系统工程复习重点全部
20XX年《系统工程》复习要点
1系统概念与系统思想
（1）系统基本概念，要素、联系
·系统----由两个以上相互联系、相互作用的要素所组成的具有特定结构、功能和环境的整体。
·系统包含：系统要素、系统环境、系统边界、系统输出、系统输入、联系
(输入---系统---输出：功能) ( 要素+联系：结构)
·要素：系统内部具有一定独立性的“零件”。最小的基本单元----从研究系统的目的来看不需要再加以分解和追究其内部构造的基本成分。
·联系：是指要素之间的关联。
（2）功能（输入、输出）、结构、环境
·系统功能：系统在与外部环境的相互联系、相互作用中表现出来的功效和能力。系统的功能是系统的各个要素所不具备的。一个系统的功能就是从外界对系统输入到系统向外界输出的变换。系统在不同状态有不同功能。
系统与外部环境之间相互联系和作用过程的秩序和能力称为系统的功能。
系统的功能体现了一个系统与外部环境之间的物质、能量和信息的输入与输出的变换关系。
系统功能是系统内部固有能力的外部体现。
·系统结构：系统内各个要素之间的相对稳定的组织和秩序。
系统的结构就是系统保持整体效应及具有一定功能的内在联系，即系统内部各组成要素之间在空间和时间方面的相互联系与相互作用的方式或顺序。
·系统环境：存在于系统周围并与系统有关（有联系）的各种因素的集合。系统与环境存在互动。（3）系统的6特点
·集合性、相关性、目的性、层次性、整体性、开放性
2．系统工程基本概念
·系统工程是用来开发、运行、革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和（或总称）。在运筹学、系统理论、管理科学等学科基础上形成的一门交叉学科。
（1）系统工程的研究对象
大规模复杂系统特点：规模庞大、结构复杂、构成（要素不同质（经常为人-机系统）联系所组成；的结构复杂、动态）、多重目标（追求多目标的优化、各目标间可能存在冲突）、经济性突出
（2）系统的思想特点
系统理论揭示系统的结构、功能、环境之间的关系问题，系统工程利用系统思想为人类的生存和发展服务。
结构与功能所说明的是系统的内部作用与外部作用。
系统的结构决定系统功能，系统功能决定系统价值，系统价值影响着系统的生存与发展。
系统的功能受它自身的结构和其外部环境两者所制约
系统与环境之间相互作用、相互影响、相互改变。
3．系统工程方法论
分析和解决系统的研发、运行及管理实践中遇到的问题所应该遵循的工作程序（逻辑步骤）和基本方法*（集合或群）。
系统工程学科中分析问题和解决问题所需要的一般方法和总体程序逻辑框架。
（1）霍尔三维结构方法：三个维度是什么？系统生命周期七个典型阶段？逻辑顺序的七个典型步骤？
·三个维度是：时间维、逻辑维和知识维
·系统生命周期七个典型阶段：策划阶段、方案阶段、研制阶段、生产阶段、安装阶段、运行阶段、更新阶段
·逻辑顺序的七个典型步骤：明确问题、确定目标、系统综合、模型化、最优化、决策、实施计划（2）切克兰德方法论：工作流程
1 描述问题情境；
2 根底定义(软问题的特征是什么)；
3 建立概念模型（系统做什么）；
4 比较（概念模型与现行系统）；
5 探寻改善方案；
6 设计和实施变革；
7 评估和反馈
（3）切克兰德方法论：软系统、无结构问题的特点、根底定义的概念，CATWOE分析六要素
·软系统：无结构问题（软问题）：这类问题表现为一种不满或不安，但很难被描述为“寻找一种的有效手段来达到确定目标”
·无结构问题的特点：定义问题: 系统的现实状态与理想状态之间的差异
描述问题情境: 感到有问题存在，但无法明确定义的某种情形
无结构问题难以确定一个很明确的目标，往往是能够改善系统的状态即可。
·根底定义的概念：要找出这一系统的一些重要特征，并给出结构化语言的描述这些特征—称为根（底）定义。
结构化描述的根底定义应包括3部分内容what, how, why，其形式为：A system to, By, In order to。每条根底定义只允许一个What,一个HOW和一个Why
·CATWOE分析六要素：
C(Customer)是指从转换活动获益的主体；
A(Actor)是转换活动的直接实施者；
T(Transformation)是一个转换（活动）; （这是定义的核心）
W(Weltanschauung)是实施转换过程的世界观;
O(Owner)是指系统所有者（谁有权开始和停止转换过程）;
E(Environment)表示实施转换的环境约束条件。
