系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

1、第三節(jié)第三節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的含義 系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出滿足預(yù)定目標(biāo)的系統(tǒng)的過程。 它既包含了對(duì)某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)本身的內(nèi)容，同時(shí)又需要運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法對(duì)其設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問題系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問題1 1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的與要求、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的與要求 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要從整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)要從整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)為目的功能的最優(yōu)為目的2 2、系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系與相互作用、系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系與相互作用 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要運(yùn)用系統(tǒng)的思想綜合考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)要運(yùn)用系統(tǒng)的思想綜合考慮和部分之間的關(guān)聯(lián)、沖突問題，注重各部

2、和部分之間的關(guān)聯(lián)、沖突問題，注重各部分的橫向、縱向聯(lián)系。分的橫向、縱向聯(lián)系。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問題系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問題3 3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化 首先從系統(tǒng)整體考慮優(yōu)化，首先從系統(tǒng)整體考慮優(yōu)化，統(tǒng)籌兼顧，再在此基礎(chǔ)上完善各統(tǒng)籌兼顧，再在此基礎(chǔ)上完善各部分的設(shè)計(jì)。部分的設(shè)計(jì)。 為坐落在山里的村莊策劃一個(gè)筑路工程設(shè)計(jì)方案，需要籌劃：資金分配、人員調(diào)配、地質(zhì)勘探、路向選擇、材料購(gòu)置、施工進(jìn)度等。 從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路出發(fā)，怎樣理順這些關(guān)系？ 用系統(tǒng)的觀點(diǎn)理順各種關(guān)系，分別從筑路方用系統(tǒng)的觀點(diǎn)理順各種關(guān)系，分別從筑路方案的總體目標(biāo)、路線規(guī)劃方案的選擇、方案的優(yōu)案的總體目標(biāo)、路線規(guī)

3、劃方案的選擇、方案的優(yōu)化作出思考。化作出思考。1 1、總體目標(biāo)：安全、快捷、經(jīng)濟(jì)地完成筑路工程。、總體目標(biāo)：安全、快捷、經(jīng)濟(jì)地完成筑路工程。2 2、選擇好的路線方案：如公路要過兩座山坡，是、選擇好的路線方案：如公路要過兩座山坡，是修隧道還是繞道。修隧道還是繞道。3 3、要考慮材料、人員、要考慮材料、人員的安排，如何降低成本，的安排，如何降低成本，減少浪費(fèi)，考慮天氣等減少浪費(fèi)，考慮天氣等因素，提高工程進(jìn)度。因素，提高工程進(jìn)度。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 主要包括：將系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括：將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分解為分解為若干子系統(tǒng)若干子系統(tǒng)，確定各子系統(tǒng)的目，確定各子系統(tǒng)的目標(biāo)、功能及其相互關(guān)

4、系，對(duì)子系標(biāo)、功能及其相互關(guān)系，對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)和評(píng)價(jià)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)和評(píng)價(jià)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體技術(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)等?？傮w技術(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)等。 在發(fā)生多起交通事故后，檢驗(yàn)檢疫部門組在發(fā)生多起交通事故后，檢驗(yàn)檢疫部門組織專家進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)室鑒定，認(rèn)定：織專家進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)室鑒定，認(rèn)定： 日日本三菱帕杰羅越野車、型在設(shè)本三菱帕杰羅越野車、型在設(shè)計(jì)上存在嚴(yán)重問題，車后部的計(jì)上存在嚴(yán)重問題，車后部的“感載閥感載閥”在在車內(nèi)坐上人并在顛簸的路上行駛時(shí)會(huì)壓低磨車內(nèi)坐上人并在顛簸的路上行駛時(shí)會(huì)壓低磨擦到后軸制動(dòng)油管，經(jīng)長(zhǎng)期反復(fù)磨擦，造成擦到后軸制動(dòng)油管，經(jīng)長(zhǎng)期反復(fù)磨擦，造成后軸制動(dòng)油管被嚴(yán)重磨損直至出現(xiàn)漏洞，使

