系统工程导论课后习题答案

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2024年1月22日发(作者：)

什么是孤立系统、封闭系统和开放系统试分别举例说明 。

答：a.如果系统与其环境之间既没有物质的交换，也没有能量的交换，就称其为孤立系统。在孤立系统中，系统与环境之间是相互隔绝的，系统内部的能量和物质不能传至系统外，系统环境的能量也不能传至系统内，显然，客观世界是不存在这种孤立系统的；b.如果系统与其环境可以交换能量但不可以交换物质，称其为封闭系统。例如一个密闭的容器，可以与外界交换能量，但不能交换物质，可看作为封闭系统；c.如果系统与环境之间既有换，又有物质交换，就称其为开放系统。小至细胞、分子、大至生物、城市、国家等任何系统每时每刻都与环境进行着物质、能量及信息的交换，都是开放系统。

什么是系统自组织现象试描述一个具体的系统自组织现象。

答：系统中的元素在环境作用下，不依靠外力，发展形成有序结构的过程，称为系统自组织。

19世纪末化学家利色根发现，将碘化钾溶液加入到含有硝酸银的胶体介质中，在一定的条件下，所形成的碘化银沉淀物会构成一圈圈有规律间隔的环状分布，这种有序的环称为利色根环。如激光的产生就是一个典型的自组织过程。

中国科学家对系统科学与技术有过哪些贡献

答：中国科学院于1956年在力学研究所成立“运用组”，即后来“运筹组”的前身。到1980年成立“系统科学研究所”，1980年成立“中国系统工程学会”，这些都标志着我国对系统工程研究发展的重视。1986年钱学森发表“为什么创立和研究系统学”，又把我国系统工程研究提高到系统工程基础理论，从系统科学体系的高度进行研究。我国学者钱学森于1989年提出“综合集成法”，是对系统工程方法论研究方面作出的新贡献。

如何全面正确理解系统的整体性和“1+1>2”表达式

答：系统的首要特征就是其整体性，系统不是各孤立部分属性的简单叠加，它还具有各孤立部分所没有的新的性质和行为。系统的整体性质有时通俗地表达为“1+1>2”，但实际情况是复杂的，也有可能等于2或小于2，这取决于系统的结构、各部分的属性及系统内协同作用的强弱。这主要是从系统的交通角度来理解的。

耗散结构理论、协同学和混沌理论的主要观点是什么有什么共同点与不同点

答：a.散结构理论认为一个系统总是朝着均匀和无序的平衡态发展，系统的熵不断增大，直至达到平衡态，此时系统的熵最大，但对于一个开放系统，系统的熵却可能增长、维持或减小。b.协同学研究系统的各个部分如何进行协作，并通过协作导致系统出现空间上、时间上或功能上的有序结构。c.混沌是由确定性的发展过程中产生出来的一种随机运动。它不是简单的无序状态，在“杂乱无章”运动中又包含普适常数，包含自相似性。

共同点：三者讲的都是一个系统如何自发地形成有序结构的。不同点：混沌理论是从随机表象角度来讲的，耗散结构是从熵的角度来讲的，协同学是从各个部分如何进行协作。

详细说明动态规划的中心思想。

动态规划是研究多段决策而提出来的一种数学方法，它的中心思想是所谓的“最优性原理”，这个原理归结为用一个基本地推关系式，从整个过程的终点出发，由后向前，使过程连续地转移，一步一步地推到始点，找到最优解。动态规划算法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中，可能会有许多可行解。每一个解都对应于一个值，我们希望找到具有最优值的解。动态规划算法与分治法类似，其基本思想也是将待求解问题分解成若干个子问题，先求解子问题，然后从这些子问题的解得到原问题的解。与分治法不同的是，适合于用动态规划求解的问题，经分解得到子问题往往不是互相独立的。若用分治法来解这类问题，则分解得到的子问题数目太多，有些子问题被重复计算了很多次。如果我们能够保存已解决的子问题的答案，而在需要时再找出已求得的答案，这样就可以避免大量的重复计算，节省时间。我们可以用一个表来记录所有已解的子问题的答案。不管该子问题以后是否被用到，只要它被计算过，就将其结果填入表中。这就是动态规划法的基本思路。具体的动态规划算