（4）霍尔三维结构和切克兰德方法论不同点，要理解哪种方法更适合研究“硬”系统？哪种方法更适合研究“软”系统？
·相同点：1）均以问题为导向（出发点）；2）都具有相应的逻辑步骤。
·不同点：研究对象、输出、过程特点、核心内容、方法
·切克兰德方法论也称为软系统方法论，霍尔三维结构更适用于创建一个硬系统。
·霍尔三维结构模式形象地概括了系统工程的一般步骤和方法，从而为解决规模较大、结构复杂、因素众多的工程系统问题提供了一个解决问题的思路。
·所谓“硬”系统（或称良结构系统）是指机理清楚，完全能够用明确的数学模型来描述系统要素及其相互关系的系统，如工程系统
4.系统分析
系统分析（SA）是系统工程（SE）的核心内容
（1）系统分析的定义和6要素
·定义：系统分析是在对问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模、优化、仿真、评价等方法，对系统的有关方案进行定性与定量相结合的分析，为决策者选择满意的解决方案提供决策依据的分析研究过程。
·6要素：问题（对象系统、现实与目标之间的差距）
目的和目标（目的唯一、目标可多个）
方案（达到目的及目标的途径）
模型（概念、结构、数学、仿真）
评价（费用和效益等评价标准）
决策者（受益者和拥有者）
（2）系统分析的程序
初步分析：认识问题、探寻目标、综合方案
规范分析：模型化、优化或仿真分析
综合分析：系统评价
有些过程可以跳过，认识问题、综合方案、系统评价是必须的环节
（3）系统分析的特点
以问题为导向
整体把握（先整体框架，后内部要素）
综合即创造（创新）
以系统整体最优为目标
多方案的分析和选优
多种分析方法综合运用（定量、定性分析）
多次反复进行（反馈控制）
5.初步分析
（1）工作内容
·认识问题：认识对象系统的现状，明确系统范围；找出现实与理想之间的差距；反应问题的表象·探寻目标：目的唯一: 缩小现实与理想之间的差距；目标却可多个（多面性，各目标之间有冲突）；反映问题的实质
·综合方案（提出或设计方案）：达到目的的途径有很多条；创新性地解决问题（通过创新最有效地解决问题，特别是目标冲突问题）
·认识问题的方法
·5W1H法：What (对象)，Why （目的），When（时间/时机），Where（场所），Who（人员），How （手段）
·探寻目标的方法
·5Why法：探寻产生问题的因果关系链（原因的深入探寻层次，因问题而定），因果链的最末端就是根本原因
·鱼骨图法：后来推广应用于找出各种问题的原因，也称为“因果图”。树状图，分层次，找原因。最终是为了分析产生问题的“根本原因”。
把问题写在鱼骨的头上；尽可能多地找出造成问题的原因（可集体讨论）；分层析归纳原因（高层级的原因在（大）鱼骨上标出；低层级的原因在（小）鱼骨上标出）；反复提问，反复归纳，找到更深层次的原因（集体讨论）；确定最主要的原因；提出解决方法。
·质量管理中常提到的6M：Manpower, Machinery, Materials, Methods, Measurement, Mother-nature ·ABC分类法：常称之为“80对20”规则。
根据被分析对象的技术或经济特征，分成A、B、C三类：
A类：累计品目百分数为5-15％，而平均资金占用额累计百分数为60-80％左右的少数几个物品；B类：将累计品目百分数为20-30％，而平均资金占用额累计百分数也为20-30％的物品；
C类：和A类正相反，累计品目百分数为60-80％，而平均资金占用额累计百分数仅为5-15％。（2）Triz：技术矛盾、39工程参数、矛盾矩阵的概念
·技术矛盾：两个工程参数之间的矛盾：如果改进系统参数A，将导致系统参数B的恶化
·39工程参数：
·矛盾矩阵的概念：列举了需要改进的工程参数与同时产生恶化的工程参数之间的技术矛盾，然后给出以前成功处理了相似矛盾的创新原理。
6．系统模型
（1）规范分析包括哪三项工作内容？
建立建模（模型化），系统优化，系统仿真
（2）模型：定义、特征
·定义：现实系统的替代物，对现实系统抽象（或模仿）表达的结果；在一定应用条件下，应能反映系统的组成部分（要素）、组成部分之间的相互关系、系统中蕴含的因果推理关系。
·特征：是现实世界（系统）部分的抽象（或模仿）：抽象的出发点通常是被研究系统的某方面的结构或功能特性；
模型的构成只考虑：与要分析的问题有关的因素（要素）；有关因素（要素）之间的相互关系。（3）模型化：一般原则、意义、局限性
·一般原则：描述现实（现实性）、高于现实（易处理性）
·意义
提供了脱离具体现实系统的推理与计算基础
