通用技术第二册第三章系统与设计课件.ppt
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- 通用 技术 第二 第三 系统 设计 课件
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1、大家好大家好第三章 系统与设计本章知识要点(1)从应用的角度理解系统的含义。(2)了解系统的基本特性,了解系统分析的基本方法。(3)了解系统优化的意义。(4)了解简单系统设计的基本方法。一、系统普遍存在的一、系统普遍存在的原子结构示意图二、系统的含义1、基本含义 系统是系统是指由两个或者两个以上相互联系相互联系,相互作用相互作用的元素所组成的,具有一定结构结构和功能和功能的有机整体。2、系统的组成(一)系统与子系统(一)系统与子系统系统有大有小、有简单又复杂。如:人对人体完成生命活动的的几大系统:人就是最大系统。那么,神经系统、消化系统、呼吸系统、分泌系统等这些系统,它们就是人的子系统。子系统
2、可以层层分解,如:人体的呼吸系统可以分为呼呼吸道和肺吸道和肺 某一部分发生病变?某一部分发生病变?动力系统传动系统转向系统制动系统车身系统汽车系统 答案是:答案是:一条铁链由很多环组成,若把铁链看成一个系统,每一个环就是子系统。如果,这个子系统出现情况,势必就会影响到系统的整体效应。所以,它们之间是相互依赖和相互作用,共同完成系统的整体功能。用系统的观点来解释用系统的观点来解释“一条铁链的承受力一条铁链的承受力取决于铁链中最脆弱的那一环的强度取决于铁链中最脆弱的那一环的强度”(二)、子系统与元素(二)、子系统与元素 人体系统中,心、肝、脾、肾、眼、人体系统中,心、肝、脾、肾、眼、耳、口、鼻等看
3、成人体分解的最后层次耳、口、鼻等看成人体分解的最后层次或基本单元。那么,这些器官就构成人或基本单元。那么,这些器官就构成人体的元素。体的元素。元素与系统的概念是相对而言。元素与系统的概念是相对而言。人体就是一个复杂的系统,可以层层分解为系统、人体就是一个复杂的系统,可以层层分解为系统、器官、组织、细胞等子系统。器官、组织、细胞等子系统。所谓元素的不可再分性,也是相对于它所属的系所谓元素的不可再分性,也是相对于它所属的系统来说。统来说。班 级学生、老师班规、课程表、作息时间表班规、课程表、作息时间表.人物事(1)按组成元素性质分自然系统人工系统复合系统(三)、系统分类自然系统自然系统:天然形成的
4、。如:太阳系、一片庄稼、原始森林如:太阳系、一片庄稼、原始森林人工系统人工系统:为达到某种目的人工建立。如:神舟五号飞船如:神舟五号飞船复合系统复合系统:自然系统和人工系统相结合的系统。如:原子核结构如:原子核结构(2)按组成元素存在形态分实体系统概念系统(1)实体系统)实体系统:由物质的实体元素构成(2)概念系统)概念系统:由概念、原理、原则、理论、方法等非物质实体元素构成的系统(3)按系统的运动状态分动态系统 静态系统(1)动态系统)动态系统:系统的状态随时间的变化而变化(2)静态系统)静态系统:不随时间而变化(4)按系统与外部环境关系分开放系统封闭系统(1)开放系统)开放系统:不断与外界
5、环境进行物质、能量和信息交换的系统(2)封闭系统)封闭系统;不受周围环境的影响的系统第二节、系统分析的基本方法第二节、系统分析的基本方法 申鉴申鉴 时事时事 某人在林中看到别人布了一张某人在林中看到别人布了一张捕雀的大网,捕到的麻雀都是钻进捕雀的大网,捕到的麻雀都是钻进一个个网眼的。于是,他回家用一一个个网眼的。于是,他回家用一截截短绳结成许多互不相连的小绳截截短绳结成许多互不相连的小绳圈,也去捕雀,有人问:圈,也去捕雀,有人问:“这绳圈这绳圈做什么用?做什么用?”他说:他说:“网雀用的。网雀用的。既然一只雀只钻一个网眼,我这种既然一只雀只钻一个网眼,我这种绳圈岂不比一张大网省事?绳圈岂不比一
6、张大网省事?”自然,此人是一只麻雀也不会捕到自然,此人是一只麻雀也不会捕到的。的。他的可笑之处在于没有意识到网中他的可笑之处在于没有意识到网中的每个网眼是互相联系的而不是孤的每个网眼是互相联系的而不是孤立存在的,因此,单个网眼就没有立存在的,因此,单个网眼就没有整个网所有的捕雀功能。整个网所有的捕雀功能。一、系统的基本特性(系统具有六大特性)一、系统的基本特性(系统具有六大特性)1、整体性、整体性整体性是系统最基本最基本的属性的属性。要点要点1 1、系统的组分(元素)是构成系统整、系统的组分(元素)是构成系统整体的前提和基础,没有部分就没有整体,但体的前提和基础,没有部分就没有整体,但系统的整
