系统的分析和设计可用.ppt

1、,第二节 系统的分析,1、什么是系统？,2、系统的基本特性是什么？,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（system）。,温故知新,整体性、相关性、目的性、动态性、环境适应性,决策的方法 决策方法有经验决策和科学决策； 系统分析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、系统分析方法的产生,经验决策：有时会失误, 什么是系统分析,每个人都会面临选择、面临决策。决策方法有经验决

2、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。系统分析就是一种科学决策的方法。,二、系统分析及其一般步骤,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。,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 公交线路的设立,重庆鹅公岩长江大桥及立交桥,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，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,明确问题，设立目标 明确所要研究问题

3、的 性质和范围，提出所 要达到的目标，明确 约束条件,二、 系统分析的一般步骤,案例分析 田忌赛马,系统分析的主要原则,整体性原则,科学学原则,综合性原则,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，再看某一个阶段；先看长远，再看当前。,1、整体性原则,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。,问题： 我们经常遇到在人行道上重复施工的情况，给城市交通及居民生活带来不便。有人戏称最好给马路安上个大拉链岂不更方便？ 涉及的部门：电信铺设通讯线路、煤气公司、市政部门维修下

4、水管道、电力部门、自来水公司 这一事件的问题所在?怎样处理更为合理?,这个故事告诉我们什么？,2,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。黄金分割法也称0.618法。,“黄金分割”具有很高的使用价值，其中最著名的例子就是优选学中的“0.618”法，该方法于70年代在我国得以推广，并取得了很大的成就。在社会主义市场经济中，科学严谨的方法往往能有事半功倍。在经济、金融中已得到广泛应用，形成“用科学的方法指导实践，在实践中验证科学”的良性循环。 我国著名数学家华罗庚在应用优选法应用做出杰出贡献。,如在炼钢时需加入某种元素来增加钢材强度，若将试验点取在这

5、一元素用量区间的0.618处，获得理想用量的试验次数将大大减少。,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

6、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,（3）、综合性原则 系统分析总是为实现系统目标服务的。当存在多个目标时，需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。,毁林开垦使大兴安岭森林边缘退缩200公里,毁林开荒与呆小症率升高的联系 毁林开荒水土流失,土壤中的碘也随之流失,饮水和食物缺碘孕妇生下孩子患呆小症。 据报道,我国西南某地区是一个仅有5万多人的地方,患呆小症者竟高达l223人,占全部人口的2.3%。科学工作者通过调查了解到:1958年前,该地区并未出况过呆小症。

7、当时该地区森林茂密,覆盖率在40%以上,自然条件十分良好。后来毁林开荒，森林覆盖率下降到10.4%，呆小症的发病率随之大幅提高。,埃及阿斯旺水坝建于20世纪70年代，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：由于尼罗河的泥沙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，土壤日益盐渍化；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分和有机物，致使沙丁鱼的年捕获量减少18万吨；由于大坝阻隔，使尼 罗河下游的活水变成相对 静止的“湖

8、泊”，为血吸 虫病流行提供了条件，变 成了血吸虫病的高发区。 埃及造此大坝所带来的灾 难性后果，使人们深深地 感叹：一失足成千古恨!,埃及阿斯旺水坝,一个水坝的建设除了要考虑发电取得经济效益之外，还要考虑它的社会效益、环境效益等指标，牵涉很多东西，如生物、卫生、水土、农业那么，如何才能使水坝建设得比较完善呢?,如果在设计水坝时，权衡利弊，统筹兼顾，充分考虑水坝对环境的影响。改进水坝的结构和功能，尽量降低对环境的不良影响，就可能得到一个既解决洪水问题又减少损失的好方案。,情景设置：有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐白菜过河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过

9、河。请你帮农夫解决难题？,问题的突破口在狼与白菜能够共存！农夫、狼、羊、白菜和船组成了这个系统。系统中各要素是一个整体，都依赖农夫过河；最大的问题是“船很小，只够农夫带一样东西过河”和“没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜”的冲突。我们联系已知条件，做一系列的分析实验，但是比较其他方案不能实现所有要素都安全过河。最后得出以下方案。,1、农夫带着羊首先过河，农夫回来； 2、农夫与狼过河，农夫与羊回来； 3、农夫搬白菜过河，农夫回来； 4、农夫与羊一起过河。,现实生活中，有很多产品在不断更新，系统在不断的升级。做任何事情我们都追求更好，希望投入尽可能少，回报越多越好。为了使系统达到最优的目标所提出

10、的各种解决方法，称为最优方法。但是有很多复杂系统，实施方案五花八门、干扰因素四面八方，我们不可能的逐个比较权衡，或者漫无目的瞎蒙。因此我们有必要进行定性定量的科学分析，寻找系统最优值。,系统的优化是指在给定的条件使系统达到更理想、更佳效果的过程。实现系统的最优化，就可以在一定资源条件下，取得最佳的经济效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。 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，并且可以认为调节的因素。,二、系统的优化,据国外媒体报道，消费者对苹果iPhone手机之所以如此疯狂，在很大程度上取决于其外观设计。殊不知，iPhone手机的原型也是相当“丑陋”的。从曝光的iPhone手

