2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫(kù)——故障診斷技術(shù)在系統(tǒng)工程中的研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題備選項(xiàng)中，只有一個(gè)是符合題意的，請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填寫(xiě)在題后的括號(hào)內(nèi)）1.在系統(tǒng)工程的生命周期中，故障診斷技術(shù)主要應(yīng)用的階段是（）。A.系統(tǒng)概念提出階段B.系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段C.系統(tǒng)集成測(cè)試與試運(yùn)行階段D.系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)階段2.將故障診斷視為一個(gè)狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題的方法屬于（）。A.基于模型的方法B.基于信號(hào)處理的方法C.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法D.專家系統(tǒng)方法3.用于描述系統(tǒng)物理或行為特性的數(shù)學(xué)模型，是（）方法的核心。A.基于模型B.基于信號(hào)處理C.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)D.基于物理4.在復(fù)雜系統(tǒng)中，故障可能引發(fā)級(jí)聯(lián)效應(yīng)，這主要體現(xiàn)了故障診斷的（）挑戰(zhàn)。A.隱蔽性B.時(shí)變性C.系統(tǒng)性D.多模態(tài)性5.利用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)或傳感器信息，通過(guò)統(tǒng)計(jì)模型或機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行故障預(yù)測(cè)或診斷，屬于（）。A.基于模型的方法B.基于信號(hào)處理的方法C.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法D.專家系統(tǒng)方法6.故障樹(shù)分析（FTA）主要用于（）。A.從系統(tǒng)頂層向下分析導(dǎo)致不期望事件的根本原因B.基于傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)故障檢測(cè)C.建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為模型D.利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行故障模式聚類7.在系統(tǒng)工程中，故障診斷結(jié)果對(duì)于（）具有重要作用。A.系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)B.用戶界面改進(jìn)C.系統(tǒng)成本控制D.以上都是8.對(duì)于具有高度不確定性和復(fù)雜非線性行為的系統(tǒng)，故障診斷更具挑戰(zhàn)性，需要采用（）等先進(jìn)技術(shù)。A.精密儀器測(cè)量B.傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析C.人工智能與模糊邏輯D.簡(jiǎn)單規(guī)則庫(kù)9.“診斷覆蓋度”是衡量故障診斷技術(shù)性能的指標(biāo)之一，它指的是（）。A.系統(tǒng)能夠檢測(cè)到的所有故障模式的比例B.傳感器能夠覆蓋的物理區(qū)域C.診斷算法的計(jì)算效率D.故障發(fā)生的概率10.將故障診斷與預(yù)測(cè)性維護(hù)相結(jié)合，可以顯著提高系統(tǒng)的（）。A.開(kāi)發(fā)成本B.運(yùn)行可靠性C.研發(fā)周期D.設(shè)計(jì)復(fù)雜度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上）1.故障診斷的基本任務(wù)通常包括故障______、故障______和故障______三個(gè)方面。2.系統(tǒng)工程的V模型強(qiáng)調(diào)了從系統(tǒng)需求到設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試和運(yùn)行的______過(guò)程。3.基于信號(hào)處理的方法在故障診斷中主要利用傳感器采集的______、振動(dòng)、溫度等信號(hào)進(jìn)行分析。4.專家系統(tǒng)方法通過(guò)構(gòu)建包含故障知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)故障的______推理。5.故障診斷技術(shù)需要考慮系統(tǒng)的不確定性，包括模型不確定性、參數(shù)不確定性和______不確定性。6.在系統(tǒng)工程中，故障診斷不僅關(guān)注故障的檢測(cè)，還關(guān)注故障的定位、隔離和______。7.隨著系統(tǒng)日益復(fù)雜，基于______的故障診斷方法因能夠處理高維數(shù)據(jù)和復(fù)雜模式而受到廣泛關(guān)注。8.故障診斷策略的選擇需要綜合考慮系統(tǒng)的______、診斷目標(biāo)、可用資源以及成本等因素。9.物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的發(fā)展為分布式、實(shí)時(shí)在線的故障診斷提供了______。10.故障診斷技術(shù)的最終目的是提高系統(tǒng)的______和可用性。三、名詞解釋（每小題3分，共15分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確、專業(yè)的定義）1.故障自愈（FaultSelf-healing）2.系統(tǒng)性故障（SystemicFault）3.基于模型的方法（Model-basedApproach）4.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法（Data-drivenApproach）5.診斷覆蓋度（DiagnosticsCoverage）四、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述系統(tǒng)工程中故障診斷與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)測(cè)試之間的關(guān)系。2.簡(jiǎn)述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行故障診斷的主要步驟。3.簡(jiǎn)述復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷面臨的主要挑戰(zhàn)。4.簡(jiǎn)述人工智能技術(shù)在故障診斷領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向。五、論述題（每小題10分，共30分。請(qǐng)圍繞題目要求，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行較為深入的論述）1.