系统的分析PPT课件.ppt

通用技术 技术与设计2 第三单元系统与设计系统的分析 1 一 复习导入 构成系统需要满足什么条件 系统具有哪些基本特性 2 二 系统的分析 系统分析方法的产生 系统分析是在第二次世界大战末期提出来的 起初被用于武器系统的分析研究 后来又被用于国防战略及国家安全政策的制定 上世纪60年代才逐步被行政及企业单位采用 3 1 系统分析 什么是系统分析 每个人都会面临选择 面临决策 打个比方 放学回家 可以选择的道路比较多 小路路线比较近 但是道路比较窄 大路绕着远了点 可是路面宽阔 很多同学想也不想 就走小路吧 近呗 可是如果有一个人他开着一辆车 他会不会仍然做这种选择呢 万一小路上有什么东西堵着了 这可就糟了 对于不同的交通工具 不同的道路 每个人的选择就不一样了 那么总该有一个比较合理或者科学的选择吧 决策方法有经验决策和科学决策 经验决策是人们惯用的方法 有时可能会导致失误 科学决策则可以最大限度地减少失误 4 决策的方法 经验决策 5 决策的方法 科学决策 系统分析就是一种科学决策的方法 6 公交线路的设立 在人口规模很小的县城 道路状况简单 公共交通线路的决策也简单 设计者凭借经验 可以完成公交线路的设计 综合考察全市的道路状况 人口密度的分布 不同区域的居民对公共交通的要求等 运用科学的方法进行综合分析和研究 就能找出城市公交线路规划设计的最佳方案 在上百万人口规模的大城市 道路状况复杂 市民对交通的需求趋于多样化 这时若凭经验规划公交线路 容易顾此失彼 出现失误 7 路口控制系统 车辆和行人都少的情况 司机自己控制行或停 车辆多的情况 红绿灯控制车辆的行或停 车辆和人都多的情况 红绿灯不仅控制车辆的行或停 还控制人的行或停 红绿灯控制行或停的时间是事先经过抽样统计的结果确定的 问题 有时会出现在一条道路上行驶时 总是遇到红灯 司机常常会说 一步赶不上 步步赶不上 路口控制系统的改进 在一些主干道路上 实现一路绿灯 方法 主干道路上的绿灯按一定的时间顺序依次亮 8 系统分析的定义 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 并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序 或对原有的系统提出改进方案 这个过程就是系统分析 设置红绿灯控制车辆的行或停 设置红绿灯控制人的行或停 设置智能路口控制 系统分析的出发点是 为了发挥系统的整体功能 系统分析的目的是 寻求解决问题的最佳决策 9 系统分析的特点 系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问题 考虑各种主要变化的因素及其相互的影响 全面地思考和解决问题 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 10 案例分析汉字激光照排系统 王选教授 激光照排机 11 思考 在汉字照排方案的决策中 系统的整体目标是什么 你认为王选进行决策的依据主要有哪些 目标 研制出先进的中文排版系统 使得我国的报业排版不再依赖国外技术 依据 王选看到了国内的技术储备以及第四代机的市场场景虽然存在一定的技术难关 但只要努力还是可以克服的 在选题和确定技术途径时候 要注意中国国情 要仔细研究哪些事情应该做而且可能做好 哪些事在中国不应该做或不能做 如果只欣赏和坚持局部创新 而忽略整体上的大方向 有时会产生灾难性的后果 12 二 系统分析的一般步骤 系统分析的出发点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 而生产和生活中的一些问题 往往存在着许多相互关联和一些不确定的因素 所以最佳决策只是在若干方案中寻求的相对令人满意的方案 13 14 系统分析的步骤 明确问题 设立目标 收集资料 制定方案 分析计算 评价比较 检验核实 作出决策 明确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 对资料和数据做必要的计算 进行各子系统的分析 再进行系统的整体分析 将各种方案进行评价对比 选择最佳方案 如果对制定的方案不满意 