系統(tǒng)工程作業(yè)題

第1章系統(tǒng)工程的概念

練習題

1、什么是系統(tǒng)(系統(tǒng)的定義)？

系統(tǒng)的定義「系統(tǒng)”是結構上相互聯(lián)系、

狀態(tài)變化上相互依賴的若干成員，構成

的具有特定功能的整體。

系統(tǒng)的主要屬性:整體性、關聯(lián)性、環(huán)

境適應性。

2、構成系統(tǒng)的基本要素有哪些？

系統(tǒng)的特性(區(qū)別于其它事物)

(1)整體性⑵目的性(3)有序性。(4)相關性

(5)復雜性(6)適應性(7)動態(tài)性(8)開放性

3、什么是系統(tǒng)工程(系統(tǒng)工程的定

義)？

系統(tǒng)工程的定義:系統(tǒng)工程是針對系統(tǒng)整體

對象全壽命周期的問題，運用系統(tǒng)的思想和

方法進行建模、仿真、設計、優(yōu)化、評價、

決策的多學科交叉的理論方法和技術。它從

系統(tǒng)整體出發(fā)，分析各單元的內在聯(lián)系(約

束關系)，作統(tǒng)籌安排，發(fā)揮各單元的功能,

基于定量和定性結合的系統(tǒng)思想及計算機

技術等，處理大規(guī)模復雜系統(tǒng)的問題，從而

達到系統(tǒng)整體最優(yōu)的目的。

系統(tǒng)工程的內涵:(1)是一類多學科交叉的

系統(tǒng)對象普遍適用的通用共性方法;(2)是

一門多學科交叉的工程學科;(3)是將這些

方法運用于“從概念到產品”的實踐、運用

壬復雜系統(tǒng)問題以提供技術可行、經濟最優(yōu)

的解決方案的實踐(如最優(yōu)控制)。

4、系統(tǒng)工程的基本要素有哪些？

系統(tǒng)工程的主要特點在于強調以下觀點：

(1)整體性和系統(tǒng)性的觀點(前提);

(2)總體最優(yōu)或總體平衡協(xié)調的觀點(目

的)；

(3)多種方法綜合運用的觀點(手段);

(4)問題導向及反饋控制的觀點(保障)。

5、系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)工程學有何異同?

差異對照：

對象基本方法專門方法

工程學二特定物理對象+基本邏輯與常識+專業(yè)

知識

系統(tǒng)工程二一般對象+基本邏輯與系統(tǒng)觀點+系

統(tǒng)知識

實例：

電氣工程學二強電和弱電電路+基本邏輯與電學

常識+電(力)網理論

系統(tǒng)工程學=社會/經濟/能源等+基本邏輯與系

統(tǒng)觀點+分析/預測/

建模/評價/決策

共同點：

都把科學和技術應用到工程實際，以達到改造客觀

世界的目的。

6、系統(tǒng)工程有哪些應用領域？舉一個實

例并分析它的基本要素。

(1)“工程控制”系統(tǒng)工程

⑵社會系統(tǒng)工程

(3)經濟系統(tǒng)工程

(4)能源系統(tǒng)工程

(5)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程

(6)水資源系統(tǒng)工程

(7)農業(yè)系統(tǒng)工程

(8)企業(yè)系統(tǒng)工程

(9)科技管理系統(tǒng)工程

(10)人口系統(tǒng)工程

(11)教育系統(tǒng)工程

(12)軍事系統(tǒng)工程

(13)區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程

系統(tǒng)工程技術的應用：從芯片到太空飛船，從小

型軟件產品到復雜

機器人，系統(tǒng)工程用到的工具包括建模與仿真,

需求分析，時序安排以及復雜性管理等。

各類系統(tǒng)工程，其技術共同點在于它們的實踐

性，強調對各類系統(tǒng)

問題的應用，強調改造自然、創(chuàng)建社會生活所需

的系統(tǒng)，強調實踐效果。

系統(tǒng)工程(SE)：

探討“系統(tǒng)對象”的共性問題、通用理論和技

術

定性與定量方法相結合建立系統(tǒng)對象的數學

模型

運用系統(tǒng)性思想和方法仿真分析和設計系統(tǒng)、

掌握其變化規(guī)律

對系統(tǒng)進行科學預測和評價及決策、提供技術

經濟整體最優(yōu)方案

適用領域廣泛：各類工程領域、經濟和社會及

軍事領域等

內容：

1.1系統(tǒng)工程的典型實例

1.2系統(tǒng)工程的概念與特點

1.3系統(tǒng)工程的發(fā)展

1.4系統(tǒng)工程的應用領域

1.1系統(tǒng)工程的典型實例

實例1:“個體失優(yōu)換得整體最優(yōu)”的博

弈策略

實例2：個體協(xié)調才能實現(xiàn)復雜系統(tǒng)功

能

實例3：一個工程系統(tǒng)可以兼顧實現(xiàn)多

個目標

實例總結：

成功率激增

實例總結：共同點（通用工作程

序）系統(tǒng)工程

1.2.1系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)的定義:“系統(tǒng)”是結構上相互聯(lián)系、

狀態(tài)變化上相

互法賴的若干成員，構成的具有特定功

能的整體。

系統(tǒng)的主要屬性:整體性、關聯(lián)性、環(huán)

境適應性。

系統(tǒng)的特性（區(qū)別于其它事物）

（1）整體性。系統(tǒng)應由兩個以上的要素或部分組成.

