2025年系統(tǒng)與設計試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于系統(tǒng)工程“霍爾三維結(jié)構(gòu)”的描述中，正確的是（）。A.時間維包含規(guī)劃、設計、分析等7個階段，邏輯維包含明確問題、綜合等7個步驟B.知識維僅涉及工程技術(shù)知識，不包含管理或社會科學知識C.邏輯維的“綜合”步驟是指對系統(tǒng)方案進行數(shù)學建模D.時間維的“運行”階段僅關(guān)注系統(tǒng)的日常維護，不涉及優(yōu)化答案：A2.在軟件開發(fā)的V模型中，與“系統(tǒng)測試”階段直接對應的需求階段是（）。A.業(yè)務需求分析B.系統(tǒng)需求規(guī)格說明C.用戶需求確認D.驗收需求定義答案：B3.某智能車載系統(tǒng)在暴雨天氣下因傳感器信號干擾導致導航定位誤差超過50米，這反映了系統(tǒng)設計中（）的不足。A.可維護性B.可靠性C.可擴展性D.安全性答案：B4.用例圖（UseCaseDiagram）的核心作用是（）。A.描述系統(tǒng)內(nèi)部模塊的調(diào)用關(guān)系B.展示用戶與系統(tǒng)的交互場景C.定義數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的流動路徑D.說明系統(tǒng)硬件的物理部署結(jié)構(gòu)答案：B5.以下屬于“失效模式與影響分析（FMEA）”關(guān)鍵輸出的是（）。A.系統(tǒng)性能測試報告B.故障模式的嚴重度、發(fā)生概率、檢測難度評分C.用戶操作手冊D.軟件代碼的復雜度分析結(jié)果答案：B6.人機交互設計中，“一致性原則”主要關(guān)注（）。A.界面顏色與企業(yè)VI系統(tǒng)的匹配度B.相同功能在不同場景下操作方式的統(tǒng)一C.界面元素布局的對稱與平衡D.系統(tǒng)響應時間與用戶預期的吻合度答案：B7.在復雜系統(tǒng)設計中，“模塊化設計”的核心目的是（）。A.降低單個模塊的開發(fā)成本B.通過模塊解耦提高系統(tǒng)靈活性和可維護性C.減少系統(tǒng)整體的硬件資源占用D.簡化模塊間接口的設計復雜度答案：B8.某醫(yī)療影像處理系統(tǒng)需支持未來5年內(nèi)新增的3種影像格式（如8KMRI、動態(tài)超聲序列），這屬于系統(tǒng)設計中的（）需求。A.功能需求B.性能需求C.約束需求D.擴展性需求答案：D9.以下關(guān)于“需求跟蹤矩陣”的描述中，錯誤的是（）。A.用于記錄需求與設計、測試用例之間的對應關(guān)系B.僅需在需求分析階段創(chuàng)建，后續(xù)無需更新C.可幫助識別需求遺漏或過度設計問題D.是驗證系統(tǒng)是否滿足用戶目標的重要工具答案：B10.在嵌入式系統(tǒng)設計中，“實時性”主要通過（）來保障。A.增加系統(tǒng)內(nèi)存容量B.優(yōu)化任務調(diào)度算法和中斷響應機制C.采用更高主頻的處理器D.減少用戶界面的交互層級答案：B二、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述“系統(tǒng)設計”與“系統(tǒng)工程”的區(qū)別與聯(lián)系。答：系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)，運用科學方法對復雜系統(tǒng)進行規(guī)劃、研究、設計、制造、試驗和使用的組織管理技術(shù)，強調(diào)全生命周期的綜合優(yōu)化；系統(tǒng)設計是系統(tǒng)工程中的關(guān)鍵階段，聚焦于將需求轉(zhuǎn)化為具體的系統(tǒng)架構(gòu)、模塊接口和實現(xiàn)方案。