还可按上述程序反复进行 直到获的满意为止 15 田忌赛马 1 齐国的大将田忌 很喜欢赛马 有一回 他和齐威王约定 要进行一场比赛 他们商量好 把各自的马分成上 中 下三等 比赛的时候 要上马对上马 中马对中马 下马对下马 由于齐威王每个等级的马都比田忌的马强得多 所以比赛了几次 田忌都失败了 田忌觉得很扫兴 比赛还没有结束 就垂头丧气地离开赛马场 这时 田忌抬头一看 人群中有个人 原来是自己的好朋友孙膑 孙膑招呼田忌过来 拍着他的肩膀说 我刚才看了赛马 威王的马比你的马快不了多少呀 孙膑还没有说完 田忌瞪了他一眼 想不到你也来挖苦我 孙膑说 我不是挖苦你 我是说你再同他赛一次 我有办法准能让你赢了他 田忌疑惑地看着孙膑 你是说另换一匹马来 孙膑摇摇头说 连一匹马也不需要更换 16 田忌赛马 2 齐威王屡战屡胜 正在得意洋洋地夸耀自己马匹的时候 看见田忌陪着孙膑迎面走来 便站起来讥讽地说 怎么 莫非你还不服气 田忌说 当然不服气 咱们再赛一次 说着 哗啦 一声 把一大堆银钱倒在桌子上 作为他下的赌钱 齐威王一看 心里暗暗好笑 于是吩咐手下 把前几次赢得的银钱全部抬来 另外又加了一千两黄金 也放在桌子上 齐威王轻蔑地说 那就开始吧 一声锣响 比赛开始了 比赛的结果是三局两胜 当然是田忌赢了齐威王 还是同样的马匹 由于调换一下比赛的出场顺序 就得到转败为胜的结果 17 田忌赛马系统分析 1 1 明确问题 设立目标 问题 跑马比赛 目标 取得比赛胜利 约束条件 三匹马参加比赛 每匹马比赛一次 2 收集资料 制定方案 各种方案 18 田忌赛马系统分析 3 19 田忌赛马系统分析 2 4 检验核实 作出决策 选择合适的马的出场顺序 3 分析计算 评价比较 各种方案的比赛结果 20 系统分析的主要原则 运用系统分析的方法处理具体问题时 主要要遵循三大原则 整体性原则 科学性原则 综合性原则 21 整体性原则 分析系统首先要着眼于系统整体 先分析整体 再分析部分 先看全局 后看局部 先看全过程 再看某一个阶段 先看长远 再看当前 22 案例分析3丁谓修复皇宫 第一 需要把大量的废墟垃圾清理掉 第二 要运来大批木材和石料 第三 要运来大量新土 宋真宗在位时 皇宫曾起火 一夜之间 大片的宫室楼台殿阁亭榭变成了废墟 为了修复这些宫殿 宋真宗派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 23 丁谓研究了工程之后 制订了这样的施工方案 首先 从施工现场向外挖了若干条大深沟 把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 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 使沟重新变为平地 施工方案 24 简单归纳起来 就是这样一个过程 挖沟 取土 引水入沟 水道运输 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 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 因而确实是很科学的施工方案 丁谓在修复皇宫工程中 运用了整体的解决方案 使取土 运输材料 处理垃圾三项繁重的任务协调起来 在总体上得到了最佳解决 25 马上行动1 赵明同学家所在街道的人行道在一年内进行了三次施工 分别是电信部门铺设通讯线路 煤气公司预埋煤气管道 市政部门维修下水管道 结果重复施工 造成了人力和财力资源的浪费 同时也给市民带来了不便 请分析这一事件的问题所在 你认为怎样处理更为合理 26 科学性原则 系统分析一方面要有严格的工作步骤 另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析 使决策的过程和结构更具说服力 例如 在比较种稻是一年三季合算还是一年两季合算时 有人就提出 三三进九不如二五一十 这就是最简单而且也是最实用的定量分析 当然 在处理复杂系统的分析和优化问题时 往往需要使用比较复杂的数学工具 27 销售代理制 1987年 还是人们迷恋直销方式追求单个效益的时候 春兰公司就提出了代理制 这是唯一能适应规模经济的销售方法 代理制牺牲了单个效益的一部分 