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第八講 系統與設計
一、系統的結構
1.什么是系統
由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體，稱為系統。
案例分析：自行車P64
自行車由車架、車把、鞍座、前叉、腳蹬、鏈輪、鏈條、車輪（輪胎、輻條、車圈、氣門）、車閘、等主要部件組成。
自行車是由若干主要部件組成的，這些部件相互聯系、相互作用，形成了自行車可以代步的功能。
要素是指構成系統的最主要的元素。一般地，部分相對于系統的整體而言，要素相對于系統的元素結構而言。很多情況下，要素和部分又可以通用。如一個企業就是一個系統，它是由人、財、物、事等要素組成的，同時也是由管理部門、生產部門、營銷部門、供應部門等部分組成的。在這個系統中，各要素（部分）都是不可缺少的，他們之間存在著一定的聯系。
構成系統，必須具備三個條件：
第一，至少要有兩個或者兩個以上的要素（部分）才能組成系統；
第二，要素（部分）之間相互關系、相互作用，按照一定方式形成一個整體；
第三，這個整體具有的功能是各個要素（部分）的功能中所沒有的。
系統有大有小，有復雜有簡單。對于較大型的系統和比較復雜的系統，根據一定的標準可劃分為若干子系統，如地球生態系統由海洋生態系統、森林生態系統、陸地生態系統等子系統構成；交通系統可分為航空運輸系統、鐵路運輸系統、公路運輸系統等子系統；管理系統可分為生產管理系統、營銷管理系統、財務管理系統等子系統。同樣，任何系統都是更大系統的子系統。
2.系統的類型
系統是普遍存在的，也是多種多樣的。系統可按不同的標準和需要來分類：
（1）自然系統和人造系統
如：人體系統、生態系統是自然系統；城市系統、計算機系統和機械傳動系統是人造系統
（2）實體系統和抽象系統
如：生物系統、機械系統是實體系統；哲學系統、計算機的操作系統是抽象系統
（3）靜態系統和動態系統 如：靜態和動態是相對的。
（4）開放系統和封閉系統 如：氨氣的合成系統是封閉的，生態系統是開發的系統。
（5）簡單系統和復雜系統（拓展）
（6）黑色系統和白色系統（拓展）
3.系統的基本特性：整體性、相關性、目的性、動態性、環境適應性。
⑴整體性：是系統最基本的特性，也是觀察和分析系統最基本的思想和方法。
系統是一個整體，它不是各個要素（部分）的簡單相加，系統的整體功能是各要素（部分）在孤立狀態下所沒有的。
系統的任何一個要素（部分）發生變化或出現故障時，都會影響其他要素（部分）或整體的功能的發揮。
系統的整體功能大于組成系統的各部分的功能之和。如：人的雙眼視覺功能大大超過兩只單眼視覺功能簡單相加的總和。
不能離開整體去分析系統中的任何一個組成部分。一個系統組織的好不好，就看它的整體功能即系統功能實現得怎樣。
案例分析：巴爾扎克的塑像 P69
⑵相關性：是指組成系統的各要素之間或系統整體與部分之間的相互作用、相互聯系。
案例分析：廚具安裝 P70
家庭裝修是一項系統性很強的工程，各項工作之間、各種設施之間存在著必然的聯系，它們相互影響又相互制約。只有從它們的相關性出發，處理好各方面的關系，才能事半功倍，高質高校。
⑶目的性：任何系統都具有某種目的，都要實現一定的功能，這正是區別不同系統的標志。
系統的目的一般通過更具體的目標來體現。對于復雜的系統，目標有多個，往往用一個指標體系來描述系統的目標。
設計和分析一個系統時，必須事先弄清其目的，否則就無法構成一個良好、有序的現實系統。當系統存在多個目標時，要從整體協調的角度出發尋求平衡，以獲得整體上的最佳效果。
⑷動態性：任何系統都是一個動態系統，處在運動變化和發展之中。
運用系統的動態觀點，有助于使我們不僅看到系統的現狀，而且看到系統的變化和發展，從而預測系統的將來，掌握系統的發展規律。
⑸環境適應性：系統只有對環境變化的適應能力，才能保持和恢復系統原有的特性。
二、系統的分析
1.系統分析及其一般步驟
⑴什么是系統分析
為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、實驗，并在此基礎上擬訂一套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統提出改進方案的過程，就是系統分析。
系統分析的顯著特點是完整地處理問題，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。
案例分析：漢字激光照排系統P77
⑵系統分析的一般步驟
①明確問題，設立目標：明確所要研究問題的性質和范圍，提出所要表達到的目標，明確約束條件
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，預計可能產生的各種結果
③分析計算，評價比較：對資料和數據做必要計算，進行各子系統的分析，再進行系統的整體分析，將各中方案進行評價對比，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
案例分析：田忌賽馬P78
思考：⒈田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？
