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第三章 系統(tǒng)及其設計
《技術與設計2》
一、系統(tǒng)及其特性
1.認識系統(tǒng)及其構成
(1)系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用、相互依賴、相互制約的若干要素或部分組成的具特定功能的有機整體。
構成系統(tǒng)必須具備三個方面的條件：
第一，由兩個或兩個以上的三素構成；
第二，要素之間相互作用、相互聯(lián)系，并按一定方式構成整體；
第三，整體具有的功能是各個要素和部分所不具備的。
(2)根據(jù)不同的需要，系統(tǒng)可以分為自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)、實體系統(tǒng)與抽象系統(tǒng)等不同的類型。
一、系統(tǒng)及其特性
2.辨析系統(tǒng)的基本特性
系統(tǒng)具有整體性、相關性、目的性、動態(tài)性和環(huán)境適應性等基本特性。
(1)整體性
整體性是系統(tǒng)基本的特性。
①系統(tǒng)是一個整體，它不是各個要素簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立下所沒有的；
②系統(tǒng)的任何一個要素發(fā)生變化或出現(xiàn)故障時，均會影響其他要素或整體功能的發(fā)揮；
③系統(tǒng)的整體功能大于組成系統(tǒng)的各部分的功能之和；
④不能離開整體去分析系統(tǒng)中的任何一個組成部分。
一、系統(tǒng)及其特性
(2)相關性
①組成系統(tǒng)的各要素之間或系統(tǒng)整體與部分之間是相互作用、相互聯(lián)系的。
②整體性體現(xiàn)的是系統(tǒng)的外在表現(xiàn)；相關性體現(xiàn)的是系統(tǒng)的內(nèi)在關系。因為相關，才是整體。
(3)目的性
這是區(qū)別不同系統(tǒng)的標志，任何系統(tǒng)都具有某種目的，都要實現(xiàn)一定的功能。系統(tǒng)的目的性表現(xiàn)在開發(fā)某個系統(tǒng)的目的性與定義某個系統(tǒng)的目的性。
一、系統(tǒng)及其特性
(4)動態(tài)性
①任何系統(tǒng)都處在運動、變化、發(fā)展之中，都是一個動態(tài)的系統(tǒng)。
②常見關鍵詞：一段時間后，系統(tǒng)……、零件“老化”“磨損”等。
(5)環(huán)境適應性
外界環(huán)境變化，系統(tǒng)為適應環(huán)境，系統(tǒng)功能與系統(tǒng)內(nèi)各部分關系也產(chǎn)生變化。
一、系統(tǒng)及其特性
①動態(tài)性是系統(tǒng)的固有的基本屬性，屬內(nèi)因；環(huán)境適應性是因環(huán)境變化而變化，是外因的結果。
②整體性與相關性的區(qū)別
一、系統(tǒng)及其特性
目的性辨析
技術的目的性 系統(tǒng)的目的性
技術的產(chǎn)生和發(fā)展是人類有意識、有目的活動的成果。它總是從一定的具體目的出發(fā)，針對具體問題，滿足人們某方面的具體需求。 任何系統(tǒng)都服務于某種目的，都要實現(xiàn)一定的功能，這也正是區(qū)別不同系統(tǒng)的標志。
練習
如圖所示是農(nóng)田智能灌溉系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測的氣象、土壤、農(nóng)作物等相關信息，控制灌溉設備工作，使土壤保持合適的濕度和肥力，達到降低人力成本、提高生產(chǎn)效率、節(jié)水節(jié)肥的目的。下列關于該系統(tǒng)的說法中，不正確的是(　　)
B
A．實現(xiàn)了農(nóng)田的智能化管理，體現(xiàn)了系統(tǒng)的目的性
B．數(shù)據(jù)庫能存儲監(jiān)測到的各種數(shù)據(jù)信息，體現(xiàn)了系統(tǒng)的環(huán)境適應性
C．灌溉設備需要定期維護，體現(xiàn)了系統(tǒng)的動態(tài)性
D．數(shù)據(jù)庫、信息采集等出現(xiàn)異常，會影響農(nóng)田灌溉，體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體性
練習
如圖所示是智能家居示意圖。通過網(wǎng)絡將智能家電、中央空調(diào)和安全監(jiān)控等與計算機連接，構建了高效的住宅設施與家庭事務管理系統(tǒng)，提升了家居的安全性、便利性和舒適性。下列關于該系統(tǒng)的說法中錯誤的是(　　)
B
