重庆大学 - 话题

2010年研究生入学考试

«系统工程导论»科目复习纲要

复习参考教材（本科生教材）：
《系统工程导论》，MC Hill出版社，第7版
《运筹学》，清华大学出版社，第2版
《系统工程》，西安交通大学，汪应洛主编，机械工业出版社，第3版

一、系统工程基础理论
1.
什么是系统？系统的特性有那些？
答：系统是由相互制约、相互作用的一些组成部分组成的具有某种功能的有机整体。系统的特点有：整体性、集合性、层次性、相关性、目的性、环境适应性。
2.
什么是系统工程？系统工程的特点是什么？系统工程方法的特征是什么？系统工程的理论基础有哪些？什么是系统工程方法论
答：系统工程是从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统技术从而达到全局最优的一门工程技术，它是系统科学中直接改造世界的工程技术。
系统工程具有三个基本特点：整体性、综合性、最优性。
系统工程方法的特征：先总体后详细的设计程序、综合即创造的思想、系统工程的“软科学”性。
系统工程的理论基础：系统论、信息论、控制论以及运筹学等。
控制论的发展经历了：经典控制论、现代控制论、大系统控制论
三个时期。
控制论最重要的观点是：反馈和信息。
系统工程方法论是分析和解决系统开发、运作及管理实践中的问题所应遵循的工作程序、逻辑步骤和基本方法，是系统工程考虑和处理问题的一般方法和总体框架。
3.
作为系统工程重要基础的信息论可分为哪三种不同的类型？
答：狭义信息论、一般信息论、广义信息论。
4.
霍尔系统工程方法论和切克兰德系统工程方法论的核心是什么？其方法和步骤各有什么特点?二者有何区别和联系？霍尔三维体系结构的具体内容？霍尔三维集中体现了系统工程方法的哪些特点？

霍尔系统工程方法论的核心是“最优化”，切克兰德系统工程方法论的核心是“比较”和“学习”。
霍尔系统工程方法论的步骤为：弄清问题 → 目标选择 → 方案设计 → 建立数学模型 → 最优化 → 决策 → 实施。
切克兰德系统工程方法论的步骤为：问题现状说明 → 弄清关联因素 → 概念模型 → 改善概念模型 → 比较 → 实施。
霍尔的三维体系结构指的是知识维、时间维和逻辑维。
霍尔三维结构集中体现了系统工程方法的系统化综合化最优化、程序化、标准化等特点。
5.
什么是系统的生命周期？系统生命周期的阶段是怎样划分的？
答：从提出或建立一个系统到该系统停止运行或为其他系统代替的这段时间，称为系统的生命周期。系统的生命周期划分为三个阶段：发展期、实现期、运行期。
6.
什么是系统分析？系统分析的意义是什么？系统分析的特点是什么?
答：系统分析是一种运用建模及预测、优化、仿真、评价等技术对系统各个方面进行定量和定性相结合的分析为达到费用和效益最佳的辅助决策的方法和过程。
系统分析的意义：（1）系统在结构上十分复杂，系统分析有助于全面了解系统从而更好的维护和运行系统。（2）系统分析为系统运行目的决策提供各种分析数据，使决策更为准确。
系统分析的特点是：（1）以系统观点为指导思想（2）以整体效益为目标（3）以特定问题为研究对象（4）运用定量和定性的分析方法（5）价值判断原则
7.
系统分析有哪些要素? 系统分析的步骤是什么? 系统分析的原则有哪些？
答：系统分析的要素：问题、目的及目标、方案、模型、评价、决策。
系统分析的步骤：
http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
系统分析的原则：坚持问题导向、以整体为目标、方案综合选优、定量和定性分析结合、过程反复辨优。
8.
决策分析的定义？管理决策分析的定义？决策分析类型主要有哪几种?不确定型决策分析一般采用哪几种方法求解?各种决策分析方法的原理和特点是什么？
答：决策分析是在系统规划、设计和制造等阶段为解决当前或未来可能发生的问题，在若干可选方案中选择和决策最佳方案的一种分析过程。
管理决策分析就是为帮助决策者在多变的环境条件下进行正确决策而提供的一套推理方法、逻辑步骤和具体技术，以及利用这些技术和方法选择满意的行动方案的过程。
决策分析的类型主要有：确定型决策分析、不确定型决策分析、风险型决策分析、对抗型决策和多目标决策。
不确定型决策分析的解决方法有：乐观法、悲观法、后悔值法、等概率法。
9．评价问题的要素由哪些组成？评价的步骤是什么？评价的方法有哪些？各种评价方法的原理是什么？结合实际情况对评价的过程进行叙述？
答：由评价对象（What）。评价主体（WhO）、评价目的（Why）、评价时期（When）、评价地点（Where）及评价方法（HOW）等要素（5W1H））构成的问题复合体。方法包括关联矩阵法、层次分析法、模糊综合评判法
http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif
10．工程网络图及网络技术的定义？网络技术主要解决哪些方面的问题？
答：网络图是由具有始点和终点的有向曲线或线段所组成的图形。网络技术是一种新方法，是借助网络图表示一项工程中多项工作及计算相关参数，从而对工作进行统筹安排的一种方法。网络技术主要解决工程时间进度等方面的问题。
11．动态规划的核心思想是什么？动态规划的原理是什么？
答：动态规划的核心思想是把某项决策过程在时间上（有时推广到空间上等资源）分成几个相互联系的阶段，依次（顺序或逆序）在每个阶段上进行决策，即采用多阶段序贯决策的方法，从而找出一个整体最优方案。
12．企业经营战略的基本概念？构成企业经营战略的基本要素是什么？
答：企业经营战略是指为了实现企业长期的、全局的经营目标，有效组织利用企业的内部的各种资源与能力，使之适应外部环境、指导整个企业经营活动的总谋略和总方针。构成企业经营战略的基本要素是（1）产品结构和市场规模（2）业务活动范围（3）企业经营资源
13．企业经营战略思维方式是什么？联系实际举例说明。
答：企业经营战略思维方式包括直觉思维方式（右半脑）、分析思维方式（左半脑）、混合思维方式。

