重慶大學 - 話題

2010年研究生入學考試

«系統工程導論»科目復習綱要

復習參考教材（本科生教材）：
《系統工程導論》，MC Hill出版社，第7版
《運籌學》，清華大學出版社，第2版
《系統工程》，西安交通大學，汪應洛主編，機械工業出版社，第3版

一、系統工程基礎理論
1.
什么是系統？系統的特性有那些？
答：系統是由相互制約、相互作用的一些組成部分組成的具有某種功能的有機整體。系統的特點有：整體性、集合性、層次性、相關性、目的性、環境適應性。
2.
什么是系統工程？系統工程的特點是什么？系統工程方法的特征是什么？系統工程的理論基礎有哪些？什么是系統工程方法論
答：系統工程是從整體出發合理開發、設計、實施和運用系統技術從而達到全局最優的一門工程技術，它是系統科學中直接改造世界的工程技術。
系統工程具有三個基本特點：整體性、綜合性、最優性。
系統工程方法的特征：先總體后詳細的設計程序、綜合即創造的思想、系統工程的“軟科學”性。
系統工程的理論基礎：系統論、信息論、控制論以及運籌學等。
控制論的發展經歷了：經典控制論、現代控制論、大系統控制論
三個時期。
控制論最重要的觀點是：反饋和信息。
系統工程方法論是分析和解決系統開發、運作及管理實踐中的問題所應遵循的工作程序、邏輯步驟和基本方法，是系統工程考慮和處理問題的一般方法和總體框架。
3.
作為系統工程重要基礎的信息論可分為哪三種不同的類型？
答：狹義信息論、一般信息論、廣義信息論。
4.
霍爾系統工程方法論和切克蘭德系統工程方法論的核心是什么？其方法和步驟各有什么特點?二者有何區別和聯系？霍爾三維體系結構的具體內容？霍爾三維集中體現了系統工程方法的哪些特點？

