系统的基本特性分析

第二节系统的基本特性分析一、波轮式全自动洗衣机系统分析1、组成与功能（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。（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。2、洗衣机内部各组成部分之间的关系各个组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。先从各个局部看：供电、驱动→波轮旋转→水流形成；进水（注水）→洗涤、漂洗→排水；面板上各开关、按钮→各个洗涤程序；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3、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进水：环境给洗衣机诸如工作的介质。供电：环境给洗衣机提供工作能量。操作者：环境（人）向洗衣机发出工作程序的信息。噪声：洗衣机工作过程中向外界环境加强的一种影响。排水：洗衣机工作过程中向外界环境排放物质（污水）。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。4、洗衣机系统的评价与小结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。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。思考：1、洗衣机工作时与外界有哪些关系？2、如果给洗衣机注入温水或是很凉的冷水，会给洗衣机的洗涤效果带来哪些影响？3、如果电源电压或频率有大幅度波动，会给洗衣机的工作带来什么影响？4、洗衣机工作时，放置在什么地方为好？为什么？二、龙舟赛艇系统分析1、龙舟赛艇系统的功能与构成（1）系统的功能：用于团队比赛。（2）系统的构成：艇体子系统：支撑荷载，合理的艇身造型可以减少水的阻力。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。动力子系统：由若干名运动员组成，按艇上指挥号令划桨。2、赛艇的定量描述分析尝试（1）赛艇速度的获得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。（2）作用于艇上力的平衡ma-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。）（3）赛艇质量的权衡赛艇的质量有两部分组成，人和赛艇及其设备。上艇运动员的选择要求应该是：力气大而质量相对小。（4）赛艇运动的数学描述赛艇运动可以用牛顿第二定律进行严格的定量描述。这种描述运动特性的数学表达式，一般称为数学模型。寻求某一运动的数学模型的过程，称之为建模过程。4、龙舟赛艇系统的评价与小结（1）评价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。（2）小结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。思考：1、速度是怎样产生的？如果考虑阻力，实际的动力值应该怎样考虑？怎样才能减少阻力？2、在上面的分析中，只重点讨论了施加动力的大或小的作用。如果考虑提高划桨的频率，会带来什么作用？3、如果突然出现一阵风吹到赛艇上，结合牛顿第二定律的公式，做一些论述？4、将龙舟赛艇系统与波轮式全自动洗衣机相对比，试就系统内部各分系统的关联关系和系统与外界环境关系，对赛艇系统做一些分析。整体性：最基本特性，是个体的有机结合。相关性：各要素、整体之间相互作用、联系。目的性：实现一定的功能。环境适应性：对环境变化的适应能力。三、系统的基本特性1、整体性整体性：系统最基本的特性。①系统是一个整体，它不是各个元素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各元素（部分）在孤立状态下所没有的。如：一堆沙子、钢材、水泥和绳索散放在一起成就没有意义。如造成一座悬索桥就具有了交通的功能。分析（1）“阿波罗”登月计划20世纪60年代末美国的“阿波罗”登月计划把载人飞船送上了月球，飞船和运载火箭共有700多万个零件，这些零件本身都很一般，没有一个是新研制的，但正是这些一般的零件按照一定的结构组成了能把人送上月球的性能优越的飞船。思考：以上案例说明了什么？②系统的整体功能大于各部分的功能之和。（即1+12）一个和尚挑水吃两个和尚抬水吃三个和尚没水吃三个和尚现象原因一个和尚挑水，两个抬水，三个没水吃三个臭皮匠顶个诸葛亮一着不慎，全盘皆输丢卒保车2、根据系统的整体性特征，解释下列现象部分之间要协调1+12部分影响整体整体效应2、相关性相关性是指组成系统的各要素之间或系统整体与部分之间的相互作用、相互联系。1、在装修开始，没有进行整体化的规划和布局，如考虑厨具的摆放位置、电线和水管的走向、排风口和下水道口的预留等。2、没有根据厨房的空间位置恰当的购置厨具。厨房用品购置好了以后发现的一些问题：1、抽油烟机的出风口与预留的位置相距较远。2、水盆的位置离水源远，又与下水道不在同一侧。3、微波炉和电冰箱的放置处没有电源插座。4、燃气灶具与热水器的位置较远。5、线路的安装不合理，可能造成隐患1、分析厨房装修与厨具安装出现问题的原因何在？2、你将如何处理，才不至于有安全隐患？结论：观察和处理事物的时候，应多从事物的内部和外部联系上看问题，从全局和整体上把握事物，才能进行科学的系统分析，选择最佳方案，进行科学的决策3、目的性任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能。这也是区别不同系统的标志。系统的目的一般通过更具体的目标来体现。如：人们发明了数控机床思考：对于复杂的系统，目标有很多个时，我们怎么办？往往用一个指标体系来描述系统的目标1、人们将发条、齿轮、表壳、游丝等零部件组成钟表，目的是（）满足人们对记时功能的需要2、经营管理系统通过优化和配置企业的人力资源和物力资源而形成，其目的是（）实现企业利润的最大化、成本能源使用的最小化结论：设计和分析一个系统时，必须事先弄清目的，否则就无法构成一个良好、有序的现实系统。当系统存在多个目标时，要从整体协调的角度出发寻求平衡，以获得整体上的最佳效果。4、环境适应性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。例：动物适应环境（刺猬、鹿、黄鼬等）1、谈谈“春捂秋冻”的道理2、家用电器(如电视机、冰箱)可否紧靠墙壁放置？3、列举系统调节来适应环境变化的例子汽车的防滑链、供水系统的防冻措施、动物的保护色等。结论：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，否则是没有生命力的。四、分析系统的基本方法1、系统思想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。2、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。主要分三个阶段：阐明问题、分析研究、评价比较。【案例1】：汉字激光照排系统.八百多年以前，一位聪明的工匠用泥做了些小字模而流传千古，他就是在中国家喻户晓的活字印刷术发明者毕昇。然而，毕昇的发明并未在中国得到推广运用。毕昇的活字印刷术，之所以在中国被束之高阁，除了封建制度的窒息和生产力落后的原因外，还有一个重要原因是中国汉字数量庞大，给印刷业的自动化带来了极大的困难。西方的拼音文字只有二三十个字母，加上各种大小的字体，印刷字模也不过一百多个；而汉字有5万多个，一个字就需要一个字模，且不说还有宋、楷、黑等不同类型的字体和大小不一的字号。每印一本书，都需要由排字工人从铅字库里费力地“捡字”。这些铅字模在使用后，通常还需经过熔化，再重新铸造成新的铅字。思考：在汉字照排方案的决策中，系统分析的整体目标是什么？系统分析的出发点是为了发挥系统的整体功能，实现系统的整体目标。目的是寻求解决问题的最佳决策。（科学决策）【案例2】：田忌赛马1、田忌与齐王的三局赛马可以有哪几种方案2、孙膑所出的主意，为什么能使田忌赢了齐王？3、按系统分析的一般步骤对田忌赛马进行分析.【案例3】：阿拉斯加原油输送方案1、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。2、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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。提出方案3：把含10％－20％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。3、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。3、学写简单的系统分析报告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。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。