第一節揭開系統的面紗EDUCATION2023學習目標:1、理解系統的含義2、體會系統的組成和層次關系3、能對系統進行分類在自然界，太陽系、森林、山脈、動植物、細胞等都是系統。生物鏈與食物鏈

太陽系細胞山脈系統無處不在，萬物皆是城市家庭

在社會生活方面，城市、學校、家庭、班級等，同樣都可以視為系統。

在技術領域，宇宙飛船、航母，車床、汽車、風扇、自行車等，都可以看做系統。一、系統實例通過視頻欣賞著名的水利工程系統——都江堰都江堰水利工程系統是在岷江的都江堰市段北部建造的引水工程,用于灌溉成都平原。該工程系統由魚嘴、飛沙堰和寶瓶口三大工程子系統組成，如圖3-1所示。實例1都江堰水利工程系統

總之，魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三者有機結合，協調運行，科學地解決了江水自動分流、自動排沙、控制灌區的進水量等問題，達到消除水患、控灌天府的目的。都江堰水利工程被譽為“世界水利文化的鼻祖”“活的水利博物館”。實例2塑料大棚溫室生態環境系統一、系統實例

大棚溫室采用了多種技術，人工營造出適于作物生長的小環境，避免了極端天氣對棚內作物的危害。將光照、溫度、土壤、氣體等條件的綜合,稱為棚室作物生長生態環境。大棚溫室內,作物生機勃勃,一片盎然,如圖3-5所示。仔細閱讀課本68-69頁大棚溫室內部環境，分析下列問題1、棚室系統由那些部分構成?2、各部分之間有什么聯系？棚室環境系統

加溫采暖系統通風降溫系統灌溉施肥系統透光覆蓋系統棚室環境系統的組成：人工光源系統環境控制系統濕簾風機降溫噴霧降溫遮陽降溫滴灌微噴灌滲灌施肥、施藥塑料膜玻璃PC板熱水采暖蒸汽采暖熱風采暖輻射采暖報警系統信息檢測系統計算機控制系統關系：既相互區別，有相互依存，相互配合，共同構成滿足需求的棚室環境。總之，棚室環境系統是由相互依存的若干部分組成的，是具有特定功能的有機整體。實例3智能化大樓管理系統

智能化大樓是現代建筑與高新技術相結合的產物，是將結構、系統、服務、管理4個基本要素進行優化組合的建筑，也稱為智能建筑，為人們提供幽雅舒適、便利快捷、高度安全的工作、學習與生活環境。一、系統實例

智能化大樓管理系統是由相互依存的若干子系統組成，每個子系統又分別由它們所屬的下層系統或裝置組成；各層系統的最后一層，分別由各計算機、各種控制器、傳感器、執行機構組成；各子系統間結合成有機整體，實現安全、舒適和便捷的服務功能。

最后的層次稱為元素。即元素是實現系統功能的最小單元。

系統的組成和層次關系系統

子系統

元素

…（一）系統的含義系統是由相互依存的若干個部分組成的、具有特定功能的有機整體。或者說，系統是由相互依存、相互作用的若干個元素構成的,并完成特定功能的統一體。二、系統的含義與分類

由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體稱為系統。條件2：各要素之間互相聯系、互相作用，按照一定方式形成一個整體條件1：至少要有兩個或兩個以上的要素（或部分）才能組成系統條件3：這個整體具有的功能是各個要素的功能中所沒有的二、系統的含義與分類（二）系統的分類系統不僅有大有小，而且其結構、功能、行為和環境也不盡相同，系統可按不同的標準和需要分類:（1）自然系統和人造系統（按人類干預的情況）

自然系統：由自然力而非人力所形成的系統。如人體系統人造系統（人工系統）：是由人工制造、加工而構成的系統。復合系統：由自然系統與人造系統復合而成的系統。（2）實體系統和抽象系統（按內容和要素性質）實體系統：由看得見、摸得著的具體實體為元素所構成的系統也稱為硬系統。如機器中的傳動系統。抽象系統：由一些概念、原理、方法、制度、程序等為元素所構成的系統，也稱為概念系統、軟系統。如哲學系統、計算機操作系統。具體實物概念、原理、制度、程序（3）靜態系統和動態系統（按系統狀態與時間的關系）靜態系統：系統的結構和狀態，不隨時間的推移延續而變化的系統。如棚室環境系統動態系統：系統的結構和狀態具有產生、變化與發展、消亡過程的系統。如城市系統絕大多數系統屬動態系統，靜態系統是有條件的、暫時（階段性）的和相對的。（4）開放系統和封閉系統（按與環境的關系）開放系統：要與環境相互發生聯系、交換的系統。絕大多數的系統都屬于開放系統。如人體系統是開放系統。封閉系統：不與環境發生聯系的系統。例如停建或緩建的工程，可以看作是暫時的封閉系統。絕對的封閉系統是少見的。與環境相互發生聯系、交換密閉容器的化學反應不與環境發生聯系（5）簡單系統和復雜系統簡單系統:子系統數量少子系統之間的關系簡單如自行車復雜系統：如人體系統、地理系統、城市系統等。子系統數量多子系統之間的關系復雜（6）黑色系統和白色系統黑色系統：信息完全不明確的系統。如遙遠的星球，體積多大、質量多少、距地球多遠等信息完全不知道。白色系統：信息完全明確的系統。如學校，學校內的教職工數、學生數、固定資產等信息完全明確。灰色系統：信息部分明確、部分未知的系統。如一個城市系統，如對其經濟發展和交通規劃，與環境保護之間的相互關系等尚未完全搞清第二節系統的基本特性分析EDUCATION2023學習目標:1.辨析系統的基本特性2.什么是系統分析3.系統分析的一般步驟4.系統分析的主要原則思考：同樣是系統，為什么會產生截然相反的結果？最長板最短板木桶理論