二、分析计算例子
1、
决策分析例子案例
例1、某生产电子产品工厂决定将其产品加以改造，设计了两种改造方案。一是以晶体管为结构，一是以集成电路为结构。根据经验，晶体管成功的可能性为0.8，集成电路成功的可能性为0.6。考虑到改进产品结构成功后，产品的质量和生产率均可提高，因此又制定了两种生产方案：一是产量不变；一是产量增加。若技改失败则产量保持不变。工厂决定产品生产五年，产品在今后五年内跌价的概率为0.1，保持原价的概率为0.5，涨价的概率为0.4。分析如何安排生产获利最大。

表中益损值：单位为 万元。

状态    方案		跌价	原价	涨价
		0.1	0.5	0.4
失败（原结构生产）		-100	0	125
晶体管    成功0.8	产量不变	-250	80	200
	产量增加	-400	100	300
集成电路成功0.6	产量不变	-250	0	250
	产量增加	-350	-250	650

（1）画出决策树。（2）计算各点的益损期望值。（3）选择最优方案。
解答如下：
第一步：画出决策树。
第二步：计算各点的益损期望值，并标示在图上。
第三步：确定方案：由于节点E(11)大于节点E(12)的益损期望值，因此最优决策方案为买专利，并且节点E(1122)大于E(1121)益损期望值，所以选择增加产量方案
  

	http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.gif

  

