系统工程导论考评

系统工程导论考评

学期： 2014-2015学年第（1）学期 姓名： 班级： 学号： 成绩：

一、 阐述系统工程在现代科学技术体系中的地位。（15分，限500字以内）

在系统科学这个部门中，系统工程属于工程技术，其理论基础是运筹学、控制论和信息论这三门技术科学。正在形成的、关于系统的一般理论---系统学，是系统科学这个部门中的基础科学。系统科学从各门系统工程到运筹学、控制论和信息论，再到系统学，形成现代科学技术体系中的一个分体系。这个分体系通向马克思主义哲学的桥梁，是经过现代科学技术大大丰富了的系统观，系统观是现代科学技术的方法论的组成部分。 现代科学技术方法论中的系统观，对科学和哲学的发展有很大的影响。推动系统科学研究的强大动力是现代化组织管理的需要。系统科学的建立极大地加强了人类直接改造客观世界的能力，促进了其他科学技术部门的发展。

二、 阐述系统工程与其他学科之间的关系。（15分，限400字以内） 系统工程是系统科学体系中的一大类工程技术。系统工程与其他工程技术具有共性，即直接与改造客观世界的社会实践相联系。在一个大的工程项目中，要用到多种工程技术，系统工程与其他工程基础是相辅相成的。在系统工程的规划下，各种工程技术作为实现总体目标的手段，可以各得其所，发挥出良好的作用，脱离了其他工程技术，系统工程就成了“无本之木，无源之水”，规划的再好也没有什么意义。但是，如果规划的不好，各种工程技术所能起的积极作用是很有限的。

三、 举出一个系统工程问题的实例。围绕这个实例，阐述系统工程的特点。（15分，限

400字以内）

案例：中国的交通系统是一个规模宏大的系统工程。 我国的交通系统涉及到很多方面的内容，是一个典型的系统工程案例，下面就这个案例谈一下系统工程的特点：

1、一个系统，两个最优：“一个系统”指以系统的研究对象交通系统，综合全面的考虑问题；“两个最优”指研究系统的目标是总体效果最优，实现这些目标的具体方法或途径也要求达到最优；

2、以软为主，软硬结合：以对事理策划为主。

3、跨学科多，综合性强：一是用到的知识是综合性的；二是开展系统工程的项目要有各方面的专家参与，协同作战。设计公路，铁路，航空，海运等。

4、从定性到定量的综合集成研究。 5、以宏观研究为主，兼顾微观研究。

6、实践性与咨询性：针对实际问题，为领导决策提供咨询服务，不进行决策，但影响决策，影响全局。

四、 在系统工程主要刊物（核心期刊、EI或SCI期刊）上查阅3篇文章，围绕这些文章

浅谈你对系统工程的理解。（15分，限400字以内）

文章：1、水资源系统工程的理论框架探讨。

2、建立生物系统工程学科的探讨。 3、浅谈综合布线系统工程的设计。

理解：系统工程从整体出发合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术，利用电子计算机作为工具，对系统的结构、要素、信息和反馈等进行分析，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。系统工程是组织管理系统的规划、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。

系统工程是以大型复杂系统为研究对象，按一定目的进行 设计、开发、管理与控制，以期达到总体效果最优的理论与方法。在社会、经济、管理等有人参与的复杂系统中，人的行为受心理、经验等因素偶然变化的影响，使系统有很大的不确定性。所以信息和决策功能的分散化势在必行。系统工程简单地说，就是人们对自己能够用到的各种信息进行收集和整

理，然后综合的运用这些信息进行系统化的分析和设计，来完成自己的既定目标。

五、 在经济建设中，经常遇到煤炭、钢铁、木材、粮食等大宗物质调运问题。对于上述

物质，在全国设有若干生产基地。根据已有的交通网，制定合理的调运方案，将这些物质运到各消费地点而总运费最小，这个问题是典型的系统工程问题。针对下面给出的具体案例，写出数学模型表达式，并围绕建模过程回答问题（20分）。 已知有m个生产基地Ai（i=1,2,?,m）可供应某种物质，供应量（产量）分别为ai（i=1,2,?,m）。有n个销地Bj（j=1,2,?,n）,其需要量分别是bj（j=1,2,?,n）。从Ai到Bj运输单位物质的运价（单价）为cij。上述信息可汇总于产销平衡表和单位运价表中，如表1所示。 1、写出数学模型表达式。

2、试说明该数学模型的结构特点。 （1）变量多（mn个），但结构简单。 技术系数矩阵

该系数矩阵中每列只有两个元素为1，其余的都为零。

（2）m+n个约束中有一个是多余的（因为其间含有一个平衡关系式 ） 所以R(A)=m+n-1，即解的mn个变量中基变量为m+n-1个。

3、自己选择一组ai、bj及cij的值，尝试对上述模型求解。根据求解过程，写出你的认识。 题目：某公司从三个产地A1、A2、A3 将物品运往四个销地B1、B2、B3、B4，各产地的产量、各销地的销量和各产地运往各销地每件物品的运费如下表所示

问应如何调运，可使得总运输费最小?