各要素或部分之間存在著聯(lián)系，從而構成一個有機的

整體，以實現(xiàn)其目的和功能。系統(tǒng)科學家貝塔朗菲指

出：機械論的錯誤觀點之一，就是簡單分解和簡單加

合。他認為應該以整體的觀點來糾正過去那種錯誤分

解的觀點。從而提出了關于系統(tǒng)組成的著名定律：整

體恒大于各孤立部分的簡單加和。

(2)目的性。系統(tǒng)工作者進行系統(tǒng)的構思、設計、分

析與控制、運轉時，必須事先弄清其目的性，否則將

無法構成一個良好、有序的現(xiàn)實系統(tǒng)。換句話說，系

統(tǒng)工程學就是研究使系統(tǒng)對象順利達到某種目的的

一門學科。如軍事作戰(zhàn)系統(tǒng)就應按最容易確保自己戰(zhàn)

勝敵人的目的來配備兵力兵器等各種資源、進行作戰(zhàn)

的組織指揮等軍事活動；經濟管理系統(tǒng)就應按如何獲

得最佳經濟效益的目的，來優(yōu)化配置人力、設備和相

關資源等。

(3)有序性。由于系統(tǒng)的結構、功能和層次的動態(tài)演

變有某種方向性，因而使系統(tǒng)具有有序性。系統(tǒng)的有

序性表現(xiàn)為它既是由較低級的子系統(tǒng)組成的，且它自

己又是更大系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。

(4)相關性?？茖W發(fā)展的全部成就證明了現(xiàn)實世界普

遍聯(lián)系的觀點。系統(tǒng)中相互關聯(lián)的要素或部件形成了

”部件集”，”要素集”。它集中了各部件或要素的特

性和行為相互制約與相互影響的關系，正是這種相關

性確定了系統(tǒng)性特有的整體形態(tài)與功能。

(5)復雜性?，F(xiàn)代系統(tǒng)一般是多輸入、多輸出、多參

數、多層次、多目標、多功能的系統(tǒng)。系統(tǒng)通常處在

一個多變的環(huán)境約束之中，其輸入具有多個參數，且

表現(xiàn)在時間空間或數值上的隨機性和不確定性，系統(tǒng)

本身往往具有多結構層次，只有進行一系列運算分析

和比較，才能權衡出較優(yōu)的方案。

(6)適應性。系統(tǒng)與周圍環(huán)境之間通常都有物質、能

量和信息交換。環(huán)境的變化會引起系

統(tǒng)特性的改變，相應地引起系統(tǒng)內部各要素或部分之

間相互關系與功能變化。因此，一般結

構良好的系統(tǒng)必有反饋功能、自適應和自學習功能，

以保持它對客觀環(huán)境的適應能力。

(7)動態(tài)性。系統(tǒng)的動態(tài)性是指其狀態(tài)量與時間的關

系」由于物質與運動密不可分，各種

物質的結構、形態(tài)、功能、特性及其規(guī)律都是通過運

動表現(xiàn)出來的，要認識系統(tǒng)必須研究系統(tǒng)的運動。開

放系統(tǒng)與外界有物質能量和信息交換，使系統(tǒng)內部結

構隨時間變化，系統(tǒng)的發(fā)展是一個有方向性、周期性

的動態(tài)反饋過程。

⑻開放性。系統(tǒng)對環(huán)境開放.與周圍環(huán)境之間有物

質、能量和信息交換。

系統(tǒng)的功能

各種系統(tǒng)的功能大不一樣。從一般意義上講，系

統(tǒng)的功能如下圖所示：

輸入輸出

物質、能量和信息-處理與轉換一物質、能量和信息

狹義上匚系統(tǒng)的功能是處理與轉換系統(tǒng)的物質、

能量和信息

廣義上:系統(tǒng)的功能是輸入、輸出、反饋、處理

與轉換系統(tǒng)的物質、

能量和信息(將輸入、輸出和反饋也視為系統(tǒng)的

功能)

系統(tǒng)的分類

(1)按系統(tǒng)對象分類

控制系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、經濟系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、軍

事系統(tǒng)、社會系統(tǒng)

(2)按系統(tǒng)形成過程分類

自然系統(tǒng)、人造系統(tǒng)、復合系統(tǒng)(自然+人造、

如梯級水電)

(3)按系統(tǒng)結構分類

集中系統(tǒng)、分散系統(tǒng)、多級遞階系統(tǒng)、環(huán)形系統(tǒng)。

(4)按系統(tǒng)隨時間的變化特性分類

靜態(tài)系統(tǒng)、動態(tài)系統(tǒng)

(5)按系統(tǒng)的復雜性分類

簡單系統(tǒng)、復雜系統(tǒng)

