系统与设计 省赛获奖

第三单元系统与设计一系统的结构

二系统的分析

三系统的设计

本单元重要概念：系统、子系统、整体性、相关性、动态性、目的性、环境适应性、系统分析、系统优化、系统设计《申鉴·时事》中捕雀的故事,告诉我们:在生活中要利用整体的、相互联系的系统的观点解决问题，否则会犯一些错误。我们在日常工作和生活中,经常使用“系统”这个名词。

例如，人体中的消化系统、神经系统；一个学校中的教学系统、德育系统、后勤系统；机器中的传动系统、润滑系统等等。

那么，究竟什么是系统呢？我们先看下图中的自行车,请问好使吗？教学设计分析自行车各部件的作用,完成P65页讨论教学设计P65讨论：车把的作用是控制自行车的方向。脚蹬的作用是将人脚踩的力传递到链轮链条上。链条的作用是将动力传递到后轮，驱动自行车行走。车闸的作用是控制自行车的速度。自行车是由若干个主要部件相互的配合才完成了共同的整体功能（代步）。其中任何一个主要部件出现问题，都有可能导致自行车无法正常工作。这说明自行车的主要部件是相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的。我们会说自行车是一个系统。那什么是系统呢？1、系统的含义系统：是由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。教学设计构成系统必须具备的三个条件：1、至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统。2、要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体。3、这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。教学设计P65马上行动：请指出下列系统分别由哪些要素组成，并说出相互之间有怎样的联系？台灯学校的多媒体教室手表缝纫机灯座、灯泡、灯罩、电线和开关等电脑、投影机、音响设备、课桌椅、照明设备表壳、表芯、表带等机头、面板、脚踏、皮带轮等教学设计系统有大有小，有复杂有简单。根据一定的标准可划分为若干子系统。教学设计子系统：对于较大的系统，可以根据一定的标准划分为若干个小的系统。P66请分析自行车可分为哪几个子系统，每个子系统包括哪些部件。（1）传动子系统：（2）制动子系统：（3）承重子系统：……阅读P66最后一段,列举你熟悉的系统，并完成书本P67马上行动：自然界：技术领域：社会领域：工业生产方面：农业生产方面：军事方面：教育方面：细胞、森林神州7号、汽车城市、家庭电动机、车床池塘、稻田坦克、枪支学校、班级2、系统的类型1).整体性：2、系统的基本特性整体性：

1、非各个要素的简单相加。系统是一个整体，它不是各个要素（部分）简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的。2、系统的任何一个要素发生变化或出现故障，都会影响整体功能的发挥。3、系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。4、不能离开整体去分析系统中的任何一个组成部分。完成P68页马上行动2）.相关性：相关性是指组成系统的各个要素之间或系统整体与部分之间的相互作用、相互联系。

炼钢碳含量对钢材整体性能的影响3）.目的性：系统都具有某种目的，实现一定的功能，这是区别不同系统的标志。设计和分析一个系统时，必须先弄清其目的，否则就无法构成一个良好、有序的现实系统。4）.动态性：任何系统都是一个动态的系统，处于运动变化和发展之中。实体系统的动态性主要表现在一段时间后性能的下降。

运用系统的动态观点，有助于使我们不仅看到系统的现状，而且看到系统的变化和发展，从而预测系统的未来，掌握系统的发展规律5）.环境适应性：外界环境的变化会引起系统特性的改变，并相应地引起系统功能和系统内部各部分相互关系的变化。

系统必须适应外部环境的变化，才能保持和恢复系统原有的特性，实现可持续的发展，否则是没有生命力的。3.2系统的分析学习目标:1.初步掌握系统分析的基本方法。2.理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素。1、系统分析及其一般步骤2、系统的优化1、什么是系统分析为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改正方案的过程。