⒉孫臏出的主意，為什么能使田忌贏了齊王？
⑶系統分析的主要原則
運用系統分析的方法處理問題時要遵循整體性原則、科學性原則、綜合性原則三個主要原則。
①整體性原則：先分析整體，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程，再看某一個階段；先看長遠，再看當前。
②科學性原則：
③綜合性原則：
案例分析：孝襄高速公路P80
2.系統的優化：
我們做任何事情都希望達到最優的效果。如希望以最小的成本獲取最大的利潤，以最短的工期完成更多的工程量，以最少的能耗生產更多的產品，在單位面積上盡可能提高農業產量等。
案例分析：農作物種植系統的優化——農業間作套種P81
目標：實現增產、增收、提高土地利用率。
條件：農作物的生長的季節差、時間差，把相同或不同類的農作物套種在一起，有“麥、棉、瓜”，“麥、棉、菜”，“麥、瓜、棉、玉米”等多種套種模式供選擇。
某地區因地制宜地選擇了“麥、棉、瓜、紅薯”的套種模式，在正常天氣條件下，按照套種的技術要求操作，夏季可收小麥（350~400）千克/畝，紅薯2500千克/畝，無籽西瓜5000千克/畝，秋季產籽棉225/千克/畝，平均每畝收入超過3000元，比原先提高了近五成。
你認為在你所在地區，可采取哪些提高農作物產量的措施？
系統優化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據系統的優化目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
影響系統優化的因素是指對系統的目標函數產生顯著影響，并且可以認為調節的因素。
案例分析：利潤問題P81 閱讀：數學模型P82
為使系統達到最優的目標而提出的求解方法稱為最優化方法。系統優化的方法多樣的，有的運用數學模型求解，有的用科學的估算、試驗等方法實現。
案例分析：裝修施工的組織優化P83 閱讀：系統工程P84
三、系統的設計
1.系統的設計
⑴系統設計應考慮的主要問題：
①系統設計的目的與要求：
系統設計要從整體出發，以系統整體功能的最優為目的。不同行業的系統設計有著不同的技術要求。
②系統各部分之間的相互聯系與相互作用：
運用系統的思想綜合考慮各部分之間的關聯、沖突問題。注重各部分的縱向、橫向聯系；依據系統的動態性、環境適應性，考慮當前和長遠。
③系統設計方案的優化：首先從系統整體考慮優化，統籌兼顧，再在此基礎上完善各部分的設計。
⑵系統設計的一般步驟：
系統設計的步驟主要包括：將系統分解為若干子系統，確定各子系統的目標、功能及其相互關系，對子系統進行技術設計和評價，對系統進行總體技術設計和評價等。
2.簡單系統的設計的實現
案例分析：手電筒照明供電部分的設計P87
設計要求：可照明的手電筒，攜帶方便，使用安全。
設計分析：
⒈可把手電筒照明供電部分分為照明和供電兩個子系統。照明子系統的要素是燈泡、導線，供電子系統的要素是電源和開關。
⒉手電筒的功能取決于它的各個組成要素，電源通過導線的連接驅動燈泡發光，這些要素缺少任何一個，手電筒都不能正常工作。
⒊選擇合適的元器件，使它們相互匹配，并能達到設計要求。
設計方案：
方案A
（1）設計一個簡單的電路，畫出電路圖。
（2）根據電路圖，選擇元器件，如燈泡、干電池、導線等，并搭接電路。
（3）通過控制開關，使燈泡發光。
方案B
選擇元器件為發光二極管及干電池、金屬筒等，其他步驟參照方案A。
方案C
設計一個自發手電筒。
采用發電機代替干電池進行供電。手電系統有以下幾個部分組成：
手柄——齒輪組——發電機——小電珠
用手搖動手柄，使齒輪的轉速加快，帶動一個由電磁鐵和線圈組成的發電機旋轉，線圈在磁場中轉動時將機械能轉化為電能，輸出電流，使小電珠發光。
方案C不需要使用干電池，所以對環境不產生污染。
案例分析：室內住宅電氣系統的設計P89
本單元小結：
系統是由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體。系統有大有小，有復雜有簡單，根據一定的標準可劃分為若干子系統。系統的基本特性主要有整體性、相關性、目的性、動態性和環境適應性等。這些特性都體現了一定的思想與方法。
系統分析是指為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬訂一套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統提出改進方案的過程。系統分析應遵循整體性原則、科學性原則和綜合性原則。
系統的優化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據系統的優化目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
系統設計是對各種各樣的系統進行調查分析、籌劃研究、評價實施、運行改善等，直到完成一個能協調工作的實際系統的過程。系統設計要考慮其目的與要求、系統各部分之間的相互聯系與相互作用、對系統設計方案進行優化等問題。

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