二者聯(lián)系在于系統(tǒng)工程為設計提供方法論指導，系統(tǒng)設計是系統(tǒng)工程落地的核心環(huán)節(jié)；區(qū)別在于系統(tǒng)工程覆蓋更廣（包括需求分析、測試驗證等），而系統(tǒng)設計更側(cè)重技術(shù)實現(xiàn)層面的具體方案。2.說明“敏捷開發(fā)”與“瀑布模型”在系統(tǒng)設計中的適用場景差異。答：瀑布模型適用于需求明確、技術(shù)成熟、變更成本高的系統(tǒng)（如航天控制系統(tǒng)），其階段劃分嚴格，強調(diào)文檔完備性和階段評審；敏捷開發(fā)適用于需求模糊、快速迭代的場景（如互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品、移動端應用），通過短周期迭代（如2-4周的Sprint）快速響應用戶反饋，注重團隊協(xié)作和可運行軟件的交付。二者核心差異在于對需求變更的適應性：瀑布模型對變更容忍度低，敏捷模型通過小步快跑降低變更風險。3.列舉并解釋“需求工程”的主要活動。答：需求工程包括需求獲取、需求分析、需求規(guī)格說明、需求驗證和需求管理5大活動。-需求獲取：通過訪談、問卷、用戶觀察等方式收集用戶和利益相關(guān)者的需求；-需求分析：對獲取的需求進行整理、沖突解決（如不同用戶的需求矛盾）、優(yōu)先級排序（如Kano模型）；-需求規(guī)格說明：用清晰、無二義性的語言（如自然語言+UML用例圖）描述需求，形成需求規(guī)格文檔（SRS）；-需求驗證：通過評審、原型測試等方式確認需求的正確性、完整性和可行性；-需求管理：跟蹤需求變更，維護需求版本，確保設計、開發(fā)、測試活動與需求一致。4.解釋“可靠性設計”中“冗余技術(shù)”的分類及典型應用場景。答：冗余技術(shù)分為主動冗余（熱備份）和被動冗余（冷備份）。-主動冗余：備用模塊與主模塊同時運行，實時同步狀態(tài)（如雙CPU的航空飛控系統(tǒng)），故障時無縫切換，適用于對中斷容忍度極低的場景；-被動冗余：備用模塊平時處于休眠狀態(tài)，主模塊故障時激活（如服務器的冗余電源），適用于成本敏感但允許短暫中斷的場景。此外，還有信息冗余（如校驗碼）、時間冗余（如重復計算）等輔助方式，用于提升數(shù)據(jù)傳輸或計算的可靠性。5.簡述“用戶中心設計（UCD）”的核心流程。答：UCD流程包括：（1）用戶研究：通過人種學觀察、用戶畫像分析等方法理解目標用戶的特征、需求和使用場景；（2）需求定義：將用戶研究結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體的設計目標（如“60歲以上用戶能在30秒內(nèi)完成藥品劑量設置”）；（3）原型設計：從低保真原型（紙模）到高保真原型（交互軟件）逐步細化；（4）用戶測試：通過可用性測試收集用戶反饋（如任務完成時間、錯誤率、主觀滿意度）；（5）迭代優(yōu)化：根據(jù)測試結(jié)果修改設計，重復“設計-測試-優(yōu)化”循環(huán)直至滿足用戶需求。三、分析題（每題15分，共30分）1.某公司擬開發(fā)一款“智能家庭能源管理系統(tǒng)”，目標是通過智能電表、溫控設備和光伏逆變器的聯(lián)動，實現(xiàn)家庭用電成本降低20%。在需求分析階段，用戶提出以下沖突需求：-老年用戶：“操作要簡單，最好只有一個‘一鍵節(jié)能’按鈕”；-年輕用戶：“需要詳細的用電數(shù)據(jù)報表（日/月/年）和自定義設備控制規(guī)則（如空調(diào)在22:00后自動調(diào)至28℃）”；-技術(shù)團隊：“系統(tǒng)需支持未來接入電動汽車充電樁，硬件接口需預留擴展空間”。請分析需求沖突的類型，并提出解決方案。答：需求沖突類型包括：（1）用戶群體需求沖突：老年用戶的“簡單操作”與年輕用戶的“復雜功能”矛盾；（2）功能需求與擴展需求的潛在沖突：預留硬件接口可能增加當前設計的復雜度，影響開發(fā)進度。