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Systems Engineering

Systems Engineering, ETHZ, D-BAUG HS 2018

Systems Engineering, ETHZ, D-BAUG HS 2018

140
5.0 (1)

Kartei Details

Karten 140
Lernende 65
Sprache Deutsch
Kategorie Informatik
Stufe Universität
Erstellt / Aktualisiert 16.01.2019 / 01.09.2024
Weblink
https://card2brain.ch/box/20190116_systems_engineering
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Lernen

  Generelle Einteilung von Systemen

 

In welche zwei Gruppen können Systeme generell eingeteilt werden? Erkläre in je einem Satz.

  • Komplizierte Systeme: Ursache - Auswirkung linear
  • Komplexe Systeme:
    • Rückkopplung enthalten
    • Übersichtverlust von Ursache - Auswirkung

Rückkopplung

 

Wie heisst die Wissenschaft der Rückkopplung?

Kybernetik

Terminologie Systeme

 

Erkläre die System-Begriffe «Elemente», «Attribute», «Export» und «Fremdsystem» in je einem kurzen Satz.

  • Elemente: Teil des Systems mit Input, Ouptput und Prozessen
  • Attribute: Eigenschaften der Elemente
    • Attributename (Farbe)
    • Attributewert (Blau)
  • Export: Material, Energie, Informationen verlassen das System
  • Fremdsystem: fremdes System, das in Verbindung mit betrachteten System steht, aber sonst unabhängig

4 Prinzipien des SE

 

Nenne die 4 Prinzipien, auf der «Systems Engineering» aufbaut.

  • Vom Gorben zum Detail
  • Variantenbildung
  • Phasengliederung
  • Problemlösungsprozess (-zyklus auch möglich)

Lebenszyklusphasen

 

Erläutere die einzelnen Lebenszyklusphasen in 2-3 Sätzen.

  • Bauen
    • Anstoss bis Abschluss
    • entspricht Systemerstellungsphasen
  • Verwenden
    • Verwender nutzt System
    • Verwender muss nicht Besitzter sein
  • Betreiben
    • Aktivitäten des Besitzers
  • Erhalten
    • Aktivitäten, die Zustand aufrecht erhalten
  • Rückbau: Ende des System, in der Form, so wie es ist
    • Neugestaltung
    • Umgestaltung
    • Entsorgung

Problemlösungszyklus

 

Wozu dient der Problemlösungszyklus?

  • Alle Aspekte werden zum richtigen Zeitpunkt berücksichtigt
  • Verhinderung Detailstudie in einer zu früheren Phase
  • Optimale Lösung des Problems finden

Abstraktionsebenen

 

Nenne 3 Abstraktionsebenen und erläutere diese kurz.

  • Umfeldorientiert:
    • Black-Box mit Input und Output
  • Wirkungsorientiert:
    • Grey-Box mit Übergangsfunktion zur Beschreibung Verhältnisse zwischen Input und Output
  • Strukturorientiert:
    • White-Box mit Betrachtung aller Elemente und Zusammenhänge

Anthropogene Systeme

 

Was bedeutet «anthropogen»? Nenne zwei Beispiele.

"anthropogen" = vom Menschen erschafftes, verändertes oder beeifnlusstes System

  • Stromnetz
  • Autobahnabschnitt

Systemerstellungsphasen

 

Nenne die Phasen der Systemerstellung.

  • Anstoss
  • Vorstudie
  • Hauptstudie
  • Detailstudie
  • Bau
  • Einführung
  • Abschluss

Prinzip «Variantenbildung»

 

Erkläre das Prinzip «Variantenbildung» detailliert.

Melde dich an, um Bilder anzusehen.

Auf hoher Abstraktionsebene Grundproblem kennen und danach zu jeder Ebene verschieden Varianten.

Blackbox- und Whitebox-Modelle

 

Erkläre die beiden Systemarten «Blackbox-» und «Whitebox-Modelle».

  • Blackbox: Input & Output betrachte, was dazwischen ist egal
  • Whitybox: Alle Elemente des Systems, deren Eingenschaften und Zusammenhänge betrachtet

Problemlösungszyklus

 

Zähle die Schritte des Problemlösungszyklus auf.

  • Anstoss
  • Situationsanalyse
  • Formulierung der Ziele und Rahmenbedinungen
  • Generierung von möglichen Lösungen
  • Analyse von möglichen Lösungen
  • Bewertung von möglichen Lösungen
  • Durchführung

Prinzip «Vom Groben zum Detail»

 

Erkläre das Prinzip«Vom Groben zum Detail».

