系统工程导论

一．简答题1. 什么是系统？并用一表达式描述，说明其含义。

答：系统是由相互联系、相互作用的许多要素结合而成的具有特定功能的统一体。

S＝{E，R} 或者 {E｜R}其中，S表示系统（system），E表示要素（elements）的集合(first set)，R表示由集合E产生的各种关系(relations)的集合(first set)。

2．什么是系统的涌现性答：系统的涌现性包括系统整体的涌现性和系统层次间的涌现性。

系统的各个部分组成一个整体之后，就会产生出整体具有而各个部分原来没有的某些东西（性质、功能、要素），系统的这种属性称为系统整体的涌现性。

系统的层次之间也具有涌现性，即当低层次上升为高层次时，一些新的性质、功能、要素就会涌现出来。

3．简述系统与环境的关系答：新系统产生于环境；新系统的约束条件决定于环境；决策的依据来自于环境，试制所需资源来自于环境；最后，系统的品质也这能放在环境中进行评价。

系统对环境的依赖性，产生与环境，运行与环境中，适应环境；系统与环境划分的确定性与相对性；系统与环境相互影响，物质、能量、信息交换；系统+环境=更大系统。

4．按钱学森提出的系统新的分类方法，系统如何分类？对每一类系统举一例。

答：1）按照系统规模分为小系统、大系统、巨系统；2）按照系统结构的复杂程度分为简单系统和复杂系统。

一个人可视为简单的小系统，学校为复杂的大系统，社会是开放的复杂巨系统。

5．如果用下面表达式描述某一企业系统S={E，R}Ω{E∣R}，举例说明E和R分别表示那些内容？答：E表示要素的集合，R表示由集合E产生的各种关系的集合。

E－构成企业的各子系统，R－子系统之间、系统与整体之间、整体与环境之间、子系统与环境之间的关系。

6．系统的结构与功能的关系是怎样的？答：结构与功能是系统普遍存在的两种既相互区别又相互联系的基本属性，是系统中要素之间相互联系相互作用所形成的整体性关系问题的两个方面。

区别：系统结构说明的是系统内部状态和内部作用，系统功能说明的是系统外部状态和外部作用。

n 。最后，也要考虑到xij
的产品数量属性，即 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n ，因此，该运
输方案可由以下模型求解得到：
2.1 系统最优化理论
mn
min
cij xij
i 1 j 1
（2-3）
n
s.t. xij ai ,i 1, 2, m j 1 m xij bj , j 1, 2, n i 1 xij 0,i 1, 2, m, j 1, 2, n
2.1 系统最优化理论
mn
解
首先，在假设运输量为
xij
的条件下其总的运费为 i 1
j 1
cij
xij
。
其次，要考虑到从任意产地运出的量要等于该产地的产量，即
n
xij ai ,i 1, 2,
j 1
m 。第三，还要考虑到运到任意销地的量要等
m
于该销地能销出的量，即 xij bi , j 1, 2, i 1
不同的方案、设计、措施以达到最优目的。（2）目标函数，如例
2-1
中的 max
, 10x1 18x2
例
2-2
中的min
mn
cij xij
。目标函数通常是决策变
i 1 j 1
量的函数，表达了“何为最优”的准则和目标，规定了优化问题
的实际意义。
2.1 系统最优化理论
（3）约束条件，如例 2-1 和例 2-2 中由“s.t”规定的部分。 约束条件指决策变量取值时受到的各种资源和条件的限制，表 达了一种“有条件优化”的概念，通常为决策变量的等式或不 等式方程。如果决策变量的取值是连续的，且目标函数和约束 条件都是决策变量的线性函数，则称为线性规划问题。如果决 策变量的取值为整数点，则称为整数规划问题；如果部分决策 变量取值连续而其余取值为整数，则称为混合整数规划问题； 如果目标函数和约束条件中存在任何的非线性因子，则称为非 线性规划问题。

x1 (t ) y = (λ 0) 即为输出方程（或观测方程） x2 (t )
• x = f y = g
通常写作
( x, u ) ( x, u )
x为状态向量，u为输出向量，f、g为函数关系
对线性系统，f、g为x、u的线性函数，状态空间形式：
• x = A(t )x + B (t )u y = C (t )x + D (t )u
在系统工程中，主要涉及离散系统的状态空间模型。
连续系统的状态空间描述
• 振动系统
x2 (t )= x1 (t ) M x2 (t )+ Kx1 (t ) + Bx2 (t ) = F (t ) • K B 1 x 2 (t )= − x1 (t ) − x 2 (t ) + F (t ) 即 M M M
x(k + 1) = Ax(k ) + Bu (k ) y (k ) = Cx(k ) + Du(k )
（k = 0, 1, 2, … ）
系统方程
• •连续系统系统方程 X = A X + BU 状态方程 Y =CX + DU 输出方程 • 离散系统系统方程 X(k+1) = A X(k)+ BU(k) 状态方程 Y(k) = CX(k) + DU(k) 输出方程
系统状态将随时间而变化，因此状态 变量的值要修正。计算时刻（t+1）的状态 变量可由时刻t的状态变量值和时刻t的输入 值决定，即 x1(t+1) = g1(x1(t)，x2(t)，… xn(t)，u (t)) x2(t+1) = g2(x1(t)，x2(t)，… xn(t)，u (t)) …… xn(t+1) = gn(x1(t)，x2(t)，… xn(t)，u (t))

什么是孤立系统、封锁系统和开放系统？试别离举例说明。

答：a.若是系统与其环境之间既没有物质的互换，也没有能量的互换，就称其为孤立系统。

在孤立系统中，系统与环境之间是彼此隔间的，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.若是系统与其环境能够互换能量但不能够互换物质，称其为封锁系统。

例如一个密闭的容器，能够与外界互换能量，但不能互换物质，可看做为封锁系统；c.若是系统与环境之间既有换，又有物质互换，就称其为开放系统。

小至细胞、分子、大至生物、城市、国家等任何系统不时刻刻都与环境进行着物质、能量及信息的互换，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，不依托外力，进展形成有序结构的进程，称为系统自组织。

19世纪末化学家利色根发觉，将碘化钾溶液加入到含有硝酸银的胶体介质中，在必然的条件下，所形成的碘化银沉淀物会组成一圈圈有规律距离的环状散布，这种有序的环称为利色根环。

如激光的产生确实是一个典型的自组织进程。

中国科学家对系统科学与技术有过哪些奉献？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进展的重视。

1986年钱学森发表“什么缘故创建和研究系统学”，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”，是对系统工程方式论研究方面作出的新奉献。

如何全面正确明白得系统的整体性和“1+1>2”表达式？答：系统的首要特点确实是其整体性，系统不是各孤立部份属性的简单叠加，它还具有各孤立部份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”，但实际情形是复杂的，也有可能等于2或小于2，这取决于系统的结构、各部份的属性及系统内协同作用的强弱。