系统工程导论考试2013

1、一、 什么是系统工程？叙述它与一般工程学科的不同及关联作用（5分）答：（1）在系统工程手册中，将系统工程定义为一种系统性的、严谨的，用于工程的设计、实现、技术管理、运行以及解体的方法。系统是一个结构体或不同要素的集合，其所得到的结果是这些要素单独运行时不能够产生的。这种结果包括系统水平的质量、性能、特性、功能、行为以及表现，它的价值由于系统的整体性而得到增加，超过了元件单独运作时的价值总和，即1+12，这是因为元件要素之间的相互联系而得到的。教材中作者的观点认为系统工程的运行是为了引导复杂系统的建造，此处的引导定义为引领、管理以及直接或间接的建立在成熟的经验上的过程或方法。使用频率最高的一种系

2、统的定义是：“相互联系的并且向着相同目标运作的部件的集合”。这个定义暗示了相互作用部分的多重性：共同运行一个重要的功能。（2）与一般工程学科的不同及关联作用：第一，系统工程将系统作为一个整体，它强调的是整体的运行。 第二，虽然系统工程最初的目的是引导，但这并不意味着系统工程师本身在系统设计中不再担负关键的作用，相反他们需要指导新系统发展的形成阶段，这一阶段在系统反应使用者需求的运行设计中起着至关重要的作用。 第三，系统工程是传统工程学科的桥梁，在一个复杂工程中组成元素的多样性需要不同的工程学科被涉及到系统的设计和发展中。二、 叙述系统工程的关键作用（POWER）（5分）答：（1）多学科知识的关

3、键作用。系统工程师提供能够可以使不同的小组作为一个团队来运行的联系，系统工程师需要具有多学科知识的关键作用才能完成这一壮举。这意味着对于系统中所涉及的各个学科，系统工程师必须具有足够的文学水平才能理解专家们的语言，领会他们的问题。（2）近似计算的关键作用。具有执行计算并得到一个关于复杂计算或测试的“合理性检测”的能力 对于系统工程师来说是难以估量的价值。在很少的案例中，可以凭借以往的经验来直观的计算，但在一般情况下，做一个粗略的估计以确保不造成重大的遗漏或错误是有必要的。（3）积极持有怀疑思路的关键作用。设计专家对一个挑选出来的设计方法成功的可能性持有传统乐观态度，但怀疑思路对这一现象的影响是

4、至关重要的。三、 简述NASA系统工程引擎（systems engineering engine）组成原理（10分）答：组成部分： （1）投资人期望定义（2）技术要求定义（3）逻辑分解（4）设计解决方案定义（5）产品实现（6）产品集成（7）产品验证（8）产品验真（9）产品转换（10）技术规划 （11）要求管理 （12）接口管理 （13）技术风险管理（14）配置管理 （15）技术数据管理 （16）技术评估 （17）决策分析组成构架图如下：工作原理：（1）系统设计过程 由投资人期望定义、技术要求定义、逻辑分解和设计解决方案定义构成，这四部分用于定义和核准投资人的期望，然后产生技术上的要求，从而将技

5、术上的要求转换成可以满足投资人期望的设计方案。具体操作原理是在任务得到授权以后对投资人期望进行分析，再从分析出来的最高层要求开始进行功能和逻辑分解。然后判断功能和逻辑分解是否充分（Sufficient depth?），如果分解不充分则回过头来转而继续分解，如果分解充分则判断工作可靠性、安全性、可实现性是否达标（Work? Safe and reliable? Affordable?），如果工作可靠性、安全性、可实现性符合要求则进入选择审核阶段，如果工作可靠性、安全性、可实现性没有达到要求则判断是否要再次审核技术要求（Rebaseline requirement?），如果有必要再次审核则回到任务

6、授权后的分析投资人期望阶段，如果没有必要再次审核则回到功能和逻辑分解阶段继续分解。操作示意图如下：（2）产品实现过程 由产品实现、产品集成、产品验证、产品验真、产品转换构成，产品实现过程主要是将已经分解出来且通过各种审核的功能和逻辑模块装配（Assemble）起来，然后对装配起来的产品进行验证和验真、产品转移。具体操作原理是先对已经分解出来且通过各种审核的功能和逻辑模块进行评估，再进行产品实现实施（Product implementation）和产品集成（Product integration），然后进行产品验证和验真（Product verification and validation），

7、最后进行产品转移。操作示意图如下：（3）技术管理过程 由技术规划、要求管理、接口管理、技术风险管理、配置管理、技术数据管理、技术评估和决策分析构成。技术管理过程是一个重复可迭代的过程，开始于产品生命周期的早期，与产品设计过程和产品实现过程保持同步。第一，技术规划主要是在每个常见的技术过程中对应用和管理设计一个计划，这一计划将有助于系统产品的开发。技术规划的过程活动有技术规划的准备、定义技术工作、调度组织技术活动、获得投资人的的许可、获取技术规划工作产品等等。技术规划准备是一个对于制定、购买和再利用决策的标准，这一标准在现有的商业软件和硬件中得到应用，同时也提供了一种决策分析的方法，包括物质需求