特点：完整地而不是零星地处理问题,考虑各种主要变化因素及其相互的影响,全面地思考和解决问题。

作用：

可以正确地提出整体目标，恰当地选择方案，科学地确定行动的方略,从而寻求一种解决问题的“最佳决策”。一、系统分析及其一般步骤2、系统分析的一般步骤

系统分析的出发点是为了发挥系统的整体功能，目的是寻求解决问题的“最佳决策”。明确问题,设立目标明确所要研究问题的性质和范围,提出所要达到的目标,明确约束条件收集资料,制定方案收集相关资料,制定解决问题的各种备选方案,预计可能产生的各种结果分析计算,评价比较对资料和数据做必要计算,进行各子系统的分析,将各种方案进行评价对比,选择最佳方案检验核实,作出决策如果对方案不够满意,还可按上述程序反复进行,直到获得满意的方案为止书本案例分析：田忌赛马思考：孙膑利用怎样的方法，从而使田忌赢得了比赛的胜利胜利？田忌—齐王田忌—齐王方案一上马—上马中马—中马下马—下马方案二上马—上马下马—中马中马—下马方案三中马—上马上马—中马下马—下马方案四中马—上马下马—中马上马—下马方案五下马—上马上马—中马中马—下马方案六下马—上马中马—中马上马—下马0：31：21：21：22：11：22：1举例：澳门大桥是一座双向四车道（中间用栏杆隔离）的现代化大桥，连接了二个岛屿之间的交通，绝大部分居民都居住在A岛，工作在B岛，早晨上班时汽车大多数从A岛向B岛行驶，晚上下班时汽车又大多从B岛向A岛行驶，结果造成早晨A岛到B岛，晚上B岛到A岛的单向交通十分拥挤，澳门政府为了解决这个问题，向市民征求意见，最后一个小学六年级的学生的方案被采用了。你如何解决这个单向的交通拥挤问题？请提出解决这一问题的几种途径，并选择一种最经济、最有效可行、最容易实现的办法，运用系统分析方法，分步骤说明你分析思考的过程。分析应用题参考答案：1、明确问题、设立目标：解决上下班交通拥挤，要求经济、容易实现、有可行性。方案：

1）新建一座大桥。

2）停用私家车，采用公交车上下班。

3）采用活动栏杆，早晨上班A岛到B岛加宽到三车道，B岛到A岛缩小为一车道，晚上下班时相反。2、收集资料、制定立案：3、分析计算、评价比较：

方案一：新建一座大桥，投资大、工期长、不可行。方案二：采用公交车上下班，能解决交通拥挤，但停用私家车不现实，也不可行。方案三：采用活动栏杆，无需投资，并保持原有交通方式，又能解决交通拥挤，方案可行。

4、检验核实、作出决策：经反复论证和试行，方案三行之有效，最终采用。3、系统分析的主要原则（1）整体性原则——系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；要考虑长远，不能只顾眼前。

阅读案例：《丁谓修皇宫》P79马上行动（2）科学性原则

——系统分析要尽可能运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具有说服力。阅读：优选法（3）综合性原则

——系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时，应将目标排出优先次序，首先选取最优的目标，然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。有些情况下，要综合若干方案的优点，从而取得较好效果。阅读案例：P80孝襄高速公路

P74埃及阿斯旺水坝二、系统的优化

系统的优化是指在给定的条件下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。

阅读案例：

农作物种植系统的优化——

约束条件——

天气，气候

优化因素——农业间作、套种玉米间作大豆1、影响系统优化的因素：是指对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。2、约束条件：对系统目标起限制作用，并且是不能人为调节的分清两点：案例：利润问题

某家具厂要安排一周的生产计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4m2木板及20小时的工时，制作一只椅子需6m2木板及18小时的工时，每周能拥有的木板是600m2，可利用的工时是400小时；每张桌子的利润是50元，每只椅子的利润是60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5只椅子，并假定所有的产品都能够销售出去。问：该厂每周生产桌子和椅子的数量分别是多少时，能获得最大利润？Smax=50x+60y4x+6y≤60020x+18y≤400x≥8,y≥5设每周生产桌子X张，生产椅子Y张，获得最大利润是Smax,则有：试问：本系统中，优化的目标是什么？约束条件又是什么？阅读：数学模型

用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。现实世界的事物与数学模型的关系可表示为：抽象现实世界的原型对原型的分析数学结论数学模型分析解释分析阅读P83案例：装修施工的组织优化装修进度（周）36912A水电K木工K油漆KB水电K木工K油漆KC水电K木工K油漆K流水施工优点：(1)工期____(2)需要水电、木工和油漆各____个装修队同时工作。(3)相对于平行施工的方式,这种方式在施工时间内投入的人力、施工设备、材料____。阅读：系统工程