解题：用最小元素法， 以此，得到一初始方案：

X13=4 , X14=3， X21=3，X23=1， X32=6， X34=3 （有数格）

X11=X31=X12=X22=X33=X24=0（空格）

销地 生产基地 1 2 ? 1,2，?，n 产量 c11, c12,?, c1n c21, c22,?, c2n ? a1 a2 ? m 销量 cm1, cm2,?, cmn b1, b2,?, bn am 初始方案运费 Z0=3×1+6×4+4×3+1×2+3×10+3×5=86(元)

认识：最小元素法的基本思想是优先满足单位运价最小的供销业务。 首先找出运价最小的，并以最大限度满足其供销量为原则确定供销业务。同样的方法反复进行直到确定了所有的供销业务，得到一个完整的调运方案即初始基本可行解为止。 4、根据建模过程阐述建立数学模型的一般步骤。

（1）明确目标；（2）找出主要因素，确定主要变量；(3)找出各种关系(内含的科学定律，产品生产的物耗、能耗等)；(4)明确系统的资源和约束条件；(5)用数学符号、公式表达各种关系和条件；(6)代入数据进行“符合计算”，检查模型是否反映所研究的；（7)简化和规范模型的表达形式。

六、建立如图1所示的质量-阻尼弹簧系统（MNK系统）和如图2所示的电感-电阻-电容串

联电路系统（LRC系统）的微分方程与状态方程。比较上述模型的特点，并指出这个特点反映出系统建模的什么问题？对你有什么启示？（20分）

图1 图2

解：(1)取坐标轴y，其原点O为系统静态平衡时质量M的质心位置。弹簧力Ky与位移

?的方向相反，由牛顿力学第二定律，有 ?与速度 yy的方向相反，阻尼力Ny??F(t)?Ky?Ny? M?y??Ny??Ky?F(t)此即微分方程。 y整理得M??，构成状态矢量为 设系统的状态变量为x1，x2分别表示M的位移y与速度 y???x??y????x1???y? 即 X??1???? 于是 X?x???????xy??2????2??y?1?x2 x?2??xKNFx1?x2? MMM写成矩阵形式为

010?x?1???1????x???KN?????1??F ?x??2?????2??????x?MM??M?其中

?01??0?A??KN? ，B??1?即为系统的状态方程。

???????MM??M?(2)根据克希霍夫电压定律，有

Um(t)?UL(t)?Uc(t)?UR(t)?0

又UL?LdI1，UR?RI，UC??Idt dtC把它们分别带入上式，则有

dI1?RI??Idt?Um dtCdQ因为I?，Q为电量，则上式可写为

dtLd2QdQ1L2?R?Q?Um

dtCdt现选一组状态变量x1?Q,x2?I?dQ，用矢量表示则有 dt???1??Q?x1??Q???xX??????，X??????

??2???x?x2??I??I??所以状态方程为

?1?x2 x?2??x1R1x1?x2?Um LCLL

用矩阵方程表示为

01??0??1??x?x????1?R??1??1??U?m ?x???x??????2??2??L??LCL?（1）特点：结构简单，变量少。

（2）问题：反映出系统建模是将复杂问题简单化。同时也表明机械系统与电路系统可以相互模拟。这两个系统称为相似系统。这种相似性称为力—电压相似性。还有一种力—电流相似性。

（3）启示：系统工程是一门综合性的学科，是将复杂问题简单化的学科，在系统建模时，尽量是模型简单化。

用矩阵方程表示为

01??0??1??x?x????1?R??1??1??U?m ?x???x??????2??2??L??LCL?（1）特点：结构简单，变量少。

（2）问题：反映出系统建模是将复杂问题简单化。同时也表明机械系统与电路系统可以相互模拟。这两个系统称为相似系统。这种相似性称为力—电压相似性。还有一种力—电流相似性。

（3）启示：系统工程是一门综合性的学科，是将复杂问题简单化的学科，在系统建模时，尽量是模型简单化。

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