木桶的盛水量取決于最短的那一塊木板的長度。

法國著名雕塑家羅丹在為文學家巴爾扎克做雕塑時大受人們的稱贊，特別是對巴爾扎克的一雙手更是贊不絕口，羅丹聽到人們的議論后，毫不猶豫地從塑像上砍去了這雙手。這個故事給我們怎樣的啟示？整體的重要性實例一：波輪式全自動洗衣機系統分析一、系統分析案例(1)評價：主要考慮以下幾點：可靠性、返修率；實用性，包括洗滌容量、外形大小；性價比；安全、節能、環保；外表美觀。（2）小結：各小組成部分都是圍繞著支撐實現核心功能來確定其結構、工作方式的；各個組成部分的設計要服從于整體功能、整體效益的需要。

實例二：賽龍舟系統分析一、系統分析案例（1）評價：

影響龍舟速度因素：力量大小；前進方向性；總體質量盡量小。（2）小結：

賽龍舟系統，作為一個整體，它的功能和目的是比賽與取勝。作為系統，它具有整體性、目的性、各子系統的相關性和對工作環境的適應性等特征。二、系統的基本特征概述整體性是系統最基本的特性。

也是觀察和分析系統最基本的思想和方法。二、系統的基本特征系統的基本特性——整體性

系統由部分組成，不能離開整體去分析系統中的任何一個組成部分。系統的任何一個要素發生變化或出現故障，都會影響其他要素或整體的功能的發揮。系統的基本特性——相關性概述相關性是指組成系統的各個要素之間或系統整體與部分之間的相互作用、相互聯系。優點：室內少柱或無柱，可獲得較大空間。當柱與柱之間的梁的跨度增大時，則梁的厚度要相應加大。二、系統的基本特征系統的基本特性——功能性概述

系統的目的一般通過更具體的目標來實現，每個系統都具有特殊的功能，這也是區別不同系統的標志。二、系統的基本特征

給人們提供一個舒適、方便的居住環境、辦公環境和娛樂環境。給蔬菜或水果提供適宜成長的環境

對于復雜的系統，目標可能有多個，往往需要使用一個指標體系來描述。存在多個目標時，從整體協調的角度出發尋求平衡，獲得最佳效果。系統的基本特性——環境適應性概述

系統只有具有對環境的適應能力，才能保持和恢復系統原有的特性。

系統必須適應外部環境的變化。1）自然界，刺猬身上的刺，兔子跑的快；2）雨雪天氣，汽車輪胎安裝防滑鏈；3）“近朱者赤近墨者黑”；4）“春捂秋凍”；案例二、系統的基本特征特點：要素變化由環境引起，外因。三、系統分析的基本方法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的過程，就是系統分析。建立新系統擬定一套有效的處理步驟和程序對原有系統提出改進方案(優化)出發點：為了發揮系統的整體功能。特點：不是零星地、片面地處理問題；而是考慮各種主要變化因素及相互影響，全面地思考和解決問題。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，再進行系統的整體分析，將各種方案進行評價對比，選擇最佳方案收集資料，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，直到獲得滿意方案為止明確問題，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2、系統分析的一般步驟

三、系統分析的基本方法田忌賽馬案例分析（1）、田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？（2）、孫臏所出的主意，為什么能使田忌贏了齊王？思考問題田忌賽馬系統分析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，制定方案各種方案：田忌賽馬系統分析112233112332122133122331132132132231輸輸輸3：0輸輸贏2：1輸贏輸2：1輸輸贏2：1輸贏贏1：2輸輸贏2：1田忌賽馬系統分析(2)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，評價比較各種方案的比賽結果：132132輸贏贏1：2丁謂修復皇宮案例分析:

