系统工程复习资料

系统工程复习资料

一、判断、改错 ( 4×4′)

1.系统工程产生的背景：必要性（社会发展、经济发展、技术发展）、可能性

2.都江堰水利工程概括：功能或需求的确立—工程的起点；资料收集（情景调查）；目标确定；实现目标的方案；多方案的综合、分析、

组合、选择；实施

3.钱学森对我国系统工程发展贡献大，创建了我国第一个军事运筹研究机构—“作战研究处”

4.系统工程的四类基本问题【排序（系统评价）、组集（多元相关分析与聚类分析）、适度（系统仿真方法）、联接】

5.系统功能指的是系统在环境中所起的作用，或系统完成任务以及完成任务的能力，系统功能是相对环境来说的，环境是系统功能作用

的舞台。系统行为指的是一个系统输入作用于系统所引起的输出，反映系统对系统输入的响应程度。系统响应时间的快慢和强度的大小是系统的重要性质，系统行为是系统结构和系统输入的函数，或者说系统行为是系统自身特性的表现，但与环境有关。案例：能源对企业的影响

6.无论用哪一种系统工程方法去处理问题，其基本原则都是把要研究对象作为一个系统，从整体性角度去分析、组织和管理。

7.系统工程的重点研究对象——社会经济系统（遵循因果律、多重反馈、反直观性、较强的非线性特征、时滞（延迟）效应、大惯性、

不适应做直接试验、因果有时在空间上分离）

8.系统工程方法论指的是处理复杂系统问题的基本观点（整体、综合、层次、优化等）和方法论层次上各种方法的总和

9.供求关系中，供应曲线S和需求曲线D的交点称为平衡点，平衡点的稳定性取决于这一点附近曲线斜率的绝对值k D和k S，那么平衡

点稳定的条件是（k D＜k S）。

二、名词解释 (2×5′)

1、系统定义：（汪应洛教授“系统是有特定功能的、相互间具有联系的许多要素所构成的一个整体”。）

系统包含两个或两个以上的元素，这些元素可以称为要素（主要元素）、部分、或者子系统；

系统的元素之间存在着各种简单或复杂的关系或联系；

系统是其所有元素与全部关系综合而成的有机整体，或称为有机统一体；

具有一定的边界，作为更大系统的子系统存在。。

2、系统分析：汪应洛：系统分析是一个有目的、有步骤的探索过程；目的是为决策者提供直接判断和决定最优方案的所需信息资料；步骤是使用科学方法，对系统的目的、功能、环境、效益等进行充分地调查研究，把试验、分析、计算的各种结果，同预期的目标进行比较，最后整理成完整、正确、可行的综合资料，作为决策者择优的主要依据

3、系统仿真：概念

仿真(simulation)是真实过程或系统在整个运行时间上的模仿

通常包括：建立模型和模型的实验及运行

物理仿真、计算机仿真或数学仿真

根据被研究系统的特性分为：连续系统仿真和离散事件系统仿真

4、系统工程：汪应洛：系统工程是一门以大系统为研究对象的多学科、跨行业的边缘学科，它结合自然科学、工程技术和社会科学的思想、理论和方法，把系统内人类的生产、科研或经营组织起来，应用现代数学和电子计算机技术为工具或手段，对系统构成的要素、组织结构、信息交流和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和运行、从而达到系统的最优设计、最优控制、最优管理。

广义系统工程是指开发和改造系统的规划、计划、设计、研制、生产、安装、运行等阶段所涉及的思想、程序、方法等的总和。而狭义系统工程是指对系统进行分析、综合、仿真、优化等比较理性的技术

5、系统模型

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。系统模型一般不是系统对象本身，而是现实系统的描述、模仿或抽象。系统是复杂的，系统的属性也是多方面的。系统模型只是系统某一方面本质属性的描述，本质属性的选取完全取决系统工程研究的目的。根据不同的研究目的，同一个系统可以建立不同的系统模型。如上海市经济模型，变量可以用一、二、三产业表示，也可以用各个行政管理部门来表示。

同一种模型可以代表多个系统。

6、系统结构（要素及关联的总和）：系统结构指系统内部各组成要素（组分）之间在空间、时间的联系、作用方式与顺序，系统要素在空间的排列或配置方式成为系统的空间结构，系统要素在时间流程中的关联方式称作系统的时间结构，有些系统主要呈现空间结构，有些系统主要呈现时间结构，有些系统兼而有之。