获得了更大的市场 更多的效益 三三进九 不如二五一十 利用各地现存的销售网为自己服务这是最经济最科学的 28 田螺石螺 家喻户晓 午夜时分常常见到不少食客相约三五知己在大排档吃夜宵 桌上一盘炒螺 几瓶啤酒 一聊就是半天 可是 也有人边细嚼美味的螺肉 边 吐吐吐 地把吃进嘴巴里的泥巴 螺崽吐出来 埋怨螺肚泥巴螺崽多 客观地说 食客缺乏吃螺技巧固然有之 厨师未尽责任也是原因之一 有一个流传很久的民间办法 先将田螺石螺放进盛满清水的盆子里 再把菜刀 锅铲等非不锈钢铁器插进螺堆 第二天就可以发现这些铁器上爬满了螺 不仅盆底沉下一层螺吐出来的泥巴 母螺还产下很多螺崽 如果清理干净后再重复处理 螺就继续吐泥下崽 这样 螺的肚子里便干净多了 为何铁器能催螺吐泥产崽 个中原因我也说不清楚 但我知道这个办法有效 毕竟已流传几代人了 其实这种做法也不见得麻烦 只是略为拖延一点资金回收时间罢了 我细细一想 三三得九 不如二五一十 假设不作吐泥加工的炒螺每碟售三元 卖了三蝶也只得九元收入 还未必得宠 但已作吐泥加工的售五元一蝶 卖两蝶就有十元收入 顾客还吃得既放心又开心 如此这般 何乐而不为呢 螺的处理 29 阅读优选法 优选法是快速寻找最佳方案的科学方法 具体的优选法有很多 如黄金分割法 分数法 对分法等 这里只介绍黄金分割法 黄金分割法也称0 618法 它是优选法的一种 以技术试验为例 先把整个试验范围看做1 然后在整个试验范围的0 618处选点做第一次试验 再在倒过来的0 618处选点做第二次试验 比较两次试验的结果 去掉效果差的那个点以外的试验范围部分 再在余下的范围内继续采用这种方法 再比较试验结果 这样逐渐缩小试验范围 迅速找到试验目标 30 阅读优选法 例如 要在某种合金钢中加入某元素以提高它的强度 假设试验范围是每吨加入量为1000 2000g 那么究竟应加入多少 若用一般试验方法 每隔5g试验一次需要做200次 每隔10g试验一次需要做100次 若用0 618法 只需做11次 就可以找到最佳加入量了 31 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 应将目标排除优先次序 首先选取最优先的目标 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 这就需要综合分析 统筹兼顾 不可顾此失彼 因小失大 例如 工业生产既要求产量大 又要求质量好 成本低 如果片面强调一方面就会产生偏差 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 32 综合性原则 系统分析还需要考虑设计方案出台所带来的后果 有的工厂在生产产品的同时 也向周围环境排放出 三废 造成污染 毁林开荒虽然能收获农产品 但造成水土流失 贻害很大 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很多疑难杂症 农业为了保水 可以配合地面水库 地下水库 土壤水库 绿色水库 山区造林种草 每亩地可蓄水20m3 等不同的方案综合进行 33 案例分析4孝襄高速公路 湖北省的孝襄高速公路总投资额达72亿元人民币 是 十五 期间该省投资规模最大 建设里程最长的一条高速公路 按照设计方案 孝襄高速公路要穿越占地面积达19km2的 洛阳银杏保护区 2万多棵树龄在百年以上的古银杏树将面临毁灭性的破坏 银杏树的成长周期特别长 移栽成活率极低 一旦被毁损 势必破坏当地的生物多样性 如果更改最初的设计方案 绕避保护区1 4km 工程指挥部就要为此增加投资4200万元 根据以上内容 你认为孝襄高速公路的设计应该综合考虑哪些目标 34 孝襄高速公路 1 保护珍稀的银杏名贵树木 2 控制工程投资额度 坚持原设计不变 孝襄高速公路抱着洛阳银杏园绕了个圈 好处有 一是有利于保护我国珍稀物种银杏树 实现生物多样性 二是在当前国内外心血管疾病呈增加趋势 治疗心血管疾病的中药银杏供不应求的情况下 有利于保护和开发银杏的药物资源 三是保住了当地百姓的致富资源 湖北省随州市洛阳镇 35 作为一个系统 通常会有这样或那样的问题 如 效果不佳 或是投入的人力 物力 财力不是最小 或是某种性能不理想等等 