高中通用技术 3.2系统的分析（2课时） 苏教版必修2

第三单元系统与设计系统的分析 复习 系统的基本特性有那些 整体性 相关性 目的性 动态性 环境适应性 3 系统的基本特性 1 什么是系统 由相互联系 相互作用 相互依赖 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 称为系统 按人类干预的情况自然系统 人工系统按内容和要素的性质实体系统 抽象系统按与环境的关系开放系统 封闭系统按运动状态静态系统 动态系统 回顾 每个人都会面临选择 面临决策 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 决策的方法 经验决策 科学决策 系统分析就是一种科学决策的方法 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 一 系统分析 案例分析1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 系统分析 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 案例分析1公交线路的设立 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 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 这个过程就是分析 系统分析的出发点是 系统分析的目的是 为了发挥系统的整体功能 寻求解决问题的最佳决策 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 汉字激光照排系统 王选教授 激光照排机 案例分析2 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 案例分析2 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 系统分析的一般步骤可以描述为 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 二 系统分析的步骤 1 明确问题 设立目标 如 房子布线的例子中 首先要了解用电器的种类 规格 摆放位置 以后的扩展等信息 以及用户的要求 2 收集资料 制定方案 如 房子布线的例子中 要知道线路设计的方法 设计规范等信息 并且在此基础上指定多个备选方案 二 系统分析的步骤 3 分析计算 评价比较 如房子布线例子中 需要按照电器的功率计算电线的粗细 对线路的连接方案进行比较 选出最佳方案 4 检验核实 作出决策 如上例中 要征求用户的意见 对不满意的地方进行修改 直到用户满意为止 二 系统分析的步骤 案例分析3 田忌赛马 田忌赛马能转败为胜的主要原因 田忌赛马能转败为胜与马 孙膑 田忌 齐威王这四个因素有关 他们是缺一不可的 但主要是由于孙膑的原因 案例分析3 田忌赛马战术分析 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 田忌赛马战术分析 3 齐王 田忌 田忌赛马战术分析 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 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 三 系统分析的主要原则 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 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 案例分析4 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 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 在实际生活中 常遇到对系统中各个局部考虑得很仔细 却忽略或减少考虑全局的事例 这样就很难得到良好的效果 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 原因 三个部门没有统一协调 造成了各自封闭的局面 各部门只根据自己的时间施工 没有从全局着眼 缺少整体统筹的观念 给市民带来了不便 方法 三家共同协商 一次性地解决问题 马上行动1 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 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 科学性原则 三五知己在大排档吃夜宵 桌上一盘炒田螺 几瓶啤酒 一聊就是半天 可是 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 埋怨田螺肚里 泥巴螺崽多 有一个流传很久的民间办法 先将田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田螺堆 第二天就可以发现这些铁器上爬满了田螺 不仅盆底沉下一层田螺吐出来的泥巴 母田螺还产下很多螺崽 如果清理干净后再重复处理 田螺就继续吐泥下崽 这样 田螺的肚子里便干净多了 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 三三得九 不如二五一十 假设不作吐泥加工的炒田螺每碟售三元 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 田螺的处理 问 火药的成分的配比 火药是多种成分组成的系统 其配比为什么不能随意 火药爆炸是一种化学反应 服从化学反应规律 如果没有正确的配比 反应就会不充分甚至不发生 影响爆炸效果 同时浪费药品 所以火药成分的配比中包含了科学道理 如果违反科学规律会导致失败 练习案例 火药配比 综合性原则 系统分析注重研究系统各部分之间的相互联系和相互作用 既注重研究各部分之间的横向联系 也注重研究各部分之间的纵向联系 它的基本思路是 综合一一分析一一综合 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 埃及阿斯旺大坝 阿斯旺水坝在20世纪70年代初竣工了 表面上看 这座水坝给埃及人带来了廉价的电力 控制了水旱灾害 灌溉了农田 然而 实际上却破坏了尼罗河流域的生态平衡 造成了一系列灾难 由于尼罗河的泥砂和有机质沉积到水库底部 使尼罗河两岸的绿洲失去肥源 几亿吨淤泥 土壤日益盐啧化 由于尼罗河河口供沙不足 河口三角洲平原向内陆收缩 使工厂 港口 国防工事有跌入地中海的危险 由于缺乏来自陆地的盐份和有机物 致使沙丁鱼的年获量减少1 8万吨 由于大坝阻隔 使尼罗河下游的活水变成相对静止的 湖泊 为血吸虫病流行 埃及造此大坝所带来的灾难性后果 使人们深深的感叹 一失足成千古恨 这个例子带给我们哪些思考 系统分析的一般步骤排列正确的是 1 明确问题 设立目标 2 收集资料 制定方案 3 分析计算 评价比较 4 检验核实 作出决策A1234B2134C2143D3124 农业生产为了保水 往往采用地下水库 土壤水库 绿色水库等多种方案进行综合考虑 主要体现了系统的 A整体性原则B科学性原则C综合性原则D可持续发展原则 四 系统的优化 系统优化 是在给定的条件下 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 或最小 影响系统优化的意义 实现系统的最大化 就可以在一定资源条件下 取得最佳效果 而投入的人力 财力 物力达到最小 农业间作套种 约束条件 农作物的生长周期 气候等因素 高产高收 手段和方法 不同农作物的套种 目标 优化方法 优化方法是为使系统达到最优的目标而提出的求解方法 系统优化的方法是多种多样的 但不论运用怎样的优化方法 都需要经过若干次的完善和验证 才能得到最优解或满意解 求解过程 数学模型 估算 试验 生产利润问题 1 生产利润问题 2 优化的目标是 获得最大的利润 目标函数 设X1为每周生产桌子数 X2为每周生产椅子数 Smax 50X1 60X2 约束条件 1 4X1 6X2 600 2 20X1 18X2 400 3 X1 8 4 X2 5 我们列出了一个目标函数和四个约束条件 实际上我们已经建立了一个数学模型 生产利润问题 3 我们通过数学模型 计算出的目标值是每周获取的最大利润 所得到的就是最优解 每周生产桌子数量是X1 生产椅子的数量是X2 答案 8张桌子13张椅子最大利润为1180元通用计算 我们得到的就是最优解 按每周8张桌子 13张椅子的方案生产就可以获得最大的利润 像这种系统优化叫做系统最优化 数学模型 数学模型 用数学公式 图表等描述客观事物的特征模型 是反映下落物体运动的路程随时间变化的数学模型 数学模型突出事物的主要因素 舍弃事物的次要因素 装修施工的组织优化 1 一 明确问题 设立目标 施工项目 教学楼装修 施工内容 教学楼A B C栋 需要水电 木工 油漆三个施工过程 每个施工过程需要3周时间 目标 组织装修 使装修工期和资源利用最为合理 二 收集资料 制定方案 方案一 按照施工要求 从A到B到C 依此进行施工 方案二 按照施工要求 A B C栋同时进行施工 方案三 按照施工要求 A B C栋进行流水施工 各种方案比较 三 检验核实 确定方案 根据分析 确定按照方案三进行施工 四 分析计算 评价比较 选择出最佳方案 方案三 方案一 方案二 方案三 方案比较 依此施工 27周 1 投入少 简单 平行施工 9周 3 投入多 复杂 流水施工 15周 1 较多 较简单 案例 装修施工的组织优化 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 在这一优化的案例中 影响优化的主要因素有哪些 影响优化的因素主要有施工时间 装修队和设备的数量等 较短