数据进行对比。
如果模型的输出与实际数据吻合较好，说明模型是可靠的。
2. 实验验证实验验证是通过实际搭建系统的物理模型，并进行实验测试来验证模型的准确性。
在实验验证中，我们需要搭建控制系统的硬件平台，并根据模型的输入，测量系统的输出。
将实际数据与模型的输出进行对比，以验证模型的准确性。
三、总结控制系统中的系统建模和模型验证是控制系统设计中不可或缺的一步。
电力系统图模一体化系统的开发
电力系统图模一体化系统的开发
本报告旨在讨论电力系统图形模型一体化系统的开发方案。
电力系统是一个庞大的系统，它由许多复杂的部分组成，每个部分又有其特殊功能。
因此为了让电力系统各部分可以协同工作，必须制定出一个统一的策略。
这就是通过建立一个图形模型一体化系统来处理电力系统内部所含的数据的必要性。
图形模型一体化系统的开发过程包括以下步骤：
首先，必须明确电力系统的需求，并且建立详细的电力系统模型。
具体而言，在建立电力系统模型时，需要考虑其中包括的各个部分，以及它们之间的关系。
例如电力集中控制系统、智能电网和微电网的关系以及在电力系统中的作用等。
接下来，需要根据这些模型建立电力系统图形模型一体化系统。
此过程中，需要建立适当的技术架构，以满足电力系统的要求，例如将不同设备的信息系统整合在一起，以及为电力系统实现自动状态检测和调度等。
最后，对电力系统图形模型一体化系统进行测试，以确保系统符合客户的要求。
可以采用真实环境测试，模拟实际情况，进行功能测试，可靠性测试，兼容性测试等。
因此，要实现电力系统图形模型一体化系统，上述三个步骤是必不可少的。
根据电力系统的需要，设计一套完整的技术架构，并对系统进行测试，确保系统可靠和安全，以达到有效运行的目的。
《系统工程》系统模型与模型化
作用2：模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的 基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。
作用3：利用模型可以进行“思想”试验。
总之，模型研究具有经济、方便、快捷和可重复的特 点。
3.1 系统模型与模型化概述—模型化的本质、作用及地位（2）
模型的概念：模型是现实系统的理想化抽象或简洁表示，描 绘了现实系统的某些主要特点，是为了客观地研究系统而发 展起来的。
构建模型时，要兼顾现实性和易处理性。考虑到现实性，模 型必须包含现实系统的主要因素；考虑到易处理性，模型要 采取理想化的办法，即合理简化。
3.1 系统模型与模型化概述—模型与模型化的定义（2）
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（如：文字、符号、图表、数学公式 等）提供关于该系统的知识。
注：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 = k x ( k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 设 k = 2π ， x 代表直径，则 y 表示圆周长 设k 表示弹性刚度， x 表示伸长量，则 y 表示弹簧力大小 设 k = a 表示加速度， x = m 代表质量，则 y 表示物体所受外力的大小
3.1 系统模型与模型化概述—模型的分类（1）
系统种类繁多，作为系统的描述—系统模型的种类也是很多的。 系统模型的第一种分类方法分为物理模型、文字模型、数学模 型三大类。
系统模型
物理模型
文字模型
数学模型
现实 比 相 实体 例 似 系模 模 模 统型 型 型
网 图 逻解 络 表 辑析 模 模 模模 型 型 型型
系统工程考试精简版复习
2.一、1.系统: 由两个以上有机联络、互相作用旳要素所构成, 且具有特定功能、构造、环境旳整体。
系统工程：是从总体出发、合理开发、运行和革新一种大规模复杂系统所需思想、理论、措施论、措施与技术旳总称, 属于一门综合性旳工程技术。
系统分析: 是在对系统问题现实状况及目旳充足挖掘旳基础上, 运用建模及预测、优化、仿真、评价等措施, 对系统旳有关方面进行定性与定量相结合旳分析, 为决策者选择最优或满意旳系统方案提供决策根据旳分析研究过程。
4.模型：实现是系统旳理想化抽象或简洁体现, 他描绘了现实系统旳某些重要特点, 是为了客观旳研究系统而发展起来旳。
模型三个特性：1.它是现实世界部分旳抽象或模仿 2.它是由那些与分析旳问题有关旳原因构成 3.它表明了有关原因间旳互有关系。
模型化：构建系统模型旳过程及措施。
（注意兼顾到现实性及易处理性）5.构造模型: 定性体现系统构成要素以及它们之间存在着旳本质上互相依赖、互相制约和关联状况旳模型。
