資源簡介

(共44張PPT)
通用技術—技術與設計2
第三單元 系統與設計
系統的分析
1、初步掌握系統分析的基本方法。
2、掌握系統分析的一般步驟。
3、理解系統優化的意義，能結合實例分析影響系統優化的因素。
☆ 系統分析方法的產生
系統分析是在第二次世界大戰末期提出來的,起初被用于武器系統的分析研究，后來又被用于國防戰略及國家安全政策的制定。上世紀60年代才逐步被行政及企業單位采用。
每個人都會面臨選擇、面臨決策。決策方法有經驗決策和科學決策，經驗決策是人們慣用的方法，有時可能會導致失誤；科學決策則可以最大限度地減少失誤。系統分析就是一種科學決策的方法。
（1）什么是系統分析
在人口規模很小的縣城，道路狀況簡單，公共交通線路的決策也簡單，設計者憑借經驗，可以完成公交線路的設計。
綜合考察全市的道路狀況、人口密度的分布、不同區域的居民對公共交通的要求等，運用科學的方法進行綜合分析和研究，就能找出城市公交線路規劃設計的最佳方案。
在上百萬人口規模的大城市，道路狀況復雜，市民對交通的需求趨于多樣化，這時若憑經驗規劃公交線路，容易顧此失彼，出現失誤。
這種為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬定一套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統提出改進方案的過程，就是系統分析。
路口控制系統
車輛和行人都少的情況：司機自己控制行或停。
車輛多的情況：紅綠燈控制車輛的行或停。
車輛和人都多的情況：紅綠燈不僅控制車輛的行或停，還控制人的行或停。
紅綠燈控制行或停的時間是事先經過抽樣統計的結果確定的。
問題：有時會出現在一條道路上行駛時，總是遇到紅燈。司機常常會說 “一步趕不上，步步趕不上”。
路口控制系統的改進：
在一些主干道路上，實現一路綠燈。
方法：主干道路上的綠燈按一定的時間順序依此亮。
A系統分析的定義
為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬定一套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統提出改進方案，這個過程就是系統分析。
設置紅綠燈控制車輛的行或停。
設置紅綠燈控制人的行或停。
設置智能路口控制。
系統分析的出發點是：為了發揮系統的整體功能。
系統分析的目的是：尋求解決問題的最佳決策。
系統分析的顯著特點是完整地而不是零星地處理問題，考慮各種主要變化的因素及其相互的影響，全面地思考和解決問題。
借助于系統分析，可以正確地提出整體目標，恰當地選擇方案，科學地確定行動的方略。
B系統分析的特點
漢字激光照排系統
王選教授
激光照排機
思考：在漢字照排方案的決策中，系統的整體目標是什么？王選進行決策的依據主要有哪些？
解決漢字的存儲和輸出：一是漢字字形信息量大,要解決字型信息量壓縮問題；二是漢字字形信息壓縮后存入計算機，需要將其快速還原和輸出。
1輪廓描述方法 2高速還原漢字字型算法
3我國漢字印刷業的現狀 4市場需求 5良好的基礎學科和計算機知識背景及我國具有的激光等技術基礎
明確問題,設立目標
明確所要研究問題的性質和范圍,提出所要達到的目標,明確約束條件
收集資料,制定方案
收集相關資料,制定解決問題的各種備選方案,預計可能產生的各種結果
分析計算,評價比較
對資料和數據做必要計算,進行各子系統的分析,將各種方案進行評價對比,選擇最佳方案
檢驗核實,作出決策
如果對方案不夠滿意,還可按上述程序反復進行,直到獲得滿意的方案為止
（2）系統分析的一般步驟
田忌賽馬（1）
　　齊國的大將田忌，很喜歡賽馬，有一回，他和齊威王約定，要進行一場比賽。 　　他們商量好，把各自的馬分成上，中，下三等。比賽的時候，要上馬對上馬，中馬對中馬，下馬對下馬。由于齊威王每個等級的馬都比田忌的馬強得多，所以比賽了幾次，田忌都失敗了。 　　田忌覺得很掃興，比賽還沒有結束，就垂頭喪氣地離開賽馬場。這時，田忌抬頭一看，人群中有個人，原來是自己的好朋友孫臏。孫臏招呼田忌過來，拍著他的肩膀說： 　　“我剛才看了賽馬，威王的馬比你的馬快不了多少呀。” 　　孫臏還沒有說完，田忌瞪了他一眼： 　　“想不到你也來挖苦我！” 　　孫臏說：“我不是挖苦你，我是說你再同他賽一次，我有辦法準能讓你贏了他。” 　　田忌疑惑地看著孫臏： 　　“你是說另換一匹馬來？” 　　孫臏搖搖頭說： 　　“連一匹馬也不需要更換。
