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1、第二节第二节系统的基本特性分析系统的基本特性分析构成系统要具备三条件n1、至少要有两个或两个以上的要素才能组成系统。n2、要素之间相互联系、相互作用，、要素之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体。按照一定方式形成一个整体。n3、这个整体具有的功能是各个要素的功能中所没有的。一、波轮式全自动洗衣机系统分析n1、组成与功能n（1）组成：波轮式洗衣机由洗涤与脱水桶、波轮、传动机构、操作与控制面板、机箱体、进水机构、排水机构和供电线路等部分组成。n（2）功能：洗衣机的总体功能是洗净衣物。为达到目的，它的各组成部分各具分功能和作用，以支撑现实总共能。n2、洗衣机内部各组成部分之间的关系n各个组
2、成部分按照功能分别称为给水子系统、驱动运动子系统、操作控制子系统、支撑子系统等。n先从各个局部看：n供电、驱动 波轮旋转水流形成；n进水（注水）洗涤、漂洗排水；n面板上各开关、按钮各个洗涤程序；n将各部分装于机箱体内洗衣机整体；水流的洗涤与漂洗驱动运动进水、排水洗涤程序桶、机箱洗衣机各部分之间关系示意图洗衣机各部分之间关系示意图n3、洗衣机和外接环境之间的关系洗衣机进水供电操作者支撑基排水噪声洗衣机与环境关系示意图洗衣机与环境关系示意图n进水：环境给洗衣机诸如工作的介质。n供电：环境给洗衣机提供工作能量。n操作者：环境（人）向洗衣机发出工作程序的信息。n噪声：洗衣机工作过程中向外界环境加强的一
3、种影响。n排水：洗衣机工作过程中向外界环境排放物质（污水）。n支撑基：有两层关系：一是左边的指向洗衣机的箭头，表示环境给洗衣机提供支撑；二是右边的指向支撑基的箭头，表示洗衣机工作过程中向外界环境增加的有一种影响，如振动。n4、洗衣机系统的评价与小结n评价：主要有以下几点：可靠性、返修率；实用性，包括洗涤容量、外形大小等；性能/价格比；安全、节能、环保；外表、美观。n小结:洗衣机作为一个整体，总体的功能就是洗净衣服。它的各个组成部分都是围绕着支撑实现总功能来确定其结构、工作方式的；各个组成部分的设计要服从于整体功能、整体效益的需要。二、龙舟赛艇系统分析二、龙舟赛艇系统分析n1、龙舟赛艇系统的功能
4、与构成n（1）系统的功能：用于团队比赛。n（2）系统的构成：n艇体子系统：支撑荷载，合理的艇身造型可以减少水的阻力。n运动子系统：主要由若干副浆组成，用于划水；艇后设舵或由一桨代替。n动力子系统：由若干名运动员组成，按艇上指挥号令划桨。n2、赛艇的定量描述分析尝试n（1）赛艇速度的获得n奋力划桨，水给桨以反作用，赛艇得到动力，记做F1，空气和水给赛艇的阻力，记做F2。艇与人的质量m，由F=ma和F=F1-F2。可得加速度a，有了a就获得了速度v。n（2）作用于艇上力的平衡nma-F=0（ma本质上是一种力，表示运动体要克服的惯性；F表示施加于运动体上的外力，包括动力、阻力或其他的力。）n（3）
5、赛艇质量的权衡n赛艇的质量有两部分组成，人和赛艇及其设备。n上艇运动员的选择要求应该是：力气大而质量相对小。n（4）赛艇运动的数学描述n赛艇运动可以用牛顿第二定律进行严格的定量描述。n这种描述运动特性的数学表达式，一般称为数学模型。n寻求某一运动的数学模型的过程，称之为建模过程。n4、龙舟赛艇系统的评价与小结n（1）评价n影响赛艇速度的因素：划的力量大、前进的方向性好、总体质量尽可能小。n（2）小结n赛艇系统作为一个整体，它的功能和目的是比赛与取胜。作为系统它具有整体性、目的性、各个子系统的相关性和工作环境的适应性等特性。1、整体性n整体性：系统最基本的特性。整体性：系统最基本的特性。n系统是