8、、所需要的能力以及对精度的要求。技术规划过程描述的示意图如下：第二，要求管理活动应用于所有的投资人期望、顾客要求、技术产品要求的管理过程中，直到最底层要求，要求管理操作的示意图如下：第三，接口管理是帮助控制产品开发的一个过程，对于一个成功的项目来说至关重要，因为对于任何的具有较强系统性的产品来说容易出现故障的地方就是接口处（Interfaces），同时容易出现增益的地方也是接口处（Interfaces）。接口管理操作的示意图如下：第四，技术风险管理是一种策略，用于转移性能风险、消除风险，减小具有负面效应事件发生的可能性（Likelihood），一旦技术策略确定了，技术风险管理就要确保成功实施。

9、技术风险管理操作的示意图如下：第五，配置管理是应用于产品生命周期的一个管理学科，配置管理操作的示意图如下：第六，技术数据管理用于策划要求、方法、管理以及保护，用技术属性的数据来支持一个系统的整个生命周期，技术数据管理包括开发、部署调度、操作、支持、最终退出以及适当技术上的保留。技术数据管理操作的示意图如下：第七，技术评估是一个交叉过程，用于监控每个项目技术上的进步。技术评估操作的示意图如下：第八，决策分析能为个人和团队提供如何做选择的方法，也能提供做出最优决定的技巧，这些都是通过如何分配有限资源来实现的。决策分析操作的示意图如下：作用：通过将系统化很强的产品进行要求定义和逻辑分解，系统工程引擎

10、可以使复杂的系统显得条理清晰，步骤明朗，然后就每个分解出来的模块进行科学的调度和研究，便于对每个模块实施精确而全方位的监控。系统工程引擎的作用体现在整个系统的全过程，为整个系统准确而安全的实施保驾护航，是系统工程中不可或缺的一部分。四、 讨论系统工程的V模型和waterfall模型特点，比较它们的异同点（5分）答V模型是最流行的模型，它展示了生命周期发展过程中需求、系统定义、发展与产品验证之间的明确关系。在waterfall模型中对于微小的变化也可以显示，因此可以提供额外的方法来图解接口和各个组成部分之间广泛的相互作用。五、 叙述典型WBS作用及组成单元（5分）答：（1）一个系统的发展计划的成

11、功管理需要特殊的技术支持以确保所有重要任务都得以恰当的设计、安排、设定周期和控制。一个最重要的方法就是把项目任务系统性的组织编排成WBS形式。所有的产品和服务在依据于分层结构的项目计划内必须完成，并以此为依据定义所有的任务。它的规划开始于早期的概念定义阶段以充当概念折中研究的一个参考点，而且它使接下来的阶段充分铰链在一起，作为系统生命周期花销的一个参考基础。在竞争性的系统发展中，WBS经常作为合同要求部分。WBS代表性的定义了整个系统的发展、生产、测试、部署和支持。包括硬件、软件、服务和数据。它定义了工项目该如何展开实施的框架。（2）组成单元：系统产品、系统支持、系统测试、项目管理、系统工程。

12、系统支持单元包括：供应支持、测试设备、运输及装卸、文件、设施、员工及培训。系统测试单元包括：集成测试、系统测试、接受性测试、操作测试及评估。六、 叙述典型SEMP作用及组成单元（5分）答：（1）系统的发展过程中的所有的关键参与者不仅明白自己的责任也要清楚自己与他人的交流配合，这对一个复杂系统的发展是至关重要的。就像特殊文档被用来控制系统界面一样，项目内部的责任和权利的界面也需要定义和控制。这些一般都是通过SEMP的准备和传播实现的。为了引导工程安排而制定这样一个计划的主要责任是项目管理的系统工程元件。（2）组成单元：发展大纲计划和控制、系统工程过程、工程特性集成七、 如何用系统功能构建块描述复

13、杂系统组成及实现（5分）答：（1）首先将系统功能元素分为四种类型：信号元素、数据元素、材料元素、能量元素。为了对元素进行选择能按自己的意愿并且具有代表性，用三条准则来确保每个元素既不能过于简单也不能过于繁琐复杂，这三条准则已经得到了广泛的应用：（1）重要性。每个功能元素必须能够发挥一个不同寻常且意义重大的功能，代表性的涉及一些基本的功能。（2）突出性。所有功能元素应该主要应用于一个单一工程学科的技术领域内。（3）通用性。在多种系统类型内可以使每个元素的功能得到展示。（2）在配置单一性功能的元素时，应该忽视他们最初的功能和分类，他们物质性的体现需要材料的建立，这些材料被对外的信息控制且往往由电力