田忌賽馬（2）
　　齊威王屢戰屢勝，正在得意洋洋地夸耀自己馬匹的時候，看見田忌陪著孫臏迎面走來，便站起來譏諷地說： 　　“怎么，莫非你還不服氣？” 　　田忌說：“當然不服氣，咱們再賽一次！”說著，“嘩啦”一聲，把一大堆銀錢倒在桌子上，作為他下的賭錢。 　　齊威王一看，心里暗暗好笑，于是吩咐手下，把前幾次贏得的銀錢全部抬來，另外又加了一千兩黃金，也放在桌子上。齊威王輕蔑地說： 　　“那就開始吧！” 　　一聲鑼響，比賽開始了。 　　比賽的結果是三局兩勝，當然是田忌贏了齊威王。 　　還是同樣的馬匹，由于調換一下比賽的出場順序，就得到轉敗為勝的結果。
田忌賽馬戰術的系統分析
1：明確問題，設立目標
問題：跑馬比賽，
目標：取得比賽勝利，
約束條件：三匹馬參加比賽，每匹馬比賽一次。
2：收集資料，制定方案
4：檢驗核實，作出決策
選擇合適的馬的出場順序。
3：分析計算，評價比較
孫臏所出的主意，為什么能使田忌贏得勝利？
田忌賽馬能轉敗為勝與馬、孫臏、田忌、齊威王這四個因素有關，他們是缺一不可的。
但主要是由于孫臏的原因。
田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？
田忌—齊王 比分
方案一 上馬—上馬 中馬—中馬 下馬—下馬
方案二 上馬—上馬 下馬—中馬 中馬—下馬
方案三 中馬—上馬 上馬—中馬 下馬—下馬
方案四 中馬—上馬 下馬—中馬 上馬—下馬
方案五 下馬—上馬 上馬—中馬 中馬—下馬
方案六 下馬—上馬 中馬—中馬 上馬—下馬
0 _ 3
1 _ 2
1 _ 2
1 _ 2
1 _ 2
2 _ 1
2 _ 1
運用系統分析的方法處理具體問題時，主要要遵循三大原則： 整體性原則、科學性原則、綜合性原則。
A整體性原則
分析系統首先要著眼于系統整體：
先分析整體，再分析部分
先看全局，后看局部
先看全過程，再看某一個階段
先看長遠，再看當前
第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；
第二，要運來大批木材和石料；
第三，要運來大量新土。
宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復這些宮殿，宋真宗派當時的晉國公丁謂主持修繕工程。
當時，要完成這項重大的建筑工程，面臨著三個大問題：
丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：
首先，從施工現場向外挖了若干條大深溝，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。
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送木材石料，解決了木材石料的運輸問題。
最后，等到材料運輸任務完成之后，再把溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝內，使溝重新變為平地。
簡單歸納起來，就是這樣一個過程：
挖溝（取土）→引水入溝（水道運輸）→填溝（處理垃圾）。
按照這個施工方案，不僅節約了許多時間和經費，而且使工地秩序井然，使城內的交通和生活秩序不受施工太大的影響，因而確實是很科學的施工方案。
丁謂在修復皇宮工程中，運用了整體的解決方案，使取土、運輸材料、處理垃圾三項繁重的任務協調起來，在總體上得到了最佳解決。
趙明同學家所在街道的人行道在一年內進行了三次施工，分別是電信部門鋪設通訊線路、煤氣公司預埋煤氣管道、市政部門維修下水管道，結果重復施工，造成了人力和財力資源的浪費，同時也給市民帶來了不便。
請分析這一事件的問題所在，你認為怎樣處理更為合理？
