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(共32张PPT)
第三章 系统及其设计
3.2系统分析与设计
3.3系统设计的优化与实现
走进情境
小老鼠们最终决策是什么？
可行吗？
在现实生活中，我们每个人都会面临各种各样的选择和决策。如选什么科目高考，上什么大学，做什么工种等等！
走进情境
　　众老鼠们根据他们平常生活中的经验，在众方案中选择了“给猫挂铃铛”这样一个决策。
　　但是由谁去给猫挂铃铛？怎样才能挂得上呢？这些细节问题却无从解决。
　任何一个决策，重视细节。
　细节决定成败
决策如何分类？
经验决策
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的减少失误。
系统分析就是科学决策的基础
系统分析的一般过程
系统分析的出发点是为了发挥系统的整体功能。
一般过程
系统分析方法——建模
系统分析方法是指把要解决的问题作为一个系统，对各要素及其之间的关系综合分析，找出解决问题的答案。
系统科学的基本方法：建模
建模
｛
数学模型
框图模型
模型特征：
（1)它是现实系统的抽象或模仿；
（2)它是由那些与所分新问题有关的要素构成的；
（3)它表明了有关要素间的相互关系。
系统分析方法——建模
系统分析方法——建模
数学模型
数学模型：用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型
系统分析方法——建模
最简单的系统框图模型，是:
输入—输出模型
环境对系统的作用
系统对环境的作用
框图模型
系统分析方法——建模
自动补水子系统 雨水净化与储存子系统 溢水子系统
01
整体性原则
02
科学性原则
03
综合性原则
系统分析的主要原则
系统分析的主要原则——整体性
概 述
先整体，再部分；
先全局，再局部；
先看全过程，再看某一个阶段；
先看长远，再看当前。
丁谓修复皇宫
“一举三得”
系统分析的主要原则——整体性
丁谓修复皇宫
北宋真宗年间，皇城失火，宫殿被烧毁，大臣丁谓主持了皇宫修复工程。他采用了这样一套施工方案：
1. 先在需要重建的大道上就近取土烧砖.
2. 取土后的深沟中引入汴水，形成人工河。
3. 水路运输建筑材料，从面加快了工程进度。
4. 皇宫修复后，又将碎砖废土填入沟中，重修大道。
丁谓在皇宫修复工程的建设施工中，运用了整体的解决方案，使烧砖、运输建筑材料和处理废物三项繁重的工程任务协调起来，在总体上得到了最佳解决，一举三得，节省了大量劳力、费用和时间。
讨论：丁谓所采用的方案为什么能一举三得？
系统分析的主要原则——整体性
概 述
运用科学方法和数学工具进行定量分析。
优选法简介及其应用实例
寻找最佳加入量
试验范围：每吨加入量为1000~2000g
每隔5g试验一次：需要做200次
每隔10g试验一次：需要做100次
0.618法：只需做11次
关键词：优选法、黄金分割、0.618
1
0
1
0
0.618
0.618
查阅：华罗庚与优选法
应用举例
系统分析的主要原则——科学性
系统分析总是为实现系统目标服务的。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一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。
含油量高达55%，极品美味佳肴！
捡了芝麻丢了西瓜
系统分析的主要原则——综合性
校园内车辆频繁进出，给学生带来很大的安全隐患，于是学校决定新建停车场，既要考虑学生安全，又要照顾职工停车方便，还不能影响家长车辆通行，这体现了系统分析的（ ）
A. 科学性原则 B. 整体性原则
C. 综合性原则 D. 可持续发展原则
C
练习
系统设计应考虑的主要问题
系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的。
不同的行业的系统设计有着不同的技术要求。
我喜欢穿得漂漂亮亮的
我喜欢打球，刺激！
1.系统设计的目的与要求
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，注重各部分的横向、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。
在深山的村庄建立学校
自然环境
供电情况
人力资源
资金供应
其他问题
系统设计应考虑的主要问题
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。
课堂小结
一、系统分析的一般过程
二、系统分析方法---建模
三、系统分析的主要原则
建模
｛
数字模型
框图模型
四、系统设计应考虑的主要问题
1.系统设计的目的与要求
2.系统各部分之间的相互联系与相互作用
五、系统设计的一般步骤
系统设计的优化与实现
系统的优化
概 述
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（或者最小化）。
最小的成本
最短的工期
最少的能耗
单位面积的土地
最大的利润
更多的工程量
更多的产品
尽可能高的农业产量
案例：农作物种植系统的优化—— 农业间作套种。
进行系统优化应考虑的三个要素
目标与目标函数：
约束条件：
影响因素：
目标与收益总和之间的关系；
对目标函数起限制作用，不能人为调节
对目标函数产生影响，可人为调节。
用数学公式或图表等描述目标与收益的关系。
（1）请连线下列四项解释与对应的名词
优化目标
影响因素
约束条件
A.实现增产、增收，提高土地利用率。
B.农作物的生长特性、天气、气候等。
目标函数
C.优化目标与土地单位面积收益之间的关系。
D.套种的技术水平、田间管理、病虫害防治等。
（2）约束条件与影响因素有什么不同？
可以人为调节
不能人为调节
系统的优化
优化目标：利润最大值(Smax)
约束条件：材料成本、劳动力、签订的合同。
4X1+6X2≤600（材料）
20X1+18X2≤400（工时）
X1≥8， X2≥5
目标函数:Smax=50X1+60X2
(x1为每周生产桌子数，x2为每周生产椅子数)
系统的优化
对系统优化时常常需要定量分析计算，
——-数学模型。
什么是“数学模型”？
将研究的问题概括成数学模型，用数学方法分析求解，得到结论。再用这一结论解决实际系统中的问题。
最优化方法
（1）最优解——-
通过优化，建立数学模型的，计算得到的解.
（2）满意解——-
无法确切描述目标函数的，经过科学的估算、试验，得到满意解。
无论什么方法都需要经过若干次完善和验证。
通过科学的估算、试验。
运用数学模型求解。
小结：系统的优化
方 法
数学模型求解
科学的估算、试验
目标函数：
约束条件：
影响因素：
目标与收益总和之间的关系；
不能人为调节
可人为调节。
练习
例、舟山跨海大桥于2009年12月25日正式通车，大桥建成后，使舟山更紧密地融入长三角经济圈。大桥设计要求最大能抗17级超强台风，最大通航等级为5万吨级，使用年限为100 年。在大桥施工时为了保证质量、缩短工期、降低成本，需要对工程进行优化。下列属于影响系统优化的因素是( )
A.抗台风等级 B.最大通航等级
C.工程项目的管理水平 D.使用年限
C
谢 谢！

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