11、机最初原型来看，苹果公司的确付出了不少努力,二、系统的优化,案例一 ：“农作物种植系统的优化 农作物间作套种” 槟榔林套种香草兰收益高 香草香料之王，是草本植物，需要有支柱攀缘，并要求适度的荫蔽。测定结果表明60%的荫蔽度有利于香草兰的生长发育。荫蔽有两种，一种是死荫蔽，通过修建人工荫棚的办法(用遮光罩）达到控制荫蔽度的目的。这种方式需要水泥柱或石柱作为香草兰棚架或攀缘的支柱。另一种是活荫蔽：可选择天然树木或人工种植的椰子、香蕉等作物为活支柱，以控制活支柱树冠来调节种植园的荫蔽度。园地的选择要选择近水源且排水良好、有机质含量高、比较肥沃疏松的微酸性土壤；台风主风方向有良好屏障比较静风的向阳缓坡

12、地或平地。,2015年，符良接受了中国热带农业科学院香料饮料研究所专家的建议，在槟榔林下套种了20亩香草兰种苗，通过对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高15-20%。经过精心培育，现在棵棵香草兰上挂满了沉甸甸的豆荚。预计20亩香草兰到11月份总收入可达285000元。现场一位管理人员给记者算了一笔帐，40亩槟榔园年收入72万元左右，间种可使槟榔增收8万，再加上香草兰的收入，每亩土地较单纯种槟榔增收约9000元！经发酵生香的商品香草兰豆荚含有250多种发挥性芳香族成分及有机酸、糖、树脂、矿物质等丰富成分，香气独特，留香时间长达23年，被广泛用于高档食品和饮料的配香原料，在发酵业、化妆及

13、医药等领域均有应用，具有用途广、经济价值高的特点。目前国内售价为10001200元人民币/千克。,符良为什么选择活荫蔽种植，而不采纳传统的死隐蔽种植？,A：一块地种香蕉又种香草，提高了土地利率； B：对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高； C：香蕉可作为活支柱供香草兰攀爬，节省了石柱的费用； D：芭蕉叶子还可以遮光，节省遮光网的费用；,案例中，目标与土地的单位面积农作物收益和之间的关系在技术中我们称为导数；农作物的生长特性、条件、气候等因素对作物套种起着限制作用，并且是不能人为解决的，称为约束条件；套种的技术水平、乡下管理、病虫防治等对产量产值有直接影响，即影响因素，可见影响因素是可

14、以人为调节的。 即：,目标与导数： 约束条件： 影响因素：,目标与收益总和之间的关系,产生影响，可人为调节。,对目标函数起限制作用，不能人为调节,目标：家具销售获取最大利润Sm 约束条件：材料、劳动力、合同 影响因素：椅子数量x1、桌子数量x2 。（决策变量）,目标导数：Sm=50 x1+60 x2 约束条件：4x1+6 x2600（材料） 20 x1+18 x2400（工时） x18 ， x25（合同）,三个要素,建立关系：,案例分析：利润问题,3、最优化方法：,（1）运用语文模型求解。能够通过优化建立语文模型的，得到的解就是最优解,（2）通过化学的估算、试验实现不能够确切描述目标函数的，通

15、过推算或推断得到满意解,注意：无论什么方法都需要经过若干次完善和验证,最优化方法解决问题的一般步骤： （1）提出系统需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据； （2）建立求解最优化问题的有关通用模型，确定变量，建立有关约束条件，分析模型； （3）选择合适的最优化方法； （4）求解方程； （5）最优解的验证和实施。,1、系统设计的目的与要求 通用设计要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的。 2、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各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。,系统设计考虑的问题,3、系统设计方案的优化 首先从系统整体考虑优化，统筹兼

16、顾，再在此基础上完善各部分的设计。,马上行动,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，分别从筑路方案的总体目标、路线规划方案的选择、方案的优化作出思考。,1、总体目标：安全、快捷、经济地完成筑路工程。 2、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。 3、要考虑材料、人员的安排，如何降低成本，减少浪费，考虑天气等因素，提高工程进度。,将系统分解为干系统 确定各子系统的目标、功能及相互关系 对子系统进行技术设计和评价 对系统进行技术总体设计和评价,系统设计的步骤,设计要求： 1、用电荷： 2、照明和各种家用电器使用安全、方便，相互之间影响小，便于维修。 设计分析：设计的目标是方便住户使用，满足住户的舒适和审美要求，便于日后维修，遵守民用建筑照明设计规范，确保室内电器线路的安全。户内配电系统有电源配电箱和若干个回路组成，它们构成了室内电器线路系统的子系统。当某一回路发生故障时，不影响其他回路的正常工作。,室内住宅电器系