构造: 构成系统诸要素之间互有关联旳方式。
构造模型化: 建立系统构造模型旳过程。
构造分析: 是一种实现系统构造化模型并加以解释旳过程。
6.系统仿真: 就是根据系统分析旳目旳, 在分析系统性质及其互有关系旳基础上, 建立能描述系统构造或行为过程, 且具有逻辑关系或数学方程旳仿真模型, 据此进行试验或定量分析, 以获得对旳决策所需旳多种信息。
7.系统动力学: 通过建立系统动力学模型（流图等）、运用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实系统旳仿真试验，从而研究系统构造、功能和行为之间旳动态关系。
特点: （1）多变量（2）定性分析与定量分析相结合（3）以仿真试验为基本手段和以计算机为工具（4）可处理高阶次、多回路、非线性旳时变复杂系统问题。
8.系统评价: 就是全面评估系统旳价值。
9.管理决策分析: 就是为协助决策者在多变旳环境条件下进行对旳决策而提供旳一套推理措施、逻辑环节和详细技术, 以及运用这些措施和技术规范地选择满意旳行动方案旳过程。
系统化教学设计模型
系统化教学设计模型
系统化教学设计模型是指在教学过程中，根据系统化的教学设计模型进行教学
活动的规划、实施和评估。
它包括了教学目标的设定、教学内容的选择、教学方法的运用、教学评价的实施等环节，以达到教学目的和提高教学质量的目的。
在教学设计中，系统化教学设计模型通常包括以下几个基本要素：
首先是教学目标的确定。
教学目标是教学设计的出发点和归宿，它明确了教学
的目的和意义。
在系统化教学设计模型中，教学目标应该是明确、具体、可操作的，学生需要达到的学习成果和能力应该清晰地表达出来。
其次是教学内容的选择和组织。
教学内容的选择应该符合教学目标的要求，内
容应该具有系统性、科学性和连贯性，以帮助学生更好地理解和掌握知识。
再次是教学方法的运用。
教学方法是教学设计的核心，它直接影响学生的学习
效果。
系统化教学设计模型要求教师根据教学内容和学生的特点选择合适的教学方法，如讲授、讨论、实验、案例分析等，以激发学生的学习兴趣和提高学习效果。
此外，教学评价也是系统化教学设计模型的重要组成部分。
教学评价既是对学
生学习成果的检验，也是教学质量的保证。
教学设计模型要求教师在教学过程中不断进行评价和反馈，及时调整教学策略，以确保教学目标的实现。
总的来说，系统化教学设计模型是教学设计的一种科学方法，它强调教学的系
统性、连贯性和实效性，能够帮助教师更好地规划教学活动，提高教学效果，促进学生的学习和发展。
教学设计模型的灵活应用将有助于教学的改进和教学质量的提高。
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第二节：系统结构模型化技术
系统结构的基本表达方式 二元关系的性质
传递性： Si R Sj, Sj R Sk, 则 Si R Sk 传递性反映两个要素之间的间接联系，记作Rt 强连接：Si R Sj, Sj R Si
第二节：系统结构模型化技术
系统结构的基本表达方式
以系统要素集合S及二元关系的概念为基础，为便 于表达所有要素间的关联方式，我们把系统构成要 素中满足其种二元关系R的要素Si、Sj的要素对(Si， Sj)的集合，称为S上的二元关系集合，记作Rb，即 有：
第二节：系统结构模型化技术
• 系统结构模型化技术是以各种创造性技术为基础的系 统整体结构的决定技术。它们通过探寻系统构成要素、 定义要素间关联的意义、给出要素间以二元关系为基 础的具体关系，并且将其整理成图、矩阵等较为直观、 易于理解和便于处理的形式，逐步建立起复杂系统的 结构模型。
S={s1,s2,…sn}
系统要素的二元关系
Rij=(Si,Sj) Rij通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属
关系以及各种可以比较的关系
第二节：系统结构模型化技术
系统结构的基本表达方式
要素关系的表达方式 Si与Si之间存在二元关系R, Si R Sj Si与Si之间无二元关系R, Si RS j Si与Si之间的二元关系不明，Si RS j
第二节：系统结构模型化技术
系统结构的三种基本表达方式相互对应，各有 特色。
用集合来表达系统结构概念清楚，在各种表达 方式中处于基础地位；
有向图形式较为直观、易于理解； 矩阵形式便于通过逻辑运算，用数学方法对系
统结构进行分析处理。 以它们为基础和工具，通过采用各种技术，可
实现复杂系统结构的模型化。系统结构的矩阵表达源自第二节：系统结构模型化技术
系统结构的矩阵表达
第二节：系统结构模型化技术
系统结构的矩阵表达
第二节：系统结构模型化技术
缩减矩阵