因此系统需要改善 需要优化 我们做任何事情都希望达到最优的效果 如希望以最小的成本获取最大的利润 以最短的工期完成更多的工程量 以最少的能耗生产更多的产品 在单位面积上尽可能提高农业产量等 二 系统的优化 36 一 什么是系统的优化 系统的优化是指在给定的条件 或约束 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 不同的目标对应着不同的优化结果 在现实生活中 由于受环境和条件的限制 不可能找出一切方案 也不可能对所有方案进行全面比较 漫无边际地去研究所有方案 无论在时间上还是人力上都不允许 运用科学的方法就更为重要 缺乏资料 缺少对资料的科学计算和分析 只靠拍脑袋无法寻找到最优方案 37 案例分析1 浙江天台县高速噪音超标80 66户村民告上法庭 6年来 他们最大的愿望就是睡个安稳觉 高速公路越来越忙 就是声音大得受不了 天台66户村民状告上三高速 新的问题需要我们智慧的回应和解答 记者肖菁摄影周涛关键人物 天台县桥下村66户村民核心事件 上三高速建成通车已有6年 6年来车流日增 在接近高速天台出口处 距离高速公路10米左右就有一排民房 这就是天台县桥下村 村民说 高速上车来车往的声音太大了 这几年来他们最大的愿望是能睡个安稳觉 于是 他们将高速公路公司告上法庭 天台县桥下村位于上三高速天台出口处 一共有250户人家 房子多是80年代造的 2000年底 上三高速公路通车 刚好在桥下村旁边经过 去年上任的村委会主任陈立广一直在忙乎一件大事 反映和解决高速公路给村民带来的噪音问题 五六十户村民的家 与高速公路的距离在50米以内 最近的距离才10米 车辆增多产生的噪音让大家越来越无法忍受 陈立广家是一栋2层小楼 最外面的窗户距高速公路10米左右 陈立广说 到了晚上 屋里根本没法睡人 四周一安静 高速上一辆接一辆的车辆飞驰而过 声音大得让人根本无法入睡 与桥下村相邻的是上三高速的南往北车道 台州路桥等地塑料市场发达 上高速奔走的也以十几吨的大货车为主 装满了产品通过上三高速运往杭州上海 还有一些大的集装箱车是开往宁波港的 现在还有不少福建各地的车辆也经此而过 尤其到了夏天 大货车怕白天赶路轮胎温度太高易爆 大多数都选择晚上赶路 这让桥下村人睡个好觉都成了奢望 一些有钱的村民在县城里买了房子全家迁去县城住 家里有读书的孩子的一般都争取尽早住校 出外打工的年轻人也难得回这里来住 只留下一些老人还有孩子 跟记者说整夜整夜都是迷迷糊糊 天亮了就头痛 讨论 怎样改善噪音的污染 优化村民所处环境 系统 38 隔音墙作用的本质是改变噪音的传播途径 以达到改善污染的目的 系统被改善了 但对于类似于香港城市高楼林立的情况 在高速公路两侧如果修建隔音墙必须修得很高才可以 如果墙修得太高 那么抗风暴的能力就会大大减弱 为增加抗风暴能力 选材时就会大大提高成本 这样修建隔音墙就不是合适的优化方法 系统优化的意义就是以最小的投入 获取系统的最佳效益或最佳功能 又如 建筑材料的改进也是一项优化技术 以往建筑物的墙体多采用实心砖 现在采用了空心砖 在保证强度 隔热隔音效果的同时 节省了材料 39 案例分析2 书P81农作物种植系统的优化 农业间作套种 约束条件是对系统的功能起着限制作用 并且是不能人为调节的因素 目标函数是系统目标与系统中的某些元素之间的关系 学生活动 讨论 影响增产增收有哪些因素 农作物的生长周期 气候等因素 提高土地利用率和土地单位面积农作物收益总和之间的关系 套种的模式 套种的技术水平 套种的田间管理 病虫害防治等等 40 二 影响系统优化的因素 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 优化追求的目标要适度 希望投入最小 而取得的效益最大 系统优化离不开条件 条件是否具备直接影响优化 某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化 对于比较复杂的系统 人们对其特征了解不够 所以需要运用一定的数学手段描述它 进而找到合适的解决方案 41 案例分析P81利润问题 约束条件 42 案例分析3 在江边一侧有A B两个工厂 它们到江边的距离分别是2km和3km 设两工厂沿江方向的