Problem zuerst grob strukturieren, später verfeinern, bis zuletzt ins Detail

 

Referenz: 

  • Grob: Vorstudie (Vorprojekt)
  • Mittel: Hauptstudie (Bauprojekt)
  • Fein: Detailstudie (Ausführungsprojekt)

Systemerstellungs- und Lebenszyklusphasen

 

  Was ist der wichtige Unterschied zwischen den Systemerstellungs- und Lebenszyklusphasen?

Lebenszyklusphasen : Bauen, Verwenden, Betreiben, Erhalten, Rückbau

Systemerstellungsphasen : Bauen

 

Systemerstellungsphasen ist nur die Planung und Durchführung eines Projekts. Ist also eine Teilphase des Lebenszyklus.

Klassifizierung von Systemen

 

  Nenne vier Arten ein System zu klassifizieren. Gib zu jeder Art zwei mögliche Unterteilungen an.

  • Systemersteller
    • Anthropogen
    • Nicht-anthropogen
  • Existenz
    • Materiell
    • Konzeptionell
  • Art der Interaktion mit Umgebung
    • Geschlossen
    • Offen
  • Zeitliches Verhalten
    • Statisch
    • Dynamisch
  • Sicherheit der Datenanlage
    • Deterministisch
    • Probabilistisch

Lebenszyklusphasen



Welche Lebenszyklusphasen gibt es?

  • Bauen
  • Verwenden
  • Betreiben
  • Erhalten
  • Rückbauen

Problemlösungszyklus

 

  Erläutere die einzelnen Schritte des Problemlösungszyklus.

  • Anstoss:
    • allgemeines Verständnis des Problems: Bedürfnisse, Umfang
    • Anforderungen
  • Situationsanalyse:
    • Zusammenhänge Probleme & Ursachen
    • Abgrenzung und Strukturierung
  • Formulierung Ziele & Rahmenbedinungen
    • Absichten der Beteiligten zusammenfassen
    • Prioritäten
      • Wunschziele
      • Sollziele
      • Mussziele (Rahmenbediengungen)
  • Generieren möglicher Lösungen
    • Lösungsideen sammeln (Konzepte)
    • Lösungskomponenten erkennen
  • Analyse mögliche Lösungen
    • generierte Lösungen mit Anforderungen vergleichen
    • Detailierungsgrad der Lösungen überprüfen
  • Bewertung möglicher Lösungen
    • Vergleich zwischen tauglichen Lösungen
    • Optimierung
  • Durchführung

Zielformulierung

 

Welche drei Ziel-Kategorien in der Phase Zielformulierung sind zu unterscheiden?

  • Rahmenbedingungen (Muss Ziele): müssen eingehaltet werden
  • Sollziele: hoher Priorität
  • Wunschziele: tiefer Priorität

Synthese von Lösungen

 

Zähle die grundlegenden Schritte der Phase "Synthese von Lösungen" des Problemlösungszyklus auf.

Synthese (=Generierung) von Lösungen:

  • generieren und sammeln Lösungsideen
  • systematisch ordnen der Lösungsideeen
  • erarbeiten von Varianten
  • systematisches grobe analyse der Variante, falls noch zu bearbeitende offene Fragen (ist nicht gleich dem Schritt "Analyse von Varianten", der bei Abschluss von der Generierung erfolgt) 

Problemlösungszyklus

 

Beschreibe die verschiedenen Phasen des Problemlösungszyklus in jeweils maximal 2 Sätzen.

  • Anstoss:
    • allgemeines Verständnis des Problems: Bedürfnisse, Umfang
    • Anforderungen
  • Situationsanalyse:
    • Zusammenhänge Probleme & Ursachen
    • Abgrenzung und Strukturierung
  • Formulierung Ziele & Rahmenbedinungen
    • Absichten der Beteiligten zusammenfassen
    • Prioritäten
      • Wunschziele
      • Sollziele
      • Mussziele (Rahmenbediengungen)
  • Generieren möglicher Lösungen
    • Lösungsideen sammeln (Konzepte)
    • Lösungskomponenten erkennen
  • Analyse mögliche Lösungen
    • generierte Lösungen mit Anforderungen vergleichen
    • Detailierungsgrad der Lösungen überprüfen
  • Bewertung möglicher Lösungen
    • Vergleich zwischen tauglichen Lösungen
    • Optimierung
  • Durchführung

Situationsanalyse Techniken

 

Es gibt eine Fülle von Techniken, die bei der Situationsanalyse hilfreich sind. Diese lassen sich grob in drei Gruppen aufteilen: Informationsbeschaffung, Informationsaufbereitung und Informationsdarstellung. Nenne zu jeder Gruppe drei Beispiele.

