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第三章 系统及其设计
《技术与设计2》
一、系统及其特性
1.认识系统及其构成
(1)系统是由相互联系、相互作用、相互依赖、相互制约的若干要素或部分组成的具特定功能的有机整体。
构成系统必须具备三个方面的条件：
第一，由两个或两个以上的三素构成；
第二，要素之间相互作用、相互联系，并按一定方式构成整体；
第三，整体具有的功能是各个要素和部分所不具备的。
(2)根据不同的需要，系统可以分为自然系统与人造系统、实体系统与抽象系统等不同的类型。
一、系统及其特性
2.辨析系统的基本特性
系统具有整体性、相关性、目的性、动态性和环境适应性等基本特性。
(1)整体性
整体性是系统基本的特性。
①系统是一个整体，它不是各个要素简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立下所没有的；
②系统的任何一个要素发生变化或出现故障时，均会影响其他要素或整体功能的发挥；
③系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和；
④不能离开整体去分析系统中的任何一个组成部分。
一、系统及其特性
(2)相关性
①组成系统的各要素之间或系统整体与部分之间是相互作用、相互联系的。
②整体性体现的是系统的外在表现；相关性体现的是系统的内在关系。因为相关，才是整体。
(3)目的性
这是区别不同系统的标志，任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能。系统的目的性表现在开发某个系统的目的性与定义某个系统的目的性。
一、系统及其特性
(4)动态性
①任何系统都处在运动、变化、发展之中，都是一个动态的系统。
②常见关键词：一段时间后，系统……、零件“老化”“磨损”等。
(5)环境适应性
外界环境变化，系统为适应环境，系统功能与系统内各部分关系也产生变化。
一、系统及其特性
①动态性是系统的固有的基本属性，属内因；环境适应性是因环境变化而变化，是外因的结果。
②整体性与相关性的区别
一、系统及其特性
目的性辨析
技术的目的性 系统的目的性
技术的产生和发展是人类有意识、有目的活动的成果。它总是从一定的具体目的出发，针对具体问题，满足人们某方面的具体需求。 任何系统都服务于某种目的，都要实现一定的功能，这也正是区别不同系统的标志。
练习
如图所示是农田智能灌溉系统示意图。系统根据监测的气象、土壤、农作物等相关信息，控制灌溉设备工作，使土壤保持合适的湿度和肥力，达到降低人力成本、提高生产效率、节水节肥的目的。下列关于该系统的说法中，不正确的是(　　)
B
A．实现了农田的智能化管理，体现了系统的目的性
B．数据库能存储监测到的各种数据信息，体现了系统的环境适应性
C．灌溉设备需要定期维护，体现了系统的动态性
D．数据库、信息采集等出现异常，会影响农田灌溉，体现了系统的整体性
练习
如图所示是智能家居示意图。通过网络将智能家电、中央空调和安全监控等与计算机连接，构建了高效的住宅设施与家庭事务管理系统，提升了家居的安全性、便利性和舒适性。下列关于该系统的说法中错误的是(　　)
B
A．网络故障会影响该系统对各子系统的管理，体现了系统的整体性
B．该系统能随时了解和处理家中发生的状况，体现了系统的相关性
C．该系统能抵抗外界干扰信号的影响，体现了系统的环境适应性
D．该系统提升了家居的安全性、便利性和舒适性，体现了系统的目的性
练习
根据初步掌握的情况分析，“7·23”动车事故是由于温州南站信号设备在设计上存在严重缺陷，遭雷击发生故障后，导致本应显示为红灯的区间信号机错误显示为绿灯。从系统的角度分析，下列说法中不正确的是(　　)
A．雷击导致信号设备发生故障，说明该系统的环境适应性差
B．信号设备在设计上存在严重缺陷，说明该系统的目的性不明确
C．信号设备发生故障导致动车追尾，说明该系统的整体性差
D．信号设备发生故障导致区间信号灯显示错误，说明系统具有相关性
B
二、系统分析与设计
(1)明确问题，设立目标
明确所要研究问题的性质和范围，提出所要达到的目标，明确约束条件。
1．系统分析一般步骤
为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的进程，就是系统分析。
系统分析一般步骤：
(2)收集资料，制定方案
收集相关资料，制定解决问题的各种备选方案，预计可能产生的各种结果。
二、系统分析与设计
(3)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。
(4) 检验核实，作出决策
若对方案不够满意，还可按上述程序反复进行，直到获得满意的方案为止。
二、系统分析与设计
(2)系统分析的方法—建模：常见模型有数学模型、框图模型。
(3)系统分析的主要原则：系统分析一般是从系统的整体功能出发，全面地思考与解决可题。
系统分析应遵循整体性原则、科学性原则和综合性原则
(1)整体性原则