第二节：系统结构模型化技术
②骨架矩阵 对于给定系统，A的可达矩阵M是唯一的，
但实现某一可达矩阵M的邻接矩阵A可以 具有多个。我们把实现某一可达矩阵M、 具有最小二元关系个数(“1”元素最少) 的邻接矩阵叫M的最小实现二元关系矩阵， 或称之为骨架矩阵，记作A′。
④确定模型的结构 这一步决定了模型定量方面 的内容；
⑤估计模型的参数 用数量来表示系统中的因果 关系；
⑥实验研究 对模型进行实验研究，进行真实性 检验，以检验模型与实际系统的符合性；
⑦必要修改 根据实验结果，对模型作必要的修 改。
六、模型化的基本方法 1.分析方法； 2.实验方法； 3.综合法； 4.老手法； 5.辩证法；
第二节：系统结构模型化技术
结构分析的内容
对系统目的——功能的认识 系统构成要素的选取 对要素间联系及其层次关系的分析 系统整体结构的确定及其解释
第二节：系统结构模型化技术
系统结构的基本表达方式
1 系统结构的集合表达 设系统由n（n>=2）个要素(s1,s2,…sn)组
成，其集合为S,则
Rb={(Si,Sj)|Si、Sj∈S,SiRSj,i、j=1,2,…,n}
且在一般情况下，(Si,Sj)和(Sj,Si)表示不同的要 素对。
这样，“要素Si和Sj之间是否具有某种二元关系R”， 也就等价于“要素对(Si,Sj)是否属于S上的二元关系 集合Rb”。
第二节：系统结构模型化技术
系统结构的有向图表达
七、模型的简化 ①减少变量，减去次要变量； ②改变变量性质； ③合并变量（集结）； ④改变函数关系； ⑤改变约束条件；
第二节：系统结构模型化技术
1.系统结构模型化基础 结构分析的概念和意义
结构→结构模型→结构模型化→结构分析
结构分析是一个实现系统结构模型化并加以 解释的过程。
结构分析是系统分析的重要内容，是系统优化 分析、设计与管理的基础
第四讲:系统模型与模型化
西安交通大学管理学院 李刚 博士
内容概要
第一节：概述 第二节：系统结构模型化技术 第三节：系统定量分析模型 第四节：系统工程模型技术的新进展 思考讨论题
第一节：概述
一、模型及模型化的定义 模型有三个特征： 1.它是现实世界部分的抽象或模仿； 2.它是由那些与分析的问题有关的因素构成； 3.它表明了有关因素间的相互关系； 模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实 体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方 式（数学、图像等）表达系统实体的方法。
第一节：概述
• 模型化的本质、作用及地位（见图4-1）
1.本质：利用模型与原型之间某方面的相思关系，在 研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究 得到关于原型的一些信息。
2.作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究 结果的表达。这种表达是简洁的、 形式化的。②模型 提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会 导致对科学规律、理论、原理的发现。③利用模型可 以进行“思想”试验。
3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。它不 能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统 相配合时，模型的作用才能充分发挥。
第一节：概述 模型化
实际系统
比较 现实意义
解释
模型 实验、分析
结论
图4-1系统模型（化）的作用与地位
三、模型的分类（见图4-2）
模型
概念
符号
形象
类比 仿真
思维 描述 字句 图示 数学 物理 图像 图4-2 模型分类
图：节点，弧
从节点i(Si)到j(Sj)的最小(少)的有向弧数称 为D中节点间通路长度(路长)，也即要素Si与 Sj间二元关系的传递次数。
在有向图中，从某节点出发，沿着有向弧通 过其它某些节点各一次可回到该节点时，在 D中形成回路。呈强连接关系的要素节点间 具有双向回路。
第二节：系统结构模型化技术
四、构造模型的一般原则 1.建立方框图 2.考虑信息相关性 3.考虑准确性 4.考虑结集性
五、建模的基本步骤 ①明确建模的目的和要求 以便使模型满足实
际要求，不致产生太大偏差； ②对系统进行一般语言描述 因为系统的语言描
述是进一步确定模型结构的基础；
③弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系 （结构关系和函数关系） 以便使模型准确表示 现实系统；