第三章-系统与设计

第三章系统与设计,熊继承,第一节认识系统,第二节系统分析的基本方法,第三节系统的优化,第四节系统设计的基本方法,一、系统是普遍存在的,第一节认识系统,“系统”一词的网络搜索结果,思考：你所知道的系统有那些呢？,计算机系统、操作系统、网络系统、控制系统、航电系统、承力系统、动力系统、神经系统、运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统、免疫系统、公安系统、教育系统、卫生系统、工商系统、水利系统、铁路系统、航运系统、监控系统、防盗系统、防空系统、管理系统、查询系统、导航系统、认证系统、网上支付系统等,系统实例分析,1、闭路监控系统：电视、广播、网络、计算机、摄像头等2、人体消化系统：口腔、食道、胃、小肠、大肠、唾液腺、胃腺、肠腺、胰腺、肝脏3、教育系统：各级各类学校、教育局、教师、学生,二、系统的含义,系统是由相互依存的若干个部分组成，具有特定功能的有机整体。或者说系统是由相互依存、相互作用的若干个元素构成的，并完成特定功能的统一体。,构成系统要具备三条件,1、至少要有两个或两个以上的元素(部分)才能组成系统。2、各元素(部分)之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个统一整体。3、这个整体具有单个元素(部分)所不具有的特定功能。,动脑筋？,教室里的钟算一个系统吗？我们坐的板凳可以看成一个系统吗？一个原子可以看成一个系统吗？整个银河系可以看成一个系统吗？,系统的范围,系统的范围有大有小，大到整个宇宙，小到一个分子、一个原子都可以看成一个系统。,1、系统与子系统,任何系统都是它所从属的更大范围更高一级系统的子系统。,人体：神经系统、消化系统、呼吸系统、分泌系统。,呼吸系统：呼吸道鼻、咽、喉、气管、支气管等。肺。,2、子系统与元素,人体系统中，心、肝、脾、肾、眼、耳、口、鼻等看成人体分解的最后层次或基本单元。,元素与系统的概念是相对而言。,人体就是一个复杂的系统，可以层层分解为系统、器官、组织、细胞等子系统。,所谓元素的不可再分性，也是相对于它所属的系统来说。,3、系统的分类,（1）按系统组成元素的性质：自然系统、人工系统和复合系统。,（2）按系统组成元素存在的形态：实体系统和概念系统。,（3）按系统的运动状态：动态系统、静态系统。,（4）从系统与外部环境的关系：开放系统和封闭系统。,第二节、系统分析的基本方法,思考：系统又具有哪些基本特性呢？,计算机系统,一、系统的基本特性,申鉴时事某人在林中看到别人布了一张捕雀的大网，捕到的麻雀都是钻进一个个网眼的。于是，他回家用一截截短绳结成许多互不相连的小绳圈，也去捕雀，有人问：“这绳圈做什么用？”他说：“网雀用的。既然一只雀只钻一个网眼，我这种绳圈岂不比一张大网省事？”,自然，此人是一只麻雀也不会捕到的。他的可笑之处在于没有意识到网中的每个网眼是互相联系的而不是孤立存在的，因此，单个网眼就没有整个网所有的捕雀功能。,可见系统是一个整体，它不是各元素(部分)的简单相加。系统的整体功能是各元素(部分)在孤立状态下所没有的。系统的功能大于组成系统的各元素(部分)的功能之和。,系统的整体性也称为集合性，是系统的最基本属性。系统是一个整体，即具有整体的特性、功能、目标和作用的有机整体。系统不是各元素的简单集合，也不是简单的数量相加。要求局部服从整体，强调整体观点、整体目标和整体利益。,1、整体性,2、目的性,系统的目的性，也称为功能性。系统都是以实现某种功能为目的的，每个系统都具有特殊的功能，这是系统区别的主要标志。系统的目的一般通过更具体的目标来实现，系统的多个目标有时不完全一致，甚至相互矛盾，这就需要协调，寻求平衡或折中的办法，从而收到整体最佳的效果。“一堆沙子、钢筋、水泥等材料散放在一起，没什么意义。但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。”,3、相关性,系统的相关性也称关联性，是说构成系统的各元素之间，是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此相关的，某一个组分（元素）的变化，会影响其他组分（元素）实现其功能。