6、一个整体，它不是各系统是一个整体，它不是各个元素个元素（部分）（部分）的简单相加，系统的整体功能是的简单相加，系统的整体功能是各元素各元素（部（部分）在孤立状态下所没有分）在孤立状态下所没有的。的。n系统的任何一个要素发生变化或出现故障时，系统的任何一个要素发生变化或出现故障时，都会影响其他要素或整体的功能发挥。都会影响其他要素或整体的功能发挥。三三、系统的基本特性系统的基本特性系统具有整体性侧重于“部分影响整体”n例：美国“阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由700多万个零件组成。这些零件都很普通，甚至没有一个是新研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？各部分按照一定的结构组成了系统，从而实各
7、部分按照一定的结构组成了系统，从而实现了整体的功能。现了整体的功能。n系统的功能大于组成系统的各部分的功能之系统的功能大于组成系统的各部分的功能之和，就是我们常说的和，就是我们常说的“11 2”n会有会有“11 2”吗？吗？系统具有整体性侧重于“部分影响整体”三个和尚的故事说明了什么？n【系统思路系统思路】系统不是系统不是各个元素（组分）的简单各个元素（组分）的简单相加。如果将它们之间的相加。如果将它们之间的相互联系和相互作用协调相互联系和相互作用协调好，就能得到好，就能得到“1+12” 的效果。反之亦然。的效果。反之亦然。“三个臭皮匠顶个诸葛亮”又说明了什么？根据系统的整体性特征，解释下列现
8、象根据系统的整体性特征，解释下列现象：现现 象象原原 因因“一个和尚挑水吃，一个和尚挑水吃，两个和尚抬水两个和尚抬水吃，三个和尚吃，三个和尚没水吃。没水吃。 ” 三个臭皮匠顶个诸三个臭皮匠顶个诸葛亮葛亮 一着不慎、全盘皆一着不慎、全盘皆输输 “弃卒保弃卒保车车” 不符合整体性的原则、各部分之间，不符合整体性的原则、各部分之间，部分与整体之间协调的不好，不能部分与整体之间协调的不好，不能形成良好的功能。形成良好的功能。各组分之间，组分与整体之间协调的各组分之间，组分与整体之间协调的好，形成良好的功能。好，形成良好的功能。各组分之间相互联系、相互作用，任何一个元素或各组分之间相互联系、相互作用，任
9、何一个元素或组分的变化都会影响其他元素和组分实现其功能。组分的变化都会影响其他元素和组分实现其功能。系统有很多的子系统，各子系统之间有一定的层次系统有很多的子系统，各子系统之间有一定的层次性，首先要保证主要组分，再考虑次要的。性，首先要保证主要组分，再考虑次要的。n巴尔扎克雕像的故事 传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给文学家巴尔扎克雕了一座塑像。塑像雕好之后，大受人们的称赞，人们特别对雕像上巴尔扎克的一双手赞不绝口，都说这双手太逼真、太生动了。罗丹听到人们的议论后，却毫不犹豫地从塑像上砍去了这双手。提问：既然双手是整个雕像中最成功的部分，既然双手是整个雕像中最成功的部分，为何罗丹要将它砍掉呢？为何
10、罗丹要将它砍掉呢？罗丹这一行为给你怎样的提示呢？罗丹这一行为给你怎样的提示呢？ 让人们看到其它美的所在，不能离开整体去分让人们看到其它美的所在，不能离开整体去分析任何一个部分。一个系统组织的好不好，就看它的析任何一个部分。一个系统组织的好不好，就看它的整体功能实现的怎样。罗丹砍去雕塑双手的目的在于整体功能实现的怎样。罗丹砍去雕塑双手的目的在于使人们注意雕像的整体，而不仅仅是注意这双手。使人们注意雕像的整体，而不仅仅是注意这双手。【系统思路系统思路】做任何事情都要重视整体效应，必做任何事情都要重视整体效应，必要的时候要舍得抛弃部分而保留整体。要的时候要舍得抛弃部分而保留整体。木桶理论： n一只沿
11、口不齐的木桶，其存水量的多少？n不取决于最长的那块木板，而取决于最短的那块木板。不取决于最长的那块木板，而取决于最短的那块木板。 相关性是指组成系统的各个要素之间或整体之间相互作用、相互联系。2、相关性 系统的各组成部分或元素只要有一个变化系统的各组成部分或元素只要有一个变化都会影响其他元素和组成部分实现其功能。都会影响其他元素和组成部分实现其功能。系统具有相关性 侧重于“部分影响部分部分影响部分”n1.为了保护草原植被，当地政府颁布了禁止大量为了保护草原植被，当地政府颁布了禁止大量捕杀野狼的法令，这是什么道理？捕杀野狼的法令，这是什么道理？狼捕杀羊、野兔等食草性动物，使其数量减少，从狼捕杀羊
