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系统与设计1


第三单元 系统与设计 第一节 系统的结构

1. 什么是系统?

汽车的传动系统

太 阳 系

呼吸系统

系统到底是什么?如何更深入理解系统? 下面我样以对“自行车”的结构分析,来 更深理解系统和子系统的概念。 1)自行车是同学们最 常用的交通工具,提 问学生,自行车由哪

些构件组成。
车架、车把、鞍座、 前叉、脚蹬、链轮、 车闸等主要部件组 成。

车把的作用: 控制车的方向。 脚蹬的作用:将人脚踩的力传递到链轮链 条上。 将动力机的运动和动力 链轮和链条的作用: 传递给执行系统的中间 前后车轮的作用: 装置。 当脚踩脚蹬时,带动中轴,使大链轮转动起来 经链条传动传给小链轮,再传到后轮,使其转 动起来与地面产生摩擦,从而实现前进,而前 轮在这时还起到导向作用, 还可以起到防振, 及地面对轮子的直接影响,又提高了舒适度。 利用摩擦力使得自行车减速 车闸的作用: 或停止。

2)结合生活经验和案例,分析当自行 车出现下列情况时会导致什么情况? 1.车闸的橡皮松了 刹车不灵 2.车把固定螺钉松了 方向把不准 3.链条断了 无法行进 4.车轮的辐条断了 受力不均容易引 起车圈变形

系统(system)是由相互联系、相互 作用、相互依赖和相互制约的若干要素 (element)或部分组成的具有特定功能的 有机整体。 系统根据一定的标准可划 分为若干个子系统(subsystem)
子系统(subsystem):是相对于大系 统而言的,它是大系统中相对独立且 具有一定功能的组成部分。

要 素:指构成系统的最主要的元素。

马上行动:自行车的子系统。
传动(动力)子系统:由脚蹬、曲柄、链轮、中轴、 链条、飞轮等组成。

制动子系统:由刹车柄、车闸、连接线等部件组成。
承重子系统:由车架、鞍座、车轮等组成。

方向控制子系统:车把、前叉上下轴承、前叉等组成。
行驶子系统:由前后车轮组成。

附设子系统:由前后挡泥板、车后架、车筐、车铃等。

系统有大有小,有复杂有简单。对于较大型的 系统和比较复杂的系统,根据一定的标准可划 分为若干子系统(subsystem):
地球生态系统:海洋生态系统、森林生态系统、 陆地生态系统等子系统。 交通系统:航空运输系统、铁路运输系统、公 路运输系统等子系统。 管理系统:生产管理系统、营销管理系统、财 务管理系统等子系统。 任何系统又是更大系统的子系统。

构成系统,必须具备三个条件:
第一、至少要有两个或两个以上的要素(部 分)才能组成系统; 第二、要素(部分)之间相互联系、相互作 用,按照一定方式形成一个整体; 第三、这个整体具有的功能是各个要素(部 分)的功能中所没有的。

马上行动:
请指出下列系统分别由哪些要素(部分)组成, 并说出相互之间有怎样的联系。 系统的名称 台灯 学校多媒体 教室 手表 缝纫机 组成要素(部分)
灯座、 灯泡、 灯罩、 电线、 开关等 实物展示台、投影机、电动屏幕、录像机、 摄像机、VCD机、展台、音响设备等多种 现代教学设备组成。

表壳、表带、表芯等。

机头、机座、传动和附件

2、系统的类型
1)按系统的规模分:
小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统.

2)按组成要素的性质(按人类干预的情况)分: 自然系统、人造系统和复合系统。

自然系统——原始的系统都是自然系统,如天 体、海洋、生态系统等。又如呼吸系统、消化 系统、循环系统、免疫系统等。
人造系统——如人造卫星、海运船只、机械设 备等。又如:交通系统、商业系统、金融系统、 工业系统、农业系统、教育系统、经济系统、 文艺系统、军事系统、社会系统等等。

复合系统——既包含人造系统又包含自然系统。

3)按系统与环境的关系分:开放系统、封闭系统 和孤立系统。
开放系统——是指在系统边界上与环境有信息、 物质和能量交互作用的系统。例如商业系统、 生产系统或生态系统,这些都是开放系统。在 环境发生变化时,开放系统通过系统中要 素与 环境的交互作用以及系统本身的调节作用,使 系统达到某一稳定状态。因此,开放系统常是 自调整或自适应的系统。