(6)按系統(tǒng)是否具有不確定性分類

確定性系統(tǒng)、不確定性系統(tǒng)

(7)按熱力學的觀點分類

孤立系統(tǒng)(與周圍環(huán)境無信息和物質交換)、封閉系統(tǒng)(只與環(huán)境交

換信息)、開放系統(tǒng)(與環(huán)境交換信息和物質)

(8)按系統(tǒng)的數量、種類及關聯(lián)復雜程度分類

簡單系統(tǒng)、巨系統(tǒng)、簡單巨系統(tǒng)、復雜巨系統(tǒng)、

開放的復雜巨系統(tǒng)

(9)按哲學觀點分類

實體系統(tǒng)、概念系統(tǒng)

實體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)

凡是由礦物、生物、機械和人群等實體成員構成

的系統(tǒng)稱之為實體系統(tǒng)。(實體成員：化學分子、

其它可測知的物質)

凡是由概念、原理、方法、原則、制度、程序等

概念性的非實體成員構成的系統(tǒng)稱為概念系統(tǒng)。

如軟件系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、軍事指揮系

統(tǒng)、社會系統(tǒng)等。

現(xiàn)實世界中，實體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)往往互相結合。實

體系統(tǒng)是概念系統(tǒng)的物質基礎，概念系統(tǒng)往往是實體

系統(tǒng)的中樞神經，指導實體系統(tǒng)的行為。

如電腦的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)

1.2.2工程的概念

工程的定義:工程是利用自然規(guī)律創(chuàng)建至少

能夠使一部分人受益的系統(tǒng)的活動。

三峽水利工程：水+牛頓定律-＞發(fā)電。可見:

工程是人類有目的有組織地改造世界的活

動（注重實踐效果）O

工程這個詞最早于18世紀出現(xiàn)在歐洲，本來

專指兵器的制造和服務于軍事目的的工作。

這一涵義引伸出一種普遍的看法：將“服務

于特定目的的各項工作的總體”稱為工程。

如：

三峽水利工程：筑壩、建發(fā)電站、建輸電網、

旅游開發(fā)

嫦娥工程：無人月球探測、載人登月、建立

月球基地3個階段

注意：這里工程的含意遠超一般工程學中的

工程(如：機械工程、電氣工程、采礦工程、

土木工程等一般工程)。

系統(tǒng)工程的一般特點

(1)系統(tǒng)工程研究問題的一般程序：先構建

整體框架、再設計細節(jié)。即，先開展系統(tǒng)邏

輯思維過程的總體設計，再進行各子系統(tǒng)或

具體細節(jié)的設計。

邏輯思維過程的總體設計：是這樣的一種創(chuàng)造性勞動

-“針對擬定問題，綜合構想

研究的內容、方法、人員、進度等，使系統(tǒng)能夠更好

地達到預期效果”。

(2)系統(tǒng)工程方法以系統(tǒng)整體功能最佳為

目標,通過對系統(tǒng)分析與綜合、構造系統(tǒng)模

型、調整改善系統(tǒng)的結構，使之達到整體最

優(yōu)。

(3)系統(tǒng)工程的研究注重系統(tǒng)與環(huán)境的融

合，近期利益與長遠利益相結合，社會效益、

生態(tài)效益與經濟效益相結合。

1.4系統(tǒng)工程的應用領域

系統(tǒng)工程的應用領域十分廣泛，主要有:

(1)“工程控制”系統(tǒng)工程

⑵社會系統(tǒng)工程

(3)經濟系統(tǒng)工程

(4)能源系統(tǒng)工程

(5)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程

(6)水資源系統(tǒng)工程

(7)農業(yè)系統(tǒng)工程

(8)企業(yè)系統(tǒng)工程

(9)科技管理系統(tǒng)工程

(10)人口系統(tǒng)工程

(11)教育系統(tǒng)工程

(12)軍事系統(tǒng)工程

(13)區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程

第2章系統(tǒng)工程方法論

0、收集并整理一個自己日常生活中系統(tǒng)工程的例子,

并運用霍爾三邏輯維的工作步驟來分析它。

?1.什么是系統(tǒng)？

?2.什么是系統(tǒng)工程？

?3.系統(tǒng)工程必須具備那些特性？

?4.什么是系統(tǒng)的整體性和集合性？它們的意義如

何？

?5.系統(tǒng)的特性或行為與其任何一個組成部分的關

系如何？

?6.什么是系統(tǒng)受到干擾后的連續(xù)穩(wěn)定性？

?7.什么是多級遞階結構，不同級別決策單元間交

換信息的原則怎樣？

?8.什么是系統(tǒng)思想觀念？

?9.什么是靜態(tài)模型和動態(tài)模型，它們各自的輸出

輸入與時間的關系如何？

?10.系統(tǒng)工程中被分析的是不同系統(tǒng)對象的什么

信息？

?11.什么是信息熠，它具有那些特性？

?12.什么是可行方案，其性能、費用、效益、時

間等指標的特性如何？

?13.什么是系統(tǒng)分析？其過程如何？

?14.什么是系統(tǒng)環(huán)境？

?15.什么是系統(tǒng)的魯棒性

?16.什么是系統(tǒng)的能觀測性？

?17.什么是系統(tǒng)的能控性？

?18.什么是最優(yōu)控制？

?19.什么是系統(tǒng)的層次性和相關性？它們的意義

如何？

?20.多層與多級遞階結構的區(qū)別是什么？

?21.系統(tǒng)工程的核心目標是什么

?22.什么是信息？

?23.簡化大系統(tǒng)模型的“集結法”的思想是什么？

它的要求如何？

?24.系統(tǒng)分析中，會產生目標沖突的原因是什么？

?25.系統(tǒng)分析的定量方法適用于什么系統(tǒng)？（系統(tǒng)

