《系统的分析》教学课件

技术与设计2系统的分析☆系统分析方法的产生系统分析是在第二次世界大战末期提出来的,起初被用于武器系统的分析研究，后来又被用于国防战略及国家安全政策的制定。上世纪60年代才逐步被行政及企业单位采用。1、系统分析及其一般步骤☆什么是系统分析每个人都会面临选择、面临决策。决策方法有经验决策和科学决策，经验决策是人们惯用的方法，有时可能会导致失误；科学决策则可以最大限度地减少失误。系统分析就是一种科学决策的方法。案例分析1公交线路的设立在人口规模很小的县城，道路状况简单，公共交通线路的决策也简单，设计者凭借经验，可以完成公交线路的设计。综合考察全市的道路状况、人口密度的分布、不同区域的居民对公共交通的要求等，运用科学的方法进行综合分析和研究，就能找出城市公交线路规划设计的最佳方案。在上百万人口规模的大城市，道路状况复杂，市民对交通的需求趋于多样化，这时若凭经验规划公交线路，容易顾此失彼，出现失误。这种为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程，就是系统分析。路口控制系统车辆和行人都少的情况：司机自己控制行或停。车辆多的情况：红绿灯控制车辆的行或停。车辆和人都多的情况：红绿灯不仅控制车辆的行或停，还控制人的行或停。红绿灯控制行或停的时间是事先经过抽样统计的结果确定的。问题：有时会出现在一条道路上行驶时，总是遇到红灯。司机常常会说“一步赶不上，步步赶不上”。路口控制系统的改进：在一些主干道路上，实现一路绿灯。方法：主干道路上的绿灯按一定的时间顺序依此亮。系统分析的定义为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案，这个过程就是分析。设置红绿灯控制车辆的行或停。设置红绿灯控制人的行或停。设置智能路口控制。系统分析的出发点是：为了发挥系统的整体功能。系统分析的目的是：寻求解决问题的最佳决策。系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问题，考虑各种主要变化的因素及其相互的影响，全面地思考和解决问题。借助于系统分析，可以正确地提出整体目标，恰当地选择方案，科学地确定行动的方略。铅与火的时代铅字印刷就是以火熔铅，以铅铸字，以字排版，以版印刷。系统分析的步骤明确问题，设立目标收集资料，制定方案检验核实，作出决策分析计算，评价比较：明确要研究问题的性质和范围，提出所要达到的目标，明确约束条件。：收集相关资料，制定解决问题的各种备选方案，预计可能产生的各种结果。：如果对制定的方案不满意，还可按上述程序反复进行，直到获的满意为止。：对资料和数据做必要的计算，进行各子系统的分析，再进行系统的整体分析，将各种方案进行评价对比，选择最佳方案。田忌赛马战术的系统分析1：明确问题，设立目标问题：跑马比赛，目标：取得比赛胜利，约束条件：三匹马参加比赛，每匹马比赛一次。2：收集资料，制定方案4：检验核实，作出决策选择合适的马的出场顺序。3：分析计算，评价比较孙膑所出的主意，为什么能使田忌赢得胜利？田忌赛马能转败为胜与马、孙膑、田忌、齐威王这四个因素有关，他们是缺一不可的。但主要是由于孙膑的原因。田忌与齐王的三局赛马可以有哪几种方案？田忌—齐王比分方案一上马—上马中马—中马下马—下马方案二上马—上马下马—中马中马—下马方案三中马—上马上马—中马下马—下马方案四中马—上马下马—中马上马—下马方案五下马—上马上马—中马中马—下马方案六下马—上马中马—中马上马—下马0_31_21_21_21_22_12_1运用系统分析的方法处理具体问题时，主要要遵循三大原则：整体性原则、科学性原则、综合性原则。整体性原则分析系统首先要着眼于系统整体：先分析整体，再分析部分先看全局，后看局部先看全过程，再看某一个阶段先看长远，再看当前案例分析3丁谓修复皇宫第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉；第二，要运来大批木材和石料；第三，要运来大量新土。宋真宗在位时，皇宫曾起火。一夜之间，大片的宫室楼台殿阁亭榭变成了废墟。为了修复这些宫殿，宋真宗派当时的晋国公丁谓主持修缮工程。