系统工程作业题

第第1 1章系统工程的概念章系统工程的概念 练习题练习题 1 1 什么是系统什么是系统 系统的定义系统的定义 系统的定义 系统的定义 系统系统 是结构上相互联是结构上相互联 系 状态变化上相互依赖的若干成员 系 状态变化上相互依赖的若干成员 构成的具有特定功能的整体 构成的具有特定功能的整体 系统的主要属性系统的主要属性 整体性 关联性 环 整体性 关联性 环 境适应性 境适应性 2 2 构成系统的基本要素有哪些 构成系统的基本要素有哪些 系统的特性系统的特性 区别于其它事物区别于其它事物 1 整体性整体性 2 目的性目的性 3 有序性 有序性 4 相关性相关性 5 复杂性复杂性 6 适应性适应性 7 动态性动态性 8 开放性开放性 3 3 什么是系统工程什么是系统工程 系统工程的定义系统工程的定义 系统工程的定义系统工程的定义 系统工程是针对系统整 系统工程是针对系统整 体对象全寿命周期的问题 运用系统的思体对象全寿命周期的问题 运用系统的思 想和方法进行建模 仿真 设计 优化 想和方法进行建模 仿真 设计 优化 评价 决策的多学科交叉的理论方法和技评价 决策的多学科交叉的理论方法和技 术 它从系统整体出发 分析各单元的内术 它从系统整体出发 分析各单元的内 在联系在联系 约束关系约束关系 作统筹安排 发挥各单 作统筹安排 发挥各单 元的功能 基于定量和定性结合的系统思元的功能 基于定量和定性结合的系统思 想及计算机技术等 处理大规模复杂系统想及计算机技术等 处理大规模复杂系统 的问题 从而达到系统整体最优的目的 的问题 从而达到系统整体最优的目的 系统工程的内涵系统工程的内涵 1 是一类是一类多学科交叉的多学科交叉的 系统对象普遍适用的通用共性方法系统对象普遍适用的通用共性方法 2 是是 一门一门多学科交叉的工程学科多学科交叉的工程学科 3 是将这些是将这些 方法运用于方法运用于 从概念到产品从概念到产品 的实践 运的实践 运 用于用于复杂系统问题以提供技术可行 经济复杂系统问题以提供技术可行 经济 最优的解决方案的实践最优的解决方案的实践 如最优控制如最优控制 4 4 系统工程的基本要素有哪些 系统工程的基本要素有哪些 系统工程的主要特点在于强调以下观点 系统工程的主要特点在于强调以下观点 1 整体性整体性和和系统性系统性的观点的观点 前提前提 2 总体最优总体最优或或总体平衡协调总体平衡协调的观点的观点 目的目的 3 多种方法综合多种方法综合运用的观点运用的观点 手段手段 4 问题导向问题导向及及反馈控制反馈控制的观点的观点 保障保障 5 5 系统工程与传统工程学有何异同 系统工程与传统工程学有何异同 差异对照 差异对照 对象基本方法专门方法对象基本方法专门方法 工程学工程学 特定物理对象特定物理对象 基本逻辑与常识基本逻辑与常识 专业专业 知识知识 系统工程系统工程 一般对象一般对象 基本逻辑与系统观点基本逻辑与系统观点 系系 统知识统知识 实例 实例 电气工程学电气工程学 强电和弱电电路强电和弱电电路 基本逻辑与电学基本逻辑与电学 常识常识 电电 力力 网理论网理论 系统工程学系统工程学 社会社会 经济经济 能源等能源等 基本逻辑与系基本逻辑与系 统观点统观点 分析分析 预测预测 建模建模 评价评价 决策决策 共同点 共同点 都把科学和技术应用到工程实际 以达到改造客都把科学和技术应用到工程实际 以达到改造客 观世界的目的 观世界的目的 6 系统工程有哪些应用领域 举一个 系统工程有哪些应用领域 举一个 实例并分析它的基本要素 实例并分析它的基本要素 1 工程控制工程控制 系统工程系统工程 2 社会系统工程社会系统工程 3 经济系统工程经济系统工程 4 能源系统工程能源系统工程 5 环境生态系统工程环境生态系统工程 6 水资源系统工程水资源系统工程 7 农业系统工程农业系统工程 8 企业系统工程企业系统工程 9 科技管理系统工程科技管理系统工程 10 人口系统工程人口系统工程 11 教育系统工程教育系统工程 12 军事系统工程军事系统工程 13 区域规划系统工程区域规划系统工程 系统工程技术的应用 从芯片到太空飞船 从系统工程技术的应用 从芯片到太空飞船 从 小型软件产品到复杂小型软件产品到复杂 机器人 系统工程用到的工具包括机器人 系统工程用到的工具包括建模与仿真建模与仿真 需求分析 时序安排以及复杂性管理需求分析 时序安排以及复杂性管理等 等 各类系统工程 其各类系统工程 其技术共同点技术共同点在于它们的在于它们的实践实践 性性 强调对各类系统 强调对各类系统 问题的应用 强调改造自然 创建社会生活所问题的应用 强调改造自然 创建社会生活所 需的系统 强调实践效果 需的系统 强调实践效果 系统工程系统工程 SE SE 探讨探讨 系统对象系统对象 的共性问题 通用理论和的共性问题 通用理论和 技术技术 定性与定量方法相结合建立系统对象的数学定性与定量方法相结合建立系统对象的数学 模型模型 运用系统性思想和方法仿真分析和设计系统 运用系统性思想和方法仿真分析和设计系统 掌握其变化规律掌握其变化规律 