利用模型可以进行“思想”试验（虚拟试验），虚拟实验有如下优势：方便）、快速、可重复、经济·局限性：模型的本质（某方面的相似性）决定其局限性；模型不能替代现实系统的全部；通过模型推出的理论结果必须再拿到现实中去检验----实验
7. 系统结构模型
（1）系统结构模型的三种表示方式（最重要的是矩阵表达方式）
有向图、集合、矩阵
（2）二元关系：概念、传递性、强连接关系
·概念：存在于两个要素Si和Sj之间的关系Rij
·传递性：通常情况下二元关系具有传递性，有SiRSj和SjRSk，则有SiRSk ，反映两个要素的间接联系，记作Rt（t为传递次数）, 如SiR2Sk
注意：有些二元关系不具有传递性，如相交关系，A与B相交，B与C相交，不能退出A与C相交。·强连接关系：相互关联的二元关系，如有SiRSj同时有SjRSi。具有强连接关系的各要素之间存在替换性。
（3）邻接矩阵、可达矩阵
·邻接矩阵（A）：要素间直接联系，未表示间接联系
某行中有1表示能到达相应列所在节点，如果某行元素全为0，则Si要素为系统输出要素。
列中有1表示被相应行所在节点所到达，如果某列元素全为0，则Sj要素为系统输入要素。
·可达矩阵（M）：使用矩阵形式表示有向图中各个节点之间通过任意长的路径可以到达（即间接影响）的情况。“可达”既包括直接到达，也包括间接到达。
·可达矩阵的求解：可以用邻接矩阵A加上单位矩阵I，再经过若干次自乘运算求得。M= (A + I ) r 最大路径长度（传递次数）r
·布尔矩阵运算：1+1=1；1+0=1，0+0=0，1*1=1，1*0=0，0*0=0
（4)可达矩阵上的集合分析：可达集、先行集、共同集、起始集、终止集
可达集R（Si）：由Si可到达的诸要素所构成的集合
先行集A（Si）：可到达Si的诸要素所构成的集合
共同集C（Si）：是Si的可达集和先行集的交集。Si本身一定在C(Si) 中，与Si强连接的要素一定在C(Si) 中。
起始集B（S）：在S中只影响（到达）其他要素而不受其他要素影响的要素所构成的集合，当Si为起始集要素时，A（Si）= C（Si）
终止集E（S）：在S中只被其他要素影响（到达）的要素所构成的集合，当Si为起始集要素时，R （Si）= C（Si）
（5）ISM：区域划分、级位划分、提取骨架矩阵（又细分为3步、理解越级的二元关系）、会画多级递阶有向图
·解释结构模型（Interpretative Structural Modeling，ISM ）
·区域划分：判断系统要素集合S是否可分割（是否相对独立），只需判断起始集B（S）中的要素及其可达集能否分割。区域划分的结果可记为：∏（S）=P1，P2，…，Pk，…，Pm （其中Pk为第k个相对独立区域的要素集合）。
·级位划分：级位划分的基本做法是：找出整个系统要素集合的最高级要素（终止集要素）后，将它们去掉得到剩余要素集合；再求剩余要素集合的最高级要素；依次类推，直到找出最低一级要素集合（即Li）。
注意层级划分是针对单个区域内的要素进行的。
设P是某区域要素集合，若用Li表示层级(Layer)从高到低的各级要素集合：∏(P)= L1，L2 ，…，LI （其中I为最大级位数）令L0=ψ
对于最高层级的要素来说，它的可达集R(S i )是和它的共同集C(S i) 相同的。
·提取骨架矩阵（又细分为3步、理解越级的二元关系）
分层级后，求M（L）的最小实现矩阵。剔除冗余逻辑关系后，仍能反映原来矩阵所表示的要素间关系。具有最少的二元关系个数
·提取骨架矩阵A’的三个步骤：
(1)去掉各层次中的强连接要素，得到缩减矩阵M’（L）
(2)去掉M’（L）中要素间的越级二元关系，得到进一步简化的矩阵M’’（L）
(3)进一步去掉M’’（L）中自身到达的二元关系，得到骨架矩阵A’。
·画多级递阶有向图
(1)分区域从上到下逐级排列系统构成要素。（终止集放在最上面）
(2)同级加入被删除的与某要素有强连接关系的要素（如例中的S6），及表征它们相互关系的有向弧。按A’所示的邻接二元关系，用级间有向弧连接成有向图。
8. 优化与仿真
（1）会根据问题建立动态规划模型，指导如何递推计算及求出结果
（2）离散事件系统系统仿真的基本概念：实体、属性、状态、事件、活动、进程
（3）事件、活动、进程三者之间的关系
（4）仿真模型的验证、校核和确认含义
9．系统评价
（1）系统评价：概念、价值、评价主体的三种类型（效用，效用曲线图）
·概念：就是全面评定系统解决方案的价值。对系统方案满足系统目标的程度进行综合判定。系统评价的要素（5W1H）
