系统工程知识要点总结.doc

Chapter 1 绪论 填空（1）系统1）P1定义：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的、具有特定功能的有机整体（钱学森）。 基本特征：由元素组成；元素间相互影响、相互作用、相互依赖所构成的元素关系；由元素及元素间关系构成的整体具有特定的功能。2）P2分类依据分类类型研究对象工程、经济、教育、商业、城市、军事、环境、人口、社会系统等系统形成角度自然系统（如生态系统）人造系统（如通信系统）有人参与的复杂系统（如城市、环境保护系统）系统结构（注意Text P2图1-1）集中系统（如PC的运行都受CPU控制）多级递阶系统（如行政办公系统）分散系统（如无集中调度管理的城市交通管理系统）系统依赖时间变化静态系统动态系统（如绝大多数系统）系统复杂性简单系统复杂系统（“复杂（性）”暂无统一定义）系统是否具有不定性确定性系统不确定性系统（如股票系统）系统开放性封闭系统开放系统（绝大部分系统，如城市系统）组成系统的子系统数量、种类及关联复杂程度（钱学森）简单系统巨系统简单巨系统复杂巨系统（又称开放的复杂巨系统，如生物体、人脑、人体、地理、星系系统等；特例特殊的复杂巨系统：以有意识的人作为子系统的社会系统）（3）P3 系统工程定义: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（钱学森 1978）P4 系统工程是以有人参与的复杂大系统为研究对象，按照一定的目的对系统进行分析与管理，以期达到总体效果最优的理论和方法。因此，系统工程就是寻求“总体最优”的理论和方法。系统科学包含“基础科学、技术科学和工程技术”三个层次（钱学森）。系统工程在系统科学的学科体系结构中处在工程技术层次。（4）P6 霍尔“三维结构”（逻辑维 时间维 知识维） 1962年 图1-3Chapter 2 系统学基础 填空（1）P10从热力学的角度，按系统与环境的关系分： 孤立系统 无能量和物质交换（客观世界不存在） 图2-1 定态封闭系统 只有能量交换（如一个密闭的容器） 图2-2 热力学平衡态开放系统 有能量和物质交换（如一个细胞） 图2-3 非平衡态系统（2）P11 动力学状态 描述空间中一个质点的运动，需要6个状态量（3个坐标，3个速度）（3）P11 任一时刻系统的实际物理量不能够精确等于现实统计平均量，与平均量相比的偏离叫做涨落。（4）P12-P14 熵：系统的状态量，描述系统紊乱或有序的程度；系统越乱，熵越大。信息熵：作为一个随机事件的不确定性或信息量的量度。序：描述系统各元素之间关系状况的概念。系统总是自发地向着熵增大的方向，即无序方向发展。（5）P14 系统自组织 系统中元素在环境作用下，不依靠外力，发展形成有序结构的过程。（6）P15-P19 一般系统论 性质：整体性 整体效能角度 层次性 分解为更小系统 目的性 终极性和预决性 同形性 发展变化及结构相似 动态性Chapter 3 线性规划 （重点） 填空 简答 计算（1）P30-P35 线性规划 建立模型（决策变量 约束条件 目标函数）（PPT）概念：1）可行解 阴影区域中能满足全部约束条件的xi值； 2）可行域 全部可行解的集；3）最优解 可行解中使目标函数值极大或极小的解； 4）最优值 对应最优解的目标函数值。（2）P35-P40 单纯形法 （较重要，可能会考计算题，详见Text & PPT）求解思想 顶点的逐步转移,条件是使目标函数值不断得到改善原则: a.引入变量最大增加原则 b.退出变量最小比值原则方法步骤（重点看 P35 P38 例题）OR单纯形表法OR矩阵法 Chapter 4 图与网络（重点） 填空 计算（1）P78-P80 基本概念：图 链 路 树 割集（2）P82-P84 最短路的标号算法（看课本例题）（PPT）思路：从始点出发，逐步顺序地向外探寻，每向外延伸一步都要求是最短的。（PPT）条件：网络中所有的弧权为非负。（PPT）步骤：1）发点标上P(Vs)=0, 其余节点标上临时标号T(Vj)=，j1 ;2）设节点Vi是刚得到的P类标号，把与节点Vi有弧直接相连而又属于T类标号的各节点Vj的标号改为：T(Vj)=minT(Vj),P(Vj)+dij ；3）在T类标号中选标号最小的节点Vj0，并把它的临时标号T(Vj0)改为P(Vj0)，若终点获得P类标号，则停止，否则转上一步。（3）P84-P86 任意两点的最短路算法（了解）（4）P86 P91网络最大流问题 （参考PPT）P86-P87 基本概念：发/收点，中间点，网络流； 可行流（Text P87 定义）；有向图G(V,A)，弧aij =(vivj)A , cij 为aij上的容量（最大通行能力），fij为aij上的流量（实际通行能力）。 