系统工程是指在系统思想的指导下，综合应用自然科学和社会科学中有关的先进思想、理论、方法和工具，对系统的结构、功能、要素、信息和反馈等进行分析、处理，解决实际问题，以达到最优规划、最优设计、最优管理和最优控制的目的。作业:P85练习1、2第三节系统的设计1、系统的设计2、简单系统的设计的实现学习目标：1、通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。2、确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计棚室环境系统加温采暖系统通风降温系统罐溉施肥系统透光覆盖系统人工光源系统环境控制系统

热水采暖蒸汽采暖热风采暖辐射采暖湿帘风机降温喷雾降温遮阳降温

滴灌微喷灌渗灌施肥、施药塑料膜玻璃Pc板计算机控制系统报警系统信息检测系统（子系统）（元素）学院国际大厦智能化大楼系统楼宇自动化系统办公自动化系统通信自动化系统安全防范自动化系统消防防范自动化系统BASOASCASSASFAS（子系统）BAS空调监控系统冷冻站监控系统给排水监控系统变配电监控系统热力站监控系统……

大楼信息管理自动化系统①②③④⑤⑩（子系统）（子子系统）温度传感器湿度传感器制冷器过滤器风机(元素)（1）含义：在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。1、系统的设计（2）系统设计应考虑的主要问题。A、系统设计的目的与要求：Ｂ、系统各部分之间的相互联系与相互作用：

Ｃ、系统设计方案的优化：从整体出发，以系统整体功能的最优为目标首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计（3）复杂系统设计的一般步骤。①将系统分解为若干个小系统

②确定各子系统的目标、功能及相互关系

③对子系统进行技术设计和评价④对系统进行总体技术设计和评价注意：实际的系统设计中，其设计的步骤不是千篇一律的2、简单系统设计的实现

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、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。现通过简单的设计项目来说明如何进行简单系统的设计：台灯的设计：一、设计要求：1、功能要求：基本的照明功能，辅助功能。2、技术指标：亮度≥300LX，不反光，不眩目，绝缘度≥1MΩ等。3、外观要求：美观，具有一定的装饰果。4、耐用性：结构稳固，经久耐用。5、成本要求：不高于20元。二、设计分析：1、台灯设计需要考虑的主要因素:功能、结构稳定、安全可靠、成本适当、易于制作等2、可把台灯分解成支撑系统和电源系统，支撑系统的要素有底座、支撑架、灯罩；电源系统的要素有开关、电线、插头、灯头、灯泡3、对各要素进行具体设计分析1）支撑系统（1）底座：要保持稳定，底要大些；选择坚固的、不易碎的材料；体现个性化的风格。（2）支撑架：支撑灯罩，决定台灯的高度，还会影响到光线照射角度；应选择耐用、安全、低成本、美观的材料。（3）灯罩：调节光线、安全保护；选择耐用、导热性弱、不透明、反光度适宜、颜色和谐等特性的材料。2）电源系统（1）开关：通断电源或调节光线亮度。（常见的台灯开关有拨动式开关、旋钮式开关、触摸式开关、光控开关、声控开关等。）（2）灯泡：应选择耐用且光线柔和的灯泡或灯管（中学生学习的时间较长，眼睛易疲劳，为了保护其视力，所要设计的台灯应连续平稳地发光，一般选择没有频闪或频闪较低的灯泡。）（3）灯头：配套的灯头（4）电线：要求绝缘好、柔软、有一定的抗拉强度（花线、双绞线、护套线、电缆）（5）插头：三相插头三、设计方案：方案1方案2方案3方案4四、方案的比较和优化1、比较：在多个方案经构思形成之后，我们往往要对这些方案进行评判和比较，同时要从设计的目的出发，针对一些相互制约的问题进行权衡和决策，最后选出较为满意的方案或集中各方案的优点进行改进。

2、方案优化

方案的优化是一个综合考虑过程，它们相互关联、互相制约，要抓住设计的核心与关键，以达到最佳的效果。例如台灯设计1）优化时首先要考虑最关键因素；2）其次考虑稳定性和耐久性；3）最后考虑加工难易程度、成本、环保性等。二、试题：1、计算机程序属于什么系统，也属于什么系统：（）