系統分析首先要著眼于系統整體，要先分析整體，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。1、整體性原則在皇宮前大街挖溝取土燒磚引汴河水進壕溝通過這條水路運輸建材建筑垃圾都填進溝里丁謂所采用的方案可謂一舉三得

四、系統分析的基本原則

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，使決策的過程和結果更具說服力。2、科學性原則水稻是一年三季合算還是二季合算？三三進九不如二五一十。火藥的成份的配比？如硝石75、硫磺10，木炭15

火藥爆炸是一種化學反應，服從化學反應的規律。四、系統分析的基本原則3、綜合性原則

系統分析總是為實現系統目標服務的。當存在多個目標時，需要綜合分析，統籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。孝襄高速公路四、系統分析的基本原則孝襄高速公路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：

1、有利于保護我國珍稀物種銀杏樹，實現生物多樣性。

2、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。

3、保住了當地百姓的致富資源。第三節系統的優化EDUCATION2023學習目標：1.理解系統優化的意義2.能分析影響系統優化的因素3.初步掌握系統最優化的方法情景劇場

有一個農夫帶著一條狼、一只羊和一筐白菜過河。如果沒有農夫看管，則狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，農夫只能帶一樣東西過河。你能幫農夫解決這個問題？解決方法1、農夫帶著羊首先過河，農夫回來。2、農夫與狼過河，農夫與羊回來；3、農夫搬白菜過河，農夫回來；4、農夫與羊一起過河。所謂優化，就是要在給定的約束條件下確定優化目標，找到某種方案去求解問題，并得到最優效果。這種問題，稱為優化問題;這種方案，稱為優化方案。優化，可以是最小化的優化，也可以是最大化的優化。兩者的本質是相同的，即優化。在求解優化問題時，一是要清楚需要優化的目標是什么﹔二是要清楚問題潛在的一些約束因素是什么。優化是人類在社會生活和生產中不可避免會遇到的一類問題。在人類歷史發展進程中，人類一直在不斷摸索求解優化問題的方法并積累了豐富的經驗，經過長期的實踐，優化已經形成了一門學科。一、什么是系統優化系統的優化就是在給定條件下，通過一定的手段和方法，使系統獲得最佳功能或更加效益的過程。實例一：問題——車道附近車流污染嚴重

探究：系統優化的意義？

影響附近人群健康，消除或減輕噪音污染成為優化學校等大環境系統的重要課題。討論：

怎樣改善噪音的污染，優化人們所處環境（系統）？減小噪音原則：一、聲源處減弱二、傳播過程中減弱三、接收處減弱

選擇合適的優化方法1、密閉聲源，在聲源處建造隔聲墻，防止噪聲直接向外傳播。2、給機器上足潤滑油，即防止產生噪音，又能保護機器。3、加強綠化，在繁雜的公路兩旁植樹造林，形成屏障。4、給添置隔音設施。5、在耳朵處加塞隔音裝置，如好的耳塞。

車道系統優化的意義修建隔音墻，以較小的投入，獲得了好的治理噪音污染的效益，使社會環境大系統的整體得以優化。系統被改善了，就是系統被優化了。獲得系統的最佳效益或最佳功能，就是系統優化的意義。

系統優化的意義：

在一定的資源條件下，以最小的投入（人力、物力、財力），獲取系統的最佳效益或最佳功能。二、影響系統優化的因素與最優方法實例之二

——假如你是村委會主任，怎樣為本村筑通一條致富路系統優化的一般性步驟如下：1.需要進行優化的問題

某村，人丁興旺，資源充足，但不富裕。經分析發現:由于交通閉塞，本地區的資源優勢不能輸出利用，外地的新技術、新物流也難以輸入本村，嚴重影響了本村脫貧致富。因此，交通閉塞就是本村系統需要進行優化的問題。2.選擇合適的優化方法——優化的方略與籌謀

對于交通閉塞的地區來說，適用于一句話:若要富，先修路。因此，決策修路，以改善本村與外界的交通聯系，這是正確的優化方略和優化方法。

步驟作用勘測收集資料和數據預算土石方、器材種類與數量、人力數量、經費選擇合適的筑路方法和計劃根據人、物、財等情況綜合考慮后確定驗證與實施條件校驗、實施與調整總之，以最小的投入獲得最大的經濟效益，就是最優化決策之一。優化活動不是一次性的活動，是不斷更新的過程。3.驗證與實施