法多种多样，但它们具有相同的填表格式。

传统的优化算法和现代优化算法包括哪些内容，两者之间的最大区别是什么

答：传统的优化算法必须定义被优化系统的性能指标和约束条件；必须选择代表优化因素的独立变量；写出表示各种变量之间关系的数学模型。而现代优化算法是要解决优化问题中的难解问题，或者说是系统模型过于复杂无法用明确的解析方程来描述的问题。它是一种多学科综合性的解决问题方法。两者最大的区别是现代优化算法不再强调一定要求得最优解。

对感兴趣的组合优化问题，比较遗传算法与其它优化算法的计算结果。P95

遗传算法的主要步骤是什么在应用遗传算法解决实际优化问题时应该注意的问题有哪些

答：处理步骤：首先是对优化问题的解进行编码，编码的目的主要用于优化剖解的表现形式和利于之后遗传算法中的计算。第二是适应函数的构造和应用。适应函数基本上依据优化问题的目标函数而定。第三是染色体的结合。双亲的遗传基因结合是通过编码之间的交配达到下一代的产生。新一代的产生是一个生死过程，它产生了一个新解。最后是变异，新解产生过程 中可能发生基因变异，变异使某些解的编码发生变化，使解有更大的遍历性。

应该注意的问题有：a.解的编码和解码。b.初始群体的选取和计算中群体的大小，群体的维数越大，其代表性越广泛，最终进化到最优解的可能性越大。但维数大的群体势必造成计算时间的增加，在一些应用中，群体的可以采用同遗传代数有关的变量，以使算法更有效。C.适应函数的确定。D.三个算子，种群选取、交配和变异。

系统分解/协调的原则是什么

答：无论是对约束条件进行分解协调还是对目标函数进行分解协调，其原则是将大系统细化而使系统更容易求得最优解，下级对上级进行分解，上级对下级进行协调。

什么是决策科学你知道哪些决策科学的代表性人物和代表性着作

答：a.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。决策科学是作为关于思维、关于行动、关于人们切身利益的科学。B.如我国古代的《资治通鉴》、《孙子兵法》等着作，如谋士张良，诸葛亮等。

决策科学在人类历史发展过程中是如何发挥作用的举例说明。

答：20世纪中叶，着名的“曼哈顿计划”、“阿波罗飞船计划”等重大系统工程行动极大地促进了管理决策科学的发展。相继形成了运筹学、控制论、信息论、系统工程、系统论等学科。20世纪后半叶，信息技术迅猛发展，人类社会进入了有史以来最为迅速的发展时期，以信息技术带动的新技术革命已惠及全球，它给人类社会带来的影响是广泛、深入、不可逆转和尚难充分预料的。

你认为决策科学与技术发展的大趋势将会给人类社会带来哪些重大影响

答：P107

个人与集体在决策时应该如何应用决策模型，如何避免或减少失误

答：a.决策者非唯一，所以重大问题的决策应大力推行科学化的民主程序决策，以避免重大失误；b.决策方法非唯一，由于决策信息不完全，决策环境不确定，而每一种决策方法都不是万能的，因此有必要在决策中采用多种理论和方法；c.决策结局非唯一，对于决策信息不完全程度较高、决策环境不确定性较大、方案实施时间很长的情况，最好引入竞争机制，多种决策方案同时在不同的范围供实施，在实施的实践中，进一步检验各种实施方案。

什么是非结构化决策问题如何对这类问题进行研究和决策

答：凡是难以在决策前对决策环境和求解规划准确识别的问题，只能凭决策者的经验、直觉做出应变的决策，一般是无章可循的非程序决策，称为非结构化决策问题。通过采用决策支持系统对这类问题进行研究和决策。