5、后軸制動(dòng)油管被嚴(yán)重磨損直至出現(xiàn)漏洞，使制動(dòng)液流出，造成剎車失靈。這是涉及行車制動(dòng)液流出，造成剎車失靈。這是涉及行車安全的嚴(yán)重質(zhì)量問題！安全的嚴(yán)重質(zhì)量問題！ 案例1：封殺三菱帕杰羅汽車事件 為確保人身安全，根據(jù)中華人民共和國(guó)進(jìn)出口商品檢驗(yàn)法及其實(shí)施條例的規(guī)定，特公告如下： 自公告之日起，吊銷日本三菱帕杰羅V31、V33越野車的進(jìn)口商品安全質(zhì)量許可證書，禁止其進(jìn)口。 想一想： 三菱帕杰羅汽車被封殺的原因是什么？1）沒有設(shè)計(jì)好汽車制動(dòng)系統(tǒng)中的后軸制動(dòng)油管；2）沒有設(shè)計(jì)好汽車懸掛系統(tǒng)中的感載閥； 原因：小結(jié)：進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必需要設(shè)計(jì)好各元素或子系統(tǒng)的功能及子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)關(guān)系。4 4、簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的

6、實(shí)現(xiàn)、簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)多用于比較復(fù)雜的社會(huì)系統(tǒng)工程、系統(tǒng)設(shè)計(jì)多用于比較復(fù)雜的社會(huì)系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、規(guī)劃系統(tǒng)工程、生態(tài)系統(tǒng)工程、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程、規(guī)劃系統(tǒng)工程、生態(tài)系統(tǒng)工程、能源系統(tǒng)工程、交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工能源系統(tǒng)工程、交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程、工業(yè)及企業(yè)系統(tǒng)工程、軍事系統(tǒng)工程等方面程、工業(yè)及企業(yè)系統(tǒng)工程、軍事系統(tǒng)工程等方面手電筒照明供電部分的設(shè)計(jì)手電筒照明供電部分的設(shè)計(jì)案例分析：手電筒照明供電部分的設(shè)計(jì)案例分析：手電筒照明供電部分的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：可照明的手電筒，攜帶方便，使用安全。設(shè)計(jì)要求：可照明的手電筒，攜帶方便，使用安全。設(shè)計(jì)分析：設(shè)計(jì)分析：可把手電筒照明供

7、電部分分為照明和供電兩個(gè)子可把手電筒照明供電部分分為照明和供電兩個(gè)子系統(tǒng)。照明子系統(tǒng)的要素是燈泡、導(dǎo)線，供電子系系統(tǒng)。照明子系統(tǒng)的要素是燈泡、導(dǎo)線，供電子系統(tǒng)的要素是電源和開關(guān)。統(tǒng)的要素是電源和開關(guān)。手電筒的功能取決于它的各個(gè)組成要素，電源通手電筒的功能取決于它的各個(gè)組成要素，電源通過導(dǎo)線的連接驅(qū)動(dòng)燈泡發(fā)光，這些要素缺少任何一過導(dǎo)線的連接驅(qū)動(dòng)燈泡發(fā)光，這些要素缺少任何一個(gè)，手電筒都不能正常工作。個(gè)，手電筒都不能正常工作。選擇合適的元器件，使它們相互匹配，并能達(dá)到選擇合適的元器件，使它們相互匹配，并能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)要求。方案方案A A（1 1）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，畫出電路圖。）設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的

8、電路，畫出電路圖。（2 2）根據(jù)電路圖，選擇元器件，如燈泡、干電池、）根據(jù)電路圖，選擇元器件，如燈泡、干電池、導(dǎo)線等，并搭接電路。導(dǎo)線等，并搭接電路。（3 3）通過控制開關(guān)，使燈泡發(fā)光。）通過控制開關(guān)，使燈泡發(fā)光。設(shè)計(jì)方案：設(shè)計(jì)方案：方案方案B B選擇元器件為發(fā)光二極管及干電池、金屬筒等，其選擇元器件為發(fā)光二極管及干電池、金屬筒等，其他步驟參照方案他步驟參照方案A A。方案方案C C設(shè)計(jì)一個(gè)自發(fā)手電筒。采用發(fā)電機(jī)代替干電池進(jìn)行供電。手電系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分組成：手柄手柄齒輪組齒輪組發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)小電珠小電珠用手搖動(dòng)手柄，使齒輪的轉(zhuǎn)速加快，帶動(dòng)一個(gè)由電磁鐵和線圈組成的發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將