7、体功能是各组分(元素)在孤立状系统的整体功能是各组分(元素)在孤立状态下所没有的态下所没有的。例如例如1、2008年奥运会开幕式上,29个“大脚印”是通过计算机技术,膛炮技术来实现的,但若有一个脚印出错,就会影响29个大脚印的观赏性。例如例如2、机器零件胡乱堆积不能构成机器系统,只有当它们按照一定的装备关系组合起来,发挥其作用,才能构成机器系统 这两个案例反映系统的整体性。即系统的这两个案例反映系统的整体性。即系统的整体性各个组成部分在孤立下所没有的整体性各个组成部分在孤立下所没有的。例如:例如:科学已证明人的两只眼睛的整体视力,不是单只眼睛视力的两倍,而是六倍。这说明了系统的整体功能大于系统
8、个组成功能之和。要点要点2:系统不是各个组分(元素)的简系统不是各个组分(元素)的简单相加,系统内部的协调和配合状况,直接影单相加,系统内部的协调和配合状况,直接影响到系统的整体功能的实现响到系统的整体功能的实现。比如:一辆新买的自行车,往往需要经过一段时间的使用(磨合和调整),骑起来才感到舒服,为什么?例如例如3、水(H2O)是由氢和氧两种元素构成,但当你口渴需要喝水时,分别吸入氢气和氧气并不能为你解渴,这说明系统整体所具有的功能是各个要素(部分)的功能中没有的。讨论与分析讨论与分析 问题问题1、如果自行车缺少了以下零部件,将会发生怎样的情况?A、车架 B、中轴 C、车闸 D、前叉问题问题2
9、 2、从自行车功能的角度,讨论一下自行车子系统的功能。车闸车闸:功能是使车站住立即停止。车胎车胎:功能是减少震荡。大飞轮和小飞轮大飞轮和小飞轮:功能是使前后能同时驱动。总之、对于系统的整体性可以用下述语言总之、对于系统的整体性可以用下述语言进行描述:进行描述:三个臭皮匠顶过诸葛亮、丢卒保车、三个臭皮匠顶过诸葛亮、丢卒保车、一招不慎、全盘皆输,舍不得孩子套不来狼一招不慎、全盘皆输,舍不得孩子套不来狼、只见树木、不见森林,头疼医脚、脚痛医头,只见树木、不见森林,头疼医脚、脚痛医头,(盲人摸象)。(盲人摸象)。l没有部分就没有整体,系统整体功能是各元素在孤立状态下所没有的。l系统不是各元素的简单相加
10、,系统内部的协调和配合状况,直接影响系统功能实现。2、系统具有目的性、系统具有目的性 系统的目的性是指以实现某种功能为目的,系统的目的性是指以实现某种功能为目的,这正是区分不同系统的标志。这正是区分不同系统的标志。系统的目的一般通过更具体的目标来体现系统的目的一般通过更具体的目标来体现的,系统的多个目标有时不完全一致的,甚至的,系统的多个目标有时不完全一致的,甚至互相矛盾,这就需要协调,寻求平衡折中的办互相矛盾,这就需要协调,寻求平衡折中的办法,从而收到最佳的效果法,从而收到最佳的效果。巡航速度汽车车速过快或过慢都会格外耗油,两者之间有个最适当的速度,就是巡航速度。在巡航速度下,汽车最省油。3
11、、系统具有相关性系统的相关性是指系统内部各组分(元素)系统的相关性是指系统内部各组分(元素)之间存在着相互依赖和相互制约的特定关系,之间存在着相互依赖和相互制约的特定关系,某一组分元素的变化,会影响其他组分元素某一组分元素的变化,会影响其他组分元素实现其功能。实现其功能。木桶理论木桶理论 木桶的短板会成为这个木桶盛水量的“限制因素”(或称“短板效应”)。若要使此木桶盛水量增加,只有换掉短板或将短板加长才成。人们把这一规律总结为“木桶原理”,获“木桶定律”,又称“短板理论”。变速自行车的传动比:传动比I=21飞轮齿数N链轮齿数N变速自行车快慢与什么有关相关性 再如:合金钢材料中,碳含量的高低影响
12、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。这反应了系统的什么基本特性?如:俗话说:“一步错步步错”如:据欧洲太空总署报道:在地球赤道同步如:据欧洲太空总署报道:在地球赤道同步轨道附近宽度不到轨道附近宽度不到1米的条带内约有米的条带内约有1000多多颗卫星,仅有约颗卫星,仅有约300颗在正常工作,多数已颗在正常工作,多数已成为空间垃圾。这些太空垃圾严重威胁到各成为空间垃圾。这些太空垃圾严重威胁到各国卫星及其他航天器的发射与太空飞行,它国卫星及其他航天器的发射与太空飞行,它们的回收将成为全球的问题。这就反映出系们的回收将成为全球的问题。
13、这就反映出系统的相关性特征。统的相关性特征。牙好胃口就好,身体倍棒,吃饭倍香、从系统的角度看,它体现系统的整体性和相关性它体现系统的整体性和相关性 系统的相关性是指系统内部各组分(元素)系统的相关性是指系统内部各组分(元素)之间存在着相互依赖和相互制约的特定关系,之间存在着相互依赖和相互制约的特定关系,某一组分元素的变化,会影响其他组分元素实某一组分元素的变化,会影响其他组分元素实现其功能。现其功能。4、系统具有适应性、系统具有适应性 系统的适应性是指任何系统都存在于一系统的适应性是指任何系统都存在于一定环境之中,必然要与环境进行物质、能量定环境之中,必然要与环境进行物质、能量和信息交换,外界