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，再看某一阶段；先看长远，再看当前。
注意：
系统分析的主体是人，是人分析，如果是机器分析就不遵循上述原则
二、系统分析与设计
(3)综合性原则
当系统存在若干个目标时，需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。
(2) 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。
二、系统分析与设计
系统的整体性和系统分析的整体性辨析
系统的整体性 系统分析的整体性原则
整体性是系统基本的特性。 ①系统是一个整体，它不是各个要素简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立下所没有的； ②系统的任何一个要素发生变化或出现故障时，均会影响其他要素或整体功能的发挥； ③系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和； ④不能离开整体去分析系统中的任何一个组成部分。 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，再看某一阶段；先看长远，再看当前。
二、系统分析与设计
技术的综合性和系统分析的综合性辨析
技术的综合性 系统分析的综合性原则
每一项技术（产品）都需要综合运用多个学科、多方面的知识。 当系统存在若干个目标时，应将目标排出优先次序，首先实现最优先的目标，然后尽可能在不损害第个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，不可顾此失彼，因小失大。
二、系统分析与设计
2.体验简单的系统设计的过程
(1)系统设计应考虑的主要问题：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。系统设计应考虑系统设计的目的与要求，系统各部分之间的相互联系与相互作用，系统设计方案的优化等问题。
(2)系统设计的一般步骤：将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及其相互关系，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。
三、系统设计的优化与实现
系统的优化是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。
影响系统优化的因素（影响因素）是指对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。
约束条件：某些因素对系统优化起着限制作用，并且是不能人为调节的，称为约束条件。
练习
A
如图所示是一款停车场车辆管理系统，通过摄像头拍摄进出道口车辆的照片，识别车牌号码，控制栏杆起落实现车辆进出停车场的自动管理。以下说法不正确的是(　　)
A．栏杆可抬起和落下实现车辆进出的控制，体现了系统的动态性
B．该管理系统配备了备用供电装置，增强了该系统的环境适应性
C．设计该系统时，既要实现车辆识别、高效传动、稳定供电功能，又要控制设计成本，体现了系统分析的综合性原则
D．设计该系统时，根据车辆进出时的速度和距离设置摄像头的位置和角度，体现了系统分析的科学性原则
练习
下列关于系统的说法中不正确的是(　　)
A．台灯的照明功能是它的各个部分在孤立状态下所没有的，体现了系统的整体性
B．汽车在使用一段时间后，零件会有一定的磨损，体现了系统的动态性
C．现在很多老小区加装电梯，在保证安全目标的同时，要兼顾成本、人机关系等目标，体现了系统分析的综合性原则
D．农作物种植系统的优化中，农作物的生长特性、天气、气候等因素属于系统优化的影响因素
D
练习
如图所示是一款自发电手电筒，按压手柄，齿轮组带动发电机发电，使小灯珠发光。下列关于该系统设计的分析中不正确的是(　　)
D
A．可将手电筒分为供电子系统和照明子系统
B．子系统内元器件的选择要相互匹配
C．供电子系统中设置储能元件，减少发电机对照明子系统的影响
D．小灯珠与发电机属于两个不同的子系统，选择小灯珠时可以不考虑发电机的参数
练习
堪称全球最长、创意最独特的港珠澳大桥，主体由桥梁、海底隧道和人工岛组成。大桥的设计采取了一系列优化措施，下列措施中，以提高大桥安全性为目标的是(　　)
D
A．大桥在伶仃西航道和铜鼓航道段采用海底隧道方案，不影响通航
B．设计了中华白海豚观赏区和海上观景平台
C．在珠澳人工岛上设有大型停车场，以缓解澳门本岛的交通压力
D．人工岛周围投放石头形成斜坡，如果船太靠近就会搁浅
练习
小通准备对家里的电路系统进行升级改造并制定了优化目标。他请装修公司完成该优化工程，双方签订合同，工程款总额为10000元。在该系统优化过程中，总额10000元属于(　　)
A．优化目标
B．约束条件
C．目标函数
D．影响优化的因素
B
小结
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