資源簡介

(共42張PPT)
系統及其設計
第三章
The system and its design
系統及其設計
系統實例
系統的含義與分類
系統的分析案例
系統的基本特性
系統分析的基本方法
什么是系統優化
影響系統優化的因素與最優方法
簡單系統設計案例分析
簡單系統設計的基本方法
系統設計的基本原則
揭開系統面紗
系統的基本特性分析
系統優化
簡單系統設計的基本方法
思考
1.都江堰水利工程由哪些主體工程組成？
都江堰
魚嘴分水堤工程
飛沙堰溢沙排洪工程
寶瓶口引水工程
揭開系統面紗
思考
2.幾個主體工程怎樣相互協調配合，共同完成都江堰的整體功能？
都江堰
魚嘴分水堤工程
飛沙堰溢沙排洪工程
寶瓶口引水工程
分水分沙
泄洪排沙
引水限流
揭開系統面紗
思考
3.都江堰水利工程整體有怎樣的功能？
都江堰
魚嘴分水堤工程
飛沙堰溢沙排洪工程
寶瓶口引水工程
分水分沙
泄洪排沙
引水限流
分洪減災
引水灌溉
揭開系統面紗
定義
系統是由相互依存的若干個部分組成的、具有特定功能的有機整體。
01
由兩個以上的部分（要素）組成
特征
02
相互依存、相互作用
03
整體具有局部沒有的特定功能
揭開系統面紗
系統
子系統
元素
呼吸系統 運動系統
消化系統 循環系統
神經系統 生殖系統
泌尿系統 感覺器
鼻、咽、喉
氣管、支氣管
肺
各具功能
相互依賴、相互作用
基本單元
內分泌系統
揭開系統面紗
整體功能
揭開系統面紗
在自然界：太陽系、森林、山脈、動植物、細胞等都是系統。
生物鏈與食物鏈
太陽系
細胞
山脈
揭開系統面紗
家庭
在社會生活方面：城市、學校、家庭、班級等，同樣都可以視為系統。
家庭
城市
學校
揭開系統面紗
在技術領域：宇宙飛船、航母，車床、汽車、風扇、自行車等，都可以看做系統。
系統的分類
組成元素性質
自然系統
由天然物質自然形成
人工系統
為達到某種目的人為建立
復合系統
自然系統和人工系統相結合
元素存在形態
系統的運動狀態
實體系統
由物質構成的系統
概念系統
由概念、原則、原理、理論、方法等非物質構成
動態系統
靜態系統
系統與外部環境關系
開放系統
封閉系統
揭開系統面紗
系統的基本特性分析
概 述
整體性也稱集合性，是系統最基本的特性。
系統不是一些元素和組成部分的簡單集合和簡單相加，而是一個有機的整體。
系統的基本特性——整體性
巴爾扎克和維納斯都少了點什么？
法國雕塑家羅丹在塑造巴爾扎克塑像時，人們看了嘆服不止，特別為塑像的手塑造得細膩逼真而驚訝，都說這雙手太逼真、太生動了。羅丹知道后卻用斧子砍掉了那雙手。
羅丹砍手這一行為給你怎樣的啟示
做任何事情都要重視整體效應，必要的時候要舍得拋棄部分而保留整體。（棄卒保車）
系統具有整體性
系統的基本特性分析
系統的基本特性分析
組成部分要在整體中才能發各自的作用
系統的基本特性——相關性
概 述
相關性是指構成系統的各部分之間是相互依存、相互作用、相互支撐、相互影響的，是彼此相關的。
中國古建筑的抬梁式結構。
優點：室內少柱或無柱，可獲得較大空間。當柱與柱之間的梁的跨度增大時，則梁的厚度要相應加大。
系統的基本特性分析
系統的基本特性——功能性
概 述
系統都是以實現某種功能為目的，每個系統都具有特殊的功能，這也是區別不同系統的標志。
給人們提供一個舒適、方便的居住環境、辦公環境和娛樂環境。
給蔬菜或水果提供適宜成長的環境
系統的目的一般通過更具體的目標來體現，系統的多個目標有時不完全一致甚至互相矛盾，這就需要協調，尋求平衡或折中的辦法，從而達到整體最佳的效果。