A．網(wǎng)絡故障會影響該系統(tǒng)對各子系統(tǒng)的管理，體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體性
B．該系統(tǒng)能隨時了解和處理家中發(fā)生的狀況，體現(xiàn)了系統(tǒng)的相關性
C．該系統(tǒng)能抵抗外界干擾信號的影響，體現(xiàn)了系統(tǒng)的環(huán)境適應性
D．該系統(tǒng)提升了家居的安全性、便利性和舒適性，體現(xiàn)了系統(tǒng)的目的性
練習
根據(jù)初步掌握的情況分析，“7·23”動車事故是由于溫州南站信號設備在設計上存在嚴重缺陷，遭雷擊發(fā)生故障后，導致本應顯示為紅燈的區(qū)間信號機錯誤顯示為綠燈。從系統(tǒng)的角度分析，下列說法中不正確的是(　　)
A．雷擊導致信號設備發(fā)生故障，說明該系統(tǒng)的環(huán)境適應性差
B．信號設備在設計上存在嚴重缺陷，說明該系統(tǒng)的目的性不明確
C．信號設備發(fā)生故障導致動車追尾，說明該系統(tǒng)的整體性差
D．信號設備發(fā)生故障導致區(qū)間信號燈顯示錯誤，說明系統(tǒng)具有相關性
B
二、系統(tǒng)分析與設計
(1)明確問題，設立目標
明確所要研究問題的性質和范圍，提出所要達到的目標，明確約束條件。
1．系統(tǒng)分析一般步驟
為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的目標，運用科學的方法對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾?、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬定一套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統(tǒng)提出改進方案的進程，就是系統(tǒng)分析。
系統(tǒng)分析一般步驟：
(2)收集資料，制定方案
收集相關資料，制定解決問題的各種備選方案，預計可能產(chǎn)生的各種結果。
二、系統(tǒng)分析與設計
(3)分析計算，評價比較
對資料和數(shù)據(jù)做必要計算，進行各子系統(tǒng)的分析，再進行系統(tǒng)的整體分析，將各種方案進行評價對比，選擇最佳方案。
(4) 檢驗核實，作出決策
若對方案不夠滿意，還可按上述程序反復進行，直到獲得滿意的方案為止。
二、系統(tǒng)分析與設計
(2)系統(tǒng)分析的方法—建模：常見模型有數(shù)學模型、框圖模型。
(3)系統(tǒng)分析的主要原則：系統(tǒng)分析一般是從系統(tǒng)的整體功能出發(fā)，全面地思考與解決可題。
系統(tǒng)分析應遵循整體性原則、科學性原則和綜合性原則
(1)整體性原則
系統(tǒng)分析首先要著眼于系統(tǒng)整體，要先分析整體，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程，再看某一階段；先看長遠，再看當前。
注意：
系統(tǒng)分析的主體是人，是人分析，如果是機器分析就不遵循上述原則
二、系統(tǒng)分析與設計
(3)綜合性原則
當系統(tǒng)存在若干個目標時，需要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。
(2) 科學性原則
系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應盡可能地運用科學方法和數(shù)學工具進行定量分析，使決策的過程和結果更具說服力。
二、系統(tǒng)分析與設計
系統(tǒng)的整體性和系統(tǒng)分析的整體性辨析
系統(tǒng)的整體性 系統(tǒng)分析的整體性原則
整體性是系統(tǒng)基本的特性。 ①系統(tǒng)是一個整體，它不是各個要素簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立下所沒有的； ②系統(tǒng)的任何一個要素發(fā)生變化或出現(xiàn)故障時，均會影響其他要素或整體功能的發(fā)揮； ③系統(tǒng)的整體功能大于組成系統(tǒng)的各部分的功能之和； ④不能離開整體去分析系統(tǒng)中的任何一個組成部分。 系統(tǒng)分析首先要著眼于系統(tǒng)整體，要先分析整體，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程，再看某一階段；先看長遠，再看當前。
二、系統(tǒng)分析與設計
技術的綜合性和系統(tǒng)分析的綜合性辨析
技術的綜合性 系統(tǒng)分析的綜合性原則