系统评价就是根据预定的系统目的，在所提出替代方案的基础上，就各方案所能满足系统目标的程度进行评价，对各个替代方案进行排序。
·价值：价值可以理解为评价主体对系统方案满足系统目标（需求）的认识和判定。系统方案满足系统目标的程度。
·评价主体的三种类型（效用，效用曲线图）
Ⅰ型曲线：保守型谨慎小心、惧怕风险、对损失比较敏感；所处外部环境不是很好。
Ⅱ型曲线：冒险型对损失的反应迟缓，而对利益比较敏感，不怕风险、追求大利；所处外部环境较好。
Ⅲ型曲线：中间型极其理性，是一种较少主观感受的“机器人”。
（2）逐对比较法（参看Flash课件）
关联矩阵
(1)计算各评价项目的权重：对各评价项目进行逐对比较，相对重要的项目得1分，不重要的得0分；然后累计各评价项目的得分；
(2)根据给定的评价尺度，对各替代方案的评价项目原始值进行评分，得到各评价项目的评价值Vij，
(3)求每行的加权和，以获得各方案的综合评价值Vi。
(4)根据Vi确定各方案的排序。
·逐对比较法的缺陷：可能计算得到等于“0”的权重（如上例中的“产品外观”评价项目）
（3）古林法（参看Flash课件）（与逐对比较法想比的优势）
(1)确定评价指标间重要度倍数（Rj）: 按评价项目自上而下地两两比较其重要性；
(2)对Rj进行基准化处理，得到Kj
(3)对Kj进行归一化处理
比逐对比较法更好！可以克服“0”权重的问题。
（4）层次分析法（AHP）：如何建立各阶层的判断矩阵、各层次权重计算（掌握方根法）、一致性检验、方案（优先性）排序计算、AHP的局限性
·复杂问题的评价分解目标、准则、方案三个层次：其中的准则还可以继续分解成多个子准则；形成递阶层次结构；
在每个层次中，通过两两比较的方式，确定各个因素之间的相对重要性
·AHP 分析步骤：(1)明确问题，(2)建立多级递阶层次结构，(3)建立判断矩阵，(4)一致性检验：层次单排序，层次总排序及一致性检验
·AHP 模型的层次结构一般分为三层：1、目标层（最高层）：只设立一个，代表系统所要达到的总体目标。2、准则层（中间层）：为了解释总目标而设立的各项准则，或者为达到总目标而必须实现的多个中间目标。有时，一些准则需要分解成多个子准则，这时中间层包含多个层次。3、方案层（最低层）：为到达系统总目标，可供选择的多个方案。
·如何建立各阶层的判断矩阵：上层评价准则Ak 与低层级的准则B1…Bn 有上下级关系 B1…Bn 的重要性进行两两比较，得到n*n 矩阵元素。
n 是A 的一个特征根
正互反矩阵的特性：自比性、反比性、一致性
·各层次权重计算（掌握方根法）： (1)计算判断矩阵B=[bij]n ×n 的每一行各元素的乘积 (2)计算（1）得到乘积的n 次方根 (3)归一化处理得特征值Wi （列求和） (4)近似计算最大特征根λmax ·一致性检验： 判断矩阵是否满足如下关系: bij = bik/bkj, i 、j 、k= 1，2，…，n
判断矩阵中所有要素都满足上式时，称判断矩阵具有完全一致性。
此时矩阵的最大特征值λmax=n
当判断矩阵具有满意一致性时，λmax 稍大于矩阵阶数n ，但不应该很大，这时AHP 得出的结论才基本合理。
判断矩阵的最大特征根为单根，且λmax ≥n 。 一致性指标 C.I. (Consistency Index) 定义计算式如下： 平均随机一致性指标R.I.（Random Index ） 当C.R.< 0.10时，认为判断矩阵的一致性满足要求。
当C.R.≥0.10时，认为判断矩阵不一致性过大，需调整判断矩阵。
·方案（优先性）排序计算：
·AHP 的局限性：不超过9个方案，分解指标不超过9个；主观性强；有时，调整一致性比较困难
1）将定量指标主观化处理，仿照定性指标建立判断矩阵。
2）判断矩阵的建立本身会因人而异，难以综合各位评价人员的意见。
3）AHP 的结果只给出方案的优劣顺序，不能回答方案是否可行。
4）用AHP 法要求准则层指标（大类指标）不超过9项。各大类指标下属的明细指标个数也不超过9项。
10. 系统实施计划
（1）双代号网络图：构成、绘图图规则，特别掌握好“虚箭杆”的用法，往年都考了
（2）根据紧后工作的表格画出网络图（必须符合绘图规则）
（3）计算时间参数（节点的最早、最迟；工作的开始，结束，两个时差）
（4）找出关键工作、关键线路
AW= = =nW ∏1n
j ij
i b M ==n i i M M ∑==n i i i i M M 1∑1max )(1λn i i i W AW n ==1--λ..max
n n I C =....=..C I C R R I