例2、某公司准备生产一种新产品，它的期望市场寿命为10年，需要做出决策究竟是建造一个大车间，还是建造一个小车间。如果选择建造小车间，那么还要决策两年后是否扩建。

现有情况分析如下：

A．根据市场部门估计：

(1)
该产品在前2年市场需求量高，后8年需求量持续高的可能性为60%；

(2)
该产品在前2年市场需求量高，后8年需求量低的可能性为10%；

(3)
该产品在前2年市场需求量低，后8年需求量持续低的可能性为30%；

(4)
该产品在前2年市场需求量低，后8年需求量高的可能性为0%。

B．根据财务部门估计各种情况下的损益值为：

(1)
造大车间而需求高（在10年中），每年获利100万元。

(2)
造大车间而需求低（在10年中），由于固定费用高、开工不足，每年只能获利10万元。

(3)
造小车间而需求低（在10年中），每年可获利40万元。

(4)
造小车间，若前两年需求高，每年会获利45万元；

(5)
造小车间，在前两年需求高的情况下，若不扩建而后8年需求一直很高，由于竞争性产品进入市场，小车间每年收益就会跌到25万元；

(6)
造小车间，小车间在前两年需求高的情况下，过2年后扩建而遇到高需求，后8年每年能获利70万元；小车间在前两年需求高的情况下，过2年后扩建而遇到低需求，后8年每年能获利只有5万元。

C．根据建筑公司的估计：

大车间从建造到投产要投资300万元， 造小车间要130万元，如果在2年后扩建又要220万元。

请就上述问题，用决策树方法做出获得最大利润的决策方案。

解答：

  

	http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.gif

  
画出决策树如下：

各点的数学期望值计算如下：

E（111）=100×8×0.86+10×8×0.14=699.2

E（112）=10×8=80

E（11）=(699.2+100×2)×0.7+(80+10×2)×0.3-300=359.44

E（121）=40×8=320

E（1221）=70×8×0.86+5×8×0.14-220=267.2

E（1222）=25×8×0.86+40×8×0.14=216.8

E（122）= E（1221）=267.2

E（12）=(320+40×2)×0.3+(267+45×2)×0.7-130=239.9

E（1）= E（11）=359.4

因此，选择建大车间方案。

例3、某企业准备生产一种新产品。估计该产品的销售量有较高、一般、较低、很低四种情况，而对每种状态出现的概率则无法预测。为生产该产品，企业有三种实施方案：新建一个车间进行生产；改造一个现有车间进行生产；部分零件在现有车间生产，部分零件外购。该新产品企业准备生产10年，10年内在不同状态下的损益值（扣除投资费用）如下表所示。请分别用乐观法、悲观法和后悔值法来决策实施方案。

http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif单位：万元

j	较高	一般	较低	很低
建立新车间A1	850	420	-150	-400
改造现有车间A2	600	400	-100	-350
部分生产、    部分外购A3	400	250	90	-50

解：
（1）乐观法

每个方案在不同状态下的最大收益分别为：
     max {850，420，-150，-400}=850
      A1
     max {600,400,-100,-350}=600
      A2
     max {400,250,90,-50}=400
      A3
取各方案最大收益值中的最大值，可得：
max{850，600，400}=850       对应实施方案为A1 ，即建新车间。


（2）悲观法

每个方案在不同状态下的最小收益分别为：
     min {850，420，-150，-400}= -400
      A1
     min {600,400,-100,-350}= -350
      A2
     min {400,250,90,-50}= -50
      A3

取各方案最小收益值中的最大值，可得：max{-400，-350，-50}= -50

对应实施方案为A3 ，即部分自己生产，部分外购。


http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.gif
（3）后悔值法

http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.gif单位：万元

j	较高	一般	较低	很低
建立新车间	850*	420*	-150	-400
改造现有车间	600	400	-100	-350
部分生产、    部分外购	400	250	90*	-50*

首先，找出对应各种自然状态下所有方案的最大损益值（表中*号者），如上所示；

其次，求出各方案在各种状态下的后悔值，如下表所示，并将各方案最大后悔值列于下表最后一列。

http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.gif单位：万元

j	较高	一般	较低	很低	最大后悔值
建立新车间	0	0	240	350	350
改造现有车间	250	20	190	300	300
部分生产、    部分外购	450	170	0	0	450

最后，找出最小后悔值300，对应方案A2，即改造现有车间生产。

2、网络技术规划案例

例1、 某高科技股份制企业拟进行一项新产品的开发，根据工作任务分解方法，具体工作内容及作业时间安排如下：

序号	工作内容	代号	紧后工序	作业时间（天）
1	市场调查	A	D	6
2	项目研究	B	E	12
3	资金筹备	C	I、J、K	13
4	需求分析	D	F	3
5	产品设计	E	H、I	6
6	产品计划	F	G	4
7	市场计划	G	H、I	2
8	设备计划	H	J、K	5
9	物资准备	I	N	12
10	设备准备	J	L	10
11	人员计划	K	M	9
12	设备规划	L	N	8
13	人员安排	M	N	4
14	生产制造	N	结束	11