結構清楚、收集到的信息準確、可建

立數學模型的系統(tǒng)）

?26.系統(tǒng)目標分析中的總體目標不僅要具有全局

性和總體性特征，還要集中反映那些要

求？

?27.系統(tǒng)工程是以什么為對象的一門交叉學科？

?28.什么是系統(tǒng)分析的因果分析法？

1、系統(tǒng)的定義：“系統(tǒng)”是結構上相互

聯(lián)系、狀態(tài)變化上相互依賴的若干成員,

構成的具有特定功能的整體。

2、系統(tǒng)工程的定義:系統(tǒng)工程是針對系統(tǒng)

整體對象全壽命周期的問題，運用系統(tǒng)的思

想和方法進行建模、仿真、設計、優(yōu)化、評

價、決策的多學科交叉的理論方法和技術。

它從系統(tǒng)整體出發(fā)，分析各單元的內在聯(lián)系

（約束關系），作統(tǒng)籌安排，發(fā)揮各單元的功

能，基于定量和定性結合的系統(tǒng)思想及計算

機技術等，處理大規(guī)模復雜系統(tǒng)的問題，從

而達到系統(tǒng)整體最優(yōu)的目的。

3、系統(tǒng)工程的主要特點在于強調以下觀點:

（1）整體性和系統(tǒng)性的觀點（前提）;

（2）總體最優(yōu)或總體平衡協(xié)調的觀點（目

的）；

（3）多種方法綜合運用的觀點（手段）;

（4）問題導向及反饋控制的觀點（保障）。

4、(1)整體性。系統(tǒng)應由兩個以上的要素或部分組

成，各要素或部分之間存在著聯(lián)系，從而構成一個有

機的整體，以實現(xiàn)其目的和功能。系統(tǒng)科學家貝塔朗

菲指出：機械論的錯誤觀點之一，就是簡單分解和簡

單加合。他認為應該以整體的觀點來糾正過去那種錯

誤分解的觀點。從而提出了關于系統(tǒng)組成的著名定

律：整體恒大于各孤立部分的簡單加和。

(2)集合性，系統(tǒng)的集合性是指由兩個或兩個以上

的可以互相區(qū)別的對象(元素)所組成的系統(tǒng)，類似

一個集合。集合里的各個對象叫做集合的元素(子

集)。例如，一個計算機硬件系統(tǒng)、應用程序、數據

庫等軟件系統(tǒng)，才能構成一個可以使用的計算機系統(tǒng)

的完善系統(tǒng)

5、相關性?？茖W發(fā)展的全部成就證明了現(xiàn)實世界普

遍聯(lián)系的觀點。系統(tǒng)中相互關聯(lián)的要素或部件形成了

”部件集”，”要素集”。它集中了各部件或要素的特

性和行為相互制約與相互影響的關系，正是這種相關

性確定了系統(tǒng)性特有的整體形態(tài)與功能。

6、當系統(tǒng)在使他偏離平衡狀態(tài)的擾動作用消失后，

返回原料平衡狀態(tài)的能力。也就是說，系統(tǒng)在去掉作

用于系統(tǒng)的擾動之后，系統(tǒng)能夠以足夠的精度恢復到

初始平衡狀態(tài)。

7、多級遞階結構由若干個明顯可分、縱橫交

錯的決策單元構成，所有的決策單元按一定

的支配關系遞階排列，每級單元受到上一級

單元的干預，同時又對下一級單元施加影響。

由于同級單元的決策目標可能相互沖突，因

此需要由上一級單元來協(xié)調。

多級遞階結構的決策單元處在不同級別，只有

上下級才能交換信息同單元協(xié)調解決，級之間

不交換信息，目標之間的沖突通過上一級。協(xié)

調的最終結果應該為全局優(yōu)化或近似全局優(yōu)化

的結果。

8、系統(tǒng)思想最基本的含義，是關于事物的整體

性觀念、相互聯(lián)系觀念和演化發(fā)展觀念。系統(tǒng)

概念來源于人類長期的社會實踐經驗。

9、系統(tǒng)狀態(tài)是指系統(tǒng)的那些可以觀察和識別

的狀況、態(tài)勢、特征等。在系統(tǒng)問題研究需要

考慮的時間跨度內，根據系統(tǒng)狀態(tài)是否隨時間

而變化，可將系統(tǒng)分為動態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)。

動態(tài)系統(tǒng)就是系統(tǒng)的狀態(tài)是隨時間而變化的，

即系統(tǒng)的狀態(tài)變量是時間函數。在足夠大的時

間尺度上看，任何系統(tǒng)都處于或快或慢的動態(tài)

