系统工程知识要点总结

1、学习好资料欢迎下载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）系统结构集中系统（如 PC 的运行多级递阶系统分散系统（注意 Text P2 图 1-1）都受 CPU 控制）（如行政办公系统）（如无

2、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）组成系统的子系统简巨系统数量、种类单简单复杂巨系统（又称开放的复杂巨系统，如生物体、人脑、人体、及关联复杂程度系巨系统地理、星系系统等；特例特殊的复杂巨系统：以有意识的（钱学森）统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

3、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

4、（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

5、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学习好资料欢迎下载原则 : 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 P3

6、8 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(V s)=0, 其余节点标上临时标号T(V j)=，j 1;2）设节点 V i 是刚得到的 P类标号，把与节点 V i 有弧直接相连而又属于T 类标号的各节点V j 的标号改为：T(V j )=minT(Vj ),P(V j )+d ij ；3）在 T

7、类标号中选标号最小的节点V j0 ，并把它的临时标号 T(V j0)改为 P(V j0 )，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 =(v iv j )A , cij 为 aij 上的容量（最大通行能力） ， f ij 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

8、 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

9、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

10、见课本P97STEP1-5）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。“做什么

11、”，解决 “怎么（更好）去做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。学习好资料欢迎下载（ 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

12、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NY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 6-3RA （ 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

13、，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Ch

14、apter 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.

15、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？学习好资料欢迎下载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

16、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

17、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 ）项目时间参数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

18、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）节点作业P159TE (1)0P161 最早开始时间TES ( ij )TE (i )最早开始时间（正顺序计算）TE( j )max TE (i)T ijTEF (ij )TE ( j )TEF (ij )TES (ij ) T ij最早完成时间i jP159TL (n)TE (n)P161 最迟开始时间TLS (ij )TL ( j )Tij最迟完成时间（反顺序计算）TL( j )min TL (k )T jk最迟完成时间TLF (ij )TLs (ij ) T ijTL ( j )j k时差P160 工序（ ij

19、）总时差（PPT）节点时差S( i ) = TL (i ) TE (i)参数P160 关键节点 :满足 TL ( j ) = T E ( j ) 的节点P160（图 8-4 步骤） 关键工序 ：满足 R(ij)= T L ( j ) TE ( i ) tij 的工序P160 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。P1658.5.2 （较重要，着重P166 例 8.1）P162 作业( i , j ）总时差R(i,j)=t L(j) tE(i)t(i,j)作业单时差 r(i,j)=t E(j) tE(i) t(i,j)关键作业 ：满足 R( i , j

20、 ) = 0 的作业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&3P162-1728.6 & P172-1768.7 & P176-1808.8 （课本内容看明白）学习好资料欢迎下载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

21、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R (t) e1te2te ( 12 ) tss (t )1e 1 t2e 2t12 e 12 t1 11e1te2 te12 t0Rs(t )dt1212对于 n 个相同单元 的并联系统，有Rs (t )1(1et )nRs (t) dt1112n0P188 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 。P188 表决系统系统的平均寿命比并联系统 小，比 串联系统 大。特例：若表决器的可靠度为1，1/n(G)为并联系统（ r=1 ）； n/n(G)为串联系