P88 最大流最小割任何一个可行流的流量不会超过任一割集的容量；定理：任一个网络G中，从vs到vt的最大流的流量等于分离vs、vt的最小割的容量。P88-P91 最大流算法 1）P89 增广链（路） a.定义 b.定理 c.应用2）P89-P91标号算法（可能会考计算）a.思路：找出一条增广链，利用此链把尽可能多的流量从发点送到收点，重复此过程直到再也找不出增广链时，网络上的流就是最大流。 b.步骤（P90 图4-16 具体看课本P89 P91例题过程）Chapter 5 系统优化 简答（1）内容：研究制约条件下选择准则函数最优解问题a.经典（局部）优化算法：定义被优化系统的性能指标和约束条件，如线性规划、整数规划、01规划、非线性规划、排队论、决策论；b.现代（全局）优化算法：解决系统模型复杂且无法用明确的解析方程描述的系统问题，主要包括禁忌搜索、模拟退火、遗传算法、神经网络等，主要应用对象是优化问题中的难解问题（NPhard问题）。（2）P93贪婪算法（课本例题背包问题 & PPT）若问题的最优解只能用穷举法求得，问题的次优解可用贪婪法求得。特点：一步一步地进行，根据某个优化测度（目标或非目标函数），每一步只考虑选取一个数据，都要保证能获得局部最优解。核心问题：选择能产生问题最优解的最优度量标准 原则：单位体积价值比越大越先装包 （3）遗传算法Genetic Algorithm（PPT & Text）P96主要步骤（详见课本 P97 STEP1-5）1）编码 2）初始群体的生成 3）适应性值评估检测4）选择（优胜劣汰） 5）交换（取长补短） 6）变异P98 主要研究因素1）解的编码和解码 2）初始群体的选取和计算中群体的大小3）适应函数的确定 4）（三个算子）种群选取、交配和变异P99 优点：一种普适性的数值求解法；计算过程简单，快速求解（满意解）； 与其它启发性算法兼容Chapter 6 决策分析 简答 计算（1）决策 （PPT）系统决策：根据系统的状态选取可能的策略，并对这些策略所产生的后果进行综合研究，以便按照某种衡量准则选择一个最优策略。决策含义：已知“做什么”，解决“怎么（更好）去做”P106 决策者总是希望决策能花费最小的代价而获得最大的利益。一般认为决策就是做决定的过程和作出的决定。狭义地说，决策指的是在几种行为方案中作出选择；广义地讲，决策还包括在作出最后选择前所进行的一切思维活动。决策过程的本质是优化，是一个反复分析、综合并作出抉择的复杂且多次循环的过程。 （PPT）科学决策 1)先决条件 社会活动越来越复杂、越来越多变、影响越来越大。2)内容:严格实行科学的决策程序；依靠专家和运用科学的决策技术；决策者运用科学的思维方法进行判断P108 基本要素：决策者、决策对象、决策信息、决策目标、决策理论和方法、决策环境、决策工具P109-P110 程序、调查研究 发现问题预测技术 确定目标环境分析 价值准则征求方案 拟制方案可行性分析 分析评价决策技术 优选方法 方案优选可靠性分析 试验验证 N Y 反馈普遍实施 发现问题（2）P111 确定型决策 基本方法：比较各种方案的价值函数值或效用值 & 描述公式（3）P111 风险型决策 基本方法：计算比较各方案的期望效用值得出最佳方案&描述公式P112 效用理论 1）效用 2）P112 图6-3 RA（risk aversion） 保守型 RARN（risk neutral） 中性型 RNRP（risk proneness） 冒险型 RP3）（PPT）判断步骤：a.首先提出“以50概率获得某收益，以50的概率获得另外收益”的机会，然后问决策者，这个机会对他来说相当于收益多少？b.保持概率不变，改变收益值（应取前面机会中已求出效用值的那些收益值）即提出另一机会，然后再请决策者判断，依次重复就可以算出决策者判断收益的效用值。P115-P116 不确定型决策 等可能准则 后悔值准则 悲观准则 乐观准则 折衷准则（4）P117-P123 多目标决策 P119效用函数法P119-P123层次分析法（AHP） （主要PPT，辅助Text）（5）P123-P124 决策支持系统（DSS-Decision Support Systems）结构化；非结构化；半结构化决策 组成：数据库，模型库，方法库，知识库和相应的系统管理软件Chapter 7 系统分析与系统建模 （重点） 简答（1）系统分析 （PPT）定义：广义解释:系统分析与系统工程同义；狭义解释:系统分析作为系统工程在处理大型复杂系统的规划、研制和运用问题时必须经过的一个逻辑步骤。 系统分析：利用科学的分析方法和工具，对系统的目的、功能、结构、环境、费用与效益等问题进行分析和确定，是一个有目的有步骤的探索和分析过程，为决策提供所需的科学依据和信息。