  • Informationsbeschaffung:
    • Befragung
    • Datenbanken
    • Delphi-Methode
  • Informationsaufbereitung
    • ABC-Analyse
    • Korrelationsanalyse
    • Wahrscheinlichkeitsrechnung
  • Informationsdarstellung
    • Ablaufsdiagramm
    • Zuordnungsstruktur
    • Graphen
    • Flussdiagramm

Delphi-Methode

 

DieDelphi-Methode ist eine Technik zur Informationsbeschaffung, die bei der Situationsanalyse hilfreich sein kann. Beschreibe stichwortartig, wie diese Technik durchgeführt wird. Was ist der grosse Vorteil dieserTechnik?

  1. Jede Person bekommt Problemstellung und gibt Lösungsvorschlag
  2. Antworten werden zusammengefasst und jedem Befragten zusammengefasst bekannt gegeben
  3. Jede Person kann Entscheid von vorher anpassen (Beeinflussung) oder mehr Infos fragen
  4. Iteration bis Konsens gefunden

Es entstehen keine negative Gruppendynamiken, wo nur die stärksten die Meinung äussern

Problemlösungszyklus Anstoss

 

Was sind mögliche Abklärungen, die im Rahmen der Phase «Anstoss» im Problemlösungszyklus gemacht werden?

  • Grenzen des Problemfeldes
  • Welche Mechanismen Wirken
  • Richtige Problem angegangen
  • Welche Anforderungen müssen die Lösungen befriedigen
  • Welchen Umfang des Bedürfnis nach einer Lösung

ABC Analyse

Die ABC Analyse ist eine Technik zur Informationsaufbereitung, die bei der Situationsanalyse hilfreich sein kann. Erkläre diese Technik anhand eines Beispiels stichwortartig.

  1. Produkte in Kategorien A,B,C sortiert.
  2. Diagramm mit den Kumulierten Anteile von A,B,C Kategorien am Umsatz im Prozent

Ersichtlich:

  • Kat. A: kleine Anzahl, grosses Umsatz -> sehr wichtig
  • Kat. B: mittlere Anzahl, noch gutes Umsatz im Prozent -> noch nötig
  • Kat. C: grosse Anzahl, prozentual unwichtiger Umsatz -> unnötig

Zielformulierung

 

Um Übersicht und Klarheit über die Ziele und deren Prioritäten zu behalten, ist es von Vorteil, einen Zielkatalog zu erstellen. Erstelle einen Zielkatalog für ein fiktives Brückenbau-Projekt. Teile die Ziele in die drei Zielkategorien ein und nenne pro Kategorie mindestens vier Ziele.

  • Rahmenbedinungen (Mussziele)
    • Kapazität min. Anstoss in beiden Richtungen
    • keine Toten beim Bau
    • Kosten unter X CHF
    • Verbindung zwischen A und B
  • Sollziele
    • Kosten unter Y(<X) Kosten
    • Zeit bis zur Inbetriebnahme: X Jahren
    • Erdbebenfestigkeit bis zur Stärke X ausgehalten
    • Unterhaltskosten unter X CHF/Jahr
  • Wunschziele
    • Kosten möglichst gering
    • möglichst hohe Kapazität
    • möglichst Umweltfreundlich
    • Lange Betriebsdauer (= kleine Unterhaltszeiten)

Problemlösungszyklus

 

Nenne die allgemeinen Schritte eines Problemlösungszyklus. Zähle in einer zweiten Ebene mögliche verschiedene Prozesse dieser allgemeinen Schritte auf.

  • Anstoss
  • Situationsanalyse
    • Beobachtungsweise
    • Techniken
  • Formulierung Ziele und Rahmenbediengungen
    • Richtlinien
    • Zielkonflikte
  • Generierung möglicher Lösungen
    • Variantenerstellung
  • Analyse möglicher Lösungen
    • Attribute
    • Modellentwicklung
  • Bwertung möglicher Lösungen
    • Argumentenbilanz
    • Entscheidungsbäume
  • Durchführung

Zielkatalog

 

Um Übersicht und Klarheit über die Ziele und deren Prioritäten zu behalten, ist es von Vorteil, einen Zielkatalog zu erstellen. Was beinhaltet dieser Katalog?

 

  • Klassifikation (Rahmenbediengung (Mussziel), Sollziel, Wunschziel)
  • Zielobjekte
  • Zielausmasse
  • Zieleigenschaften
  • Zielbezüge
  • Ortsbezüge

Situationsanalyse Techniken

 

Es gibt eine Fülle von Techniken, die bei der Situationsanalyse hilfreich sind. Diese Techniken können grob in drei Gruppen aufgeteilt werden. Nenne diese drei Gruppen und gib jeweils zwei Beispiel- Techniken an.