对系统进行科学预测和评价及决策 提供技对系统进行科学预测和评价及决策 提供技 术经济整体最优方案术经济整体最优方案 适用领域广泛适用领域广泛 各类工程领域 经济和社会 各类工程领域 经济和社会 及军事领域等及军事领域等 内容 内容 1 1 系统工程的典型实例系统工程的典型实例 1 2 系统工程的概念与特点系统工程的概念与特点 1 3 系统工程的发展系统工程的发展 1 4 系统工程的应用领域系统工程的应用领域 1 11 1 系统工程的典型实例系统工程的典型实例 实例实例1 1 个体失优换得整体最优个体失优换得整体最优 的的 博弈策略博弈策略 实例实例2 2 个体协调才能实现复杂系统功个体协调才能实现复杂系统功 能能 实例实例3 3 一个工程系统可以兼顾实现多一个工程系统可以兼顾实现多 个目标个目标 实例总结 实例总结 人人 遵循简单工作程序遵循简单工作程序 成功率激增成功率激增 实例总结 实例总结 行为行为 共同点共同点 通用工作通用工作 程序程序 系统工程系统工程 1 2 11 2 1 系统的概念系统的概念 系统的定义 系统的定义 系统系统 是结构上相互联是结构上相互联 系 状态变化上相系 状态变化上相 互依赖的若干成员 构成的具有特定功互依赖的若干成员 构成的具有特定功 能的整体 能的整体 系统的主要属性系统的主要属性 整体性 关联性 环 整体性 关联性 环 境适应性 境适应性 系统的特性系统的特性 区别于其它事物区别于其它事物 1 整体性 整体性 系统应由两个以上的要素或部分组成 系统应由两个以上的要素或部分组成 各要素或部分之间存在着联系 从而构成一个有机的各要素或部分之间存在着联系 从而构成一个有机的 整体 以实现其目的和功能 系统科学家贝塔朗菲指整体 以实现其目的和功能 系统科学家贝塔朗菲指 出 机械论的错误观点之一 就是简单分解和简单加出 机械论的错误观点之一 就是简单分解和简单加 合 他认为应该以整体的观点来纠正过去那种错误分合 他认为应该以整体的观点来纠正过去那种错误分 解的观点 从而提出了关于系统组成的著名定律 解的观点 从而提出了关于系统组成的著名定律 整整 体恒大于各孤立部分的简单加和 体恒大于各孤立部分的简单加和 2 目的性 目的性 系统工作者进行系统的构思 设计 分系统工作者进行系统的构思 设计 分 析与控制 运转时 必须事先弄清其目的性 否则将析与控制 运转时 必须事先弄清其目的性 否则将 无法构成一个良好 有序的现实系统 换句话说 系无法构成一个良好 有序的现实系统 换句话说 系 统工程学就是研究使系统对象顺利达到某种目的的一统工程学就是研究使系统对象顺利达到某种目的的一 门学科 如军事作战系统就应按最容易确保自己战胜门学科 如军事作战系统就应按最容易确保自己战胜 敌人的目的来配备兵力兵器等各种资源 进行作战的敌人的目的来配备兵力兵器等各种资源 进行作战的 组织指挥等军事活动 经济管理系统就应按如何获得组织指挥等军事活动 经济管理系统就应按如何获得 最佳经济效益的目的 来优化配置人力 设备和相关最佳经济效益的目的 来优化配置人力 设备和相关 资源等 资源等 3 有序性 有序性 由于系统的结构 功能和层次的动态演由于系统的结构 功能和层次的动态演 变有某种方向性 因而使系统具有有序性 系统的有变有某种方向性 因而使系统具有有序性 系统的有 序性表现为它既是由较低级的子系统组成的 且它自序性表现为它既是由较低级的子系统组成的 且它自 己又是更大系统的一个子系统 己又是更大系统的一个子系统 4 相关性 相关性 科学发展的全部成就证明了科学发展的全部成就证明了现实世界普现实世界普 遍联系遍联系的观点 系统中相互关联的要素或部件形成了的观点 系统中相互关联的要素或部件形成了 部件集部件集 要素集要素集 它集中了 它集中了各部件或要素的特各部件或要素的特 性和行为相互制约与相互影响的关系 性和行为相互制约与相互影响的关系 正是这种相关正是这种相关 性确定了系统性特有的整体形态与功能 性确定了系统性特有的整体形态与功能 5 复杂性 复杂性 现代系统一般是多输入 多输出 多参现代系统一般是多输入 多输出 多参 数 多层次 多目标 多功能的系统 系统通常处在数 多层次 多目标 多功能的系统 系统通常处在 一个多变的环境约束之中 其输入具有多个参数 且一个多变的环境约束之中 其输入具有多个参数 且 表现在时间空间或数值上的随机性和不确定性 系统表现在时间空间或数值上的随机性和不确定性 系统 本身往往具有多结构层次 只有进行一系列运算分析本身往往具有多结构层次 只有进行一系列运算分析 和比较 才能权衡出较优的方案 和比较 才能权衡出较优的方案 6 适应性 适应性 系统与周围环境之间通常都有系统与周围环境之间通常都有物质 能物质 能 量和信息交换 量和信息交换 环境的变化会引起系环境的变化会引起系 统特性的改变 相应地引起系统内部各要素或部分之统特性的改变 相应地引起系统内部各要素或部分之 间相互关系与功能变化 因此 一般结间相互关系与功能变化 因此 一般结 构良好的系统必有反馈功能 自适应和自学习功能 