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1、必修2 第三章 系统与设计学习资料学习目标：掌握系统的概念、系统的特性。能用系统分析的方法解决实际问题。知道系统优化的意义，掌握系统优化的一般性步骤。知道系统设计的基本原则，学会简单系统设计的基本方法。学做简单系统的方案设计。学习材料：同学们都知道，神舟六号飞船已经把聂海胜费俊龙送上太空，载人航天工程是一个很大的系统。它包括七大子系统：航天员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、着陆场系统。人体是高级、精密的系统，主要有八大子系统：消化系统、呼吸系统、循环系统、运动系统、内分泌系统、泌尿系统和生殖系统。一、系统概述（一）系统的含义与分类1.什么是系统系统是由
2、相互依存的若干个部分组成的，具有特定功能的有机整体。或者说，此贴视由相互依存、相互作用的若干元素构成的，并完成特定功能的统一体。例：课本中的塑料大棚是系统，智能大楼是系统，一本书是系统，大到浩瀚的银河系，小到原子它们都是系统。2.系统的分类（1）自然系统和人造系统：人体系统是自然系统；人造地球卫星，桥梁（不包括天生桥）房舍等，属于人造系统。由自然系统与人造系统复合的系统称为复合系统。如：城市系统、村落系统。（2）实体系统和抽象系统。（3）静态系统和动态系统：相对的（4）开放系统和封闭系统（5）系统的其他分类：简单系统与复杂系统黑色系统与白色系统。由此可知构成系统的三要素：（1）至少要有两个或两
3、个以上的要素（或部分）；（2）各要素之间互相联系、互相作用有一定的结构。（3）系统的功能是组成要素所不具备的。（二）系统的基本特性1.整体性: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。系统要求它的局部服从整体，强调整体观点，整体目标和整体利益。2.相关性：系统的相关性也称为关联性。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。3.目的性：系统的目的性也称为功能性，每个系统都具有特殊的功能。这是区别不同系统的主要标志。4.系统适应性：系统都存在于一定
4、的环境之中，并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息的交换，系统必须适应外部环境的变化。5.动态性：物质都是不断变化，因此系统是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。（三）典型系统的认识1.棚室环境系统 5.载人航天系统2.智能化大楼系统 6.教室系统3.人体系统 7.洗衣机系统4.龙赛艇系统二、系统的分析系统的思想作为系统，它们都具有整体性、相关性、目的性和环境适应性。系统的这些基本特性就构成了系统的基本思想。在前面典型系统中，就体现了运用系统的思想来分析处理问题。系统分析及其一般步骤什么是系统分析系统分析的基本方法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
5、。该方法包括以下三个阶段：阐明问题：分析的对象（系统）、系统的整体功能、系统的组成分析研究：系统内部机理，如洗衣机采用波轮方法旋转激起水流；系统内部各子系统的关联、配合；系统与其外部环境的关系；基本的定量分析。评价比较：系统性能、品质评价、系统运行效果评价、同类系统间比较。找出优劣。系统分析的一般步骤明确问题、设立目标分析计算、评价比较检验核实、做出决策收集资料、制定方案系统分析的主要原则整体性原则系统分析首先要着眼于子系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。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
6、法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具用说服力。综合性原则：系统分析时还要注重总和性原则，要总和分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。学写简单的系统分析报告简单的系统分析报告的内容包括：系统的分析过程，如功能、构成、特性的定性、定量分析说明；依据，如系统的内部关系，系统与外部环境关系的挖掘；结论和建议。如评价与小结。报告的形式不拘一格。三、系统的优化1.影响系统优化的因素：首先，优化追求的目标适度。目标选得低，达不到优化。目标选得太高，脱离实际，实现不了，等于没优化。如修筑致富路，路的级别不能定的太高。其次，实施系统优化，总要有付出，或称投入。希望取得效果（如经济效益）达到最大，而
7、投入（如经费）最小。二看三比，称为效/耗（即效率/耗费）比。显然，效/耗比越大，就越接近或达到最优化。以修路实例而言，如效/耗比趋于最大，那么，修路就达到最优化。对此，在不同场合有不同提法，如性/耗（即性能/耗费）比、性/价（即性能/价格）比等。再次，系统优化是离不开条件的。比如，修筑致富路，实测中心必须要勘测，调查，准备数据资料，使修出的路符合技术规范；要预算，校验，是为了准备修路所需要的人力、物力、财力等资源条件，条件欠缺的，要创造条件。条件是否具备直接影响优化。最后，还应注意的是，某些不确定性的或不可预见的因素也会影响系统优化。因此在优化实施过程中，要及时调整计划与方法，回到优化之路。2