論述如何將故障診斷技術(shù)有效融入到復(fù)雜系統(tǒng)的整個(gè)生命周期管理中。2.試述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法在智能系統(tǒng)故障診斷中的優(yōu)勢(shì)與局限性。3.展望未來(lái)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并分析其對(duì)系統(tǒng)工程帶來(lái)的影響。---試卷答案一、選擇題1.D2.A3.A4.C5.C6.A7.D8.C9.A10.B二、填空題1.檢測(cè)，隔離，定位2.驗(yàn)證3.物理4.知識(shí)5.測(cè)量6.修復(fù)7.機(jī)器學(xué)習(xí)8.特性9.可能性10.可靠性三、名詞解釋1.故障自愈：系統(tǒng)在檢測(cè)到故障后，無(wú)需人工干預(yù)，通過(guò)預(yù)設(shè)的機(jī)制或算法自動(dòng)采取措施，恢復(fù)或維持系統(tǒng)功能的過(guò)程。2.系統(tǒng)性故障：指故障并非孤立發(fā)生，而是與其他故障或系統(tǒng)狀態(tài)相互作用，可能引發(fā)連鎖反應(yīng)或?qū)е孪到y(tǒng)整體性能嚴(yán)重下降的故障。3.基于模型的方法：通過(guò)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（物理模型、邏輯模型等），利用模型預(yù)測(cè)系統(tǒng)行為或狀態(tài)，并將實(shí)際觀測(cè)與模型預(yù)測(cè)的偏差作為故障證據(jù)進(jìn)行診斷的方法。4.數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法：主要依賴從系統(tǒng)中采集的大量數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、信號(hào)處理或機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，直接從數(shù)據(jù)中挖掘故障特征和模式，進(jìn)行故障診斷的方法。5.診斷覆蓋度：指系統(tǒng)能夠被診斷出的故障模式占總故障模式集合的比例，是衡量故障診斷技術(shù)完備性的重要指標(biāo)。四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和故障診斷在系統(tǒng)工程中的順序和目的。設(shè)計(jì)是為滿足需求，測(cè)試是驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，故障診斷則是在系統(tǒng)運(yùn)行中或測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析原因。將這三者聯(lián)系起來(lái)，說(shuō)明設(shè)計(jì)階段需要考慮可診斷性，測(cè)試階段包含故障注入和診斷驗(yàn)證，運(yùn)行階段的故障診斷則反饋給設(shè)計(jì)和維護(hù)，形成閉環(huán)。2.解析思路：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的步驟通常從數(shù)據(jù)獲取開(kāi)始，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理（去噪、特征提取等），接著選擇合適的模型（如統(tǒng)計(jì)模型、分類器、聚類算法等），利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，最后使用訓(xùn)練好的模型對(duì)新的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷（預(yù)測(cè)、分類、異常檢測(cè)等）。3.解析思路：復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷的挑戰(zhàn)可從系統(tǒng)本身特性、診斷技術(shù)以及環(huán)境等多個(gè)角度考慮。系統(tǒng)特性包括：規(guī)模龐大、組件眾多、耦合關(guān)系復(fù)雜、行為動(dòng)態(tài)且非線性、存在不確定性和噪聲等。診斷技術(shù)挑戰(zhàn)包括：如何從海量高維數(shù)據(jù)中提取有效故障特征、如何處理模型與現(xiàn)實(shí)的偏差、如何保證診斷的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性、如何應(yīng)對(duì)間歇性故障和隱蔽故障等。環(huán)境挑戰(zhàn)包括：數(shù)據(jù)獲取困難、傳感器局限性、診斷資源限制等。4.解析思路：人工智能技術(shù)以其強(qiáng)大的模式識(shí)別、學(xué)習(xí)和推理能力，在故障診斷領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。主要方向包括：利用機(jī)器學(xué)習(xí)（特別是深度學(xué)習(xí)）進(jìn)行故障特征的自動(dòng)提取和分類、構(gòu)建智能診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主決策、利用自然語(yǔ)言處理技術(shù)分析維護(hù)記錄和專家知識(shí)、應(yīng)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化故障自愈策略等。五、論述題1.解析思路：論述應(yīng)圍繞“融入”展開(kāi)，分階段闡述。設(shè)計(jì)階段：強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)架構(gòu)和接口設(shè)計(jì)時(shí)考慮故障診斷的需求，如冗余設(shè)計(jì)、可觀測(cè)性設(shè)計(jì)等。測(cè)試階段：將故障診斷作為測(cè)試的重要組成部分，設(shè)計(jì)故障注入測(cè)試用例，驗(yàn)證診斷邏輯和效果。運(yùn)行階段：部署在線故障診斷系統(tǒng)，利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控、預(yù)警和診斷，并將診斷結(jié)果用于維護(hù)決策和系統(tǒng)優(yōu)化。維護(hù)階段：根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行故障修復(fù)或系統(tǒng)改進(jìn)，并將經(jīng)驗(yàn)反饋到設(shè)計(jì)階段，形成持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)。2.解析思路：論述優(yōu)勢(shì)應(yīng)從數(shù)據(jù)處理能力、適應(yīng)性、自學(xué)習(xí)能力等方面展開(kāi)。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法能處理海量數(shù)據(jù)，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)隱藏模式，適應(yīng)性強(qiáng)（不易受模型假設(shè)限制），能從新數(shù)據(jù)中持續(xù)學(xué)習(xí)改進(jìn)。局限性則從依賴大量高質(zhì)量數(shù)據(jù)、易受噪聲和異常影響、模型可解釋性差、實(shí)時(shí)性要求高