构良好的系统必有反馈功能 自适应和自学习功能 以保持它对客观环境的适应能力 以保持它对客观环境的适应能力 7 动态性 动态性 系统的动态性是指其系统的动态性是指其状态量与时间的关状态量与时间的关 系 系 由于物质与运动密不可分 各种由于物质与运动密不可分 各种 物质的结构 形态 功能 特性及其规律都是通过运物质的结构 形态 功能 特性及其规律都是通过运 动表现出来的 要认识系统必须研究系统的运动 开动表现出来的 要认识系统必须研究系统的运动 开 放系统与外界有物质能量和信息交换 使系统内部结放系统与外界有物质能量和信息交换 使系统内部结 构随时间变化 系统的发展是一个有方向性 周期性构随时间变化 系统的发展是一个有方向性 周期性 的动态反馈过程 的动态反馈过程 8 开放性 开放性 系统对环境开放 与周围环境之间有物系统对环境开放 与周围环境之间有物 质 能量和信息交换 质 能量和信息交换 系统的功能系统的功能 各种系统的功能大不一样 从一般意义上讲 各种系统的功能大不一样 从一般意义上讲 系统的功能如下图所示 系统的功能如下图所示 输入输入 输出输出 物质 能量和信息物质 能量和信息 处理与转换处理与转换 物质 能量和信物质 能量和信 息息 狭义上 狭义上 系统的功能是处理与转换系统的物质 系统的功能是处理与转换系统的物质 能量和信息能量和信息 广义上广义上 系统的功能是输入 输出 反馈 处 系统的功能是输入 输出 反馈 处 理与转换系统的物质 理与转换系统的物质 能量和信息能量和信息 将输入 输出和反馈也视为系统的将输入 输出和反馈也视为系统的 功能功能 系统的分类系统的分类 1 按系统对象分类按系统对象分类 控制系统 工业系统 经济系统 教育系统 控制系统 工业系统 经济系统 教育系统 军事系统 社会系统军事系统 社会系统 2 按系统形成过程分类按系统形成过程分类 自然系统 人造系统 复合系统 自然自然系统 人造系统 复合系统 自然 人造 人造 如梯级水电 如梯级水电 3 按系统结构分类按系统结构分类 集中系统 分散系统 多级递阶系统 环形系集中系统 分散系统 多级递阶系统 环形系 统 统 4 按系统随时间的变化特性分类按系统随时间的变化特性分类 静态系统 动态系统静态系统 动态系统 5 按系统的复杂性分类按系统的复杂性分类 简单系统 复杂系统简单系统 复杂系统 6 按系统是否具有不确定性分类按系统是否具有不确定性分类 确定性系统 不确定性系统确定性系统 不确定性系统 7 按热力学的观点分类按热力学的观点分类 孤立系统孤立系统 与周围环境无信息和物质交换与周围环境无信息和物质交换 封闭系统 封闭系统 只与环境交只与环境交 换信息换信息 开放系统 开放系统 与环境交换信息和物质与环境交换信息和物质 8 按系统的数量 种类及关联复杂程度分类按系统的数量 种类及关联复杂程度分类 简单系统 巨系统 简单巨系统 复杂巨系统 简单系统 巨系统 简单巨系统 复杂巨系统 开放的复杂巨系统开放的复杂巨系统 9 按哲学观点分类按哲学观点分类 实体系统 概念系统实体系统 概念系统 实体系统与概念系统实体系统与概念系统 凡是由矿物 生物 机械和人群等实体成员构凡是由矿物 生物 机械和人群等实体成员构 成的系统称之为实体系统 成的系统称之为实体系统 实体成员 化学分实体成员 化学分 子 其它可测知的物质子 其它可测知的物质 凡是由概念 原理 方法 原则 制度 程序凡是由概念 原理 方法 原则 制度 程序 等概念性的非实体成员构成的系统称为概念系等概念性的非实体成员构成的系统称为概念系 统 如软件系统 管理系统 军事指挥系统 如软件系统 管理系统 军事指挥系 统 社会系统等 统 社会系统等 现实世界中 实体系统和概念系统往往互相结合 实现实世界中 实体系统和概念系统往往互相结合 实 体系统是概念系统的物质基础 概念系统往往是实体体系统是概念系统的物质基础 概念系统往往是实体 系统的中枢神经 指导实体系统的行为 系统的中枢神经 指导实体系统的行为 如电脑的硬件系统和软件系统如电脑的硬件系统和软件系统 1 2 21 2 2 工程的概念工程的概念 工程的定义工程的定义 工程是利用自然规律创建至工程是利用自然规律创建至 少能够使一部分人受益的系统的活动少能够使一部分人受益的系统的活动 三峡水利工程 水三峡水利工程 水 牛顿定律牛顿定律 发电 可见 发电 可见 工程是人类有目的有组织地改造世界的活工程是人类有目的有组织地改造世界的活 动动 注重实践效果注重实践效果 工程这个词最早于工程这个词最早于18世纪出现在欧洲 本世纪出现在欧洲 本 来专指兵器的制造和服务于军事目的的工来专指兵器的制造和服务于军事目的的工 作 这一涵义引伸出一种普遍的看法 将作 这一涵义引伸出一种普遍的看法 将 服务于特定目的的各项工作的总体服务于特定目的的各项工作的总体 称称 为工程为工程 如 如 三峡水利工程 筑坝 建发电站 建输电三峡水利工程 筑坝 建发电站 建输电 网 旅游开发网 旅游开发 嫦娥工程 无人月球探测 载人登月 建嫦娥工程 无人月球探测 载人登月 建 立月球基地立月球基地3个阶段个阶段 