封闭系统——是一个与外界无明显联系的系统, 环境仅仅为系统提供了一个边界,不管外部环境 有什么变化,封闭系统仍表现为其内部稳定的均 衡特性。封闭系统——的一个实例就是密闭罐中 的化学反应,在一定初始条件下,不同反应物在 罐中经化学反应达到一个平衡态。注意物理上讲, 还有严格划分,往往仅把没有物质来往的系统称 封闭系统;而把没有物质、能量和信息来往的称 为孤立系统。

4)按学科领域就可分成: 自然系统、社会系统和思维系统; 5)按范围划分则有宏观系统、微观系统;

6)按状态划分:
有静态系统和动态系统;稳态系统和非稳 态系统;平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、 远平衡系统等等。

马上行动:请分别列举以下系统的2~3个实例。
工业生产方面的系统:
工业控制网络系统、工业电视监控系统、光纤工 业电视系统、工业除尘系统、工业排风系统、影子 系统、清除系统垃圾。

农业生产方面的系统:
农业生态系统、农业银行系统、生产管理系统、 生产率系统。

军事方面的系统:
导弹跟踪系统、防卫系统。

教育方面的系统:
远程教育系统、教育评价指标系统、教育电声系 统、教育培训系统、教育管理系统、教育信息系统、 教育指标系统、教育资源管理系统。

阅读:系统论 若干要素之间是否相对独立?

3.系统的特性
系统的基本特性有:

整体性 相关性 目标性 动态性 环境适应性

1)整体性 系统是一个整体,他不是各个要 素(部分)简单相加,系统的整体功能是 各要素(部分)在孤立状态下所没有的。 整体性是系统最基本的特性,也是观 察和分析系统最基本的思想和方法。
例如:自行车条辐的调整,动一条整个车轮 都发生改变。

(1)美国“阿波罗”计划中的飞船和 运载火箭是由700多万个零件组成。这 些零件都很普通,甚至没有一个是新 研制的,为什么能实现把人送上太空 的功能?

各部分按照一定的结构组成了系统, 从而实现了整体的功能。

(2)巴尔扎克的塑像:p069

罗丹的作品《巴尔扎克》

罗丹这样做的目的何在,雕塑家的这一行为 给你以怎样的启示?
让人们看到其它的美所在。不能离开整体去分析任何 一个组分,一个系统组织的好不好,就看它的整体功能实 现的怎样。罗丹砍去雕塑双手的目的在于使人们注意雕像 的整体,而不仅仅是注意这双手。

【系统思路】做任何事情都要重视整体效应, 必要的时候要舍得抛弃部分而保留整体。

(3)三个和尚的故事说明了什么? “三

个臭皮匠顶个诸葛亮”又说明了什么?

【系统思路】系统不是各个元素(组分)的 简单相加。如果将它们之间的相互联系和相 互作用协调好,就能得到“1+1>2” 的效果。 反之亦然。

辩论:在一个系统中,各要素好,则整体性 能是否好?
①某球队有的是球星,但他们各打各的,最终这个 球队打不赢一支普通的球队。说明了什么? ②某校毕业班学生学习很紧张,有一位教师为了提 高自己所教学科的成绩,他充分利用自习、晚修等 时间给学生补课。请你谈谈他的做法是否正确?为 什么?

马上行动:
1.请举例说明“系统的整体功能大于组成系统的各部 分的功能之和”这一论点。
系统的名称
呼吸系统

系统的整体功能
完成呼吸,为人体提供氧气 能有序的完成整个教 育教学工作。

各部分的功能
传送空气:向肺内运送空气, 不能执行气体的交换 学校:直接教育学生,向学 生传授知识,但不能形成公 平公正的教育机制。

教育系统

水利灌溉系统

由水库蓄水、分水闸分配水 分水闸;按需求分配水量, 量、引水渠输水等配合工作, 否则,分配不合理,造成水 起到灌溉农田的作用。 源的浪费。

2.根据系统的整体性特征,解释右表中所列的 现象:
现 象 原 因

“一个和尚挑水吃, 不符合整体性的原则、各组分之间, 两个和尚抬水 组分与整体之间协调的不好,不能 吃,三个和尚 形成良好的功能。 没水吃。 ”
三个臭皮匠顶个 诸葛亮 一着不慎、全盘 皆输 “弃卒保车” 各组分之间,组分与整体之间协调的 好,形成良好的功能。
各组分之间相互联系、相互作用,任何一个元素或 组分的变化都会影响其他元素和组分实现其功能。 系统有很多的子系统,各子系统之间有一定的层次 性,首先要保证主要组分,再考虑次要的。