霍爾系統工程方法論的核心是“最優化”，切克蘭德系統工程方法論的核心是“比較”和“學習”。
霍爾系統工程方法論的步驟為：弄清問題 → 目標選擇 → 方案設計 → 建立數學模型 → 最優化 → 決策 → 實施。
切克蘭德系統工程方法論的步驟為：問題現狀說明 → 弄清關聯因素 → 概念模型 → 改善概念模型 → 比較 → 實施。
霍爾的三維體系結構指的是知識維、時間維和邏輯維。
霍爾三維結構集中體現了系統工程方法的系統化綜合化最優化、程序化、標準化等特點。
5.
什么是系統的生命周期？系統生命周期的階段是怎樣劃分的？
答：從提出或建立一個系統到該系統停止運行或為其他系統代替的這段時間，稱為系統的生命周期。系統的生命周期劃分為三個階段：發展期、實現期、運行期。
6.
什么是系統分析？系統分析的意義是什么？系統分析的特點是什么?
答：系統分析是一種運用建模及預測、優化、仿真、評價等技術對系統各個方面進行定量和定性相結合的分析為達到費用和效益最佳的輔助決策的方法和過程。
系統分析的意義：（1）系統在結構上十分復雜，系統分析有助于全面了解系統從而更好的維護和運行系統。（2）系統分析為系統運行目的決策提供各種分析數據，使決策更為準確。
系統分析的特點是：（1）以系統觀點為指導思想（2）以整體效益為目標（3）以特定問題為研究對象（4）運用定量和定性的分析方法（5）價值判斷原則
7.
系統分析有哪些要素? 系統分析的步驟是什么? 系統分析的原則有哪些？
答：系統分析的要素：問題、目的及目標、方案、模型、評價、決策。
系統分析的步驟：
http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif
系統分析的原則：堅持問題導向、以整體為目標、方案綜合選優、定量和定性分析結合、過程反復辨優。
8.
決策分析的定義？管理決策分析的定義？決策分析類型主要有哪幾種?不確定型決策分析一般采用哪幾種方法求解?各種決策分析方法的原理和特點是什么？
答：決策分析是在系統規劃、設計和制造等階段為解決當前或未來可能發生的問題，在若干可選方案中選擇和決策最佳方案的一種分析過程。
管理決策分析就是為幫助決策者在多變的環境條件下進行正確決策而提供的一套推理方法、邏輯步驟和具體技術，以及利用這些技術和方法選擇滿意的行動方案的過程。
決策分析的類型主要有：確定型決策分析、不確定型決策分析、風險型決策分析、對抗型決策和多目標決策。
不確定型決策分析的解決方法有：樂觀法、悲觀法、后悔值法、等概率法。
9．評價問題的要素由哪些組成？評價的步驟是什么？評價的方法有哪些？各種評價方法的原理是什么？結合實際情況對評價的過程進行敘述？
答：由評價對象（What）。評價主體（WhO）、評價目的（Why）、評價時期（When）、評價地點（Where）及評價方法（HOW）等要素（5W1H））構成的問題復合體。方法包括關聯矩陣法、層次分析法、模糊綜合評判法
http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.gif
10．工程網絡圖及網絡技術的定義？網絡技術主要解決哪些方面的問題？
答：網絡圖是由具有始點和終點的有向曲線或線段所組成的圖形。網絡技術是一種新方法，是借助網絡圖表示一項工程中多項工作及計算相關參數，從而對工作進行統籌安排的一種方法。網絡技術主要解決工程時間進度等方面的問題。
11．動態規劃的核心思想是什么？動態規劃的原理是什么？
答：動態規劃的核心思想是把某項決策過程在時間上（有時推廣到空間上等資源）分成幾個相互聯系的階段，依次（順序或逆序）在每個階段上進行決策，即采用多階段序貫決策的方法，從而找出一個整體最優方案。
12．企業經營戰略的基本概念？構成企業經營戰略的基本要素是什么？
答：企業經營戰略是指為了實現企業長期的、全局的經營目標，有效組織利用企業的內部的各種資源與能力，使之適應外部環境、指導整個企業經營活動的總謀略和總方針。構成企業經營戰略的基本要素是（1）產品結構和市場規模（2）業務活動范圍（3）企業經營資源
13．企業經營戰略思維方式是什么？聯系實際舉例說明。
答：企業經營戰略思維方式包括直覺思維方式（右半腦）、分析思維方式（左半腦）、混合思維方式。

二、分析計算例子
1、
決策分析例子案例
例1、某生產電子產品工廠決定將其產品加以改造，設計了兩種改造方案。一是以晶體管為結構，一是以集成電路為結構。根據經驗，晶體管成功的可能性為0.8，集成電路成功的可能性為0.6�？紤]到改進產品結構成功后，產品的質量和生產率均可提高，因此又制定了兩種生產方案：一是產量不變；一是產量增加。若技改失敗則產量保持不變。工廠決定產品生產五年，產品在今后五年內跌價的概率為0.1，保持原價的概率為0.5，漲價的概率為0.4。分析如何安排生產獲利最大。

表中益損值：單位為 萬元。

狀態    方案		跌價	原價	漲價
		0.1	0.5	0.4
失�。ㄔ�結構生產）		-100	0	125
晶體管    成功0.8	產量不變	-250	80	200
	產量增加	-400	100	300
集成電路成功0.6	產量不變	-250	0	250
	產量增加	-350	-250	650

（1）畫出決策樹。（2）計算各點的益損期望值。（3）選擇最優方案。
解答如下：
第一步：畫出決策樹。
第二步：計算各點的益損期望值，并標示在圖上。
第三步：確定方案：由于節點E(11)大于節點E(12)的益損期望值，因此最優決策方案為買專利，并且節點E(1122)大于E(1121)益損期望值，所以選擇增加產量方案
  

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

  