系统要明确主要问题，确定系统目标，开发可行方案，建立系统模型，进行定性与定量相结合的分析，全面评价和优化可行方案，从而为领导者选择最优方案或满意方案提供可靠的依据。 P126 要素：a.目标 b.可行（替代）方案 c.费用和效益 d.模型 e.评价基准P126 原则:1)内部与外部因素 2)当前与长远利益 3)局部与总体效益 4)定性与定量分析相结合P127 步骤:1)系统目的分析和确定 2)模型化 3)系统最优化 4)系统评价（PPT）要点项 目为 什 么应该如何采取什么对策目的为什么提出该问题？应提什么？删去不必要的部分对象为什么从此入手？应找哪个？时间为什么在这时做？应何时做？合并重复的工作内容地点为什么在这里做？应何处做？人为什么由此人做？应由谁做？方法为什么这样做？如何去做？使工作简化P127 方法：目标手段分析法 因果分析法 KJ法 （2）系统模型 P132 定义：系统模型是采用某种特定的形式（如文字、符号、图表、实物、数学公式等）对系统某一方面本质属性进行描述，提供有关系统的知识。系统模型一般是现实系统的描述、模仿或抽象 。同一个系统可以建立不同模型（研究目的不同）；同一种模型可以代表多个系统（分析对象不同）。P133 特征：1）是实际系统的合理抽象和有效的模仿；2）由反映系统本质或特征的主要因素构成；3）表明了有关因素之间的逻辑关系或定量关系。P134分类：（图7-7）一般分为物理模型、文字模型和数学模型。 P135要求：1）现实性 2）简明性 3）标准化原则：（PPT）现实性原则&简化性原则&适应性原则&借鉴性原则P136 1）切题 2）清晰 3）精度要求适当 4）尽量使用标准模型 节点方法：1）推理法2）实验法3）统计分析法4）混合法5）类似法（3）（PPT）系统仿真（4）P137-P145 状态空间法（5）P146-P150 ISM 箭线Chapter 8 网络计划法（重点） 简答 计算 （PPT & Text 相互参考） 工序时间（1）网络图 工序名称 P157 组成（注意定义）：事项（节点）、活动（箭线）、线路P158 绘制原则 1）有方向，无回路，无缺口（箭线由左向右）2）相邻节点一条（箭）线，箭线首位有节点，中间不能引出线3）one start , one end（一个始点，一个终点）4）虚工序（解决逻辑关系的需要，只起连结作用，不消耗资源，不占用时间） 项目节点作业时间参数P159最早开始时间（正顺序计算）P161 最早开始时间 最早完成时间 P159最迟完成时间（反顺序计算）P161 最迟开始时间 最迟完成时间 时差P160 工序（ij）总时差 P162 作业 ( i , j）总时差R(i,j)=tL(j)tE(i)t(i,j)（PPT）节点时差 S( i ) = 作业单时差r(i,j)=tE(j)tE(i)t(i,j)参数P160 关键节点:满足TL ( j ) = TE ( j ) 的节点关键作业：满足R( i , j ) = 0的作业P160（图8-4 步骤）关键工序：满足R(ij)= TL ( j ) TE ( i ) tij 的工序P163 关键路线（用粗线或双线表示）：自网络图的始点到终点各关键作业连接起来的线路。P163 定理8.1&2&3P160 关键线路（代表了工程周期）: 自网络图的始点至终点全部由关键工序组成的最长路。P165 8.5.2 （较重要，着重P166 例8.1）P162-172 8.6 & P172-176 8.7 & P176-180 8.8 （课本内容看明白）Chapter 9 系统可靠性分析（重点） 填空 计算 （主要PPT，辅助Text）可靠性P181 定义：A系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定任务的能力；B一个系统或设备在预计的时间内在给定的条件下满意工作的概率。P183 度量： 可靠度：不可靠度: R(0)=1 ，R()=0失效密度：平均寿命：失效率：可靠性模型串联系统失效率为f(t)=n1）特点 a.总可靠度低于各单元的可靠度，随着串联数目增加而迅速下降b.总故障率大于各单元的故障率c.若各个单元服从指数分布，则系统寿命也服从指数分布。2）设计时为提高串联系统可靠性a.尽可能减少串联单元数目b.提高单元可靠性，降低其故障率c.等可靠度单元组成的系统具有较好的效益并联系统1）特点a.总失效概率低于各单元失效概率b.总可靠度高于各单元可靠度c.总平均寿命高于各单元平均寿命d.若各单元服从指数寿命分布，则系统不服从指数寿命分布。e. 随着单元数的增加，系统的可靠度增大，平均寿命也随之增加，但新增加单元对系统可靠性及寿命提高的贡献减小。2)特例：当系统各单元的寿命分布为指数分布时，对于最常用的两单元并联系统，有 对于n个相同单元的并联系统，有 P188 混联系统 在相同的条件下，串并联系统的可靠度高于并串联系统