注意 这里工程的含意远超一般工程学中注意 这里工程的含意远超一般工程学中 的工程 如 机械工程 电气工程 采矿的工程 如 机械工程 电气工程 采矿 工程 土木工程等一般工程 工程 土木工程等一般工程 系统工程的一般特点系统工程的一般特点 1 1 系统工程研究问题的一般程序 系统工程研究问题的一般程序 先构先构 建整体框架 再设计细节建整体框架 再设计细节 即 先开展系 即 先开展系 统逻辑思维过程的总体设计 再进行各子统逻辑思维过程的总体设计 再进行各子 系统或具体细节的设计 系统或具体细节的设计 逻辑思维过程的总体设计 逻辑思维过程的总体设计 是这样的一种创造性劳动是这样的一种创造性劳动 针对拟定问题 综合构想针对拟定问题 综合构想 研究的内容 方法 人员 进度等 使系统能够更好研究的内容 方法 人员 进度等 使系统能够更好 地达到预期效果地达到预期效果 2 2 系统工程方法系统工程方法以系统整体功能最佳为以系统整体功能最佳为 目标目标 通过对系统分析与综合 构造系统 通过对系统分析与综合 构造系统 模型 调整改善系统的结构 使之达到整模型 调整改善系统的结构 使之达到整 体最优 体最优 3 3 系统工程的研究注重系统工程的研究注重系统与环境的融系统与环境的融 合 近期利益与长远利益相结合 社会效合 近期利益与长远利益相结合 社会效 益 生态效益与经济效益相结合 益 生态效益与经济效益相结合 1 41 4 系统工程的应用领域系统工程的应用领域 系统工程的应用领域十分广泛 主要有 系统工程的应用领域十分广泛 主要有 1 工程控制工程控制 系统工程系统工程 2 社会系统工程社会系统工程 3 经济系统工程经济系统工程 4 能源系统工程能源系统工程 5 环境生态系统工程环境生态系统工程 6 水资源系统工程水资源系统工程 7 农业系统工程农业系统工程 8 企业系统工程企业系统工程 9 科技管理系统工程科技管理系统工程 10 人口系统工程人口系统工程 11 教育系统工程教育系统工程 12 军事系统工程军事系统工程 13 区域规划系统工程区域规划系统工程 第第2 2章章 系统工程方法论系统工程方法论 0 收集并整理一个自己日常生活中系统工程的例子 收集并整理一个自己日常生活中系统工程的例子 并运用霍尔三逻辑维的工作步骤来分析它 并运用霍尔三逻辑维的工作步骤来分析它 1 什么是系统 什么是系统 2 什么是系统工程 什么是系统工程 3 系统工程必须具备那些特性 系统工程必须具备那些特性 4 什么是系统的整体性和集合性 它们的意义如什么是系统的整体性和集合性 它们的意义如 何 何 5 系统的特性或行为与其任何一个组成部分的关系统的特性或行为与其任何一个组成部分的关 系如何 系如何 6 什么是系统受到干扰后的连续稳定性 什么是系统受到干扰后的连续稳定性 7 什么是多级递阶结构 不同级别决策单元间交什么是多级递阶结构 不同级别决策单元间交 换信息的原则怎样 换信息的原则怎样 8 什么是系统思想观念 什么是系统思想观念 9 什么是静态模型和动态模型 它们各自的输出什么是静态模型和动态模型 它们各自的输出 输入与时间的关系如何 输入与时间的关系如何 10 系统工程中被分析的是不同系统对象的什么信系统工程中被分析的是不同系统对象的什么信 息 息 11 什么是信息熵 它具有那些特性 什么是信息熵 它具有那些特性 12 什么是可行方案 其性能 费用 效益 时间什么是可行方案 其性能 费用 效益 时间 等指标的特性如何 等指标的特性如何 13 什么是系统分析 其过程如何 什么是系统分析 其过程如何 14 什么是系统环境 什么是系统环境 15 什么是系统的鲁棒性什么是系统的鲁棒性 16 什么是系统的能观测性 什么是系统的能观测性 17 什么是系统的能控性 什么是系统的能控性 18 什么是最优控制 什么是最优控制 19 什么是系统的层次性和相关性 它们的意义如什么是系统的层次性和相关性 它们的意义如 何 何 20 多层与多级递阶结构的区别是什么 多层与多级递阶结构的区别是什么 21 系统工程的核心目标是什么系统工程的核心目标是什么 22 什么是信息 什么是信息 23 简化大系统模型的简化大系统模型的 集结法集结法 的思想是什么 的思想是什么 它的要求如何 它的要求如何 24 系统分析中 会产生目标冲突的原因是什么 系统分析中 会产生目标冲突的原因是什么 25 系统分析的定量方法适用于什么系统 系统分析的定量方法适用于什么系统 系统系统 结构清楚 收集到的信息准确 可建结构清楚 收集到的信息准确 可建 立数学模型的系统立数学模型的系统 26 系统目标分析中的总体目标不仅要具有全局性系统目标分析中的总体目标不仅要具有全局性 和总体性特征 还要集中反映那些要和总体性特征 还要集中反映那些要 求 求 27 系统工程是以什么为对象的一门交叉学科 系统工程是以什么为对象的一门交叉学科 28 什么是系统分析的因果分析法 什么是系统分析的因果分析法 1 1 系统的定义 系统的定义 系统系统 是结构上相是结构上相 互联系 状态变化上相互依赖的若干成互联系 状态变化上相互依赖的若干成 