12、、野兔等食草性动物，使其数量减少，从而起到保护植被的作用。而起到保护植被的作用。【系统思路系统思路】系统的各个元素、组分的变化会对其系统的各个元素、组分的变化会对其他的元素、部分起影响。他的元素、部分起影响。相同的道理，为了使野生动物园的羚羊更有活力、相同的道理，为了使野生动物园的羚羊更有活力、生命力更强，可以引进狼或豹子等肉食动物。生命力更强，可以引进狼或豹子等肉食动物。如何理解如何理解“一着不慎，满盘皆输一着不慎，满盘皆输”？ 不管什么棋类比赛，关键的一着下错，都很有可不管什么棋类比赛，关键的一着下错，都很有可能输掉整盘棋。能输掉整盘棋。【系统思路系统思路】要重视关键因素。在一个系统中要重
13、视关键因素。在一个系统中关键部分的变化，甚至会对全局产生决定性的关键部分的变化，甚至会对全局产生决定性的影响。影响。n系统的任何一个要素（部分）发生变化或出现系统的任何一个要素（部分）发生变化或出现故障时，都会影响其他要素（部分）或整体的故障时，都会影响其他要素（部分）或整体的功能的发挥。功能的发挥。 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部各部分相互关系的变化，系统要适应环境的变化而变化。 3、环境适应性、环境适应性 系统只有具有对环境的适应能力，才能保持和恢复系统原有的特性。系统具有环境适应性侧重系统的适应
14、适应 n1.1.家用电冰箱不能紧贴墙壁放置，汽车在雪地行走轮胎要加链条，这家用电冰箱不能紧贴墙壁放置，汽车在雪地行走轮胎要加链条，这是都为什么？是都为什么？ 冰箱放置与墙保持距离，目的是有一个适当的散热空间，从而保持正常工作。冰箱放置与墙保持距离，目的是有一个适当的散热空间，从而保持正常工作。一般汽车在雪地上会因为打滑而无法正常行走，因此在轮胎上加链条是起防滑一般汽车在雪地上会因为打滑而无法正常行走，因此在轮胎上加链条是起防滑作用。作用。结论：系统只有在一定的环境条件下才能保持（或恢复）其原有的特性。结论：系统只有在一定的环境条件下才能保持（或恢复）其原有的特性。 2.2.自行车为什么要不断地
15、进行更新换代？自行车为什么要不断地进行更新换代？ 当外部环境条件变化时（路况改变跋山涉水，市场需求变化舒适休闲），自行车当外部环境条件变化时（路况改变跋山涉水，市场需求变化舒适休闲），自行车就必须更新换代（如增加新的功能，提高性能、舒适度），才能继续存在和发展下去。就必须更新换代（如增加新的功能，提高性能、舒适度），才能继续存在和发展下去。【系统思路系统思路】要不断完善系统，使系统能适应新的环境。要不断完善系统，使系统能适应新的环境。3.3.你知道你知道“春捂秋冻春捂秋冻”的含义吗？的含义吗？ 这是环境适应性的体现这是环境适应性的体现: :由于人自身就是一个系统，春天多穿一些是对冬天的由于人自
16、身就是一个系统，春天多穿一些是对冬天的一种适应和衔接，秋天穿少一些是对夏天气候的衔接和向冬天过渡的一种准一种适应和衔接，秋天穿少一些是对夏天气候的衔接和向冬天过渡的一种准备。两者都是为了使人的身体逐渐适应外界气温的变化而不至于生病。备。两者都是为了使人的身体逐渐适应外界气温的变化而不至于生病。n4、飞机在空中飞行时，时常受到大气对流的影响而产生颠簸，当飞机的检测装置接受到这一信号后，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的影响，保持平稳飞行。这些实例都说明了，系统必须适应外部环境的变化。这些实例都说明了，系统必须适应外部环境的变化。只有能够适应外部环境的变化并保持
