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1、专题七 系统与设计知识框架系统与设计系统的含义系统的含义系统的基本特性系统的分析系统分析的基本方法系统分析的一般步骤系统的设计系统分析的主要原则简单系统方案设计系统的优化系统优化的意义影响系统优化的因素复习要点 1理解要素、部分、结构、功能之间的区别与联系，了解构成系统具备的三个条件。 2了解系统由哪些要素构成，有没有子系统，其内在的关系如何，系统的功能是什么：在系统功能中，哪些要素或子系统在起主要的作用。 3通过简单的系统案例分析，理解系统的基本特性。理解系统的整体性在系统基本特性巾的地位，区别系统的动态性与环境适应性的区别。 4初步掌握系统分析的基本方法，了解系统分析的一般步骤，了解系统分
2、析的主要原则。 5通过简单的系统设计分析，了解系统设计是在系统分析的基础上设计出满足预定目标的系统的过程、了解系统设计应考虑的主要问题。了解系统设计的一般步骤。 6了解简单系统的方案设计所包含的几个环节。 7掌握系统优化的概念，了解系统优化的意义。 8了解影响系统优化的因素。重点提示1系统的观点一般包含下列几个方面：(1)系统是一个整体，不是各个要素的简单相加。(2)系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。(3)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。 (4)系统的整体功能大于组成系统的各部分功能之和，即通常所说的：1+12。 (5)不能离开整体去分析系统的任何一个组成部分
3、。 (6)系统的各要素之间或系统与部分之间的相互作用、相互联系。 (7)任何系统都具有特定的功能。 (8)任何系统都是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。 (9)一个系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换，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各部分相互关系的变化。 2动态性与环境适应性的比较 动态性是系统本身的运动特性，强调自身运动变化，系统本身是引起系统变化的主要原因，动态性是系统中体现运动变化的永恒的规律；环境适应性强调的是外部环境对系统的影响，是外在因素促使内部变化，或者说由于外部的物质能量发生变化，系统被动地适应着周围环境的变化。从这两个方
4、面可以看出，系统本身是运动的，同时也可以随环境的变化而运动。动态性与环境适应性实际上是系统运动变化的两种不同的方式。 3系统分析的整体性与系统特性中的整体性 系统的整体性是指系统总是以一个整体的形式存在，而且总是发挥着整体的功能。尽管它是由各要素部分组成，但最后所表现的总是整体的特征。因此说整体性是系统本身的一个属性，是系统各要素构成的整体的意义指向，更多的侧重于系统产生的效果。 系统分析是对系统进行科学决策时的一种方法，整体性原则就是要求我们用整体而不是孤立的观点看问题。 4系统优化的方法与方案 在系统优化中，目标函数：给定一个“函数”F(x)，以及自变量x应满足的一定条件，求x取怎样的值时
5、，F(x)取得最大值或最小值。通常，称F(x)为目标函数，x应满足的条件为约束条件。从系统优化层面上来说，即是实现目标与限制条件之间的函数关系式。在多数技术设计中，需要对这个目标函数进行周密的运算，找出最合理的方法和方案。 约束条件：对目标函数产生影响而非人为调节的限制条件。例题解析 【例1】下列关于系统要素与系统功能的叙述，正确的是( ) A要素的功能决定系统的功能 B系统的功能决定要素的功能 要素的变化引起系统的功能变化 D系统功能发生变化，要素必然变化 （分析）本题考查要素与系统的关系。系统是由要素构成的，要素是构成系统的最主要的元素。系统是一个整体，它不是各个要素的简单相加，系统的整体
6、功能是各要素在孤立状态下所没有的。系统的任何一个要素发生变化时，都会影响其他要素的发挥，同时影响系统的整体功能。 答案：C 【例2】机器零件的胡乱堆积构不成机器系统，只有当它们按照一定的装配关系组合起来时，才能构成机器系统。这表明了系统的( ) A整体性 B动态性 结构性 D相关性 （分析）本题考查“系统的基本特性”。系统是一个整体，它不是各个要素的简单相加，而是按照一定的关系组合成的一个整体系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。而相关性是强调各要素之间及系统和要素之间的相互作用、相互联系。 答案：A 【例3】小张发现自己骑车特别费力。于是，他对自行车系统的各组成部分进行分析与研究，从车