2)相关性
相关性是指组成系统的各个要素 之间或整体之间相互作用、相互联 系。
系统的各组分或元素只要有一个变化都会 影响其他元素和组分实现其功能。

(1)为了保护草原植被,当地政府颁布了禁止大量捕杀 野狼的法令,这是什么道理? 狼捕杀羊、野兔等食草性动物,使其数量减少,从而 起到保护植被的作用。 【系统思路】系统的各个元素、组分的变化会对其他 的元素、组分起影响。

相同的道理,为了使野生动物园的羚羊更有活 力、生命力更强,可以引进狼或豹子等肉食动物。

(2)如何理解“一着不慎,满盘皆输”?
不管什么棋类比赛,关键的一着下错,都很有可 能输掉整盘棋。

【系统思路】要重视关键因素。在一个系统中 关键部分的变化,甚至会对全局产生决定性的 影响。

案例分析:厨具的安装
思考:请分析吴瑾家的厨房装修与厨具安装出现问题 的原因所在。

忽视系统的相关性,家庭装修是一项系统性 很强的工程,各项工作之间、各种设施之间存在 着必然的联系,它们互相影响互相制约,只有从 它们的相关性出发,处理好各方面的关系,才能 事半功倍。

如果让你设计,你将如何处理,才不至 于出现这类管线打架和有安全隐患现象的问 题?
在预埋厨房水管和电线时,就要考虑好哪里是 烹饪区,哪里是储藏区等,再决定水电的管道和线 路实际;在购买厨具时,要依照厨房的个性化要求 来选购,具体裁衣,协调安排好风、水、火、电的 接口,还要考虑造型、色彩以及人机关系和工程材 料等方面的方面的因素。

3)目的性
系统都是以实现某种功能为目的的, 这是区别这一系统与那一个系统的标志。 设计和分析一个系统时,必须先弄清 其目的,否则就无法构成一个良好、有序 的现实系统。系统的多个目标有时不完全 一致,甚至矛盾,这就需要协调,寻求平 衡或折衷的办法,从而更好地实现其目的。

(1)人们为什么要发明自行车?
自行车的由来:世界上第一辆自行车出现于1790年, 由法国人希布拉克用木材制成,没有脚蹬,靠双脚 交替踏地前进。1801年,俄国人阿尔塔莫诺夫发明 了一辆轮子前后挂着的小车。这些发明家把它作为 礼物献给了俄国沙皇。1831年,德国人德列斯发明 了车把,可以方便地转弯。 1839年,英国人麦克米 伦发明了脚踏,装于前轮上。 1880年,法国人基尔 梅发明了链条,用它带动后轮旋转。 1888年,英国 人邓勒普发明了充气车胎。

任何系统都具有某种目的,都要实现一定的功能。

(2)自行车为什么要有刹车功能?自行车的作用是提 高速度,使人们可以更快地到达目的地,而刹车的作用 却是减速,两者相矛盾。为什么还要刹车呢?

在某些情况下(如下陡坡),行车速度和安全要求这两 个具体目标产生了矛盾,就得通过刹车来减速,进行协 调,从而保证自行车更好地到达目的地。

【系统思路】系统的具体目标之间有矛盾时,要从 系统的目的出发,进行协调。

4.动态性 任何系统都是一个动态的系统, 处于运动变化和发展之中。 在分析认识系统时,不仅要看 到它的现在,还要看到它的未来, 掌握系统的发展规律,从而预测系 统的将来。

马上行动:p071
填写:
1.人们将发条、游丝、齿轮、表壳等零部件组装成钟表,其目 的是:
实现能准时的体现时间的功能。 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:

实现合理的经营管理功能,但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。

讨论p071:作为一个系统,我国农业生产结 构调整的目地是什么,是通过哪些途径进行 农业生产结构调整的? 1)使产业结构更加合理,以增加农民的收 入。 2)调减粮田面积,增加经济作物和饲料作 物。种植业开始形成粮食作物,经济作物和 饲料作物协调发展的基本格局。

4)动态性:

事物都是不断变化,因此系统是一个动态的系统。 在分析认识系统时,不仅要看到它的现在,还要 看到它的未来,掌握系统的发展规律,从而预测系统 的将来。
讨论p72:

(1) 某学校一位教师肩膀疼痛,一位医生用各种药 物和方法治疗肩膀,都收不到良好的治疗效果。令一 位资深的医生认为:人体是一个复杂的系统,“头痛 医头,脚痛医脚”是不能解决问题的,他对该病人进 行了全面身体检查,最后发现病人患肺癌,右肩膀疼 是癌细胞扩散的结果。后经系统诊断和综合治疗,病 人的病情得到控制。

(2) 根据产热的多少进行散热。

(3) 没有。任何事物都是不断变化的。任 何系统都是一个动态的系统,处于运动和 发展之中。

5)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部各部分 相互关系的变化,系统要适应环境的变 化而变化。 系统只有具有对环境的适应能力,才 能保持和恢复系统原有的特性。

(1)家用电冰箱不能紧贴墙壁放置,汽车在雪 地行走轮胎要加链条,这是都为什么?

冰箱放置与墙保持距离,目的是有一个适当 的散热空间,从而保持正常工作。 一般汽车在雪地上会因为打滑而无法正常行走, 因此在轮胎上加链条是起防滑作用。

【系统思路】系统只有在一定的环境条件下才能保 持(或恢复)其原有的特性。

(2)自行车为什么要不断地进行更新换代?

当外部环境条件变化时(路况改变-跋山 涉水,市场需求变化-舒适休闲),自行车就 必须更新换代(如增加新的功能,提高性能、 舒适度),才能继续存在和发展下去。

【系统思路】要不断完善系统,使系统能适 应新的环境。

马上行动
1.谈谈“春捂秋冻” 的含义:

这是环境适应性的体现:由于人自身就是一 个系统,春天多穿一些是对冬天的一种适应和 衔接,秋天穿少一些是对夏天气候的衔接和向 冬天过渡的一种准备。两者都是为了使人的身 体逐渐适应外界气温的变化而不至于生病。 (随着外界气候的变化,人们必须能适应周围 的环境,借助物质资料,才能保持和恢复人的 活动。)

工程技术中,这类通过系统调节以适应外界环境 变化的事例很多,请列举几例,填入下表:

事例 汽车的雨刷 导弹跟踪系 统

外界环境的变化 雨天,挡风玻璃模 糊 当被跟踪无方向改 变时

系统通过调节,适应环境的 变化 利用雨刷及时的擦拭挡风玻 璃 跟踪系统及时的改变方向, 继续跟踪

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。

一只沿口不齐的木桶,其存水量的多少?不取 决于最长的那块木板,而取决于最短的那块木板。

管理学中的“木桶理论”是指:
人的能力大小是由他身上最劣质的素养决定的, 一个企业成功的概率大小也是由这个企业的最薄弱 的环节决定的,就像木桶的容水多少是由木桶最短 的一块木板决定的一样。

木桶理论的外延还可以扩大到:

1)木桶容水的多少还要由木桶的直径决定。

对于个人,如果你的能力只有那么大,你 必须学习,不断地增加自己的知识直径。企业 亦然,要不断的进行改造、革新,以便更好的 发展。

2)木桶容水的多少还要由木桶之间的木板是否箍的紧 密有关,否则,你无论多大的木桶,都把水会漏光的, “木桶打水一场空”。

对于个人,也就是说:你要把自己的知识 进行融会贯通,才能成就一番事业。对于企 业,一定要进行多种文化的融解包容,同时 要建造一个齐心协力的团队,只有这样,才 能在万众一心的基础上,将企业搞好。

小结:
一、系统的含义
元素、相互、整体功能

二、系统的类型 三、系统的特性
整体性、相关性、目的性、动态性、环境适应性


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