8、、最优化原则和步骤最优化原则：要定性和定量分析相结合的方法使系统最优化。这就是说，不仅要对系统进行科学的定性分析和决策，还要对系统进行准确的定量分析，并且将二者结合起来交替进行，使系统最优化。例如：在修筑致富路实例中，预算、校验都需要进行定量计算和分析。坚持系统整体的最优化。这就是说在处理优化过程中，在做优化决策时，要用好权衡的理念，权衡得与失，权衡当前与长远，权衡局部与整体。如舍卒保车，弃车保帅，正是为了对弈时的最终胜利。又如，在筑路工程中，通过增加少量的经费多投入一些人工从而获得修路的质量较大的提高或少占耕地。这样做，可以保证“致富”这个“整体”。不间断的寻求系统最优化。系统的发展具有阶段
9、性，系统的最优化是相对的。例：由于受当前的需求和条件的约束，修出一条等级不太高的公路，就已经算是最优化了；待到真正富裕了原来修路不再能满足需求时，那么，我们在更高的路，以实现更高层次的最优化。新的系统不断替代旧的系统，新的优化不断出现。因此，在最优化的同时，要遵循系统的动态，观点，推动系统不断进步。最优化一般步骤：提出需要最优化的问题，收集有关资料和数据；确定变量，建立定量计算方程（有关数字模型如用线性规划解决问题）和有关约束条件；选择合适的最优化方法；解方程，校验解的最优性；实施。四、系统的设计系统的设计系统设计应考虑的主要问题系统设计的目的与要求。系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优
10、化为目的。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，注意各部分的横向、纵向联系。依据系统的动态性、环境适应性，既要考虑当前，也要考虑长远。系统设计方案的优化。首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计。系统设计的一般步骤系统设计的步骤主要包括：将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及相互关联，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。五、本章练习题1.“丢卒保车”“一招不慎，全盘皆输”是我们日常生活中的常用语言，它们说明了系统基本特性的（ ）A.整体性 B.相关性 C.动态性 D.目的性2.自
11、行车是由若干主要部件组成的，这些部件相互联系，相互作用，形成了自行车，可以代步的功能。其中任何一个主要部件出现问题，都有可能导致自行车无法正常工作。这说明了系统的什么特性？试说明车把、车蹬，链轮和链条，前后车轮，车闸等的作用？（提示：说明自行车是由几大部分组成，几大部分相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约，自行车是一个具有特定功能的有机整体。车把：控制自行车的方向。脚蹬：将人脚踩的力传递到链条上。链轮和链条：将动力传递到后轮，驱动自行车行走。前后车轮：车轮的滚动带动自行车整体行进，承受人和车的重力。车闸：控制自行车的速度。）3自行车在下列情况下，可能导致什么后果？（1）车闸与车圈结合部位的橡
12、皮筋松了。（容易导致刹车不灵）（2）车把的固定螺钉松了。（可能使自行车的方向把不准，酿成事故）（3）链条断了。（使自行车无法行进）（4）车轮的辐条断了几根。（容易使车圈受力不均而变形，增大摩擦阻力）4一堆沙子、钢筋、水泥等材料散放在一起没什么意义，但是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，这个案例说明系统最基本的特性是（ ）A目的性 B动态性 C整体性 D适应性5下列说法错误的是（ ）A系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优化为目的B系统是一个整体，它是各个要素（部分）的简单相加C系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问题，考虑各种主要变化因素及其相互的影响，全
13、面地思考和解决问题6飞机在空中飞行时，时常看到大气对流的影响而产生颠簸，当飞机的检测装置接收到这一信号后，经过控制器的调节，能在很短的时间内调整好飞行状态，克服大气对流对飞机飞行的影响，保持平衡飞行。这个现象说明了系统的什么基本特征？（ ）A整体性 B相关性 C环境适应性 D动态性7在下列关于系统相关性的理解中，你认为正确的是（ ）A一个系统往往存在多个目标，这些目标还常常不一致，需要进行协调。B系统通常都是由若干部分组成的。C系统各组成元素之间，部分和整体之间不进相互关联、相互作用，而且任何一个组成部分发生变化，都会影响其它部分和整体任务的完成。D系统包含子系统，它又是更大系统的子系统。8.
14、2003年10月我国自行研制的载人飞船“神舟五号”飞入太空。飞船和运载火箭共有几百个零部件，这些零部件本身都很一般，但它们按照一定的结构组合在一起就构成了性能优异的航天飞船，从而体现了系统的（ ）A动态性 B.目的性 C.整体性 D.相关性9.合金钢材料中，碳含量的高低影响着钢的强度、硬度和韧性，从而影响钢的耐磨性。碳含量高则硬度高，韧性差；碳的含量低则硬度低，耐磨性差。这反映了系统的什么基本特性（ ）A.相关性 B.环境适应性 C.动态性 D.整体性10.台式计算机的CPU上安装的小风扇有时转的快，有时转的慢，这个现象说明了系统的什么基本特性（ ）A.整体性 B.相关性 C环境适应性 D.动态性11.黑色系统是指（ ）A.全部由黑色的材料组成的系统 B.信息完全明确的系统C.在夜晚生产制造出的系统 D.信息不完全明确的系统12.“泰坦尼克”号游轮，在当时该游轮各项技术性能是世界最先进的。但是为什么触冰后全沉没？请从系统的结构的角度理解，它主要反映了系统的什么基本特性（ ）A.整体性 B.相关性 C目的性 D.环境适应性13.“系统论”是研究的一般模式、结构和规律的学问，“系统论”是一门跨学科的很横断科学是由哪位科学家创立的？（ ）A.马克思 B.霍尔 C.贝塔郎菲 D.维纳14.填空：（1）系统工程的霍尔三维结构是指在运用系统工程时从三个侧