7、圈到轮胎，从链轮到脚蹬，最后排除了故障。下列选项与上面的案例无关的是( ) A小张考虑到系统的整体性 B小张对系统进行了整体性分析 小张对自行车系统进行了优化 D小张进行了系统设计 （分析）本题考查系统的特性、系统分析的主要原则及系统的优化等内容。系统的整体性表示系统的最基本特性，它不是各个要素之和，系统的整体性是各要素所没有的。由于系统存在着整体性，于是就出现了系统的整体分析方法。对系统的优化是指在给定的条件下，根据系统的优化的目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化。本案例应该说与系统设计无关。 答案：D摇手 【例4】 赵伟在家里看见母亲在阳台上晒衣服很不方便，就决定用自己学过
8、的知识设计一个升降式晾衣架。他查阅资料，又对商店里的成品进行分析研究，最后采用图所示的设计图。请你用系统分析的方法来分析此晾衣架，指出不足之处，提出优化的方法 提示图示的升降式晾衣架是一个系统，主要由三个部分组成：动力部分(摇手)、传动部分(绳索与滑轮)、目标部分(两根晒衣杆)。这三个部分组成一个晾衣架是有欠缺的，至少还缺少另外一个部分：制动部分。如果没有制动部分，那么，晾衣架就根本无法悬在空中。另外，当摇手一摇时，两根晒衣杆同时升降，这在操作上存在严重缺陷的。因此，还必须考虑两根晒衣杆分开控制。要在整体上实现功能的优化，在设计的时候必须充分考虑其科学性与实用性，可以进行以下几个方面的优化处理
9、：(1)制动部分应该与摇手连在一起采用一种既操作方便、灵活，又容易实现控制的结构。而摇手应该是折叠式的，而且是内置式的结构。(如图所示) (2)采用两杆分别控制，所以用两个摇手来分别控制。 (分析)本题主要考查学生是否能用系统分析的方法来进行具体的分析，让学生了解系统分析法是怎样进行分析，同时，还必须有理论联系实际的能力，实现具体的优化。系统分析的方法，其实就是用整体的联系的观点分析系统，发挥系统功能，实现系统目标的分析方法。如果要分析某个系统，就必须了解该系统的整个工作过程，了解实现其功能过程中可能会产生什么情况。自主练习 一、基本题1台灯是一个系统它由灯泡、支撑架、灯罩、开关、底座等五个部
10、分组成。其中灯泡不能被称为系统的( ) A环节 B子系统 部分 D要素2尽管杭州的道路建设年年有大的投入，但是，随着私家车的不断增加，杭州的道路反而变得越来越拥挤了。市政府对整个交通系统进行分析后，决定建设地铁下列说法正确的是 ( ) A有了地铁就能对交通系统实现优化 B因为地铁速度快。才实现对交通系统的优化 C因为地铁在地下运行，才实现对交通系统的优化 D必须与其他交通工具及基础设施配套，才能实现优化3每个系统都由两个或两个以上的要素构成，而每个要素之问都有相关性。下列对系统相关性的理解正确的是( ) A各要素在系统的地位平等 B各要素在系统的作系统的作用相同 C各要素对系统整体功能的影响相
11、似 D各要素对系统的作用不同，但相互影响4阿基米德式螺旋抽水机是古希腊科学家阿基米德在公元前3世纪为了将水从大船的船舱中排出而发明的。这个系统属于( ) A自然系统和人造系统 B实体系统和抽象系统 C自然系统和社会系统 D人造系统和实体系统5系统论的创立者是( ) A美国科学家维纳 B美国数学家申农 美籍生物学家贝塔朗菲 D美籍数学家冯-诺依曼6下列成语其含义与整体性无关的是( ) A盲人摸象 B只见树木，不见森林 C头痛医脚，脚痛医头 D见风使舵7认为“系统要素好，整体性能一定好，以局部说明整体”的机械论观点违反了系统的( ) A整体性原则 B目的性原则 C相关性原则 D功能性原则8水分子也
12、可以看成一个系统，而水分子的性质与H、O的性质不同。这说明( ) A系统要素之间相互影响 B要素的性质影响系统整体 整体的性质不是要素所具备的 D要素的性质可以分析出整体的性质9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组成的具有特定功能的有机整体，它与系统外环境的关系是( ) A环境适应系统的变化 B环境决定系统的变化 系统决定环境的变化 D系统适应环境的变化10计算机鼠标是一个完整的系统。下列叙述中，不作为鼠标构成系统的条件的是( ) A内部由电路及光电感应传感器等要素构成 B有具体鼠标的功能 鼠标内部的要素都是相互关联的 D鼠标的外形设计符合人机关系11进行系统分析的出发点
13、是为了发挥系统的整体功能，目的是( ) A了解系统结构 B明白系统的原理 熟悉系统的运行过程 D寻求最佳决策12一般来说，进行系统分析的初始环节是( ) A收集资料，制订方案 B分析计算评价比较 明确问题，设立目标 D检验核实作出决策13某包装公司为某一个产品设计纸箱，在决定纸箱的大小、厚度、材质时需研究各个方面的因素：产品的自重与外形特征，产品的湿度及抗压性要求，产品的存放、搬运要求集装箱空间的适配，产品的制造特点，成本及国家的一些技术规范，等等。如果我们把设计纸箱作为一个系统工程，那么这个研究过程称为( ) A系统的认识 B系统的优化 C系统的分析 D系统的设计14下列针对汽车发动机起动系统的说法，错误的是( ) A起动系统具有系统的所有特性 B整体性是起动系统的重要特性 C组成起动系统的各部分是相关的 D起动系统的环境适应性就是动态性15分析题 笛卡儿方法论的主要观点是把复杂的问题分割成若干个简单的问题进行分析处理。他的理论对西方近代科学的飞速发展起到了巨大的促进作用。但直到阿波罗号登月工