要求：画出该工程作业的网络图 ‚计算工程时间 ƒ计算作业时差 „找出关键路线

解答要点：

网络图如下：

工程时间：52天

关键路线工序：B®E®H®J®L®N

  

	http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.gif

  

例2、已知建设一个汽车库及引道的作业明细如下表所示（单位：天），要求：

(1)
画出网络图   (2) 计算工程时间  (3) 计算作业时差  (4) 找出关键路线

工序代号	工序名称	工序时间	紧前工序
A	清理场地，准备施工	10	-
B	备 料	8	-
C	车库地面施工	6	A,B
D	预制墙及房顶的桁架	16	B
E	车库混凝土地面保养	24	C
F	立 墙 架	4	D,E
G	立房顶桁架	4	F
H	装窗及边墙	10	F
I	装 门	4	F
J	装天花板	12	G
K	油 漆	16	H,I,J
L	引道混凝土施工	8	C
M	引道混凝土保养	24	L
N	清理场地，交工验收	4	K,M

解答要点：
网络图如下图所示。
关键路线为A-C-E-F-G-J-K-N；最短工程时间为80天。

http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif

3、动态规划例子

例1、某一小城镇拟进行城市信息网络建设，需要从A地到G地铺设一条多模数据光纤。下图是从A地到G地的街道模型图，由于光纤价格较贵，请用动态规划方法帮助该市规划最短的铺设路线，按照最短的铺设路线，需要光纤多少公里？

  

	http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image018.gif

  
注：图中线段上方的数字为两节点间的里程（单位：公里）

http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image019.gif解答如下：

按照图示（加粗）路线铺设最节省，需光纤18公里。

例2 某公司有三个工厂，为了增强竞争能力，需对每个工厂进行扩建。公司用于扩建的总投资金额为5000万元。对每个工厂的投资金额不同所产生的效益也有所不同，对每个工厂的投资方案及扩建后预期可获得的利润如下表所示。请用动态规划方法确定对各工厂分别投资多少才能使公司的总利润达到最大。

投资金额    （万元）	投资效益
	工厂1	工厂2	工厂3
0	0	0	0
1000	1500	－	1300
2000	2600	2800	2500
3000	3500	3900	－
4000	－	4200	－

注：“－”表示公司不考虑该投资方案及其收益。

解答：

用动态规划的方法将对三个工厂的投资分为三个阶段，三个阶段的总投资不超过5000万元，画出下述动态规划图：
  

	http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image021.gif

  
利用逆序决策的方法，计算出每个阶段的优化解，最终得到最佳投资方案收益为6800万元；即工厂1投资1000万元扩建，工厂2投资2000万元扩建，工厂3投资2000万元扩建。

例8、某公司下属三个工厂，为扩大生产能力考虑扩建。每个工厂都有若干种方案可供选择，各种方案的投资及所能取得的收益如下表所示（单位：千万元）。现公司有资金5千万元，问如何分配投资使公司收益最大？

Mij    （方案）	工厂 i＝1		i =2		i＝3
	C（投资）	R（收益）	C	R	C	R
1	0	0	0	0	0	0
2	1	5	2	8	1	3
3	2	6	3	9	-	-
4	-	-	4	12	-	-

（注：表中“-”表示无此方案）

用动态规划的方法将对三个工厂的投资分为三个阶段，三个阶段的总投资不超过5000万元，画出下述动态规划图。利用逆序决策的方法，计算出每个阶段的优化解，最终得到最佳投资方案收益为6700万元；即工厂1投资2000万元扩建，工厂2投资2000万元扩建，工厂3投资1000万元扩建；或工厂1投资1000万元扩建，工厂2投资3000万元扩建，工厂3投资1000万元扩建；或工厂1投资1000万元扩建，工厂2投资4000万元扩建，工厂3投资0万元扩建。

http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image023.gif

目前中国有10元纸币吗？

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