员 构成的具有特定功能的整体 员 构成的具有特定功能的整体 2 2 系统工程的定义系统工程的定义 系统工程是针对系统 系统工程是针对系统 整体对象全寿命周期的问题 运用系统的整体对象全寿命周期的问题 运用系统的 思想和方法进行建模 仿真 设计 优化 思想和方法进行建模 仿真 设计 优化 评价 决策的多学科交叉的理论方法和技评价 决策的多学科交叉的理论方法和技 术 它从系统整体出发 分析各单元的内术 它从系统整体出发 分析各单元的内 在联系在联系 约束关系约束关系 作统筹安排 发挥各单 作统筹安排 发挥各单 元的功能 基于定量和定性结合的系统思元的功能 基于定量和定性结合的系统思 想及计算机技术等 处理大规模复杂系统想及计算机技术等 处理大规模复杂系统 的问题 从而达到系统整体最优的目的 的问题 从而达到系统整体最优的目的 3 3 系统工程的主要特点在于强调以下观点 系统工程的主要特点在于强调以下观点 1 整体性整体性和和系统性系统性的观点的观点 前提前提 2 总体最优总体最优或或总体平衡协调总体平衡协调的观点的观点 目的目的 3 多种方法综合多种方法综合运用的观点运用的观点 手段手段 4 问题导向问题导向及及反馈控制反馈控制的观点的观点 保障保障 4 4 1 整体性 整体性 系统应由两个以上的要素或部分组系统应由两个以上的要素或部分组 成 各要素或部分之间存在着联系 从而构成一个有成 各要素或部分之间存在着联系 从而构成一个有 机的整体 以实现其目的和功能 系统科学家贝塔朗机的整体 以实现其目的和功能 系统科学家贝塔朗 菲指出 机械论的错误观点之一 就是简单分解和简菲指出 机械论的错误观点之一 就是简单分解和简 单加合 他认为应该以整体的观点来纠正过去那种错单加合 他认为应该以整体的观点来纠正过去那种错 误分解的观点 从而提出了关于系统组成的著名定律 误分解的观点 从而提出了关于系统组成的著名定律 整体恒大于各孤立部分的简单加和 整体恒大于各孤立部分的简单加和 2 2 集合性 集合性 系统的集合性是指由两个或两个以上系统的集合性是指由两个或两个以上 的可以互相区别的对象 元素 所组成的系统 类似的可以互相区别的对象 元素 所组成的系统 类似 一个集合 集合里的各个对象叫做集合的元素 子集 一个集合 集合里的各个对象叫做集合的元素 子集 例如 一个计算机硬件系统 应用程序 数据库等 例如 一个计算机硬件系统 应用程序 数据库等 软件系统 才能构成一个可以使用的计算机系统的完软件系统 才能构成一个可以使用的计算机系统的完 善系统善系统 5 5 相关性 相关性 科学发展的全部成就证明了科学发展的全部成就证明了现实世界普现实世界普 遍联系遍联系的观点 系统中相互关联的要素或部件形成了的观点 系统中相互关联的要素或部件形成了 部件集部件集 要素集要素集 它集中了 它集中了各部件或要素的特各部件或要素的特 性和行为相互制约与相互影响的关系 性和行为相互制约与相互影响的关系 正是这种相关正是这种相关 性确定了系统性特有的整体形态与功能 性确定了系统性特有的整体形态与功能 6 6 当系统在使他偏离平衡状态的扰动作用消失后 当系统在使他偏离平衡状态的扰动作用消失后 返回原料平衡状态的能力 也就是说 系统在去掉作返回原料平衡状态的能力 也就是说 系统在去掉作 用于系统的扰动之后 系统能够以足够的精度恢复到用于系统的扰动之后 系统能够以足够的精度恢复到 初始平衡状态 初始平衡状态 7 7 多级递阶结构由若干个明显可分 纵横 多级递阶结构由若干个明显可分 纵横 交错的决策单元构成 所有的决策单元按一交错的决策单元构成 所有的决策单元按一 定的支配关系递阶排列 每级单元受到上一定的支配关系递阶排列 每级单元受到上一 级单元的干预 同时又对下一级单元施加影级单元的干预 同时又对下一级单元施加影 响 由于同级单元的决策目标可能相互冲突 响 由于同级单元的决策目标可能相互冲突 因此需要由上一级单元来协调 因此需要由上一级单元来协调 多级递阶结构的决策单元处在不同级别 只有多级递阶结构的决策单元处在不同级别 只有 上下级才能交换信息同单元协调解决 级之间上下级才能交换信息同单元协调解决 级之间 不交换信息 目标之间的冲突通过上一级 协不交换信息 目标之间的冲突通过上一级 协 调的最终结果应该为全局优化或近似全局优化调的最终结果应该为全局优化或近似全局优化 的结果 的结果 8 8 系统思想最基本的含义 是关于事物的整系统思想最基本的含义 是关于事物的整 体性观念 相互联系观念和演化发展观念 系体性观念 相互联系观念和演化发展观念 系 统概念来源于人类长期的社会实践经验 统概念来源于人类长期的社会实践经验 9 9 系统状态是指系统的那些可以观察和识别系统状态是指系统的那些可以观察和识别 的状况 态势 特征等 在系统问题研究需要的状况 态势 特征等 在系统问题研究需要 考虑的时间跨度内 根据系统状态是否随时间考虑的时间跨度内 根据系统状态是否随时间 而变化 可将系统分为动态系统和静态系统 而变化 可将系统分为动态系统和静态系统 动态系统就是系统的状态是随时间而变化的 