 

  • Informationsbeschaffung:
    • Befragung
    • Datenbanken
    • Delphi-Methode
  • Informationsaufbereitung
    • ABC-Analyse
    • Korrelationsanalyse
    • Wahrscheinlichkeitsrechnung
  • Informationsdarstellung
    • Ablaufsdiagramm
    • Zuordnungsstruktur
    • Graphen
    • Flussdiagramm

Zielformulierung

 

Beschreibe die drei Zielkategorien Muss-, Soll- und Wunschziele in einigen Worten.

  • Rahmenbedingungen (Muss Ziele): müssen eingehaltet werden
  • Sollziele: hoher Priorität
  • Wunschziele: tiefer Priorität

Analyse von Lösungsvarianten

 

Zähle zwei Aufgaben auf, die im Rahmen der «Analyse von Lösungsvarianten» im Problemlösungszyklus erledigt werden.

 

  • Überprüfung ob gestellte Anforderungen erfüllt
  • Optimierung

Situationsanalyse

 

Was ist Sinn und Zweck der Situationsanalyse?

  • Probleme, Ursache und deren Zusammenhänge verstehen
  • Gestaltungsbereich für Lösungssuche definieren
  • Informationsbasis schaffen

Delphi-Methode

 

Die Delphi-Methode ist eine Technik zur Informationsbeschaffung, die bei der Situationsanalyse hilf- reich sein kann. Beschreibe die einzelnen Schritte der Delphi-Methode.

  1. Jede Person bekommt Problemstellung und gibt Lösungsvorschlag
  2. Antworten werden zusammengefasst und jedem Befragten zusammengefasst bekannt gegeben
  3. Jede Person kann Entscheid von vorher anpassen (Beeinflussung) oder mehr Infos fragen
  4. Iteration bis Konsens gefunden

Es entstehen keine negative Gruppendynamiken, wo nur die stärksten die Meinung äussern

Tableau - Methode

 

Wird mit der Tableau - Methode die Lösung eines Optimierungsproblems mathematisch anders gefunden als mit der klassischen Methode?

 

Nein

Simplex-Algorithmus

 

Beschreibe das Grundprinzip des Simplex-Algorithmus in wenigen Sätzen.

 

Durch Bedingungen wird eine Lösungsfläche geschaffen, die eine begrenzte Anzahl Extrempunkte besitzt. Die optimale Lösung ist einer dieser Punkte.

Lineare Programmierung

 

Viele Optimierungsprobleme haben zwei Strukturelemente. Welche?

  • Wahl einer Anfang-Basislösung
  • Optimierung dieser Lösung

Sensitivitätsanalyse

 

Beschreibe zwei Typen der Sensitivitätsanalyse.

  1. Sensitivitätsanalyse der rechten Seite:
    • Randbediengungen verschieben sich parallel nach rechts
  2. Sensitivitätsanalyse der Zielfunktion:
    • Zielfunktion dreht sich um optimale Lösung und kann andere Extrempunkte der Lösungsfläche berühren, bis der optimale Punkt einen anderen Wird.

Ganzzahlige Lineare Programme

 

"Grundsätzlich kann immer mit ganzzahligen Lösungen gerechnet werden, der Unterschied zur exakten Lösung ist jeweils nur minim". - Beurteile diese Aussage.

 

Falsche Aussage.

Ganzzahlige Lösungen können stark von der exakten Lösung unterscheiden. Es gibt auch ein Algorithmus für die relaxierte Lösung.

Lösungsmengen Simplex-Algorithmus

 

Ist die Lösung x1 = 0, x2 = 0 immer eine Lösung des Simplex-Algorithmus? Erkläre.

 

Nein, es gibt auch Probleme, wo mindest Anforderungen enthalten sind, diese erlauben den Ursprung nicht. (z.B. Randbediengung: 3*x1 + 4* x2 ≥ 34)

Daher wird auch der Algorithmus teilweise auch mit künstlichen Variablen angefangen.

Nichnegativitätsbedingungen

 

Was sind Nichtnegativitätsbedingungen?

Eine Aktivität wird nur zu einem positiven Ausmass, oder gar nicht durchgeführt.

macht auch gar kein Sinn "-2" Ware zu produzieren.

Simplex-Algorithmus

 

Welche Eigenschaften muss ein zulässiger Bereich haben, um diesen mit der Simplex-Methode zu lösen?

  • kontinuerlich sein (keine  Löcher oder Abstände)
  • kompakt sein (beinhaltet seine Grenzen
  • konvex sein (keine Ecken nach innen = die Lösungsgerade ist immer tangierend)

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