“辅车相依,唇亡齿寒”,木桶理论,一个由若干木板构成的木桶，其容量取决于最短的那块木板；对一个系统而言，构成系统的各个要素类似于一个木桶的若干木板，而系统的能力又如木桶的容量，取决于系统中最弱的要素。,铁链的强度取决于最弱的一环,4、环境适应性,任何系统都存在于一定的环境中，并不断地与环境进行物质、能量和信息的交换，外界环境的变化会相应地引起系统功能和内部组分（元素）的变化。系统具有适应环境的变化，保持原有功能的特性。“陆战坦克不能到水里作战，战舰很难在陆地上行驶”等,巴尔扎克雕像,法国雕塑家罗丹在塑造巴尔扎克塑像时，人们看了叹服不止，特别为塑像的手塑造得细腻逼真而惊讶，都说这双手太逼真、太生动了。罗丹知道后却用斧子砍掉了那双手。,罗丹砍手这一行为给你怎样的启示?,罗丹却平静地说：“这双手太突出了！它已经有了自己的生命，不再属于这座雕像的整体了。记住，一件真正完美的艺术品，没有哪一部分会比整体更重要。”整体是由部分构成的，每一部分都不能脱离整体而独立存在，都必须围绕整体确定的中心来安排。如果某个部分，不服从整体的需要，不为中心思想服务，哪怕再好，也是徒劳的。,5、层次性,系统无论大小，都可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构。系统各个层次具有独自的功能，它们通过相互联系、相互作用共同完成系统的整体功能。,自行车的拆卸过程,1、系统的思想,系统的思想就是从系统的角度来分析处理问题，它强调系统的整体性、目的性、相关性、环境适应性和层次性。系统的特性归纳了我们分析、解决问题应遵循的基本原则，构成了系统的基本思想。,二、系统分析的基本方法,请用系统的思想来评价以下问题？1、三个臭皮匠顶个诸葛亮。,团队精神很重要大家在集体讨论时各抒己见，取长补短，互通有无，在比较的基础上扬长避短，有利于形成一个较为完善的方案，形成合力。,请用系统的思想来评价以下问题？2、一着不慎，全盘皆输。,释义：原指下棋时关键的一步棋走得不当，整盘棋就输了。比喻某一个对全局具有决定意义的问题处理不当，结果导致整个失败。就是在一定条将下关键部分对整体的性能状态起到决定作用。牵一发而动全身。,请用系统的思想来评价以下问题？3、“头痛医头，脚痛医脚”。,【解释】:只医治疼痛的部位，不追究病根。比喻处理问题不从全局考虑，不究其根本，什么地方有问题就在什么地方解决，临时应付。头痛医头，脚痛医脚违背了事物是普遍联系的观点，没有做到一切以条件为转移。犯了形而上学的错误。,请用系统的思想来评价以下问题？4、“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”,这个故事反映了，在工作中由于权责不明确导致了行政的缺位的现象。但这种现象仍不能小视，严重起来会形成社会秩序的混乱，影响经济社会的健康发展。引起的原因有：制度上不完备，监督不到位，个人素质不高等。,2、系统分析的方法,1、分析系统的组成与功能2、分析各组成部分之间的关系3、分析系统与外界环境之间的关系4、对系统进行整体的评价5、构建数学模型进行定量分析总之，运用系统的思想和定性定量相结合的方法，对系统进行分析，就是系统分析的基本方法。,第三节系统的优化,田忌赛马,系统的优化就是在给定条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳功能或更佳效益的过程。实现系统的最优化，就可以一定资源条件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。,问题1：在现代生活中噪声污染已严重地威胁着人们的生活，城市居民所患的神经性疾病中，相当部分是由于噪声污染造成的。香港地少人多，楼宇密度极高，噪音问题特别严重。请从系统优化的角度提出减少噪音的方法？,下图所示，是香港两处减少噪声污染的建筑。,2、从图中看出减少噪音的方法是。,香港吐露港公路傍大廈局部,建隔音墙,3、建隔音墙应该考虑的问题?,建隔音墙的作用本质是改变噪音的传播途径，以达到改善污染的目的。