組成部分要在整體中才能發各自的作用
系統的基本特性分析
系統的基本特性——環境適應性
概 述
系統都存在于一定的環境中，并不斷的與外界環境進行物質的、能量的和信息的交換。
系統必須適應外部環境的變化。
1）自然界，刺猬身上的刺，兔子跑的快；
2）雨雪天氣，汽車輪胎安裝防滑鏈；
3）“近朱者赤 近墨者黑”；
4）“春捂秋凍”；
案 例
系統具有適應環境的變化、保持原有功能的特性
系統的基本特性分析
系統的基本思想：系統都具有整體性、相關性、功能性和環境適應性。系統的這些基本特性構成了系統的基本思想。
系統分析的基本方法：運用系統的基本思想和定性、定量相結合的方法對系統進行分析，就是系統分析的基本方法。
系統分析的基本方法
評價比較：系統性能、品
質評價，系統運行效果評價
；同類系統間比較，找出優
劣。
分析研究：系統內部機理；
系統內部各子系統的關系、
配合；系統與外部環境的
關系；基本的定量分析。
闡明問題：分析的對象
（系統）、系統的整體
功能和系統的組成。
系統的基本特性分析
組成部分要在整體中才能發各自的作用
高斯遇到的問題，從1加到100的和是多少？
傳統方法
1+2
前面的結果+3
……
前面的結果+100
系統方法
將100個數字，當做一個整體。
發現數字之間的關聯。
分析系統的特征，100個數字組成的系統，具備整體性、功能性、相關性，從而找到高效的解決方案。
任務一 ：高斯算法的系統分析
系統的基本特性分析
組成部分要在整體中才能發各自的作用
丁謂命人在京城大街取土，將三街九衢挖成壕溝。取土完畢，將壕溝灌上黃河水，外地運來的樹木，全部通過壕溝水運入城中。房屋蓋好，過去那些灰土碎瓦廢磚，又倒入壕溝中，平整成街道：一舉三得。
在皇宮前大街
挖溝取土燒磚
引汴河水
進壕溝
通過這條水
路運輸建材
建筑垃圾都
填進溝里
任務二 ：丁謂修復皇宮的系統分析
系統的基本特性分析
組成部分要在整體中才能發各自的作用
顯著特點
完整地而不是零星地處理問題，考慮各種主要變化因素及其相互的影響，全面地思考和解決問題。
在船只能坐一人且攜帶一樣物品的時候，農夫該如何過河？
任務三 ：農夫過河的系統分析
系統的基本特性分析
組成部分要在整體中才能發各自的作用
系統分析
農夫帶著羊過河，農夫回來；
農夫帶狼過河，農夫與羊回來；
農夫帶白菜過河，農夫回來；
農夫帶羊一起過河。
思考：1）農夫過河系統中要素是什么？
2）要素之間有什么樣的聯系？
3）通過什么樣的演算方法得到答案？
系統的基本特性分析
組成部分要在整體中才能發各自的作用
問題：安全運送貨物過河
目標：①貨物一個不少②最少的次數過河
PA：①<<人羊②人空>>③<<人狼④人羊>>⑤<<菜人⑥人空>>⑦<<人羊
PB：①<<人羊②人空>>③<<菜人④人羊>>⑤<<人狼⑥人空>>⑦<<人羊
PlanA和PlanB哪個更合理？
PlanA和PlanB都合適。
隨堂練習
系統的基本特性分析
1.春秋戰國時期李冰設計建造的都江堰，具有分流、排沙、泄洪、灌溉等多種功能的綜合性水利工程。該系統屬于（ ）
A 實體系統 人造系統
B 抽象系統 人造系統
C 實體系統 自然系統
D 抽象系統 自然系統

A
隨堂練習
系統的基本特性分析
2.如圖所示是一款新型智能體感代步車，能根據人體姿勢的變化自動實現前進、后退、轉彎等操作，起到代步的作用。這主要體現了系統的（ ）
A 功能性 B 相關性