馬上行動P79
系統分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應盡可能地運用科學方法和數學工具進行定量分析，使決策的過程和結構更具說服力。
例如，在比較種稻是一年三季合算還是一年兩季合算時，有人就提出“三三進九不如二五一十”，這就是最簡單而且也是最實用的定量分析。當然，在處理復雜系統的分析和優化問題時，往往需要使用比較復雜的數學工具。
B科學性原則
田螺田螺，家喻戶曉。午夜時分常常見到不少食客相約三五知己在大排檔吃夜宵，桌上一盤炒螺，幾瓶啤酒，一聊就是半天。
　　可是，也有人邊細嚼美味的螺肉，邊“吐吐吐”地把吃進嘴巴里的泥巴、螺崽吐出來，埋怨螺肚泥巴螺崽多。客觀地說，食客缺乏吃螺技巧固然有之，廚師未盡責任也是原因之一。 　　有一個流傳很久的民間辦法。先將田螺石螺放進盛滿清水的盆子里，再把菜刀、鍋鏟等非不銹鋼鐵器插進螺堆。第二天就可以發現這些鐵器上爬滿了螺，不僅盆底沉下一層螺吐出來的泥巴，母螺還產下很多螺崽。如果清理干凈后再重復處理，螺就繼續吐泥下崽。這樣，螺的肚子里便干凈多了。為何鐵器能催螺吐泥產崽，個中原因我也說不清楚，但我知道這個辦法有效，畢竟已流傳幾代人了。 　　其實這種做法也不見得麻煩，只是略為拖延一點資金回收時間罷了。我細細一想，三三得九，不如二五一十。假設不作吐泥加工的炒螺每碟售三元，賣了三蝶也只得九元收入，還未必得寵；但已作吐泥加工的售五元一蝶，賣兩蝶就有十元收入，顧客還吃得既放心又開心。如此這般，何樂而不為呢？
螺的處理
優選法是快速尋找最佳方案的科學方法。具體的優選法有很多，如黃金分割法、分數法、對分法等，這里只介紹黃金分割法。
黃金分割法也稱0.618法，它是優選法的一種。以技術試驗為例，先把整個試驗范圍看做1，然后在整個試驗范圍的0.618處選點做第一次試驗，再在倒過來的0.618處選點做第二次試驗，比較兩次試驗的結果，去掉效果差的那個點以外的試驗范圍部分；
再在余下的范圍內繼續采用這種方法，再比較試驗結果，這樣逐漸縮小試驗范圍，迅速找到試驗目標。
例如，要在某種合金鋼中加入某元素以提高它的強度，假設試驗范圍是每噸加入量為1000~2000g，那么究竟應加入多少？若用一般試驗方法，每隔5g試驗一次需要做200次，每隔10g試驗一次需要做100次。若用0.618法，只需做11次，就可以找到最佳加入量了。
C綜合性原則
系統分析總是為實現系統目標服務的。當系統存在若干個目標時，應將目標排除優先次序，首先選取最優先的目標，然后盡可能在不損害第一個目標的前提下完成下一個目標。這就需要綜合分析，統籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。
例如，工業生產既要求產量大，又要求質量好、成本低，如果片面強調一方面就會產生偏差；城市公交系統既要強化公共交通的安全，又要縮短車輛行駛的時間，實現社會效益和經濟效益雙豐收。
3綜合性原則
系統分析還需要考慮設計方案出臺所帶來的后果。有的工廠在生產產品的同時，也向周圍環境排放出“三廢”，造成污染；毀林開荒雖然能收獲農產品，但造成水土流失，貽害很大
某些情況下，綜合若干方案的優點，會取得意外效果。現代醫學采用中西醫結合的方法攻克了很多疑難雜癥；農業為了保水，可以配合地面水庫、地下水庫、土壤水庫、綠色水庫（山區造林種草，每畝地可蓄水20m3）等不同的方案綜合進行。
湖北省的孝襄高速公路總投資額達72億元人民幣，是“十五”期間該省投資規模最大、建設里程最長的一條高速公路 。
按照設計方案，孝襄高速公路要穿越占地面積達19km2的“洛陽銀杏保護區”，2萬多棵樹齡在百年以上的古銀杏樹將面臨毀滅性的破壞。銀杏樹的成長周期特別長，移栽成活率極低，一旦被毀損，勢必破壞當地的生物多樣性。
如果更改最初的設計方案，繞避保護區1.4km，工程指揮部就要為此增加投資4200萬元。
根據以上內容，你認為孝襄高速公路的設計應該綜合考慮哪些目標？
孝襄高速公路
1：保護珍稀的銀杏名貴樹木。
2：控制工程投資額度、堅持原設計不變。
孝襄高速公路抱著洛陽銀杏園繞了個圈，好處有：