17、最优适应状态只有能够适应外部环境的变化并保持最优适应状态的系统，才能发挥自身作用，实现可持续的发展，的系统，才能发挥自身作用，实现可持续的发展，否则系统是没有生命力的。否则系统是没有生命力的。 系统都是系统都是以实现某种功能为目的以实现某种功能为目的的，这是的，这是区别这一系统与那一个系统的标志。区别这一系统与那一个系统的标志。 设计和分析一个系统时，必须先弄清设计和分析一个系统时，必须先弄清其目的，否则就无法构成一个良好、有序其目的，否则就无法构成一个良好、有序的现实系统。系统的多个目标有时不完全的现实系统。系统的多个目标有时不完全一致，甚至矛盾，这就需要协调，寻求平一致，甚至矛盾，这就需要
18、协调，寻求平衡或折衷的办法，从而更好地实现其目的。衡或折衷的办法，从而更好地实现其目的。4 4、目的性、目的性系统具有目的性系统具有目的性侧重系统的功能功能 n1、人们为什么要发明自行车？、人们为什么要发明自行车？ 自行车的由来：世界上第一辆自行车出现于自行车的由来：世界上第一辆自行车出现于1790年，由法国人希布拉克年，由法国人希布拉克用木材制成，没有脚蹬，靠双脚交替踏地前进。用木材制成，没有脚蹬，靠双脚交替踏地前进。1801年，俄国人阿尔年，俄国人阿尔塔莫诺夫发明了一辆轮子前后挂着的小车。这些发明家把它作为礼物塔莫诺夫发明了一辆轮子前后挂着的小车。这些发明家把它作为礼物献给了俄国沙皇。献给
19、了俄国沙皇。1831年，德国人德列斯发明了车把，可以方便地转年，德国人德列斯发明了车把，可以方便地转弯。弯。 1839年，英国人麦克米伦发明了脚踏，装于前轮上。年，英国人麦克米伦发明了脚踏，装于前轮上。 1880年，年，法国人基尔梅发明了链条，用它带动后轮旋转。法国人基尔梅发明了链条，用它带动后轮旋转。 1888年，英国人邓年，英国人邓勒普发明了充气车胎。勒普发明了充气车胎。 任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能。任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能。 2、自行车的作用是提高速度，使人们可以更快地到达目的地，而刹车的作用却是减速，两者相矛盾。为什么还要刹车呢？ 在某些情况下（如下陡
20、坡），行车速度和安全要求这两个具体目标产生在某些情况下（如下陡坡），行车速度和安全要求这两个具体目标产生了矛盾，就得通过刹车来减速，进行协调，从而保证自行车更好地到达了矛盾，就得通过刹车来减速，进行协调，从而保证自行车更好地到达目的地。目的地。【系统思路系统思路】系统的具体目标之间有矛盾时，要从系统的目的出发，进系统的具体目标之间有矛盾时，要从系统的目的出发，进行协调。行协调。 5、动态性、动态性侧重系统的更新更新 n例子：例子：1、我们都有过生病、看病的经历，生病和看病的过程体现了系统的动态性。医生根据病人的症状确诊病症，对症下药，进行治疗。当病人的病症一时难以确定时，医生就要动态地跟踪病人
21、病情的发展，预测并及时判断病因，进行治疗。n2、台式计算机的、台式计算机的CPU上安装的小风扇为什么有时转的快，上安装的小风扇为什么有时转的快，有时转的慢？有时转的慢？运用系统的动态观点，有助于使我们不仅看到系统的现状，运用系统的动态观点，有助于使我们不仅看到系统的现状，而且看到系统的变化和发展，从而预测系统的将来，掌握而且看到系统的变化和发展，从而预测系统的将来，掌握系统的发展规律。系统的发展规律。n整体性原则n科学性原则n综合性原则四、系统分析的主要原则四、系统分析的主要原则n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；现看过程，再看某个阶段；现看长远，再看