解決方案：（1）分層設計：采用“基礎(chǔ)功能層+高級功能層”的交互架構(gòu)?；A(chǔ)層僅保留“一鍵節(jié)能”按鈕，滿足老年用戶需求；高級層通過密碼/生物識別（如指紋）進入，提供數(shù)據(jù)報表和自定義規(guī)則功能，兼顧年輕用戶需求；（2）模塊化接口設計：硬件接口采用標準化協(xié)議（如Modbus、MQTT），單獨設計“擴展模塊”，當前版本僅實現(xiàn)接口定義和基礎(chǔ)通信功能，不影響主系統(tǒng)開發(fā)進度；未來接入充電樁時，只需開發(fā)對應驅(qū)動模塊，無需修改主系統(tǒng)代碼；（3）用戶教育：在系統(tǒng)啟動時通過短視頻引導老年用戶使用基礎(chǔ)功能，為年輕用戶提供在線幫助文檔和社區(qū)論壇，降低學習成本。2.某醫(yī)院的“智能輸液監(jiān)控系統(tǒng)”在試運行期間出現(xiàn)以下問題：-護士反映：“輸液結(jié)束報警經(jīng)常延遲（超過30秒），導致無法及時換瓶”；-患者反映：“設備佩戴時手臂有壓迫感，長時間使用不適”；-工程師檢測：“無線傳感器的通信延遲在5-10秒，但整體報警延遲達30秒以上”。請結(jié)合系統(tǒng)設計理論分析問題原因，并提出改進方案。答：問題原因分析：（1）實時性不足：報警延遲可能由數(shù)據(jù)處理流程過長（如傳感器數(shù)據(jù)→網(wǎng)關(guān)→服務器→護士站終端的多級傳輸）、算法復雜度高（如流量計算模型未優(yōu)化）導致；（2）人機交互設計缺陷：設備物理設計未考慮人體工程學（如綁帶材質(zhì)過硬、尺寸不可調(diào)）；（3）系統(tǒng)集成問題：傳感器通信延遲雖符合設計指標（5-10秒），但與上層應用的處理邏輯未協(xié)同（如未在本地進行初步數(shù)據(jù)判斷，需等待服務器指令）。改進方案：（1）優(yōu)化實時性：-采用邊緣計算：在傳感器節(jié)點或網(wǎng)關(guān)端部署輕量級算法（如流量閾值判斷），本地觸發(fā)初步報警（如設備震動），減少對服務器的依賴；-通信協(xié)議優(yōu)化：將無線傳輸頻率從2.4GHz改為5GHz（干擾更少），或采用低延遲的Zigbee3.0協(xié)議替代原有Wi-Fi；-優(yōu)先級隊列：為報警數(shù)據(jù)分配最高通信優(yōu)先級，確保其優(yōu)先傳輸。（2）改進人機交互：-重新設計設備結(jié)構(gòu)：采用彈性綁帶、記憶棉襯墊，增加尺寸調(diào)節(jié)扣（S/M/L碼）；-用戶測試：招募不同體型的患者進行4小時佩戴測試，收集壓力分布數(shù)據(jù)（如使用壓力傳感墊），優(yōu)化接觸面積和壓力點。（3）系統(tǒng)集成驗證：-端到端延遲測試：模擬100臺設備同時傳輸數(shù)據(jù)，測量從傳感器檢測到輸液結(jié)束到護士站報警的總延遲，確保≤10秒；-故障注入測試：人為斷開無線連接，驗證系統(tǒng)是否能切換至備用通信方式（如藍牙）并記錄未傳輸數(shù)據(jù)，待恢復后補傳。四、設計題（30分）請設計一款“社區(qū)智能垃圾分類回收系統(tǒng)”，要求完成以下內(nèi)容：（1）需求規(guī)格說明（包括功能需求、性能需求、約束需求）；（2）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設計（畫出分層架構(gòu)圖并說明各層功能）；（3）關(guān)鍵技術(shù)方案（至少3項）；（4）驗證與測試方法。（1）需求規(guī)格說明功能需求：-分類識別：支持對可回收物（塑料/紙張/金屬）、廚余垃圾、有害垃圾、其他垃圾的自動識別（通過攝像頭+AI算法）；-投放交互：提供語音引導（“請投放塑料瓶至右側(cè)窗口”）、觸控屏操作（選擇垃圾類型）、二維碼/人臉識別登錄（關(guān)聯(lián)用戶賬戶）；-重量計量：實時顯示投放重量，支持0.1kg精度的計量；-積分獎勵：根據(jù)投放重量和垃圾類型（如有害垃圾積分更高）自動計算積分，同步至用戶APP；-異常處理：檢測到混投（如廚余垃圾中混入塑料袋）時發(fā)出警告，拒絕接收并提示重新分類；-狀態(tài)監(jiān)控：后臺管理端實時顯示各回收箱的滿溢狀態(tài)（如“可回收箱已使用80%”）、設備故障報警（如攝像頭故障）。