如果有北京、南京、武汉、上海、广州等五个城市可供某投资项目进行地点选择，试设想一个具体的投资计划并用层次分析法进行决策分析。

P119

什么叫系统模型有哪些类型如何进行系统分析

答：a.系统模型是一个系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式（例如文字、符号、图表、实物、数学公式等）关于该系统的知识。B.一般将系统分为物理模型、文字模型和数学模型三大类。C.系统分析的步骤：1、系统目的分析和确定，分析和确定对象系统的目的和目标，分析和定义系统需要的功能，进而以这些数据作出模型，进行仿真。2、模型化，模型化的作用是为对象所需的各种模型。3、系统最优化，它的作用在于运用最优化的理论和方法，对若干替换模型进行最优化，求出若干个替换解。4、系统评价，根据替换解，考虑前提条件、假设条件和约束条件，在经验和知识的基础上决定满意解，从而为选择系统设计方案提供足够信息。

什么叫网络技术PERT和GERT各具有什么特点

答:a.网络技术是从图与网络基础上发展出的现代科学管理中的一种方法，网络计划是运用网络的基本概念，对工程总体计划和调度进行统筹安排。只能评审具体模型，模型中无回路，只能有一个终端。GERT能评审概率模型，有回路，结果不唯一

用成本计划管理的（PERT）法来分析与调整工厂的工程时间和费用。P173

法较之PERT法在哪些方面有改进

答：GERT它克服了PERT网络中的局限性，扩大了适应范围，而且计算结果具有较强的预测性。

提高系统可靠性的意义是什么你在工作与生活中遇到过哪些系统可靠性问题

答：系统可靠性是评价系统的一个重要性能指标，系统可靠性分析分析是系统工程的一个重要组成部分。提高系统的可靠性，可以更好地发挥系统效能，避免社会、经济和技术风险，获得尽可能大的社会经济效益。例子，大家自己想啊，自己想的两个供参考啊，小时候家里请匠人做椅子、桌子，做得肯定得结实，选取木料、结构设计都是结实也就是可靠性的保证。现在自己做的电子项目，像pcb板注意布线不相互干扰、各个小系统集合注意相互影响。

系统可靠性的研究有哪些内容

答：系统的可靠性分析包括以下几个方面的内容：a.可靠性分析，合理分配系统各组成部分的可靠性指标，使系统在总体上交通优，费用省。B.可靠性计算及预测，以利各个不同设计方案之间的比较。C.失效规律，任何元件及系统都可能能在运行一段时间后出现故障，失去原来的交通。D.系统的修复。

度量系统的可靠性有哪些指标

1可靠度：系统到时刻t时无故障的概率。2失效密度3产品的寿命：（1）平均寿命，标志产品平均能正常工作多长时间的可靠性指标之一。（2）失效前平均时间MTTF（3）平均无故障时间MTBF（4）可靠寿命4失效率：对于已经正常工作到t时刻没有发生失误或故障的系统，在接下来的单位时间内发生故障或失效的概率。

试考察人的身体中有哪些结构是为了提高人类生命的可靠性的

答：由多种组织构成的能行使一定功能的结构单位叫做器官。维生器官是人体内维持生命的器宫。如果身体内的维生器官不能完全运行正常的话，一个人便可以很快死亡。

主要的维生器官有：

脑部，负责控制和协调呼吸、心跳、荷尔蒙生产、感觉接收、肌肉运动等

心脏，将含有充分氧气及养分的血液送至全身，供应各组织器官

肺部，负责呼吸及使血液带氧

肝脏，将血液内的废物移除带到膀胱之内

人体共有八大系统：运动系统、神经系统、内分泌系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统。这些系统协调配合，使人体内各种复杂的生命活动能够正常进行。八

大系统的作用：

一、运动系统：运动系统由骨、软骨、关节和骨骼肌等构成。起支架、保护和运动的作用。

二、神经系统：神经系统由神经元组成，是由中枢神经系统和遍布全身的周围神经系统而组成。在体内起主导作用；一方面它控制和调节个器官、系统的活动；另一方面通过神经系统的分析与综合，使人体对环境变化的刺激作出相应的反应，达到人体环境的统一。