每一項技術（產(chǎn)品）都需要綜合運用多個學科、多方面的知識。 當系統(tǒng)存在若干個目標時，應將目標排出優(yōu)先次序，首先實現(xiàn)最優(yōu)先的目標，然后盡可能在不損害第個目標的前提下完成下一個目標。這就需要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。
二、系統(tǒng)分析與設計
2.體驗簡單的系統(tǒng)設計的過程
(1)系統(tǒng)設計應考慮的主要問題：系統(tǒng)設計是在系統(tǒng)分析的基礎上，設計出滿足預定目標的系統(tǒng)的過程。系統(tǒng)設計應考慮系統(tǒng)設計的目的與要求，系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系與相互作用，系統(tǒng)設計方案的優(yōu)化等問題。
(2)系統(tǒng)設計的一般步驟：將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，確定各子系統(tǒng)的目標、功能及其相互關系，對子系統(tǒng)進行技術設計和評價，對系統(tǒng)進行總體技術設計和評價等。
三、系統(tǒng)設計的優(yōu)化與實現(xiàn)
系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大化（或最小化）。
影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素（影響因素）是指對系統(tǒng)的目標函數(shù)產(chǎn)生顯著影響，并且可以人為調(diào)節(jié)的因素。
約束條件：某些因素對系統(tǒng)優(yōu)化起著限制作用，并且是不能人為調(diào)節(jié)的，稱為約束條件。
練習
A
如圖所示是一款停車場車輛管理系統(tǒng)，通過攝像頭拍攝進出道口車輛的照片，識別車牌號碼，控制欄桿起落實現(xiàn)車輛進出停車場的自動管理。以下說法不正確的是(　　)
A．欄桿可抬起和落下實現(xiàn)車輛進出的控制，體現(xiàn)了系統(tǒng)的動態(tài)性
B．該管理系統(tǒng)配備了備用供電裝置，增強了該系統(tǒng)的環(huán)境適應性
C．設計該系統(tǒng)時，既要實現(xiàn)車輛識別、高效傳動、穩(wěn)定供電功能，又要控制設計成本，體現(xiàn)了系統(tǒng)分析的綜合性原則
D．設計該系統(tǒng)時，根據(jù)車輛進出時的速度和距離設置攝像頭的位置和角度，體現(xiàn)了系統(tǒng)分析的科學性原則
練習
下列關于系統(tǒng)的說法中不正確的是(　　)
A．臺燈的照明功能是它的各個部分在孤立狀態(tài)下所沒有的，體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體性
B．汽車在使用一段時間后，零件會有一定的磨損，體現(xiàn)了系統(tǒng)的動態(tài)性
C．現(xiàn)在很多老小區(qū)加裝電梯，在保證安全目標的同時，要兼顧成本、人機關系等目標，體現(xiàn)了系統(tǒng)分析的綜合性原則
D．農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化中，農(nóng)作物的生長特性、天氣、氣候等因素屬于系統(tǒng)優(yōu)化的影響因素
D
練習
如圖所示是一款自發(fā)電手電筒，按壓手柄，齒輪組帶動發(fā)電機發(fā)電，使小燈珠發(fā)光。下列關于該系統(tǒng)設計的分析中不正確的是(　　)
D
A．可將手電筒分為供電子系統(tǒng)和照明子系統(tǒng)
B．子系統(tǒng)內(nèi)元器件的選擇要相互匹配
C．供電子系統(tǒng)中設置儲能元件，減少發(fā)電機對照明子系統(tǒng)的影響
D．小燈珠與發(fā)電機屬于兩個不同的子系統(tǒng)，選擇小燈珠時可以不考慮發(fā)電機的參數(shù)
練習
堪稱全球最長、創(chuàng)意最獨特的港珠澳大橋，主體由橋梁、海底隧道和人工島組成。大橋的設計采取了一系列優(yōu)化措施，下列措施中，以提高大橋安全性為目標的是(　　)
D
A．大橋在伶仃西航道和銅鼓航道段采用海底隧道方案，不影響通航
B．設計了中華白海豚觀賞區(qū)和海上觀景平臺
C．在珠澳人工島上設有大型停車場，以緩解澳門本島的交通壓力
D．人工島周圍投放石頭形成斜坡，如果船太靠近就會擱淺
練習
小通準備對家里的電路系統(tǒng)進行升級改造并制定了優(yōu)化目標。他請裝修公司完成該優(yōu)化工程，雙方簽訂合同，工程款總額為10000元。在該系統(tǒng)優(yōu)化過程中，總額10000元屬于(　　)
A．優(yōu)化目標
B．約束條件
C．目標函數(shù)
D．影響優(yōu)化的因素
B
小結
謝 謝！

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