性能需求：-識別響應時間：≤2秒/次（單物品）；-重量計量誤差：≤±0.05kg；-同時支持用戶數(shù)：≥5人/設備（避免排隊）；-連續(xù)工作時間：≥72小時（無故障）；-網(wǎng)絡中斷時：可本地存儲48小時內(nèi)的投放記錄，網(wǎng)絡恢復后自動同步。約束需求：-硬件尺寸：單組回收箱（4分類）體積≤1.5m3（適應社區(qū)狹窄通道）；-功耗：≤200W（使用太陽能板+市電雙供電）；-環(huán)境適應性：工作溫度-20℃~50℃，防水等級IP65（防雨水滲透）；-數(shù)據(jù)安全：用戶信息（姓名、手機號）加密存儲（采用AES-256），僅授權(quán)管理員可訪問。（2）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設計采用“端-邊-云”三層架構(gòu)：設備端（終端層）：-硬件：攝像頭（200萬像素，支持紅外補光）、稱重傳感器（電阻應變式）、觸控屏（7英寸電容屏）、語音模塊（支持方言識別）、機械投放口（電動推桿控制開關(guān)）；-功能：完成垃圾圖像采集、重量測量、用戶交互（語音/觸控）、投放口控制。邊緣層（邊緣計算節(jié)點）：-硬件：部署于回收箱內(nèi)的邊緣計算主機（ARMCortex-A72，4GBRAM）；-功能：運行輕量級AI模型（如MobileNetV3剪枝版）進行垃圾識別，本地處理異常檢測（如混投判斷），緩存未上傳的投放記錄，與設備端通信（通過RS485總線）。云端（平臺層）：-硬件：云服務器（分布式部署，3節(jié)點冗余）、數(shù)據(jù)庫（MySQL+Redis，前者存儲用戶信息，后者緩存實時數(shù)據(jù)）；-功能：-數(shù)據(jù)管理：存儲用戶積分、歷史投放記錄、設備狀態(tài)；-算法升級：遠程推送AI模型更新包至邊緣層；-管理后臺：提供滿溢預警（觸發(fā)垃圾清運調(diào)度）、設備故障統(tǒng)計、積分規(guī)則配置（如調(diào)整有害垃圾積分系數(shù)）；-用戶APP接口：通過RESTAPI提供積分查詢、消息推送（如“您本周已獲得50積分”）。（3）關(guān)鍵技術(shù)方案①輕量級垃圾識別算法：采用“遷移學習+模型壓縮”方案?；赗esNet-50預訓練模型（在ImageNet數(shù)據(jù)集上訓練），通過社區(qū)垃圾數(shù)據(jù)集（包含10萬張圖片，覆蓋常見垃圾類型）進行微調(diào)；使用模型剪枝（刪除冗余神經(jīng)元）和量化（將浮點數(shù)運算轉(zhuǎn)為8位整數(shù)運算），將模型大小從200MB壓縮至15MB，同時保持識別準確率≥95%（在測試集上驗證）。②多模態(tài)交互優(yōu)化：融合語音識別與觸控操作。語音模塊采用基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡的端到端模型（如DeepSpeech2），支持普通話、粵語等方言，識別準確率≥90%；觸控屏界面采用“大圖標+簡單文字”設計（如“可回收物”圖標為一個循環(huán)箭頭），關(guān)鍵操作（如確認投放）設置二次確認按鈕（防止誤觸）。③低功耗硬件設計：采用“太陽能板+鋰電池+市電”混合供電。太陽能板（100W）在光照時供電并給鋰電池（12V/20Ah）充電；夜間或陰雨天切換至鋰電池供電（可支持設備工作8小時）；鋰電池電量低于20%時自動切換至市電。同時，邊緣計算主機在無用戶操作時進入休眠模式（功耗≤5W），檢測到人體接近（通過紅外傳感器）時喚醒（喚醒時間≤1秒）。（4）驗證與測試方法①