三、内分泌系统：内分泌系统由多种腺体组成。通过分泌不同的激素（雄性、雌性激素、胰岛素、肾上腺素）对整个人体的生长、发育、新陈代谢和生殖起到调节作用。

四、循环系统：循环系统由心脏、血管和淋巴管组成。它将消化系统的吸收的营养物质和肺吸收的氧送到全身器官的组织和细胞，同时将他们的代谢产物及CO2运送到肾、肺、皮肤排出体外。以保证人体的新陈代谢不断。

五、呼吸系统：由呼吸道和肺组成。吸入新鲜空气，通过肺泡内的气体交换，使血液得到氧并排除Co2。

六、消化系统：有口腔、咽、食管、小肠、大肠等组成。是食物的消化和吸收的功能。供人体所需要的书屋和能量。

七、泌尿系统：由肾脏、输尿管、膀胱、尿道等组成。排出体内多余的水分及代谢产物或毒素。

八、生殖系统：产生生殖细胞，繁殖后代。

列举几个具有不同类型可靠性模型的实际系统，并分别建立其可靠性模型。

答：P186 串联可靠性模型，并联可靠性模型的事例等等

什么是系统的冷储备和热储备他们各有何优缺点P189

答：在冷储备系统的n个子系统中，有一有是正常工作子系统，另外n-1个子系统作冷储备用，当工作子系统失效时，储备的子系统中的一个就替代工作子系统的工作，直到所有的子系统都失效，系统才失效；在热储备系统中，储备子系统失效率不为零。

试对某个建筑物进行火灾的事故树分析。

P191（图9-17）事故树的确立

从建筑物火灾事故机理来看，火灾发生与逃生失败是建筑物火灾引起人员伤亡的主要影响因素，而逃生失败与火灾发生又是由多个因素综合影响制约的结果。根据前面的基本原理，可以作出建筑物火灾引起人员伤亡事故树图，如下图所示，并对其进行定性与定量分析。

建筑物火灾引起人员伤亡事故树

由事故树可知，造成促使该事件发生的初始原因有12个，分别用x0，x1，x2，…x11来表示，这些原因即为事故隐患。在众多情况下，并不是每个初始原因都同时发生。只有当某些初始条件发生时，就可以使顶上事件发生，这些集合称为割集，即导致顶上事件发生的集合。如果割集内所包含的初始原因对顶上事件的发生充分必要，或者说引起顶上事件发生的最起码的基本事件的集合，则称为最小割集。应用布尔代数简化，就可以得出最小割集。根据布尔代数简化，得到共有45组割集，整理结果列于下表中。不难看出，这45组都是最小割集。