一是有利于保護我國珍稀物種銀杏樹，實現生物多樣性。
二是在當前國內外心血管疾病呈增加趨勢，治療心血管疾病的中藥銀杏供不應求的情況下，有利于保護和開發銀杏的藥物資源。
三是保住了當地百姓的致富資源。
湖北省隨州市洛陽鎮
一 系統分析及其一般步驟
1什么是系統分析：為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬定一套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統提出改進方案，這個過程就是系統分析。
2系統分析的一般步驟
3系統分析的主要原則：
（1）整體性原則
（2）科學性原則
（3）綜合性原則：綜合－分析－綜合
二 系統的優化
1、系統的優化是指在給定的條件下，根據系統的優化目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
農作物種植系統的優化
——農業間作套種
稻田里養魚
3約束條件是對系統的功能起著限制作用、并且是不能人為調節的因素。
2目標函數是系統目標與系統中的某些元素之間的關系。
農作物的生長周期、氣候等因素。
提高土地利用率和土地單位面積農作物收益總和之間的關系。
利潤問題
4影響系統優化的因素是指對系統的目標函數產生顯著影響，并且可以人為調節的因素。
套種的模式、套種的技術水平、套種的田間管理、病蟲害防治等。
我們列出了一個目標函數和四個約束條件，實際上我們已經建立了一個數學模型。
5為使系統達到最優的目標而提出的求解方法稱為最優化方法。
數學模型
估算、試驗
最優解
滿意解
完善、驗證
生產利潤問題（1）
產品 需木料 需工時 利潤 計劃產量
桌子 4 20 50
椅子 6 18 60
受約束因素 約束內容
木料 最多600
工時 最多400個
桌子 至少6張
椅子 至少5把
生產利潤問題（2）
優化的目標是：獲得最大的利潤
目標函數：
（設 x1 為 每周生產桌子數， x2 為 每周生產桌子數）
Smax=50X1+60X2
約束條件
（1）4X1+6X2≤ 600
（2）20X1+18X2≤ 400
（3）X1≥ 8
（4）X2≥ 5
我們列出了一個目標函數和四個約束條件，實際上我們已經建立了一個數學模型。
我們通過數學模型，計算出的目標值是每周獲取的最大利潤，所得到的就是最優解：每周生產桌子數量是X1、生產椅子的數量是X2）。
數學模型
數學模型：用數學公式，圖表等描述客觀事物的特征模型。
是反映下落物體運動的路程隨時間變化的數學模型。
數學模型突出事物的主要因素，舍棄事物的次要因素。
一、明確問題，設立目標
施工項目：教學樓裝修
施工內容：教學樓A、B、C棟，需要水電、木工、油漆三個施工過程，每個施工過程需要3周時間
目標：組織裝修，使裝修工期和資源利用最為合理。
二、收集資料，制定方案
方案一：按照施工要求，從A到B到C，依此進行施工
方案二：按照施工要求，A、B、C棟同時進行施工
方案三：按照施工要求，A、B、C棟進行流水施工
四、檢驗核實，確定方案
三、分析計算，評價比較
各種方案比較
選擇出最佳方案：方案三
裝修施工的組織優化
思考
方案一
樓 裝修
過程 工期 裝修施工進度（周）
3 6 9 12 15 18 21 24 27
A 水電 3
木工 3
油漆 3
B 水電 3
木工 3
油漆 3
C 水電 3
木工 3
油漆 3
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方案二
樓 裝修
過程 工期 裝修施工進度（周）
3 6 9 12 15 18 21 24 27
A 水電 3
木工 3
油漆 3
B 水電 3
木工 3
油漆 3
C 水電 3
木工 3
油漆 3
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方案三
樓 裝修
過程 工期 裝修施工進度（周）
3 6 9 12 15 18 21 24 27
A 水電 3
木工 3
油漆 3
B 水電 3
木工 3
油漆 3