變化之中，都是動態(tài)系統(tǒng)。但當系統(tǒng)在所研究

的時間范圍內看不到變化，只需要他們的共時

性特征時，則可認為系統(tǒng)是靜態(tài)系統(tǒng)，他是動

態(tài)系統(tǒng)的一種極限狀態(tài)，即處于穩(wěn)定狀態(tài)的系

統(tǒng)。

10、(1)系統(tǒng)目標分析，(2)系統(tǒng)結構分析

(3)系統(tǒng)環(huán)境分析，以及內部狀況分析，可行性分

析等

11、信息交換中面對的往往不是單個消息，而

是可能消息的集合，其中較為簡單的情形是集

合中包含有限個可能消息。對此，了解可能消

息之集合的整體信息是關鍵，這需要用整體平

均信息量銖表示，又稱為信息病。

對稱性(b)非負性(c)確定性(d)最大病原

理

12、實現(xiàn)系統(tǒng)的目的，可以采用多種手段,

因而產生各種可行方案。特性：衡量總體目

標的具體標志，是對備選方案進行分析的出

發(fā)點。

13、系統(tǒng)分析是應用建模、優(yōu)化和仿真等技術進

行的定量和定性分析，為選擇最優(yōu)方案提供科學

決策依據的分析過程。

?（D問題?（2）目的與目標?（3）方案

?（4）模型?（5）系統(tǒng)評價?（6）決策者

14、系統(tǒng)環(huán)境是指存在于系統(tǒng)外且與系統(tǒng)發(fā)生

作用的各種因素的總稱，亦即為系統(tǒng)提供輸入或

接受它的輸出的各種因素的集合。

15、由于測量的不精確和運行環(huán)境的變化，

不可避免地引起系統(tǒng)的特性或參數產生非期

望漂移,這種現(xiàn)象稱為系統(tǒng)特性或參數的“攝

動”。如果系統(tǒng)的控制品質對系統(tǒng)特性或參數

的“攝動”不敏感，即攝動引起的品質指標

變化保持在可接受范圍內的特性，稱為魯棒

性。

16、對線性系統(tǒng)(1),若通過量測一個時間段內的

輸出Y(t)和輸入U(t),能夠唯一地確定該時間

段后某時刻的狀態(tài)，則稱系統(tǒng)(1)在該時刻具有

能觀測性。

17、線性系統(tǒng)(1),對時刻友的任意初態(tài)的總存在容

許控制，經過力』有限時間的控制作用后，系統(tǒng)回到

原來的初狀，則稱系統(tǒng)⑴在々具有能控性。如果系

統(tǒng)在任意時刻都具有能控性，則稱系統(tǒng)完全能控。

18、對于一個給定的動態(tài)系統(tǒng)，常希望設計這

樣的控制器，讓系統(tǒng)從一個狀態(tài)轉移到期望的

另一個狀態(tài)，使系統(tǒng)的某種性能指標在狀態(tài)轉

移過程中盡可能好，稱這種控制器實現(xiàn)的控制

為最優(yōu)控制。

19、層次性。由于系統(tǒng)的結構、功能和層次的動態(tài)

演變有某種方向性，因而使系統(tǒng)具有有序性。系統(tǒng)的

有序性表現(xiàn)為它既是由較低級的子系統(tǒng)組成的，且它

自己又是更大系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。

相關性。科學發(fā)展的全部成就證明了現(xiàn)實世界普遍

聯(lián)系的觀點。系統(tǒng)中相互關聯(lián)的要素或部件形成了

”部件集”，”要素集“。它集中了各部件或要素的特

性和行為相互制約與相互影響的關系，正是這種相關

性確定了系統(tǒng)性特有的整體形態(tài)與功能。

20、多層與多級遞階結構的區(qū)別：多層遞階結

構（階梯形結構）把一個復雜的決策問題進行縱

向分解，按對系統(tǒng)施加作用的復雜性分成若干

子決策層；多級遞階結構（金字塔形結構）則把

決策問題同時進行縱向和橫向分解，突出各個

決策單元之間的縱橫關聯(lián)關系。許多情況下，

兩者同時存在于一個系統(tǒng)中。

21、系統(tǒng)工程的核心目標之一，是使系統(tǒng)運行在

最優(yōu)狀態(tài)。因此，運籌學是系統(tǒng)工程的重要理論

基礎，它內容較多、獨成一章。

22、信息論的創(chuàng)立者香農將信息定義為“兩

次不確定性之差。即“不確定性的減少”。

從通信角度看，信息是數據或信號構成的消

息所載有的內容。消息是信息的載體，信息

是消息的內涵。從應用角度講，信息是指能

被人認識和利用、但事先不知道的事情。也

就是說，信息對收信者應該是有用、未知的。

23、集結法的思想：把原系統(tǒng)中眾多的狀態(tài)