动态系统就是系统的状态是随时间而变化的 即系统的状态变量是时间函数 在足够大的时即系统的状态变量是时间函数 在足够大的时 间尺度上看 任何系统都处于或快或慢的动态间尺度上看 任何系统都处于或快或慢的动态 变化之中 都是动态系统 但当系统在所研究变化之中 都是动态系统 但当系统在所研究 的时间范围内看不到变化 只需要他们的共时的时间范围内看不到变化 只需要他们的共时 性特征时 则可认为系统是静态系统 他是动性特征时 则可认为系统是静态系统 他是动 态系统的一种极限状态 即处于稳定状态的系态系统的一种极限状态 即处于稳定状态的系 统 统 1010 1 系统目标分析 系统目标分析 2 系统结构分析 系统结构分析 3 系统环境分析 以及内部状况分析 可行性分 系统环境分析 以及内部状况分析 可行性分 析等析等 1111 信息交换中面对的往往不是单个消息 而信息交换中面对的往往不是单个消息 而 是可能消息的集合 其中较为简单的情形是是可能消息的集合 其中较为简单的情形是 集合中包含有限个可能消息 对此 了解可集合中包含有限个可能消息 对此 了解可 能消息之集合的整体信息是关键 这需要用能消息之集合的整体信息是关键 这需要用 整体平均信息量整体平均信息量H来表示 又称为信息熵 来表示 又称为信息熵 对称性对称性 b b 非负性非负性 c c 确定性确定性 d d 最大熵原最大熵原 理理 1212 实现系统的目的 可以采用多种手段 实现系统的目的 可以采用多种手段 因而产生各种可行方案 特性 衡量总体目因而产生各种可行方案 特性 衡量总体目 标的具体标志 是对备选方案进行分析的出标的具体标志 是对备选方案进行分析的出 发点 发点 1313 系统分析是应用建模 优化和仿真等技术系统分析是应用建模 优化和仿真等技术 进行的定量和定性分析 为选择最优方案提供进行的定量和定性分析 为选择最优方案提供 科学决策依据的分析过程 科学决策依据的分析过程 1 问题 问题 2 目的与目标 目的与目标 3 方案 方案 4 模型 模型 5 系统评价 系统评价 6 决策者 决策者 1414 系统环境是指存在于系统外且与系统发生系统环境是指存在于系统外且与系统发生 作用的各种因素的总称 亦即为系统提供输入作用的各种因素的总称 亦即为系统提供输入 或接受它的输出的各种因素的集合 或接受它的输出的各种因素的集合 1515 由于测量的不精确和运行环境的变化 由于测量的不精确和运行环境的变化 不可避免地引起系统的特性或参数产生非期不可避免地引起系统的特性或参数产生非期 望漂移 这种现象称为系统特性或参数的望漂移 这种现象称为系统特性或参数的 摄动摄动 如果系统的控制品质对系统特性 如果系统的控制品质对系统特性 或参数的或参数的 摄动摄动 不敏感 即摄动引起的品不敏感 即摄动引起的品 质指标变化保持在可接受范围内的特性 称质指标变化保持在可接受范围内的特性 称 为鲁棒性 为鲁棒性 1616 对线性系统对线性系统 1 1 若通过量测一个时间段内的 若通过量测一个时间段内的 输出输出Y Y t t 和输入 和输入U U t t 能够唯一地确定该时间 能够唯一地确定该时间 段后某时刻的状态 则称系统 段后某时刻的状态 则称系统 1 1 在该时刻具有在该时刻具有 能观测性 能观测性 1717 线性系统线性系统 1 1 对时刻 对时刻t0 0 的任意初态的任意初态X0 0 总存在容总存在容 许控制 经过许控制 经过 t1 1 t0 0有限时间的控制作用后 系统回到有限时间的控制作用后 系统回到 原来的初状 则称系统原来的初状 则称系统 1 1 在在 t0 0具有能控性 如果系具有能控性 如果系 统在任意时刻都具有能控性 则称系统完全能控 统在任意时刻都具有能控性 则称系统完全能控 1818 对于一个给定的动态系统 常希望设计对于一个给定的动态系统 常希望设计 这样的控制器 让系统从一个状态转移到期这样的控制器 让系统从一个状态转移到期 望的另一个状态 使系统的某种性能指标在望的另一个状态 使系统的某种性能指标在 状态转移过程中尽可能好 称这种控制器实状态转移过程中尽可能好 称这种控制器实 现的控制为最优控制 现的控制为最优控制 1919 层次性 层次性 由于系统的结构 功能和层次的动态由于系统的结构 功能和层次的动态 演变有某种方向性 因而使系统具有有序性 系统的演变有某种方向性 因而使系统具有有序性 系统的 有序性表现为它既是由较低级的子系统组成的 且它有序性表现为它既是由较低级的子系统组成的 且它 自己又是更大系统的一个子系统 自己又是更大系统的一个子系统 相关性 相关性 科学发展的全部成就证明了科学发展的全部成就证明了现实世界普遍现实世界普遍 联系联系的观点 系统中相互关联的要素或部件形成了的观点 系统中相互关联的要素或部件形成了 部件集部件集 要素集要素集 它集中了 它集中了各部件或要素的特各部件或要素的特 性和行为相互制约与相互影响的关系 性和行为相互制约与相互影响的关系 正是这种相关正是这种相关 性确定了系统性特有的整体形态与功能 性确定了系统性特有的整体形态与功能 