那么，隔音墙需要建多高、多长？采用什么样的几何形状？使用什么材料？4、对于隔音墙的实施，应考虑以下要求：（1）墙体结构与材料；（2）美观；（3）效果。,思考：修建隔音墙有什么意义？,5、系统优化的意义修建隔音墙，以较小的投入，获得了好的治理噪音污染的效益，使社会环境大系统的整体得以优化。系统被改善了，就是系统优化了。获取系统的最佳效益或最佳功能，就是系统优化的意义。,思考：怎样对一个系统进行优化？,假如你是村长，村里人力兴旺，资源充足，但不富裕。经分析发现，由于交通闭塞，本地区的资源优势不能输出利用，外地的新技术、新物流也难以输入本村，严重影响本村经济发展。作为村长，你怎样带领本村群众，优化系统，尽快脱贫致富。,1、系统优化的基本原则,（1）系统的优化是一定的条件下进行的。假如田忌赛马的规则改为“双方约定每场各出一匹马，每匹马只能比一次，分三场进行比赛，要赢3场以上才算赢”。那么，田忌还能有赢的可能吗？田忌无法再赢了，因为齐王的一等马是最厉害的，田忌没有马可以赢它。,（2）系统的优化不仅要实现系统中每个元素和子系统的优化，更主要的是要达到系统整体的优化，强调提高系统各部分（元素）之间的协调关系，最终提高整体的效益或功能。子系统很优秀，整体不一定优秀，同样道理，子系统不是很优秀，但整体却可能优秀，所以1+1可能大于、等于、小于2，系统优化的目的就是实现整体的优化。抗美援进期间，中国志愿军的武器和装备比美军的飞机大炮等机械化武器装备落后很多，然而，在著名的上甘岭战役中，志愿军重创美军，取得辉煌的胜利，你能够分析我军获胜的原因吗？作战系统包括战斗人员、武器装备和后勤保障等诸多因素，其中人的因素最重要，虽然志愿军的武器装备差，后勤保障系统落后，但志愿军战士的战斗意志顽强，机智勇敢，不怕牺牲，充分利用上甘岭的有利地形，开创坑道战术，通过这些子系统有有机整合，部分战斗力倍增，不但抵消美军的装备优势，更重创美军的战斗力。以己之长攻敌之短，灵活机动地打击强敌，最终取得战役的胜利，成为世界军事以弱胜强的经典战例。,（2）系统的优化是一个不断验证、完善的过程。自从1971年个人电脑出现以来，电脑领域就发生了翻天覆地的变化。从最初的奢侈品发展成为当今的必需品。进入21世纪以后，电脑已经成为了人们日常生活的一部分，它不仅是人们业余消遣娱乐的重要平台，也是人们学习、工作提高效率的得力帮手。现在的电脑，也已不再是几十年前的那种笨重、运行缓慢的机器了，它已经变成轻薄小巧外观时尚、性能强大的利器。,2、最优化方法,为了使系统达到最优化的目标所提出的各种解决方法，称为最优化方法。最优化方法是系统学中的一个重要方法。它通常是指在一定人力、物力和财力资源的条件下，使取得的效果达到最大，而投入最小的一种方法。,（1）定量计算法。通过数学模型应用数学计算方法，得出最优答案的方法。（2）定性分析法。就是在一定的条件下分析和控制系统的特性，使系统达到更理想、更佳效果的方法。（3）优化各部分（元素）及它们之间的协调关系，要反复进行。,3、系统优化的一般性步骤,（1）分析需要进行优化的问题交通闭塞，就是本村系统需要要进行优化的问题。（2）选择合适的优化方法决策修路，以改善本村与外界的交通联系，这是正确的优化方略。（3）验证与实施条件校验实施与调整,4、影响系统优化的因素,首先，优化的目标要适度，抓住主要目标。其次，实施系统优化，总要有付出，尽量取得最大的性/价比，性价比要大，才能达到最优化的目标，否则就会得不偿你。再次，系统优化是离不开条件的，优化的条件要具备，条件是否具备直接影响优化。最后，某些不确定因素或不可预见的因素可能也会影响系统的优化，比如天气状况等。,第四节简单系统设计的基本方法,1、提出设计问题，明确设计总体目的要求2、调查研究，收集相关资料，进行基本的设计分析3、初步设计系统（重点考虑：系统由哪些组成？各组成部分有什么功能？如何配合和协调工作？）4、对系统的改进、优化和完善。,一、系统设计的基本方法,1、田径运动会决赛日程表的编制（1）明确系统设计的目的要求（2）调查研究（3）主要设计过程2、水火箭的设计（1）