變量按線性組合變換成數量較少的新狀態(tài)變

量，從而達到簡化原系統(tǒng)模型的目的。

集結法的原則：集結后的簡化模型要保持原

模型的主導特征值不變，使簡化后模型的動

態(tài)特性與原模型的動態(tài)特性無很大差異。

24、信息不對稱、溝通不順暢、競爭有限資

源

25、難用數學模型描述的社會和生物系統(tǒng)等，常用定

性和定量結合的方法描述。

26、系統(tǒng)分析的要求：

1）系統(tǒng)分析是決策的基礎和輔助技術，誰決策

誰承擔責任。

2）系統(tǒng)分析要有一般性和適應性。

3）系統(tǒng)分析中人與決策者要保持良好溝通，做到準

確把握、及時調整。

4）系統(tǒng)分析要講效率。

27、系統(tǒng)工程是一門交叉學科，它的基礎理論較

多，主要有：一般系統(tǒng)論、經濟控制論、運籌學、

耗散結構理論、混沌理論、自動控制論、信息論

28、因果分析法把系統(tǒng)中產生的事故原因和造

成的結果所構成錯綜復雜的因果關系，采用簡明

文字和線條加以全面表示的方法。

霍爾三維結構

1、系統(tǒng)工程方法論的概念與發(fā)展

是用于解決復雜系統(tǒng)問題的工作步驟、方

法、工具和技術。

系統(tǒng)工程方法論是在綜合應用運籌學、控制論、信息

論、管理科學、心理學、經濟學以及計算機科學等有

關學科的理論和方法的基礎上形成的科學思想和方

法。

系統(tǒng)工程方法論的發(fā)展

在系統(tǒng)工程的實踐中不斷形成和發(fā)展。

早在1957年,美國學者H.H.古德和R.E.麥克霍爾在《系

統(tǒng)工程》一書中就對復雜系統(tǒng)問題的工作步驟、工具

和技術等方面作過較為系統(tǒng)的描述。到了60年代，許

多系統(tǒng)工程學者根據實踐經驗，總結出了系統(tǒng)工程方

法論的許多有關步驟、內容和方法，雖然這些工作成

果在形式上不盡相同，但基本思想還是一致的，其中

以霍爾的方法論最具代表性。美國學者A.D.霍爾在

1969年利用結構分析法提出著名的霍爾三維結構，使

系統(tǒng)工程的工作階段和步驟更為清晰明了。

2、“霍爾三維結構”一般方法

美國系統(tǒng)工程專家霍爾(A?D?Hall)在

總結多方面系統(tǒng)工程實踐經驗的基礎上，

1969年提出了一種解決系統(tǒng)工程問題的最

具代表性的一般方法一“霍爾三維結構”。

它的出現(xiàn)，為解決大型復雜系統(tǒng)的規(guī)劃、

組織、管理問題提供了一種統(tǒng)一的思想方法

一是“系統(tǒng)工程的典型方法論”o

霍爾三維結構是將系統(tǒng)工程整個活動過

程分為前后緊密銜接的七個階段和七個步

驟，同時還考慮了為完成這些階段和步驟所

需要的各種專業(yè)知識及技能。這樣，就形成

了由時間維、邏輯維和知識維所組成的三維

空間結構，如下圖所示。

社會學科

4

阿

系

系

“

統(tǒng)

改

H標

杉

分

修

速

或

界

析

合

(1)時間維表示系統(tǒng)工程活動從開始到結束按時間順

序排列的全過程，分為規(guī)劃、生產計

劃、研制、生產、安裝、運行、更新七個時間階段。

(2)邏輯維是指時間維的每一個階段所要開展的工作

內容和應該遵循的思維程序，包括明確問題、確定目

標、系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、決策、實施七個邏

輯步驟。

（3）知識維（專業(yè)科學知識）。系統(tǒng)工程除了要求為

完成上述各步驟、各階段所需的某些共性知識外，還

需要其他學科的知識和各種專業(yè)技術，霍爾把這些知

識分為工程、醫(yī)藥、建筑、商業(yè)、法律、管理、社會

科學和藝術等各種知識和技能。各類系統(tǒng)工程，如軍

事系統(tǒng)工程、經濟系統(tǒng)工程、信息系統(tǒng)工程等。都需

要使用其它相應的專業(yè)基礎知識

4、“霍爾三維結構”的缺陷

完全按照解決工程技術問題的思路來解決社會

經濟問題時，存在很多困難。因為社會經濟系統(tǒng)

中的許多問題很難象工程技術系統(tǒng)那樣事前就

弄清需求關系，很難按若干評價標準設計出符合

需求的最優(yōu)系統(tǒng)方案。

重點:

、1）霍爾三維結構中邏輯維的工作步驟

解決系統(tǒng)工程實踐中的有關問題必須遵循

一定的工作步驟。在解決工程技術系統(tǒng)中的

問題時，常遵循霍爾三維結構中的邏輯

維所列出的工作步驟，這就是：

①明確問題；②設計評價的指標體系；③系

統(tǒng)綜合；④系統(tǒng)分析；⑤最優(yōu)化；⑥決策；

⑦實施計劃。

第0題、案例：醫(yī)院信息系統(tǒng)的研發(fā)