2020 多层与多级递阶结构的区别 多层递阶结 多层与多级递阶结构的区别 多层递阶结 构构 阶梯形结构阶梯形结构 把一个复杂的决策问题进行纵把一个复杂的决策问题进行纵 向分解 按对系统施加作用的复杂性分成若干向分解 按对系统施加作用的复杂性分成若干 子决策层 多级递阶结构子决策层 多级递阶结构 金字塔形结构金字塔形结构 则把则把 决策问题同时进行纵向和横向分解 突出各个决策问题同时进行纵向和横向分解 突出各个 决策单元之间的纵横关联关系 许多情况下 决策单元之间的纵横关联关系 许多情况下 两者同时存在于一个系统中 两者同时存在于一个系统中 2121 系统工程的核心目标之一 是使系统运行 系统工程的核心目标之一 是使系统运行 在最优状态 因此 运筹学是系统工程的重要在最优状态 因此 运筹学是系统工程的重要 理论基础 它内容较多 独成一章 理论基础 它内容较多 独成一章 2222 信息论的创立者香农将信息定义为信息论的创立者香农将信息定义为 两两 次不确定性之差次不确定性之差 即 即 不确定性的减少不确定性的减少 从通信角度看 信息是数据或信号构成的消从通信角度看 信息是数据或信号构成的消 息所载有的内容 消息是信息的载体 信息息所载有的内容 消息是信息的载体 信息 是消息的内涵 从应用角度讲 信息是指能是消息的内涵 从应用角度讲 信息是指能 被人认识和利用 但事先不知道的事情 也被人认识和利用 但事先不知道的事情 也 就是说 信息对收信者应该是有用 未知的 就是说 信息对收信者应该是有用 未知的 2323 集结法的思想 把原系统中众多的状态 集结法的思想 把原系统中众多的状态 变量按线性组合变换成数量较少的新状态变变量按线性组合变换成数量较少的新状态变 量 从而达到简化原系统模型的目的 量 从而达到简化原系统模型的目的 集结法的原则 集结后的简化模型要保持原集结法的原则 集结后的简化模型要保持原 模型的主导特征值不变 使简化后模型的动模型的主导特征值不变 使简化后模型的动 态特性与原模型的动态特性无很大差异 态特性与原模型的动态特性无很大差异 2424 信息不对称 沟通不顺畅 竞争有限资信息不对称 沟通不顺畅 竞争有限资 源源 2525 难用数学模型描述的社会和生物系统等 常用定难用数学模型描述的社会和生物系统等 常用定 性和定量结合的方法描述 性和定量结合的方法描述 2626 系统分析的要求 系统分析的要求 1 系统分析是决策的基础和辅助技术 谁决策 系统分析是决策的基础和辅助技术 谁决策 谁承担责任 谁承担责任 2 系统分析要有一般性和适应性 系统分析要有一般性和适应性 3 系统分析中人与决策者要保持良好沟通 做到准系统分析中人与决策者要保持良好沟通 做到准 确把握 及时调整 确把握 及时调整 4 系统分析要讲效率 系统分析要讲效率 2727 系统工程是一门交叉学科 它的基础理论系统工程是一门交叉学科 它的基础理论 较多 主要有 一般系统论 经济控制论 运较多 主要有 一般系统论 经济控制论 运 筹学 耗散结构理论 混沌理论 自动控制论 筹学 耗散结构理论 混沌理论 自动控制论 信息论信息论 2828 因果分析法把系统中产生的事故原因和造因果分析法把系统中产生的事故原因和造 成的结果所构成错综复杂的因果关系 采用简成的结果所构成错综复杂的因果关系 采用简 明文字和线条加以全面表示的方法 明文字和线条加以全面表示的方法 霍尔三维结构 1 系统工程方法论的概念与发展 系统工程方法论的概念 是用于解决复杂系统问题的工作步骤 方 法 工具和技术 系统工程方法论是在综合应用运筹学 控制论 信息 论 管理科学 心理学 经济学以及计算机科学等有 关学科的理论和方法的基础上形成的科学思想和方法 系统工程方法论的发展 在系统工程的实践中不断形成和发展 早在1957年 美国学者H H 古德和R E 麦克霍尔在 系统工程 一书中就对复杂系统问题的工作步骤 工具和技术等方面作过较为系统的描述 到了60年代 许多系统工程学者根据实践经验 总结出了系统工程 方法论的许多有关步骤 内容和方法 虽然这些工作 成果在形式上不尽相同 但基本思想还是一致的 其 中以霍尔的方法论最具代表性 美国学者A D 霍尔在 1969年利用结构分析法提出著名的霍尔三维结构 使 系统工程的工作阶段和步骤更为清晰明了 2 霍尔三维结构 一般方法 美国系统工程专家霍尔 A D Hall 在总 结多方面系统工程实践经验的基础上 1969年提出了一种解决系统工程问题的最 具代表性的一般方法 霍尔三维结构 它的出现 为解决大型复杂系统的规划 组织 管理问题提供了一种统一的思想方 法 是 系统工程的典型方法论 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及技能 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 如下图所示 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 分为规划 生产计 划 研制 