14、环境变化会相应的引起系和信息交换,外界环境变化会相应的引起系统功能和内部(元素)的变化。系统具有适统功能和内部(元素)的变化。系统具有适应环境的变化,保持原有功能的特性。应环境的变化,保持原有功能的特性。如如1:核电站需要建在有水源的附近,最好靠近海边,用水来冷却燃料棒融化造成的核辐射。如如2:这个眼镜只有放在你的脸上才漂亮。如如3:变色龙的身体会随着背景、温度的变化和心情的而改变“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,但是触冰后也沉没了。它主要反映了系统的什么特性?环境适应性冬天的雷鸟夏天的雷鸟如:如:“春捂秋冻”是北方天气变化,人们穿衣变化的一种写照,它能体现系统的环境
15、适应性的。人的演变过程 环境适应性飞机在空中飞行时,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,保持平稳飞行。这个现象说明了系统的什么基本特性?环境适应性台式计算机的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?再如再如:2008年初我国南方遭遇百年一遇的雪灾,由于高压电线和铁塔上积累大量冰冻,部分强度不大的铁塔被压跨,从而导致大批铁塔相继倒塌,造成大面积的停电,从系统角度理解,从系统角度理解,是该输电系统的相关性不明确是造成这种是该输电系统的相关性不明确是造
16、成这种损失损失的原因之一的原因之一,也是该输电系统的环境适应性不,也是该输电系统的环境适应性不明确。但是、不能说是该输电系统的目的性不明确。但是、不能说是该输电系统的目的性不明确明确。如:自行车的发展成:变速自行车、山地自行车等的出现 5、系统具有层次性、系统具有层次性 系统无论大小,都可以分解为一系列的子系统无论大小,都可以分解为一系列的子系统,并存在一定的层次结构。系统各个层次系统,并存在一定的层次结构。系统各个层次具有独立的功能,它们通过相互联系、相互作具有独立的功能,它们通过相互联系、相互作用共同完成系统的整体功能用共同完成系统的整体功能 汽车是一个复杂的系统,它包含了动力系统、传动系
17、统、制动系统、刹车系统等。这体现了系统的什么特性?6、系统具有动态性、系统具有动态性:即随着时间的变化而变化的即随着时间的变化而变化的。如如:病人从住院到出院这段时间内,医生常常会开不同的药方。如:机械手表上发条。一、系统的含义1、基本含义2、系统的组成3、系统的分类4、系统的基本特性(1)系统具有整体性 最基本的特性(2)系统具有目的性区别不同系统的标志(3)系统具有相关性元素相互制约,相互影响(4)系统具有环境适应性(5)系统具有层次性(6)系统具有动态性小结二、系统分析的基本方法二、系统分析的基本方法 系统分析就是系统思想与分析方法的结合。系统分析方法是指把要解决的问题作为一个系统,对系
18、统要素进行综合分析,找出解决问题的可行方案的咨询方法。(一)系统分析的基本方法的涵义 系统分析的基本方法就是把一个任务放在系统的运行过程中加以考察,运用逻辑推理和分析计算,研究分析这个任务以及任务的各个因素,找出规律性,提出可行性方案,使系统整体达到理想的目的。阅读Page:8384,想一想 设想1和设想2都没有综合考虑设计制造人力飞机这个系统里的各个因素,只是着重考虑其中的一两个因素(如“拍动”)(“组成结构”),所以,失败;设想3通过定性与定量结合,正是运用了系统分析的基本方法,分析研究了影响人力飞机飞行的各个因素,找出规律性(如“动力”“速度”“机翼大小”),提出可行性方案,使人力飞机实
19、现了“飞天”的理想目的。阅读Page:85,想一想 汴水(二)系统分析方法的步骤(二)系统分析方法的步骤阐明问题 确定目标分析研究 制定方案评价比较 确定最佳方案案例1:阿拉斯加原油输送方案 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。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 C。当前采用的一般方案:1、由海路用油船运输 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
20、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。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:反思:如果仅仅在前面如果仅仅在前面3 3个方案上优化,无论如何个方案上优化,无论如何都得不到方案都得不到方案4 4的巨大效益。分析人员运用其的巨大效益。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,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体现了系统
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