7、系统评价

系统评价是人们对系统（客体）做出价值判断的过程。就是说系统评价是人们依据确定的目的来测量事物（系统）的

有关属性，并将这些属性转化为主观效用，从而综合成系统的主观效用（价值）的过程。

三、简答题 (4×6′)

1、系统特性及分类

1）系统特性：整体性、涌现性、相关性、层次性、目的性、成长性、环境适应性

整体性（系统的功能不等于子系统功能之和）和涌现性（产生整体具有而各个部分原来没有的某些东西（性质、功能、要素））的区别是：前者反映系统要素和系统整体功能数量上的差异，而后者表现在质的差异，即涌现出系统没有的功能和性质。2）分类：自然系统与人造系统；实体系统与概念系统；静态系统与动态系统

开放系统与封闭系统；开环系统与闭环系统

2、霍尔三维结构、步骤及具体哪三维？霍尔三维：时间维、逻辑维和专业维

HALL系统工程的的时间维时间维：表示系统工程的工作阶段或过程

（1）规划阶段——调查研究、明确研究目标，提出自己的设想和初步方案，制定系统工程活动的方针、政策或规划。（2）计划阶段——根据规划阶段所提出设计思想和初步方案，从社会、经济、技术、可行性方面进行综合分析，提出具体的计划方案和选择一个最优方案。

（3）研制阶段——以计划为指南，组织人、财、物及各个环节、各个部门，实现系统的试制方案，并制定生产计划。（4）生产阶段——生产系统的构件及整个系统，并提出安装计划。

（5）安装阶段——对系统进行安装和调试，提出系统的运行计划。

（6）运行阶段——系统按预定的目标运行服务。

（7）更新阶段——完成系统的评价，改进或以新系统代替老系统，使系统更有效的工作，为系统进入下一个研制周期准备条件。

HALL系统工程方法专业维说的是解决一个系统工程问题，需要有相应专业知识。

逻辑维步骤系统工程每阶段工作所应遵从的逻辑顺序和工作步骤

（1）明确问题（2）确定目标（系统指标设计）（3）系统综合含义：拟订实现目标的可能方案：以目标为起点；如果只有一个方案，很可能这方案是不合理的（4）系统分析（5）系统评价（优化）（6）系统决策

（7）系统实施——对已选方案进行实施、修改，完善以上6个步骤，转入下一阶段。

◆在实践工作中，系统综合、系统分析和系统优化存在循环，不断递进的过程，即在系统分析和系统优化的过程中可能产生系统方案，或者对模型进行修正。

3、无结构问题（切克兰德的系统工程方法论）的特征及解决方法

对那些目标不是很清楚，边界较模糊，系统的机理尚不清楚，较难用数学模型描述，只能用半定量、半定性或者只能用定性的方法来处理系统。切克兰德创造了“调查学习”软系统方法，其核心不是寻求系统的“最优化”，而是“调查、比较”或者说是“学习”，从现状调查和模型比较中，学习改善现存系统的途径。

?无结构问题特点：（1）对系统现状不满，由于对未来的追求而产生的危机感（2）很难确定目标、方案，没有现

成的方法可以运用（3）时间上无限存在，解决后将引发新的状态与问题（4）改善系统状态即可。（无目标及衡量标准）（5）随环境变化与时间推移，不满意的感受会变化，有时候问题会自动消失，也有可能被其他问题替代?解决思路及步骤：(1)系统现状说明。通过调查分析，对现存的不良结构系统的现状进行说明。(2)弄清关联因素。

初步弄清、改善与现状有关的各种因素及其相互关系。(3)建立概念模型。在不能建立数学模型的情况下，用结构模型或语言模型来描述系统的现状。(4)改善概念模型。随着分析的不断深入和“学习”的加深，进一步用更合适的模型或方法改进上述概念模型。(5)比较。将概念模型与现状进行比较，找出符合决策者意图而且可行的改革途径或方案。(6)实施。实施提出的改革方案。

4、结构模型法的优缺点、特点及组成人员

(1)优点：主要在于是概念模型，把模糊不清的思想与看法转化为具有一定结构的模型；并且应用比较广泛。适用于变量众多、关系复杂的系统分析。（2）结构模型法的缺陷

?假定不存在反馈回路（一般来说总存在反馈）

?系统各要素间的逻辑关系依赖人们的经验（受权威的影响；受主观因素的影响）

?需要三种角色人员的参加，能够胜任协调者角色的人员稀少

ISM的人员组成

?方法技术专家——对结构模型法有深入的本质的理解

?协调人——对结构模型法有足够的认识，对问题领域有足够的知识，具有个人和群体创造过程以及激励机制等方面的知识

?参与者——掌握与问题相关的信息与知识

5、系统建模的步骤及原则

（1）系统建模步骤：1）明确建模的目的，提出建立系统模型的要求。2）了解系统建模的背景和相关的知识。3)进行系统建模。系统建模指运用系统工程的思想和原理进行建模。4）系统模型的验证和修改。 （2）系统建模的原则 ：