C 水電 3
木工 3
油漆 3
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方案比較
施工特點 工期 施工隊 設備、材料 現場管理
方案一
方案二
方案三
依此施工
27周
1
投入少
簡單
平行施工
9周
3
投入多
復雜
流水施工
15周
1
較多
較簡單
閱讀
系統工程
思考
在裝修施工的組織優化中，影響優化的主要因素有哪些？
影響優化的主要因素有施工時間、裝修隊和設備的數量等。
練習1、2
1944年6月6日凌晨，美國和英國的2390架運輸機和846架滑翔機，從英國20個機場起飛，載著3個傘兵空降師向南疾飛，準備在法國諾曼底海岸后邊的重要地區著陸。這就是著名的“諾曼底登陸”的開始。 黎明時分，英國皇家空軍的1136架飛機對事先選定的德軍海岸的10個炮壘，投下了5853噸炸彈。天亮以后，美國第八航空隊又出動了1083架轟炸機，在部隊登陸的前半個小時，對德軍海岸防御工事投下了1763噸炸彈。接著，盟軍各種飛機同時出動，轟炸海岸目標和內陸的炮兵陣地。5點50分，太陽已經升起來了，盟軍的海軍戰艦開始猛轟沿海敵軍陣地。諾曼底海灘成了一片火海，地動山搖。 進攻部隊由運輸艦送到離岸7到11英里的海面，然后改乘大小登陸艇按時到達預定攻擊的灘頭。跟在后面的是運載重武器和裝備的大型登陸艇
盟軍選擇的登陸地點諾曼底海灘，位于法國的西北部，從東到西有5個灘頭——劍灘、朱諾灘、金灘、奧馬哈灘和猶他灘，全長約50英里。登陸計劃第一批進攻部隊是5個師，每個師占領一個灘頭
希特勒吹噓他的長達2500英里“大西洋壁壘”防御工事為什么不堪一擊呢？原來每年6月，英吉利海峽總是狂風大作，惡浪滔天，艦只行駛艱難。德軍在西線的大部分將軍都認為在這個氣候惡劣的6月里，盟軍是不會發動進攻的。6日凌晨2點左右，駐守在巴黎的德軍總司令部接到報告說，有美英空降師著陸，看來像是一次“大規模行動”。但總司令龍德施泰特卻認為這是盟軍聲東擊西的手法，并不在意。接著，西線德國海軍部隊又向總司令部報告說：據海岸雷達報告，熒光屏上有大量黑點，一支龐大的艦隊正向諾曼底海岸進發。而德國西線的參謀長卻回答：“什么？在這樣的天氣里？一定是你們的技術員弄錯了！也許是一群海鷗吧？”
希特勒中了盟軍總部的疑兵之計了。在諾曼底登陸以前，盟軍偽裝集結了一支艦隊，發出大量電訊，造成假象，好像盟軍總部設在英國的肯特郡；又讓以勇猛著稱的美國巴頓將軍在肯特郡街頭散步，而德國情報人員正斷定他是盟軍總司令。在進攻前夕，英國飛機又撒下大量的錫箔片，使德軍的海岸雷達上顯示出，好像盟軍的一支艦隊向東駛去，開往加來。
為了嚴格保密，整個英國南部已同英國其他地區斷絕了一切交通，成了一個大兵營，盟軍為“霸王行動”在這里塞滿了堆積如山的軍事裝備和物資。為了防止泄密，英國政府還中止了英國同外國的一切外交關系，撤消了沿岸的正常航運，把所有船只用于“霸王行動”的運輸，使得美國艾森豪威爾將軍在調動集結軍隊上，沒有任何妨礙。英國政府在這個地區設置了警戒線，任何人未經許可都不得穿過警戒線。每一座帳篷，兵營，停車場和每一支部隊，都仔細地標志在行動的指示圖上。每一支部隊的預定行動都作了準確的安排。這支在諾曼底登陸的軍隊是龐大的，擁有盟軍陸海空三軍287萬多人，戰艦6000多艘，飛機1．3萬多架。這么大的軍事行動的準備工作，德軍竟絲毫不知。
為諾曼底登陸進行的準備工作是巨大而復雜的。改進了許許多多的裝甲車，有供清理海灘的壓路機，有在布雷區開道的裝有掃雷器的裝甲車，有供跨過溝渠的裝甲便橋等，甚至還制造了兩座人工港口，以便登陸部隊卸下裝備物資之用。對于進攻目標的地形偵察，早在一年之前就開始用飛機拍攝從荷蘭到西班牙的海岸線，特別是從1944年4月到6月，共出動飛機偵察4500架次。此外，還有法國地下抵抗組織提供的數以千計的情報。這樣，德軍在歐陸沿海的防御工事、橋梁、機場、沼澤地區、倉庫、公路、火車站等等，都被盟軍弄得一清二楚。每一個登陸部隊負責人帶著的作戰計劃上，連樹木都標了出來。

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