一、規(guī)劃階段

1、首先對所處的社會的、經濟的、技術的環(huán)境因素

進行廣泛的、有一定深度的調查和研究。對醫(yī)院信息

系統(tǒng)來說，要面臨以下的境況：

(1)醫(yī)院發(fā)展面臨的問題：大量的醫(yī)學數據庫分布在

醫(yī)院的各個角落，如：醫(yī)療信息、門診信息、藥品信

息、收費信息、材料信息和影像信息等等，而且這些

醫(yī)用的數據不斷的增長，而對如此龐大的分布式和多

源性的數據，任何個人和團體都難以通過手工來整理

統(tǒng)計數據信息，從而獲得有用的信息；信息流在中間

傳輸環(huán)節(jié)上脫節(jié)、丟失、錯亂而導致不必要的內部矛

盾；病人結算時常出現(xiàn)排長隊的現(xiàn)象；醫(yī)院科室之間

經常出現(xiàn)重復操作的現(xiàn)象；

(2)醫(yī)院信息系統(tǒng)在發(fā)達國家已經得到了廣泛的應

用，并創(chuàng)造了良好的社會效益和經濟效益。

2、根據以上的調查結果，提出關于醫(yī)院信息系統(tǒng)的

一個綱領性計劃：實現(xiàn)整個醫(yī)院的人、財、物等各種

信息的順暢流通和高度共享，為全院的管理水平現(xiàn)代

化和領導決策的準確化打下堅實的基礎。

二、方案階段

1、對以上的綱領性計劃進行分解、量化和協(xié)調，提出

一個相互協(xié)調、具體的、可量化的目標樹：硬件平臺

系統(tǒng)設計，網絡設計，數據庫系統(tǒng)和系統(tǒng)管理平臺，

網絡管理，工程服務，培訓服務，系統(tǒng)維護與支持

2、進一步根據這些相互協(xié)調的目標，提出多個能實現(xiàn)

這些目標的具體方案。這涉及一系列的具體問題。以

硬件平臺系統(tǒng)設計為例：

(1)服務器，必須保證其速度快、穩(wěn)定、質量可靠;

(2)工作站，以保證網絡的高速度運轉、高可靠性為

標準；

(3)打印機，以打印速度快、耐用、運行成本低，世

界著名的打印機生產商產品完全符合其要求；

(4)配備電源，電源中斷時，如果網絡正在運行，可

能導致數據丟失、設備損壞從而造成無法彌補的損失,

因此，必須保證機器的不間斷運行，但僅能提供一段

很短的時間，并發(fā)出警報；

3、根據所提出的具體方案，進一步提出為實施這個方

案，在技術方面、社會方面、經濟方面、環(huán)境方面可

能出現(xiàn)的、需要通過研究才能解決的問題。例如：

4、對所提出的方案的成本費用和效益進行盡可能詳細

和嚴格的計算，以便讓方案的委托人或雇主估計承受

能力和根據效益進行決策。

三、研制階段

1、提出該系統(tǒng)的詳細的研制方案，

2、提出詳細的實施（生產或施工，包括往后各階段）

計戈U

四、生產階段和運行階段

網絡安裝，遵循EIA/TIA568B布線標準，安裝內容如下:

提供網絡拓撲設計圖，安裝服務器及網絡設配器，安

裝工作站及網絡設配器，安裝SwitchHUB,UTP及所

有接頭，安裝服務器網絡操作系統(tǒng)，安裝工作站應用

軟件完成（）的制造，連接好網絡

五、更新階段：網絡調試，按照標準調試每一個節(jié)點,

保證每一個工作站能正常運行，并進行嚴格的安裝后

測試，減少每一個點的不良隱患，使網絡能穩(wěn)定運行。

第3章系統(tǒng)建模與仿真

0、寫出下面有向圖的鄰接矩陣、并求其可

達矩陣

P2

P3

P5P4

1.什么是系統(tǒng)模型，它與實際系統(tǒng)的區(qū)別

和聯(lián)系如何？

2.什么是數學模型？

3.什么是模擬模型，它包括那些類型？

4.什么是系統(tǒng)建模，建模中通常利用那些

方法或手段？

5.系統(tǒng)模型與實際系統(tǒng)間的關系如何？

6.什么是抽象模型？

7.系統(tǒng)模型的特征有哪些？

8.系統(tǒng)建模的原則如何？

9.什么是系統(tǒng)預測

10.對系統(tǒng)模型的要求有哪些？

11.系統(tǒng)建模的步驟如何？

12.什么是系統(tǒng)的結構模型?