22、当前；整体性原则整体性原则案例分析案例分析丁谓修复皇宫丁谓修复皇宫想一想丁谓修复皇宫的方案为什么会成为我国古代运用系统思想和方法的著名范例？ 本案例是讲解系统整体性的一个著名案例，本案例是讲解系统整体性的一个著名案例，丁谓运用了丁谓运用了系统分析的基本方法。首先着眼于系统分析的基本方法。首先着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看系统整体，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；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。先看长远，再看当前。把烧砖、运输建筑材料把烧砖、运输建筑材料和处理废墟三项繁重的工程任务看成一个整体和处理废墟三项繁重
23、的工程任务看成一个整体中的相关部分，加以协调处理，从而找到获得中的相关部分，加以协调处理，从而找到获得最佳效果的方案，节省了大量劳力、费用和时最佳效果的方案，节省了大量劳力、费用和时间间,一举三得。一举三得。系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面要尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具说服力。科学性原则科学性原则3.综合性原则 注重研究系统各部分之间的相互联系和注重研究系统各部分之间的相互联系和相互作用，既注重研究各部分间的横向联系，相互作用，既注重研究各部分间的横向联系，也注重研究各部分间的纵向关系。也注重研究各部分间的纵向关系。 系统分析总是为实现系统目标服
24、务系统分析总是为实现系统目标服务的，应将目标排除优先次序，首先选取的，应将目标排除优先次序，首先选取最优先的目标，然后尽可能在不损害第最优先的目标，然后尽可能在不损害第一目标的前提下完成下一个目标，这就一目标的前提下完成下一个目标，这就需要综合分析、统筹兼顾、不可顾此失需要综合分析、统筹兼顾、不可顾此失彼。彼。 系统分析还需要考虑设计方系统分析还需要考虑设计方案出台所带来的后果。（例建厂案出台所带来的后果。（例建厂后带来的环境污染、生态平衡破后带来的环境污染、生态平衡破坏、水土流失）坏、水土流失）五、系统分析的基本方法五、系统分析的基本方法n1、系统思想n作为系统，它们都具有整体性、相关性、目
25、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。n2、系统分析的基本方法n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。主要分三个阶段：阐明问题、分析研究、评价比较。n【案例】：阿拉斯加原油输送方案n1、阐明问题任务：由阿拉斯加东北部的普拉德霍湾油田向美国本土运输油田。n2、分析研究环境：油田处于北极圈内，海湾常年处于冰封状态，陆地最低气温达-50摄氏度。当前采用的一般方案：方案1：由海路用油船运输方案2：用带加温系统的油管输送 n处理策略：考虑到安全和供油的稳定性，暂时把方案2作为参考方案作进一步的细致研究。同时继续考虑新的方案。n提出方案3：把
26、含1020氯化钠的海水加到原油中去，使在低温下的原油成乳状液，仍能畅流，这样就可以用普通的输油管道运送了。提出方案4：将地下石油蕴涵的天然气转化为甲醇加到原油中，降低原油的熔点，增加流动性，从而用普通的管道就可以同时输送原油和天然气，仅管道铺设费就可以节省近60亿美金。n3、评价比较综合各方案优、缺点，以及成本、安全性等，确定第4种方案为最终方案。反思：如果仅仅在前面3个方案上优化，无论如何都得不到方案4的巨大效益。分析人员运用其专业知识，将石油中的原油和天然气的运输作为一个整体进行系统分析，获得了成功，体现了系统分析的实际价值。n4、学写简单的系统分析报告n在做过系统分析之后，就要通过写报告来达到总结收获、提高认识、以利今后发展的目的。也可以培养和训练科学的思维和表达能力。n简单的系统分析报告包括：系统的分析过程，如功能、构成、特性；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。