例2、某公司準備生產一種新產品，它的期望市場壽命為10年，需要做出決策究竟是建造一個大車間，還是建造一個小車間。如果選擇建造小車間，那么還要決策兩年后是否擴建。

現有情況分析如下：

A．根據市場部門估計：

(1)
該產品在前2年市場需求量高，后8年需求量持續高的可能性為60%；

(2)
該產品在前2年市場需求量高，后8年需求量低的可能性為10%；

(3)
該產品在前2年市場需求量低，后8年需求量持續低的可能性為30%；

(4)
該產品在前2年市場需求量低，后8年需求量高的可能性為0%。

B．根據財務部門估計各種情況下的損益值為：

(1)
造大車間而需求高（在10年中），每年獲利100萬元。

(2)
造大車間而需求低（在10年中），由于固定費用高、開工不足，每年只能獲利10萬元。

(3)
造小車間而需求低（在10年中），每年可獲利40萬元。

(4)
造小車間，若前兩年需求高，每年會獲利45萬元；

(5)
造小車間，在前兩年需求高的情況下，若不擴建而后8年需求一直很高，由于競爭性產品進入市場，小車間每年收益就會跌到25萬元；

(6)
造小車間，小車間在前兩年需求高的情況下，過2年后擴建而遇到高需求，后8年每年能獲利70萬元；小車間在前兩年需求高的情況下，過2年后擴建而遇到低需求，后8年每年能獲利只有5萬元。

C．根據建筑公司的估計：

大車間從建造到投產要投資300萬元， 造小車間要130萬元，如果在2年后擴建又要220萬元。

請就上述問題，用決策樹方法做出獲得最大利潤的決策方案。

解答：

  

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

  
畫出決策樹如下：

各點的數學期望值計算如下：

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，選擇建大車間方案。

例3、某企業準備生產一種新產品。估計該產品的銷售量有較高、一般、較低、很低四種情況，而對每種狀態出現的概率則無法預測。為生產該產品，企業有三種實施方案：新建一個車間進行生產；改造一個現有車間進行生產；部分零件在現有車間生產，部分零件外購。該新產品企業準備生產10年，10年內在不同狀態下的損益值（扣除投資費用）如下表所示。請分別用樂觀法、悲觀法和后悔值法來決策實施方案。

http://file:///C:/Users/%E7%8E%8B%E9%9C%9E/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.gif單位：萬元

j	較高	一般	較低	很低
建立新車間A1	850	420	-150	-400
改造現有車間A2	600	400	-100	-350
部分生產、    部分外購A3	400	250	90	-50

解：
（1）樂觀法

每個方案在不同狀態下的最大收益分別為：
     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       對應實施方案為A1 ，即建新車間。


（2）悲觀法

每個方案在不同狀態下的最小收益分別為：
     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

對應實施方案為A3 ，即部分自己生產，部分外購。


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單位：萬元

j	較高	一般	較低	很低
建立新車間	850*	420*	-150	-400
改造現有車間	600	400	-100	-350
部分生產、    部分外購	400	250	90*	-50*

首先，找出對應各種自然狀態下所有方案的最大損益值（表中*號者），如上所示；

其次，求出各方案在各種狀態下的后悔值，如下表所示，并將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單位：萬元

j	較高	一般	較低	很低	最大后悔值
建立新車間	0	0	240	350	350
改造現有車間	250	20	190	300	300
部分生產、    部分外購	450	170	0	0	450

最后，找出最小后悔值300，對應方案A2，即改造現有車間生產。

2、網絡技術規劃案例

例1、 某高科技股份制企業擬進行一項新產品的開發，根據工作任務分解方法，具體工作內容及作業時間安排如下：

序號	工作內容	代號	緊后工序	作業時間（天）
1	市場調查	A	D	6
2	項目研究	B	E	12
3	資金籌備	C	I、J、K	13
4	需求分析	D	F	3
5	產品設計	E	H、I	6
6	產品計劃	F	G	4
7	市場計劃	G	H、I	2
8	設備計劃	H	J、K	5
9	物資準備	I	N	12
10	設備準備	J	L	10
11	人員計劃	K	M	9
12	設備規劃	L	N	8
13	人員安排	M	N	4
14	生產制造	N	結束	11