生产 安装 运行 更新七个时间阶段 2 逻辑维是指时间维的每一个阶段所要开展的工 作内容和应该遵循的思维程序 包括明确问题 确定 目标 系统综合 系统分析 优化 决策 实施七个 逻辑步骤 3 知识维 专业科学知识 系统工程除了要求为 完成上述各步骤 各阶段所需的某些共性知识外 还 需要其他学科的知识和各种专业技术 霍尔把这些知 识分为工程 医药 建筑 商业 法律 管理 社会 科学和艺术等各种知识和技能 各类系统工程 如军 事系统工程 经济系统工程 信息系统工程等 都需 要使用其它相应的专业基础知识 4 霍尔三维结构 的缺陷 完全按照解决工程技术问题的思路来解决社会 经济问题时 存在很多困难 因为社会经济系 统中的许多问题很难象工程技术系统那样事前 就弄清需求关系 很难按若干评价标准设计出 符合需求的最优系统方案 重点重点 1 霍尔三维结构中逻辑维的工作步骤 解决系统工程实践中的有关问题必须遵循 一定的工作步骤 在解决工程技术系统中 的问题时 常遵循霍尔三维结构中的逻辑 维所列出的工作步骤 这就是 明确问题 设计评价的指标体系 系统综合 系统分析 最优化 决 策 实施计划 第0题 案例 医院信息系统的研发 一 规划阶段 1 首先对所处的社会的 经济的 技术的环境因素 进行广泛的 有一定深度的调查和研究 对医院信息 系统来说 要面临以下的境况 1 医院发展面临的问题 大量的医学数据库分布 在医院的各个角落 如 医疗信息 门诊信息 药品 信息 收费信息 材料信息和影像信息等等 而且这 些医用的数据不断的增长 而对如此庞大的分布式和 多源性的数据 任何个人和团体都难以通过手工来整 理统计数据信息 从而获得有用的信息 信息流在中 间传输环节上脱节 丢失 错乱而导致不必要的内部 矛盾 病人结算时常出现排长队的现象 医院科室之 间经常出现重复操作的现象 2 医院信息系统在发达国家已经得到了广泛的应 用 并创造了良好的社会效益和经济效益 2 根据以上的调查结果 提出关于医院信息系统的 一个纲领性计划 实现整个医院的人 财 物等各种 信息的顺畅流通和高度共享 为全院的管理水平现代 化和领导决策的准确化打下坚实的基础 二 方案阶段 1 对以上的纲领性计划进行分解 量化和协调 提 出一个相互协调 具体的 可量化的目标树 硬件平 台系统设计 网络设计 数据库系统和系统管理平台 网络管理 工程服务 培训服务 系统维护与支持 2 进一步根据这些相互协调的目标 提出多个能实 现这些目标的具体方案 这涉及一系列的具体问题 以硬件平台系统设计为例 1 服务器 必须保证其速度快 稳定 质量可靠 2 工作站 以保证网络的高速度运转 高可靠性 为标准 3 打印机 以打印速度快 耐用 运行成本低 世界著名的打印机生产商产品完全符合其要求 4 配备电源 电源中断时 如果网络正在运行 可能导致数据丢失 设备损坏从而造成无法弥补的损 失 因此 必须保证机器的不间断运行 但仅能提供 一段很短的时间 并发出警报 3 根据所提出的具体方案 进一步提出为实施这个 方案 在技术方面 社会方面 经济方面 环境方面 可能出现的 需要通过研究才能解决的问题 例如 4 对所提出的方案的成本费用和效益进行尽可能详 细和严格的计算 以便让方案的委托人或雇主估计承 受能力和根据效益进行决策 三 研制阶段 1 提出该系统的详细的研制方案 2 提出详细的实施 生产或施工 包括往后各阶段 计划 4 生产阶段和运行阶段 网络安装 遵循EIA TIA568B布线标准 安装内容如 下 提供网络拓扑设计图 安装服务器及网络设配器 安装工作站及网络设配器 安装Switch HUB UTP 及 所有接头 安装服务器网络操作系统 安装工作站应 用软件 完成 的制造 连接好网络 5 更新阶段 网络调试 按照标准调试每一个节点 保证每一个工作站能正常运行 并进行严格的安装后 测试 减少每一个点的不良隐患 使网络能稳定运行 第3章 系统建模与仿真 0 写出下面有向图的邻接矩阵 并求其可 达矩阵 1 什么是系统模型 它与实际系统的区别 和联系如何 2 什么是数学模型 3 什么是模拟模型 它包括那些类型 4 什么是系统建模 建模中通常利用那些 方法或手段 5 系统模型与实际系统间的关系如何 6 什么是抽象模型 7 系统模型的特征有哪些 8 系统建模的原则如何 9 什么是系统预测 P2 P3 P5 P4 P1 10 对系统模型的要求有哪些 11 系统建模的步骤如何 12 什么是系统的结构模型 1 系统模型是通过某种工具 如文字 符号 图 表 实物 数学公式等 对一个系统的本质属性进行 的描述 它揭示系统的功能和作用 并提供有关系统 的知识 系统模型是现实系统的抽象和模仿 是对现实系统本 质属性的简化描述 是对客观事物运动规律和特征的 一种定量抽象 是对实体系统在研究范围内更普遍 集中 深刻地描述 在构造模型时 要兼顾到它的现实性和易处理性 1 考虑到现实性 模型必须包括现实系统的主要因 素 2 考虑到易处理性 建模要采取一些理想化的办法 即去掉一些外在的影响并对一些过程作合理的简化 2 数学模型 是指用数学表达式描述系 统结构和