條件校驗

逐項校驗筑路工程所需要的人力、物力、財力是否具備。仍以工程需用經費為例，通過合理分配經費、節約資源，促使優化指標和約束條件得以滿足。

實施與調整

實施計劃的過程，應該是優化的過程。然而，由于某些不確定性因素的出現，如天氣情況多變影響施工、某地段自然條件不好需加大投入或改道等，需調整計劃與施工,再進入優化進程。可見,優化不是一次性的活動。影響系統優化的因素與最優方法1.影響系統優化的因素——影響系統優化的因素是多方面的。首先，優化追求的目標要適度。目標選得低，達不到優化。目標定得太高，脫離實際，實現不了，等于沒優化。如修筑致富路，路的級別不能定得太高。其次，實施系統優化，總要有付出，或稱投入。希望取得的效果(如經濟效益）達到最大，而投入(如經費）最小。兩者之比，稱為效耗比(即效益╱耗費)。顯然，效耗比越大,就越接近或達到最優化。以修路實例而言，如其效耗比趨于最大，那么，修路就達到最優化。對此，在不同場合有不同提法，如性耗比（即性能╱耗費)、性價比（即性能╱價格）等。再次，系統優化是離不開條件的。比如，修筑致富路，實測中必須要勘測、調查，準備數據資料,使修出的路符合技術規范;要預算、校驗,是為了準備修路所需的人力、物力、財力等資源條件，條件欠缺的，要再創造條件。條件是否具備直接影響優化。最后，還應注意的是，某些不確定性的或不可預見的因素也會影響系統優化。因此，在優化實施過程中，要及時調整計劃與方法，回到優化之路。2.最優化方法

為了使系統達到最優化的目標所提出的各種解決方法，稱為最優化方法。

最優化方法是系統學中的一個重要方法。它通常是指在一定人力、物力和財力資源的條件下,使取得的效果（如生產產值、利潤、效益等)達到最大,而投入（如能源、資金、人力、時間等)降到最小的一種方法。3.最優化的一般步驟

(1）提出需要最優化的問題，收集有關資料和數據。(2）確定變量，建立定量計算方程（有關數學模型）和有關約束條件。(3）選擇合適的最優化方法。(4)解方程，校驗解的最優性。(5）實施。EDUCATION2023學習目標：1.理解系統設計的基本方法2.能綜合運用所學知識按要求進行系統設計

3.能分析、總結、歸納處系統設計的方法第四節簡單系統設計的基本方法一、系統設計的基本方法（一）系統設計的概念

系統設計是在系統分析的基礎上，設計出滿足預定目標的系統的過程。除了遵循設計的一般過程、原則和標準外，還強調分析思維和綜合思維相結合，注重在考慮整體的前提下具體研究解決局部問題。系統設計特別強調：1.以實現系統整體功能最優為目的。

2.設計好系統的各要素和子系統。

3.綜合考慮統各個部分（要素）之間的聯系，合理解決它們之間的沖突，注重系統與環境、部分（要素）與整體之間的協調。

4.設計方案的分析、比較和優化。水火箭設計的總體目標及性能

要求：用一個容量為2L的飲料瓶制作氣壓式噴水推進火箭。火箭射高(即上升到最高點時的高度)大于8m，射程大于22m。實例一

水火箭的設計確定系統設計的總體目標及性能目標一、系統設計的基本方法調查研究，對水火箭進行系統分析

1.水火箭飛行的外部環境調查分析

受力狀況：重力、空氣動力

天氣狀況：風向、風速、雨、雪等。

地理環境：發射點高度、目標點高度等基本設計分析1.系統設計的約束條件。基本設計分析2.了解系統設計的基本原理。一、系統設計的基本方法調查研究，對水火箭進行系統分析

2.水火箭飛行的基本原理分析

（1）動力來源。

水火箭發射時，加壓的水從箭體尾部高速噴出產生反沖推力，推動水火箭飛行。

（2）飛行軌跡。

在各種力(主要是推力、重力、空氣動力)的作用下，水火箭飛行速度不斷變化，并形成了一定的軌跡—彈道，如圖3-37所示。以上分析可知，增大水火箭飛行的反沖推力，減少水火箭飛行的空氣阻力，是提高水火箭飛行效果的關鍵制訂設計方案

1.確定系統的結構組成。

2.子系統設計及功能確定。思考:（1）什么形狀的箭體能減少水火箭飛行時所受的空氣阻力?（2）箭頭應設計成什么樣的形狀?為什么?（3）箭頭越輕越好嗎?（4）為何要裝上箭翼?（5）箭翼的形狀、大小怎樣才合適?為什么?系統總體技術設計

合理解決子系統(要素)之間的矛盾沖突，加強系統內部、系統與環境之間的協調配合。一、系統設計的基本方法初步方案設計組裝與測試

按照設計方案組裝水火箭并進行飛行測試系統的優化

1.分析影響系統優化的主要因素，提高系統的整體運行效果。

2.設計方案不斷驗證和完善。系統的評價及改進一、系統設計的基本方法系統設計的基本方法歸納

不論設計的基本方法具體包括哪些內容，都要遵循系統設計的基本原則二、系統設計的基本原則1.追求效益最大化原則——