9、機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，輸出電流，使小電珠發(fā)光。方案C不需要使用干電池，所以對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染。系系統(tǒng)統(tǒng)分分析析的的基基本本程程序序確定目標(biāo)確定目標(biāo)收集資料收集資料建立模型建立模型比較各方案的性能指標(biāo)比較各方案的性能指標(biāo)確定最優(yōu)方案確定最優(yōu)方案是否滿意？是否滿意？建議實(shí)施最優(yōu)方案建議實(shí)施最優(yōu)方案否否是是 傳說宋真宗在位時(shí)，開封皇宮曾失火。一夜之間，大片的宮室樓臺(tái)殿閣亭榭變成了廢墟。宋真宗派當(dāng)時(shí)的晉國(guó)公丁謂主持修繕工程。當(dāng)時(shí)，要完成這項(xiàng)重大的建筑工程，面臨著三個(gè)大問題：第一第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第二第二，要運(yùn)來大批木材和石料；第三第三，需要大量新土。不論是運(yùn)走垃圾還是運(yùn)來建筑材料和新土，都涉

10、及到大量的運(yùn)輸問題。如果安排不當(dāng)，施工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)雜亂無章，正常的交通和生活秩序都會(huì)受到嚴(yán)重影響。請(qǐng)用系統(tǒng)分析的基本方法提出合理的建議請(qǐng)用系統(tǒng)分析的基本方法提出合理的建議系統(tǒng)分析案例丁謂的方案丁謂的方案 丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：首先，把皇宮前的一條大街挖成大深溝，把挖出來的首先，把皇宮前的一條大街挖成大深溝，把挖出來的土作為施工需要的新土備用，于是就解決了新土問題。土作為施工需要的新土備用，于是就解決了新土問題。第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可以利用木排及船只運(yùn)送木材石料，解決了木

11、材石料的以利用木排及船只運(yùn)送木材石料，解決了木材石料的運(yùn)輸問題。最后，等到材料運(yùn)輸任務(wù)完成之后，再把運(yùn)輸問題。最后，等到材料運(yùn)輸任務(wù)完成之后，再把溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝內(nèi)，使溝重新溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝內(nèi)，使溝重新變?yōu)榇蠼帧Ｗ優(yōu)榇蠼帧?簡(jiǎn)單歸納起來，就是這樣一個(gè)過程：挖溝（取土）簡(jiǎn)單歸納起來，就是這樣一個(gè)過程：挖溝（取土）引水入溝（水道運(yùn)輸）引水入溝（水道運(yùn)輸）填溝（處理垃圾）。填溝（處理垃圾）。 按照這個(gè)施工方案，不僅節(jié)約了許多時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，按照這個(gè)施工方案，不僅節(jié)約了許多時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，而且使工地秩序井然，使城內(nèi)的交通和生活秩序不受而且使工地秩序井然，使城內(nèi)的交通和生活秩

12、序不受施工太大的影響。施工太大的影響。 系統(tǒng)的優(yōu)化 戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，齊王常與他的大將田忌賽馬，雙戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，齊王常與他的大將田忌賽馬，雙方約定每場(chǎng)各出一匹馬，分三場(chǎng)進(jìn)行比賽。齊王方約定每場(chǎng)各出一匹馬，分三場(chǎng)進(jìn)行比賽。齊王的馬有上、中、下三等，田忌的馬也有上、中、的馬有上、中、下三等，田忌的馬也有上、中、下三等，但每一等都比不上齊王同等的馬，于是下三等，但每一等都比不上齊王同等的馬，于是田忌屢賽屢輸。田忌屢賽屢輸。一日，田忌的賓客、對(duì)軍事頗有研究的孫臏一日，田忌的賓客、對(duì)軍事頗有研究的孫臏給田忌出了一個(gè)主意，結(jié)果贏了齊王。給田忌出了一個(gè)主意，結(jié)果贏了齊王。 田忌 VS 齊王 田忌 VS 齊王 （ 1） 上馬上馬 ： 上馬上馬 中馬中馬 ： 中馬中馬 下馬下馬 ： 下馬下馬 （ 2） 上馬上馬 ： 上馬上馬 中馬中馬 ： 下馬下馬 下馬下馬 ： 中馬中馬 （ 3） 上馬上馬 ： 中馬中馬 中馬中馬 ： 下馬下馬 下馬下馬 ： 上馬上馬 （ 4） 上馬上馬 ： 中馬中馬 中馬中馬 ： 上馬上馬 下馬下馬 ： 下馬下馬 （ 5） 上馬上馬 ： 下馬下馬 中馬中馬 ： 上馬上馬 下馬下馬 ： 中馬中馬 （ 6） 上馬上馬 ： 下馬下馬 中馬中馬 ： 中馬中馬 下馬下馬 ： 上馬上馬 u優(yōu)化追求的目標(biāo)要適度。u付出 希望投入最小，