1）抓住主要矛盾。2）力争清晰明了。3）精度要求适当。4）尽量使用标准模型。 6、系统评价的步骤及目的 系统评价的步骤

1）明确目标——即明确评价的目的 2）熟悉评价对象——深入了解被评价对象3）挑选专家4）设计评价指标体系 5）测定对象属性——评价对象存在不同属性，不同属性的测定方法不一样，但系统评价所涉及的每一属性都需测定。 6）建立评价数学模型7）综合主观效用8）选优提交决策

建立评价指标体系原则1、客观性原则 2、科学性原则 3、系统性原则 4、可操作性原则5、可比性原则 目的：

(1)使评价系统达到最优：对系统的结构或者技术参数进行优化。 (2)对决策的支持：对方案的价值进行评价，提供信息供决策者参考。 (3)决策行为的说明：为使其他人对决策人的意图进行了解，便于接受。 (4)问题分析：通过评价过程实现对问题的分析。获得系统的综合评价。 五、论述题 (1×20")

1、系统结构：画霍尔三维结构及霍尔三维结构和切克兰德的主要内容、区别和方法

答：(1)内容：

1969年美国工程师霍尔提出“三维结构”，将系统的整个管理工程分为前后紧密相连的六个阶段和七个步骤，并同时考虑到为完成这些阶段和步骤的工作所需的专业管理技术知识。三维结构由时间维、逻辑维和知识维组成。其中时间维表示从规划、方案、研制、生产、运行到更新，按时间顺序排列的系统工程全过程；逻辑维指每个阶段所要进行的工作步骤，这是运用系统工程方法进行思考、分析和解决问题时应遵循的一般程序；知识维是指完成上述各步骤所需要的各种专业知识和管理知识，不同的领域问题、不同的管理活动对知识的需求和侧重也不同。

切克兰德系统工程方法论的出发点是，社会经济领域的问题往往很难像工程技术问题那样事先将“需求”给定清楚，因而也难以按照若干个衡量指标设计出符合此“需求”的最优系统。切克兰德系统工程方法论的核心是“比较”或“学习”。从模型和现状的比较中，学习改善现状的途径。切克兰德系统工程方法论的方法步骤：①问题现状说明：说明现状，目的是改善现状。②弄清关联因素：初步弄清与改善现状有关的各种因素及其相互关系。③建立概念模型：用结构模型或语言模型来描述系统的现状。④改善概念模型：随调查学习不断深入，进一步改善概念模型。⑤比较：将模型与现状比较，找出符合决策者意图的可行改革或方案。⑥实施：实施提出的改革方案。 (2)区别：

霍尔系统工程方法论强调目标明确，核心内容是最优化，认为现实问题都可归纳为工程类的问题，应用定量分析的手段求得最优解，适用于解决良性结构的硬系统，适用于解决各种“战术”问题；而切克兰德系统工程方法论的核心是

1 2 3

4

5

6

A B C D E F G

逻辑维（步骤）

专业维（知识）

规划阶段

经济 管理科学 社会科学 环境科学 信息技术 工程技术 法律

计划阶段 研制阶段

生产阶段

更新阶段

安装阶段

系

统

综

合

系

统

分

析

系

统

优

化

系

统

决

策

系

统

实

施

明

确

问

题

确

定

目

标

时

间

维（

阶

段

）

“比较”或“学习”，适用于解决不良结构系统、社会经济系统及其发展战略问题。

切克兰德系统工程方法论是霍尔夫方法论的扩展。当现实问题确实能够工程化，在弄清其需求时，概念模型阶段就相当于霍尔方法论中的建立模型阶段，而改善概念模型阶段就相当于最优化阶段，实施的不是变革而是设计好的最优系统。

2、系统结构分析：表面控制关联图说明为什么在表面控制及后果是什么，结合实例，因果反馈（劳而无功）

反馈是指因果关系的互动，存在正负反馈，正反馈指系统的A要素的增长会引起系统B要素的增长，而B要素的增长又使得A要素增长，负反馈指系统A要素的增长会引起系统B要素的增长，而系统B要素的增长又使得系统A要素减弱。社会经济系统不但具有正负反馈，还具有多重反馈。