14、或其他能量来源提供动力。（3）所有的过程被集中于23个功能元素集合中，五个或六个组成一类。种类功能元素功能应用信号：在被动或主动的传感或通讯中生成、传递、分配和接收信号。输入信号传递信号转换信号接收信号处理信号输出信号电视摄像机调频发射器雷达天线收音机图像处理机数据：对数据和信息进行分析、翻译、组织或转换成使用者或其他系统期望的格式输入数据处理数据控制数据控制过程储存数据输出数据展示数据键盘计算机CPU操作系统文字处理器打印机材料：提供系统结构上的支持、附件、转变结构或成分，以及材料物质的定位支持材料储存材料反应材料形式材料连接材料控制部位机身船运集装箱高压锅研磨机器焊接机器伺服传动机构能量：

15、向系统提供能量或推进性的功率产生推力产生力矩产生电力产生温度产生动作涡轮式喷射引擎往复式动力机太阳能电池冰箱自动排挡八、 何为系统生命周期？以International ISO / IEC 15288 Model和DoD 5000.2为例加以说明（10分）答：（1）系统生命周期通常用来表示一个新的系统由概念阶段经过发展过程到生产、运行以及最终解体的每个阶段的逐步演变。（2）International ISO/IEC 15288 Model 在2002年，国际标准化组织和国际电工技术委员会发布了一项几年的研究成果：系统工程制定标准ISO/IEC 15288，系统工程系统生命周期过程。基本模型分为

16、六个阶段和25基础过程。基础过程设置的目的在于表示活动的菜单，这些活动需要在基础阶段完成。ISO标准的并不是故意的排列阶段和过程。这六个基础阶段是概念、发展、生成、利用。支持和退休。生命周期阶段目的决策入口概念确定利益相关者的需求探索概念建议可行措施决策选项：执行下一阶段持续本阶段进行即将开始的阶段保持项目活力终止项目发展提炼系统需求生成策略说明书建立系统核实验证系统生成生成系统检查测试利用运行系统以满足使用者需求支持提供维持系统的性能退役储存、存档或处理系统DoD 5000.2美国国防部采购管理模式在二十世纪后期，美国走在大规模复杂军事系统发展的前沿，包括军舰、飞机、坦克和指挥控制系统。为了

17、管理先进技术应用的风险以及最小化技术和管理失败的花销，美国国防部进化了综合的系统采购方针，包含国防部5000项系列指令。国防部系统生命周期的2008版本反映了这些采购方针。它包含五个阶段：材料解决方案分析、技术发展、工程和制造发展、生成和展示、运行和支持。使用者需求的两个活动（需求决策和技术机遇与资源）也被认为是过程的组成成分，但没有被包括在需求周期的正式部分中。九、 说明在需求分析阶段应用系统工程方法的典型活动（10分）答：在系统发展周期的初始阶段中的需求分析是不同于随后阶段的，没有先一阶段、输入来自于不同的来源，特别依赖于这个发展是需求驱动还是技术驱动，而且依赖于赞助者是政府还是商业集团。

18、然而，需求分析阶段的活动可以在系统工程方法的四个基础阶段有效讨论，并进行适当的改编。这些活动为：运行分析 典型活动包括： 分析预测一个新系统的需求，无论现行系统多么匮乏 或多么优越的潜在性能，再或者新技术应用的低消耗；通过推断一个新系统的使用寿命来了解完成预测需求的的价值所在；定义定量的操作对象和操作概念。一般情况下，这些活动的产物是一份操作目标和系统性能清单。功能分析 典型活动包括：将操作目标翻译成可以执行的活动； 通过定义功能的相互影响来配置功能到子系统，并组织进入相应模块 一般情况下，这些活动的产物是一份最初的功能需求清单。可行性的定义 典型活动包括：将子系统构思的物理性质可视化，并表现

19、系统功能 的需求; 在性能上定义一个可行的概念，测量各个实施方法的花销。 一般情况下，这些活动的产物是一份最初的物理需求清单。需求验证 典型活动包括：通过有效的途径设计和调节一个有效的模型，包括经济因素； 定义验证标准； 定义被假设的系统概念的有效性，随后进行适当的调整和重复； 为新系统的发展的做系统阐述以得到预测需求。 一般情况下，这些活动的产物是一份可操作验证标准。要得到一个成功的需求分析过程成果，将操作目标转换成正式有条理的操作需求系列是必须的。因此，这一阶段生成四种主要成果，并且他们中的三个已经以“需求”来定义并作为描述他们的一部份，这会对他们三个的区分产生迷惑。需求分析阶段的主要成果是操作需求系列。十、 简述need analysis、concept exploration、concept definition、advanced development、engineering design、integration & evaluation等阶段的目标和任务（20分）答：（1）need analysis（需求分析）