系统的设计与优化

1、第三节第三节 系统的设计与优化系统的设计与优化 一、系统设计的含义 系统设计是在系统分析基础上, 设计出满足预定目标的系统的过程。 它既包含了对某个系统进行技术 本身的内容，同时又需要运用系统的 思想和方法对其设计过程进行分析、 设计。 系统设计应考虑的主要问题系统设计应考虑的主要问题 1 1、系统设计的目的与要求、系统设计的目的与要求 系统设计要从整体出发，以系统整体系统设计要从整体出发，以系统整体 功能的最优为目的功能的最优为目的 2 2、系统各部分之间的相互联系与相互作用、系统各部分之间的相互联系与相互作用 系统设计要运用系统的思想综合考虑系统设计要运用系统的思想综合考虑 和部分之间的关

2、联、冲突问题，注重各部和部分之间的关联、冲突问题，注重各部 分的横向、纵向联系。分的横向、纵向联系。 系统设计应考虑的主要问题系统设计应考虑的主要问题 3 3、系统设计方案的优化、系统设计方案的优化 首先从系统整体考虑优化，首先从系统整体考虑优化， 统筹兼顾，再在此基础上完善各统筹兼顾，再在此基础上完善各 部分的设计。部分的设计。 为坐落在山里的村庄策划一个筑路工程设计方案， 需要筹划：资金分配、人员调配、地质勘探、路 向选择、材料购置、施工进度等。 从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？ 用系统的观点理顺各种关系，分别从筑路方用系统的观点理顺各种关系，分别从筑路方 案的总体目标、路线规划方

3、案的选择、方案的优案的总体目标、路线规划方案的选择、方案的优 化作出思考。化作出思考。 1 1、总体目标：安全、快捷、经济地完成筑路工程。、总体目标：安全、快捷、经济地完成筑路工程。 2 2、选择好的路线方案：如公路要过两座山坡，是、选择好的路线方案：如公路要过两座山坡，是 修隧道还是绕道。修隧道还是绕道。 3 3、要考虑材料、人员、要考虑材料、人员 的安排，如何降低成本，的安排，如何降低成本， 减少浪费，考虑天气等减少浪费，考虑天气等 因素，提高工程进度。因素，提高工程进度。 三、系统设计的一般步骤三、系统设计的一般步骤 主要包括：将系统设计主要包括：将系统设计分解为分解为 若干子系统若干子

4、系统，确定各子系统的目，确定各子系统的目 标、功能及其相互关系，对子系标、功能及其相互关系，对子系 统进行技术和评价，对系统进行统进行技术和评价，对系统进行 总体技术设计和评价等。总体技术设计和评价等。 在发生多起交通事故后，检验检疫部门组在发生多起交通事故后，检验检疫部门组 织专家进行分析和实验室鉴定，认定：织专家进行分析和实验室鉴定，认定： 日日 本三菱帕杰罗越野车、型在设本三菱帕杰罗越野车、型在设 计上存在严重问题，车后部的计上存在严重问题，车后部的“感载阀感载阀”在在 车内坐上人并在颠簸的路上行驶时会压低磨车内坐上人并在颠簸的路上行驶时会压低磨 擦到后轴制动油管，经长期反复磨擦，造成擦

5、到后轴制动油管，经长期反复磨擦，造成 后轴制动油管被严重磨损直至出现漏洞，使后轴制动油管被严重磨损直至出现漏洞，使 制动液流出，造成刹车失灵。这是涉及行车制动液流出，造成刹车失灵。这是涉及行车 安全的严重质量问题！安全的严重质量问题！ 案例1：封杀三菱帕杰罗汽车事件 为确保人身安全，根据中华人民 共和国进出口商品检验法及其实施条 例的规定，特公告如下： 自公告之日起， 吊销日本三菱帕杰 罗V31、V33越野车 的进口商品安全质 量许可证书，禁止 其进口。 想一想： 三菱帕杰罗汽车被封杀的 原因是什么？ 1）没有设计好汽车制动系统中的后 轴制动油管； 2）没有设计好汽车悬挂系统中的感 载阀； 原

6、因： 小结：进行系统设计时，必需要设 计好各元素或子系统的功能及子 系统间的协调关系。 4 4、简单系统的设计的实现、简单系统的设计的实现 系统设计多用于比较复杂的社会系统工程、系统设计多用于比较复杂的社会系统工程、 经济系统工程、规划系统工程、生态系统工程、经济系统工程、规划系统工程、生态系统工程、 能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工 程、工业及企业系统工程、军事系统工程等方面程、工业及企业系统工程、军事系统工程等方面 手电筒照明供电部分的设计手电筒照明供电部分的设计 案例分析：手电筒照明供电部分的设计案例分析：手电筒照明供电部分的设计 设计

7、要求：可照明的手电筒，携带方便，使用安全。设计要求：可照明的手电筒，携带方便，使用安全。 设计分析：设计分析： 可把手电筒照明供电部分分为照明和供电两个子可把手电筒照明供电部分分为照明和供电两个子 系统。照明子系统的要素是灯泡、导线，供电子系系统。照明子系统的要素是灯泡、导线，供电子系 统的要素是电源和开关。统的要素是电源和开关。 手电筒的功能取决于它的各个组成要素，电源通手电筒的功能取决于它的各个组成要素，电源通 过导线的连接驱动灯泡发光，这些要素缺少任何一过导线的连接驱动灯泡发光，这些要素缺少任何一 个，手电筒都不能正常工作。个，手电筒都不能正常工作。 选择合适的元器件，使它们相互匹配，并