要求：畫出該工程作業的網絡圖 ‚計算工程時間 ƒ計算作業時差 „找出關鍵路線

解答要點：

網絡圖如下：

工程時間：52天

關鍵路線工序：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、已知建設一個汽車庫及引道的作業明細如下表所示（單位：天），要求：

(1)
畫出網絡圖   (2) 計算工程時間  (3) 計算作業時差  (4) 找出關鍵路線

工序代號	工序名稱	工序時間	緊前工序
A	清理場地，準備施工	10	-
B	備 料	8	-
C	車庫地面施工	6	A,B
D	預制墻及房頂的桁架	16	B
E	車庫混凝土地面保養	24	C
F	立 墻 架	4	D,E
G	立房頂桁架	4	F
H	裝窗及邊墻	10	F
I	裝 門	4	F
J	裝天花板	12	G
K	油 漆	16	H,I,J
L	引道混凝土施工	8	C
M	引道混凝土保養	24	L
N	清理場地，交工驗收	4	K,M

解答要點：
網絡圖如下圖所示。
關鍵路線為A-C-E-F-G-J-K-N；最短工程時間為80天。

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

3、動態規劃例子

例1、某一小城鎮擬進行城市信息網絡建設，需要從A地到G地鋪設一條多模數據光纖。下圖是從A地到G地的街道模型圖，由于光纖價格較貴，請用動態規劃方法幫助該市規劃最短的鋪設路線，按照最短的鋪設路線，需要光纖多少公里？

  

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

  
注：圖中線段上方的數字為兩節點間的里程（單位：公里）

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

按照圖示（加粗）路線鋪設最節省，需光纖18公里。

例2 某公司有三個工廠，為了增強競爭能力，需對每個工廠進行擴建。公司用于擴建的總投資金額為5000萬元。對每個工廠的投資金額不同所產生的效益也有所不同，對每個工廠的投資方案及擴建后預期可獲得的利潤如下表所示。請用動態規劃方法確定對各工廠分別投資多少才能使公司的總利潤達到最大。

投資金額    （萬元）	投資效益
	工廠1	工廠2	工廠3
0	0	0	0
1000	1500	－	1300
2000	2600	2800	2500
3000	3500	3900	－
4000	－	4200	－

注：“－”表示公司不考慮該投資方案及其收益。

解答：

用動態規劃的方法將對三個工廠的投資分為三個階段，三個階段的總投資不超過5000萬元，畫出下述動態規劃圖：
  

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

  
利用逆序決策的方法，計算出每個階段的優化解，最終得到最佳投資方案收益為6800萬元；即工廠1投資1000萬元擴建，工廠2投資2000萬元擴建，工廠3投資2000萬元擴建。

例8、某公司下屬三個工廠，為擴大生產能力考慮擴建。每個工廠都有若干種方案可供選擇，各種方案的投資及所能取得的收益如下表所示（單位：千萬元）�，F公司有資金5千萬元，問如何分配投資使公司收益最大？

Mij    （方案）	工廠 i＝1		i =2		i＝3
	C（投資）	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“-”表示無此方案）

用動態規劃的方法將對三個工廠的投資分為三個階段，三個階段的總投資不超過5000萬元，畫出下述動態規劃圖。利用逆序決策的方法，計算出每個階段的優化解，最終得到最佳投資方案收益為6700萬元；即工廠1投資2000萬元擴建，工廠2投資2000萬元擴建，工廠3投資1000萬元擴建；或工廠1投資1000萬元擴建，工廠2投資3000萬元擴建，工廠3投資1000萬元擴建；或工廠1投資1000萬元擴建，工廠2投資4000萬元擴建，工廠3投資0萬元擴建。

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

目前中國有20元紙幣嗎？

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