用因果关系环表示社会经济系统的反馈和多重反馈，是系统工程常用的分析方法，尤其是复杂系统的分析，同时也是系统建模的前提，只有准确的描述系统的行为才能有效地进行分析，才可能得到正确的结论。案例：人口系统

3、系统综合的方法（借鉴其他事物的原理，例霍尔三维）

含义：拟订实现目标的可能方案：(以目标为起点;如果只有一个方案，很可能这方案是不合理的）

系统工程中提出方案区别于传统的创造发明（强调把发明用于实践）

系统综合的方法（借鉴其他事物的原理，在类比中引申。例：“冷静的沟通”；系统综合：功能树-结构树。提出方案叫做系统综合的原因；对一个简单的方案进行改造，在某些方案思路的启发下往往会激发出另一个方案。也称“爬山法”。应用：头脑风暴法：例：金庸小说中的攻城方法：以傻子郭靖的“idea”为基础，借鉴欧阳锋的方法的原理。某工程项目的施工）

如何由局部认识获得整体认识，可采用分析一重构方法。重构就是综合，首先是信息(认识)的综合，即对部分的认识以求得对整体的认识，或综合低层次的认识以求得对高层次的认识。综合的任务是把握系统的整体涌现性。

在实践工作中，系统综合、系统分析和系统优化存在循环，不断递进的过程，即在系统分析和系统优化的过程中可能产生系统方案，或者对模型进行修正。

1、系统的整体性是一个系统区别于其它系统的标志。（×）

2、系统工程方法论中，把关于硬件基础设施的问题称为硬问题，把关于系统或应用软件的问题称为软问题。（×）

3、系统分析过程中，一般由系统工程人员依据专业知识和从业经验对系统问题进行深入分析、研究，并作出决策。（×）

4、系统分析过程中，目标具有层次性，选定的目标层次越高，接受的人越多，作用的时间越长。（√）

5、有向连接图的可达矩阵描述了图中各结点之间经过一定长度的通路后可以到达的程度。（√）

6、冲突中，限制性稳定的结局不能形成稳定解。（×）

7、排队系统的顾客源数量对排队系统的性能研究有一定影响。（√）

8、一项系统工程的分析过程中，每个行动环节一次顺利完成的可能性是很小的，需要在反馈信息的基础上反复进行。（√）

9、因果链的极性符号与所含所有因果箭的极性符号的乘积符号相同。（√）

10、财富效用值函数是一个递减函数，因为一个人拥有的财富愈多，财富对他的影响也就越小。×

四、计算题

根据学生不同观念分析得不同结果

8、根据如下邻接矩阵，给出解释结构模型法的规范建模过程。（10分）

A=???

??

?

?????????

?0010

010*********

010001010解答：A=????????????????00

1

010000

01010

1010001010

，A 1=A+I=????????????????10

1

011000

011101011001011

，A 2=(A+I)2=???????

?

???????

?11

1

1

011100

111101*********

A 3=(A+I)3=?????????????

???11

1

1

01111011110

1111011111

，M=A 4=(A+I)4=?????

??

????????

?11

1

1

011110

111101*********= A 3 (2)、由邻接矩阵依次求得A 1、 A 2、A 3、A 4，显然A 3=A 4，故有向图可达矩阵为A 3。 (3)、由可达矩阵可求得各个定点的可达集和先行集以及二者的并集如下所示：

顶点 R （S i ） A （S i ）

C （S i ） B （S ） E （S ）

1 {1，2，3，4，5} {1}

{1}

1 2 {2，3，4，5} {1，2，3，4，5} {2，3，4，5} 2 3 {2，3，4，5} {1，2，3，4，5} {2，3，4，5} 3 4 {2，3，4，5} {1，2，3，4，5} {2，3，4，5} 4 5

{2，3，4，5}

{1，2，3，4，5}

{2，3，4，5}

5

由起始集合定义R （n i ）∩A （n i ）= A （n i ），顶点1为起始集元素，且只有一个连通域。再由条件R （n i ）∩A （n i ）= R （n i ），可知顶点2、

3、4、5在一个层次。 （4）、提取骨架矩阵：

去强连接：去顶点3、4、5，得M’(L)；去传递二元关系，得M’’(L)；去单位阵得A ’

?

?

?

???=?

??

???=?

?

?

???=0010'1011)(''1011)('A L M L M 因此可以得出有向连接图的结构模型为：

1

2 3 5

4