C 整體性 D 環境適應性
A
隨堂練習
3.水（H2O）由氫和氧兩種要素構成，但當你口渴時，需要喝水，分別吸入氫氣和氧氣，并不能為你解渴，這說明（ ）
A.至少要有兩個或兩個以上的要素才能構成系統
B.系統的組成部分（要素）之間按照一定的結構形成整體
C.系統整體功能是各組成部分（要素）的功能所沒有的
D.系統包括子系統，它又是更大系統的子系統
C
系統的基本特性分析
隨堂練習
4.如圖所示是一款太陽能草坪燈，根據系統與外部環境的關系分類，它屬于（ ）。
A.概念系統 B.封閉系統
C.自然系統 D.人造系統
D
系統的基本特性分析
隨堂練習
系統的基本特性分析
5.人造 衛星在運行過程中，隨著空間環境的變化，需要不斷調整太陽能節帆板的姿態， 使帆板與太陽光線垂直，最大效率獲取太陽能，從而保持系統功能的穩定。這說明人造衛星的設計充分考慮了系統的( )。
A環境適應性
B整體性
C相關性
D層次性
A
隨堂練習
系統的基本特性分析
6.石墨鉛筆的鉛筆芯以石墨與黏土按一定比例配制。石墨比例越大則筆芯越黑，而硬度越小; 黏土的比例較大則顏色淺而硬度大。該事例主要體現了系統的。（ ）
A動態性
B目的性
C環境適應性
D相關性
D
組成部分要在整體中才能發各自的作用
2.構成系統的條件:
多個要素（部分）才能組成系統。
要素（部分）之間相互關聯形成一個整體。
系統具有整體的功能。
1.系統的定義:
整體性：要素出現問題，影響整體的功能
相關性：要素與要素之間相關
功能性： 系統都是以實現某種功能為目的
環境適應性：外部原因導致系統發生變化
3.系統的基本特性：
知識回顧
系統是由相互依存的若干個部分組成的、具有特定功能的有機整體。
知識回顧
系統的分類
組成元素性質
自然系統
由天然物質自然形成
人工系統
為達到某種目的人為建立
復合系統
自然系統和人工系統相結合
元素存在形態
系統的運動狀態
實體系統
由物質構成的系統
概念系統
由概念、原則、原理、理論、方法等非物質構成
動態系統
靜態系統
系統與外部環境關系
開放系統
封閉系統
系統的優化
組成部分要在整體中才能發各自的作用
一、系統優化的意義
系統優化就是在給定的條件下，通過一定的手段和方法，使系統達到更佳的功能或更佳效益的過程。實現系統的最優化，就可以在一定資源條件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、財力達到最小。
定義
01
系統優化是在一定的條件下進行的。
02
系統最優化要達到最佳效果，使投入達到最小。
03
系統優化強調整體的優化。
特征
系統的優化
二、影響系統優化的因素
校園周邊環境治理
案例一
校園外道路交通條件差，人多、車多、路窄，過往車輛素質低，人車混行，十分危險
校外超市、快遞購買垃圾食品
學校老師分散租住在農戶家里，存在安全隱患
。。。。。。
討論：你覺得校園周邊環境最需要改善的有哪些？提出你的改善建議？
系統的優化
二、影響系統優化的因素
按照系統優化的步驟進行優化
需要進行優化的問題
選擇合適的優化方案
評價與比較
問題分析：交通復雜
校園外道路交通條件差，人多、車多、路窄，過往車輛素質低，人車混行，十分危險。
解決方案：要致富 先修路
城投集團協調都江堰市政府，對校外路面進行改造提升；
各學部分時段放假、周末節假日開通校車；
放假時段協調交警指揮疏導、平日交警進行酒駕、危險駕駛檢查、每學期交警到校進行交通安全講座；
學校出資安裝監控、路燈、安全標牌、爆閃等物防設施。