A、人造系统、抽象系统

B、人造系统、实体系统

C、自然系统、实体系统

D、自然系统、抽象系统

答案：本题属容易题，主要考核对系统分类的了解2、下面关于系统的叙述，错误的是（

）

A、系统是由两个或两个以上的要素组成

B、整体具有的功能是各个要素的功能中所没有的

C、在一个系统中，有时各要素之间往往是互不相干的，甚至是相互对立的

D、任何系统都是一个动态的系统，处在运动变化和发展中

答案：本题属容易题，主要考核对系统含义的理解

3、前人虽不知系统论，但已经不自觉地应用了系统理论。在以下例子里，未能很好地体现系统理论的是（）A．丁谓修复皇宫B．田忌赛马C．都江堰水利工程

D．阿斯旺水坝答案：本题属容易题，主要考核对系统特性的理解4、一堆沙子、钢筋、水泥等等材料散放在一起没什么意义，但是如果将它们按照一定的结构形式造成一座桥梁，就具有了交通的功能，这个案例说明系统最基本的特性是：（）

A、目的性B、动态性C、整体性D、适应性

答案：本题属容易题，主要考核对系统基本特性“系统的整体性”的理解5、下列日常用语中体现系统环境适应性的是（）A．春暖秋冻B．丢卒保车

C．一招不慎、全盘皆输D．三个臭皮匠顶个诸葛亮答案：本题属容易题，主要考核对系统基本特性“系统环境适应性”的理解6、电脑的主机箱应该放在通风良好的地方，如果放在封闭的空间就会造成电脑死机。这一现象说明系统具有的基本特性是()A．整体性B.目的性C.相关性D.环境适应性答案：本题属容易题，主要考核对系统基本特性“系统环境适应性”的理解7、赵明同学家所在街道的人行道路在一年内进行了铺设通讯线路、煤气管道、下水管道修理三次施工，给市民带来了生活的不便，这说明对于道路的改造不符合系统设计的（）原则

A、整体性原则B、动态性原则

C、综合性原则D、人性化设计的原则

答案：

本题属容易题，主要考核对系统分析主要原则“整体性原则”的了解8、某些情况下，综合若干方案的优点，会取得意外效果．现代医学采用中西医结合的方法攻克了许多疑难杂症．上述例子利用了系统分析中的（）．Ａ．整体性原则Ｂ．科学性原则Ｃ．综合性原则Ｄ．定量分析方法答案：本题属容易题，主要考核对系统分析主要原则“综合性原则”的了解9、关于系统分析以下说法错误的是（）

A、系统分析是一种科学决策的方法

B、系统分析的显著特点是全面地思考和解决问题

C、系统分析是一种经验决策的方法

D借助于系统分析，可以正确地提出整体目标，恰当地选择方案、科学地确定行动的方略。

答案：C

本题属容易题，主要考核对系统分析概念的理解10、城市公交系统既要强化公共交通的安全，又要缩短车辆行驶的时间，实现社会效益和经济效益双丰收。上述例子利用了系统分析中的（）Ａ、综合性原则Ｂ、科学性原则Ｃ、整体性原则Ｄ、定量分析方法答案：本题属容易题，主要考核对系统分析主要原则“综合性原则”的了解11、系统优化的意义（）A、获取系统的最佳效益或最佳性能

B、改善系统的环境C、调整系统的结构

D、改变系统的特征答案：本题属容易题，主要考核对系统优化的理解12、影响系统优化的因素是指（）

A、对系统起着限制作用，并且不能人为调节的因素。

B、对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。

C、对系统起着限制作用，并且可以人为调节的因素。

D、对系统的目标函数产生显著影响，并且不能人为调节的因素。答案：本题属容易题，主要考核对系统优化的理解参考答案：1）整体性是系统的最基本特性。2）系统是一个整体，它不是各个要素的简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。3）系统的整体功能大于组成系统各部分的功能之和。4）阿波罗登月飞船是一个整体，虽然每一个部件不具有上天的功能，但是它们按照一定的结构形成一个整体，就具有了飞船的功能。本题属稍难