同样，也可求出该事故树的4个最小径集，也列于下表。

建筑物火灾性与定量分析计算结果表

最

小

割

集

K1={x2， x9， x6， x0} K16={x3， x10， x7， x0} K31={x3 ， x10， x6， x0}

K2={x2， x10， x6， x0} K17={x4 ， x10， x7， x0} K32={x4 ， x10， x6， x0}

K3={x2， x11， x6， x0} K18={x5 ， x10， x7， x0} K33={x5 ， x10， x6， x0}

K4={x2， x9， x7， x0} K19={x3， x10， x8， x0} K34={x3 ， x11， x6， x0}

K5={x2， x9， x8， x0} K20={x4， x10， x8， x0} K35={x4 ， x11， x6， x0}

K6={x1， x10， x6， x0} K21={x5 ， x10， x8， x0} K36={x5 ， x11， x6， x0}

K7={x2， x10， x7， x0} K22={x1 ， x11， x7， x0} K37={x3 ， x9， x7， x0}

K8={x2， x10， x8， x0} K23={x1 ， x11， x8， x0} K38={x4 ， x9， x7， x0}

K9={x1， x11， x6， x0} K24={x3 ， x11， x7， x0} K39={x5 ， x9， x7， x0}

K10={x2， x11， x7， x0} K25={x4 ， x11， x7， x0} K40={ x3 ， x9， x8， x0}

K11={x2， x11， x8， x0} K26={x5 ， x11， x7， x0} K41={ x4 ， x9， x8， x0}

K12={x1， x9， x7， x0} K27={x3 ， x11， x8， x0} K42={x5 ， x9， x8， x0}

K13={x1， x9， x8， x0} K28={x4 ， x11， x8， x0} K43={x3 ， x9， x6， x0}

K14={x1， x10， x7， x0} K29={x5 ， x11， x8， x0} K44={x4 ， x9， x6， x0}

K15={x1， x10， x8， x0} K30={x1 ， x9， x6， x0} K45={x5 ， x9， x6， x0}

最小径集 P1={x0}； P2={x6， x7， x8}； P3={x9， x10， x11}； P4={x1， x2， x3， x4，

x5}

基本事件结构重要度 Iф（ 0）> Iф（ 6）= Iф（ 7）= Iф（ 8）= Iф（ 9）= Iф（ 10）>Iф（ 1）= Iф（ 2））= Iф（ 3）= Iф（ 4）= Iф（ 5）

顶上事件发生概率 q=

实例结果分析

（1）由事故树可知，或门个数多而门个数少。根据或门定义，只要有任意一个基本事件发生就有输出，而与门表示只有全部基本事件发生时才有输出。所以，从与门和或门的数量比例来看，可知该系统的危险性是比较大的。

（2）任一割集就是造成系统分流短路的分支集合。事故树中有几个最小割集，顶上事件发生就有几种可能；最小割集越多，系统就越危险，最小割集反映了系统的危险性。最小割集中基本事件数越多，事故就越难发生；反之，基本事件数越少，事故发生就较容易。从分析计算可以看出，由于该实例的最小割集有45组，表明导致事故发生共有45种途径。可以看出，大多数基本事件只是省略事件，如消防不力、动用明火、热量积蓄这些事件又包括许多基本事件，所以实际上造成该事件的可能性很大，事故树分析上，最小割集有如下两种用途：

第一，在进行建筑物火灾人员伤亡事故分析时，人们可以从k1开始，依据k1提示的{x2，x9，x6，x0}四个基本事件逐一检查、核实和分析，就可以确定事故是不是由k1所造成的，这样就可以检查出基本原因。

第二，可以利用最小割集来制定预防事故发生的措施。由最小割集定义可知，当每一割集中的全部基本事件同时发生时，则顶上事件就发生。因此，人们若对第ki个割集中的基本事件发生条件破坏一下，则该割集失去了造成事故的危险。

（3）从最小径集来看，它是使顶上事件不发生的各基本事件不发生的基本组合。在同一事故树中，不包含其他径集的径集称为最小径集，如果径集中任意去掉一个基本事件后就不再是径集，那么该径集就是最小径集，所以，最小径集是保证顶事件不发生的充分必要条件。在事故树中，如果最小割集比较多而最小径集比较少，则用最上径集来分析更方便。如“建筑物火灾引起人员伤亡事故树中，其中最小割集45个，最小径集4个，因而用最小径集来分析则比较方便。P1={ x0/sub>}表明x0/sub>不发生，顶上事件就不发生，分析P1不发生时，其他不管。也就是说，若在火灾发生前期将人有效地疏散出去，即人已不在现场，即使火灾发生，也可以避免人员伤亡。

（4）结构重要度分析，是从事故树结构上分析各基本事件的重要程度。即在不考虑各基本事件的发生概率的情况下，分析各基本事件对顶上事件发生所产生的影响程度。基本事件结构重要度越大，它对顶上事件的影响就越大，反之亦然。从上表结构重要度一栏中，可以看到不同的基本事件在系统中结构重要度是不同的。如x0/sub>基本事件的结构重要度最

大，说明在事故树结构上对顶上事件的发生起重要作用，结构重要度也是制定预防措施的一个依据。

（5）制定预防措施的判定原则。通过对上图事故树的定性分析可知，建筑物火灾引起人员伤亡最小割集最多45个，最小径集4个，即导致建筑物火灾引起人员伤亡的可能性有45种，可见建筑物火灾造成人员伤亡是很容易发生的。但只要能采取4个径集中的任何一个，事故就可以避免。

（6）从最小割集考虑，在基本事件发生概率未知的情况下，制定有效的预防措施和参考概率重要度的大小，同时可参考结构重要度，但以概率重要度为主。在事故树分析中，如果基本事件发生的概率已知，则分析过程应在定性分析的基础上升到定量分析。