條件校驗：校驗人力、物力、財力是否具備。合理分配，節約資源，促使優化指標和約束條件得以滿足。
實施與調整：及時調整，計劃與施工，再進入優化進程
系統的優化
一、系統優化的意義
案例二
車道附近噪聲污染嚴重
城市交通越來越發達，交通噪聲污染影響附近人群健康，消除或減輕噪音污染成為優化城市等大環境系統的重要課題。
討論：怎樣改善噪音的污染，優化人們所處環境？
系統的優化
二、影響系統優化的因素
減小噪音原則：
一、 聲源處減弱
二、傳播過程中減弱
三、接收處減弱
1、密閉聲源，在聲源處建造隔聲墻，防止噪聲直接向外傳播。
2、給機器上足潤滑油，即防止產生噪音，又能保護機器。
3、加強綠化，在繁雜的公路兩旁植樹造林，形成屏障。
4、添置隔音設施。
5、在耳朵處加塞隔音裝置，如好的耳塞。
選擇合適的優化方案：
系統的優化
二、影響系統優化的因素
系統的優化
組成部分要在整體中才能發各自的作用
二、影響系統優化的因素
優化追求的目標要適度。
希望投入最小，而取得的效益最大。
系統優化離不開條件，條件是否具備直接影響優化。
某些不確定的或不可預見的因素也會影響系統的優化。（干擾因素）
系統優化不僅要注意系統中組成部分（要素）的優化，還要注重組成部分（要素）之間、組成部分（要素）與整體之間的協調和連接的有序性。系統優化是一個不斷驗證、完善的過程。
系統的優化
組成部分要在整體中才能發各自的作用
二、影響系統優化的因素
案例三
碼頭選址問題
在江邊一側有 A 、 B 兩個工廠，它們到江邊的距離分別是2km和3km，設兩工廠沿江方向的距離是3.5km，現在要在江邊修建一個碼頭，使得兩廠的產品能夠順利過江，問碼頭應該建在什么位置，才能使運輸路線最短？
系統的優化
組成部分要在整體中才能發各自的作用
二、影響系統優化的因素
最優化方法是系統學中的一個重要方法。它通常是指在一定人力、物力和財力資源的條件下，使取得的效果（如生產產值、利潤、效益等）達到最大，而投入（如能源、資金、人力、時間等）達到最小的一種方法。
系統的最優化
系統的優化
組成部分要在整體中才能發各自的作用
二、影響系統優化的因素
最優化原則（補充）：
要用系統的基本思想和定性和定量分析相結合的方法使系統最優化
堅持系統整體的最優化
不間斷的尋求系統最優化
最優化的一般步驟：
提出需要最優化的問題，收集有關資料和數據
確定變量，建立定量計算方程（有關數學模型）和有關約束條件
選擇合適的最優化方法
解方程，校驗解的最優性
實施
簡單系統設計的基本方法
組成部分要在整體中才能發各自的作用
系統設計的概念：
系統設計是在系統分析的基礎上，設計出滿足預定目標的系統的過程。除了遵循設計的一般過程、原則和標準外，還強調分析思維和綜合思維相結合，注重在考慮整體的前提下具體研究解決局部問題。
系統設計特別強調（系統設計的原則）：
以實現系統基本功能為首要原則。
利用子系統間的關聯關系，合理解決子系統的沖突，綜合處理的原則。
追求效益的最大化及優化是系統設計追求的永恒目標的原則。
可實現動態調整的原則。
人性化設計的原則。
具備戰略性的思考，即設計應有相對的穩定性和適應可持續發展的原則。
簡單系統的方案設計
本章任務--校園十佳歌手的賽事系統設計
綜合考慮總體目的和要求：
(1) 活動主題
(2) 活動對象、場地
(3) 參與形式
(4) 賽事設置（預選賽、初賽、復賽、決賽）
(5) 評選規則
(5) 獎項設置

展開更多......

收起↑