1、系統(tǒng)模型是通過某種工具（如文字、符號、圖表、

實物、數學公式等）對一個系統(tǒng)的本質屬性進行的描

述。它揭示系統(tǒng)的功能和作用，并提供有關系統(tǒng)的知

識。

系統(tǒng)模型是現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象和模仿，是對現(xiàn)實系統(tǒng)本

質屬性的簡化描述，是對客觀事物運動規(guī)律和特征的

一種定量抽象，是對實體系統(tǒng)在研究范圍內更普遍、

集中、深刻地描述。

在構造模型時，要兼顧到它的現(xiàn)實性和易處理性。

1）考慮到現(xiàn)實性,模型必須包括現(xiàn)實系統(tǒng)的主要因素。

2）考慮到易處理性，建模要采取一些理想化的辦法,

即去掉一些外在的影響并對一些過程作合理的簡化。

2、數學模型——是指用數學表達式描述系

統(tǒng)結構和過程的模型，它由常數、變量和函

數關系組成。

3、模擬模型分兩類：一是實體模擬模型，另一是計

算機模擬模型實體模擬模型也稱物理模擬模型，它用

一種原理相似、求解或控制容易的系統(tǒng)描述真實系統(tǒng),

如水中模擬太空失重。計算機模擬模型是運用特定程

序語言、通過計算機操作描述真實系統(tǒng)的模型

4、系統(tǒng)建模是在對現(xiàn)實系統(tǒng)進行抽象的基礎上，把它

們再現(xiàn)為某種實物、圖畫或數學模型，然后基于模型

對系統(tǒng)進行對比、分析、研究，最終導出結論。

系統(tǒng)建模的方法（5種）

1）推理法——“白箱”系統(tǒng)（已知結構和規(guī)律）

2）實驗法——“黑箱”或“灰箱”系統(tǒng)、允許做實驗

的系統(tǒng)

3）統(tǒng)計分析法“黑箱”且不允許直接進行實驗觀察的

系統(tǒng)只能根據輸入-輸出的數據積累，開展統(tǒng)計分析

4）混合法——大多數系統(tǒng)，模型的建立往往要用上述

幾種方法綜合

5）類似法——建造原系統(tǒng)的類似模型，如電路系統(tǒng)。

5、系統(tǒng)模型既反映實際系統(tǒng)的主要特征，是實際系統(tǒng)

的合理抽象和有效模仿，考慮到現(xiàn)實性，模型必須包

括現(xiàn)實系統(tǒng)的主要因素

6、抽象模型（用于系統(tǒng)工程一般問題、包括工程技術

問題的研究）不是被研真實系統(tǒng)、而是其抽象，按采用

的抽象工具又分為圖式模型、模擬模型和數學模型

7、1）是實際系統(tǒng)的合理抽象和有效模仿；

2）由反映系統(tǒng)本質特征的主要組分構成；

3）表明了因素之間的邏輯關系或定量關系。

8、1）現(xiàn)實性原則構造的模型能夠確切地反映客觀現(xiàn)

實系統(tǒng)，也就是說，模型必須包括現(xiàn)實系統(tǒng)中的本質

因素和各部分之間的普遍聯(lián)系。

2）簡化原則在滿足現(xiàn)實性要求的基礎上,在保證必要

的精度的前提下，去掉不影響真實性的非本質因素，

從而使模型簡化，便于求解，減少處理模型的工作量。

3）適應性原則系統(tǒng)應該適應外界環(huán)境的變化,即構造

的模型在具體環(huán)境條件變化時，應該對環(huán)境有一定的

適應能力。

4）借鑒性原則盡量采用標準化的模型和借鑒已有成功

經驗的模型。這樣做，既節(jié)省時間、提高效率，又有

利于保障系統(tǒng)模型的可靠性。

9、系統(tǒng)預測是對事物或現(xiàn)象馬上發(fā)生的或不明確的情

況進行預先估計與推測。

10、對系統(tǒng)模型的要求：現(xiàn)實性、簡明性、標準化

1）現(xiàn)實性——模型在一定程度上能較好地反映系統(tǒng)

的客觀實際，應把系統(tǒng)本質的特征和關系反映進去，

而把非本質的東西去掉，但又不影響反映本質的真

實程度。

2）簡明性——在滿足現(xiàn)實性要求的基礎上，應盡量使

系統(tǒng)模型簡單明了，以節(jié)省建模費用和時間。

3）標準化—在建立某些系統(tǒng)的模型時，如果有標準

化模型可供借鑒，則應盡量采用標準化模型，或對標

準化模型加以修改、使之適合對象系統(tǒng)。

11、系統(tǒng)建模的步驟（7步）

1）明確建模的目的和要求。以便使模型滿足實際需要.

不致產生太大的偏差；

2）對系統(tǒng)進行一般語言描述。系統(tǒng)的語言描述是進一

步確定模型結構的基礎；

3）弄清系統(tǒng)的主要因素及相互關系。使模型準確表示

現(xiàn)實系統(tǒng)；

4）確定模型的結構。這一步決定了模型定量方面的內

容；

5）估計模型中的參數。用數量來表示系統(tǒng)中的因果關

系；

6）實驗研究。對模型進行實驗研究;

7）必要修改。根據實驗結果,對模型做必要的修改。

12、結構模型是表示系統(tǒng)各要素之間相互關系的宏觀

模型。一種最方便的辦法是用有向圖表示這種關系、

實現(xiàn)結構模型的描述。

第0題

3.3典型的系統(tǒng)模型及其構建方法

⑴描述結構模型的鄰懶陣和可達矩陣

對郁個要趟系統(tǒng)（%其鄰接蛹的定義如下:

P2,...P＞A