4结论

通过以上分析，可以看到事故树分析具有以下功能及特点：

（1）最小割集既表示了系统的危险性，也表示了顶事件发生的原因组合，它为降低系统的危险性提供了控制方向和预防措施，也可以利用其判定事故树中基本事件的结构重要度和方便地计算顶事件发生的概率；最小径集在事故树分析中表示了系统的安全性，是选取确保系统安全的最佳方案，同时利用最小径集同样可以判定事故树中基本事件的结构重要度和计算顶事件发生的概率。

（2）事故树分析方法应用于建筑物火灾引起人员伤亡事故的分析中，既能对导致建筑物火灾引起人员伤害事故的各种因素及逻辑关系做出全面的阐述，又可以对事故的发生进行全面系统的分析，为避免建筑物火灾引起人员伤亡提供切实可行的参考依据，与此同时，通过事故树分析和编制，使人们能全面了解事故树的要点，不仅可以开阔安全管理人员的思路，也是安全教育的最好手段。

（3）利用上面分析，不仅可以对建筑物火灾事故，而且可以对交通、矿井等其他灾害事故进行分析，从而制定具体的预防措施，供现场参考使用。

为加强安全，将某重要岗位由一人负责调整为两人共同负责，问此时可靠性是否一定能得到提高请举例加以说明。

答：不一定；

MRP和ERP在实现过程中应该注意什么问题，两者的应用对象有何区别

答：MRP系统的注意事项：a.必须使生产与营销紧密地结合起来，这是确保MRP有效的基本条件；b.正确及时的库存状况信息是保持MRP系统有效的重要条件；c.材料清单，生产流程，工序能力，交纳周期等基本数据必须准确完备，并根据需求及时更新；d.必须与其他部门紧密联系，才能保证MRP目标的实现；e.要以和产控制和库存控制为重点。

ERP在对整个供应链的管理过程中更加强调对资金流和信息流的控制，同时通过企业员工的工作和业务流程，促进资金、材料的流动和价值的增殖，并决定了各种流的流量和流速。

MRP是一种工业制造企业的物资计划管理模式。根据产品结构各层次物品的从属和数量关系，以每个物品为计划对象，以完工日期为时间基准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后次序。

ERP系统的管理对象便是上述各种资源及生产要素，通过ERP的使用，使企业的生产过程能及时、高质地完成客户的订单，最大程度地发挥这些资源的作用，并根据客户订单及生产状况做出调整资源的决策。

复杂系统在分解为不同的子系统进行研究时，如何划分子系统子系统之间的关系如何把握如何确定主导子系统和其在整个系统中的作用

答：划分子系统的目的就是将复杂的难以研究的大系统划分为若干个简单的容易的子系统，所以划分子系统可以按各个功能块来划分，也可以按系统的概念来划分；而子系统之间的关系要根据系统的需要确定相对关系，可以是相互关联的也可以是相互独立的；根据子系统的

重要性和其必不可少的地位来确定主导子系统，其在整个系统中的作用是中心单元，是必不可少的。

复杂系统的评估准则如何确定如何根据复杂评估准则确定最优方案

答：单一目标评估可以将各种效益都转化为用货币衡量的经济价值来衡量，而多目标主要是通过某种方式转化为一个目标以便比较；利用现有的数据资料，应用通常的预测技术，得到各个项目上述指标的数值，用专家意见法识别每项有关的权重系数，将所有的指标加权求和，得出对每个项目的效果指数，并对其进行排序，可得到最优方案。

在区域规划中所遵循的研究步骤包括哪些，各部分的产要内容是什么

答：包括a.区域特点、性质及功能分析，其内容是分析所处理区域特征、地位、性质和功能，规定系统边界、确定系统范围；b.区域发展和目标分析，其内容是为分析区域的发展前景和状况；c.建立区域发展综合模型，其内容是对以上所作的工作所得到的数据进行分析和建立数学模型；d.区域发展和政策分析，其内容是分析所处理区域的各种相关的发展信息；d.区域规划实施及跟踪研究，其内容是对项目进行落实和监测。

95-99,107,119-123,173-176，186-192

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