8、能达到选择合适的元器件，使它们相互匹配，并能达到 设计要求。设计要求。 方案方案A A （1 1）设计一个简单的电路，画出电路图。）设计一个简单的电路，画出电路图。 （2 2）根据电路图，选择元器件，如灯泡、干电池、）根据电路图，选择元器件，如灯泡、干电池、 导线等，并搭接电路。导线等，并搭接电路。 （3 3）通过控制开关，使灯泡发光。）通过控制开关，使灯泡发光。 设计方案：设计方案： 方案方案B B 选择元器件为发光二极管及干电池、金属筒等，其选择元器件为发光二极管及干电池、金属筒等，其 他步骤参照方案他步骤参照方案A A。 方案方案C C 设计一个自发手电筒。 采用发电机代替干电池进行供电

9、。手电系统有以下几个部 分组成： 手柄手柄齿轮组齿轮组发电机发电机小电珠小电珠 用手摇动手柄，使齿轮的转速加快，带动一个由电磁铁和 线圈组成的发电机旋转，线圈在磁场中转动时将机械能转 化为电能，输出电流，使小电珠发光。 方案C不需要使用干电池，所以对环境不产生污染。 系系 统统 分分 析析 的的 基基 本本 程程 序序 确定目标确定目标 收集资料收集资料 建立模型建立模型 比较各方案的性能指标比较各方案的性能指标 确定最优方案确定最优方案 是否满意？是否满意？ 建议实施最优方案建议实施最优方案 否否 是是 传说宋真宗在位时，开封皇宫曾失火。一夜之间，大片的宫 室楼台殿阁亭榭变成了废墟。宋真宗派

10、当时的晋国公丁谓主持 修缮工程。当时，要完成这项重大的建筑工程，面临着三个大 问题：第一第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉；第二第二，要运来大 批木材和石料；第三第三，需要大量新土。不论是运走垃圾还是运 来建筑材料和新土，都涉及到大量的运输问题。如果安排不当， 施工现场会杂乱无章，正常的交通和生活秩序都会受到严重影 响。请用系统分析的基本方法提出合理的建议请用系统分析的基本方法提出合理的建议 系统分析案例 丁谓的方案丁谓的方案 丁谓研究了工程之后，制订了这样的施工方案：丁谓研究了工程之后，制订了这样的施工方案： 首先，把皇宫前的一条大街挖成大深沟，把挖出来的首先，把皇宫前的一条大街挖成大深沟，把

11、挖出来的 土作为施工需要的新土备用，于是就解决了新土问题。土作为施工需要的新土备用，于是就解决了新土问题。 第二步，从城外把汴水引入所挖的大沟中，于是就可第二步，从城外把汴水引入所挖的大沟中，于是就可 以利用木排及船只运送木材石料，解决了木材石料的以利用木排及船只运送木材石料，解决了木材石料的 运输问题。最后，等到材料运输任务完成之后，再把运输问题。最后，等到材料运输任务完成之后，再把 沟中的水排掉，把工地上的垃圾填入沟内，使沟重新沟中的水排掉，把工地上的垃圾填入沟内，使沟重新 变为大街。变为大街。 简单归纳起来，就是这样一个过程：挖沟（取土）简单归纳起来，就是这样一个过程：挖沟（取土） 引水

12、入沟（水道运输）引水入沟（水道运输）填沟（处理垃圾）。填沟（处理垃圾）。 按照这个施工方案，不仅节约了许多时间和经费，按照这个施工方案，不仅节约了许多时间和经费， 而且使工地秩序井然，使城内的交通和生活秩序不受而且使工地秩序井然，使城内的交通和生活秩序不受 施工太大的影响。施工太大的影响。 系统的优化 战国时代，齐王常与他的大将田忌赛马，双战国时代，齐王常与他的大将田忌赛马，双 方约定每场各出一匹马，分三场进行比赛。齐王方约定每场各出一匹马，分三场进行比赛。齐王 的马有上、中、下三等，田忌的马也有上、中、的马有上、中、下三等，田忌的马也有上、中、 下三等，但每一等都比不上齐王同等的马，于是下三

13、等，但每一等都比不上齐王同等的马，于是 田忌屡赛屡输。田忌屡赛屡输。 一日，田忌的宾客、对军事颇有研究的孙膑一日，田忌的宾客、对军事颇有研究的孙膑 给田忌出了一个主意，结果赢了齐王。给田忌出了一个主意，结果赢了齐王。 田忌 VS 齐王 田忌 VS 齐王 （ 1） 上马上马 ： 上马上马 中马中马 ： 中马中马 下马下马 ： 下马下马 （ 2） 上马上马 ： 上马上马 中马中马 ： 下马下马 下马下马 ： 中马中马 （ 3） 上马上马 ： 中马中马 中马中马 ： 下马下马 下马下马 ： 上马上马 （ 4） 上马上马 ： 中马中马 中马中马 ： 上马上马 下马下马 ： 下马下马 （ 5） 上马上马 ： 下马下马 中马中马 ： 上马上马 下马下马 ： 中马中马 （ 6） 上马上马 ： 下马下马 中马中马 ： 中马中马 下马下马 ： 上马上马 u优化追求的目标要适度。 u付出 希望投入最小，而取得的效益