当时，要完成这项重大的建筑工程，面临着三个大问题：丁谓研究了工程之后，制订了这样的施工方案：首先，从施工现场向外挖了若干条大深沟，把挖出来的土作为施工需要的新土备用，于是就解决了新土问题。第二步，从城外把汴水引入所挖的大沟中，于是就可以利用木排及船只运送木材石料，解决了木材石料的运输问题。最后，等到材料运输任务完成之后，再把沟中的水排掉，把工地上的垃圾填入沟内，使沟重新变为平地。简单归纳起来，就是这样一个过程：挖沟（取土）→引水入沟（水道运输）→填沟（处理垃圾）。按照这个施工方案，不仅节约了许多时间和经费，而且使工地秩序井然，使城内的交通和生活秩序不受施工太大的影响，因而确实是很科学的施工方案。丁谓在修复皇宫工程中，运用了整体的解决方案，使取土、运输材料、处理垃圾三项繁重的任务协调起来，在总体上得到了最佳解决。马上行动1赵明同学家所在街道的人行道在一年内进行了三次施工，分别是电信部门铺设通讯线路、煤气公司预埋煤气管道、市政部门维修下水管道，结果重复施工，造成了人力和财力资源的浪费，同时也给市民带来了不便。请分析这一事件的问题所在，你认为怎样处理更为合理？科学性原则系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结构更具说服力。例如，在比较种稻是一年三季合算还是一年两季合算时，有人就提出“三三进九不如二五一十”，这就是最简单而且也是最实用的定量分析。当然，在处理复杂系统的分析和优化问题时，往往需要使用比较复杂的数学工具。优选法是快速寻找最佳方案的科学方法。具体的优选法有很多，如黄金分割法、分数法、对分法等，这里只介绍黄金分割法。黄金分割法也称0.618法，它是优选法的一种。以技术试验为例，先把整个试验范围看做1，然后在整个试验范围的0.618处选点做第一次试验，再在倒过来的0.618处选点做第二次试验，比较两次试验的结果，去掉效果差的那个点以外的试验范围部分；再在余下的范围内继续采用这种方法，再比较试验结果，这样逐渐缩小试验范围，迅速找到试验目标。例如，要在某种合金钢中加入某元素以提高它的强度，假设试验范围是每吨加入量为1000~2000g，那么究竟应加入多少？若用一般试验方法，每隔5g试验一次需要做200次，每隔10g试验一次需要做100次。若用0.618法，只需做11次，就可以找到最佳加入量了。综合性原则系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时，应将目标排除优先次序，首先选取最优先的目标，然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。这就需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。例如，工业生产既要求产量大，又要求质量好、成本低，如果片面强调一方面就会产生偏差；城市公交系统既要强化公共交通的安全，又要缩短车辆行驶的时间，实现社会效益和经济效益双丰收。综合性原则系统分析还需要考虑设计方案出台所带来的后果。有的工厂在生产产品的同时，也向周围环境排放出“三废”，造成污染；毁林开荒虽然能收获农产品，但造成水土流失，贻害很大某些情况下，综合若干方案的优点，会取得意外效果。现代医学采用中西医结合的方法攻克了很多疑难杂症；农业为了保水，可以配合地面水库、地下水库、土壤水库、绿色水库（山区造林种草，每亩地可蓄水20m3）等不同的方案综合进行。案例分析4孝襄高速公路湖北省的孝襄高速公路总投资额达72亿元人民币，是“十五”期间该省投资规模最大、建设里程最长的一条高速公路。按照设计方案，孝襄高速公路要穿越占地面积达19km2的“洛阳银杏保护区”，2万多棵树龄在百年以上的古银杏树将面临毁灭性的破坏。银杏树的成长周期特别长，移栽成活率极低，一旦被毁损，势必破坏当地的生物多样性。如果更改最初的设计方案，绕避保护区1.4km，工程指挥部就要为此增加投资4200万元。根据以上内容，你认为孝襄高速公路的设计应该综合考虑哪些目标？孝襄高速公路1：保护珍稀的银杏名贵树木。2：控制工程投资额度、坚持原设计不变。孝襄高速公路抱着洛阳银杏园绕了个圈，好处有：一是有利于保护我国珍稀物种银杏树，实现生物多样性。二是在当前国内外心血管疾病呈增加趋势，治疗心血管疾病的中药银杏供不应求的情况下，有利于保护和开发银杏的药物资源。三是保住了当地百姓的致富资源。二、系统的优化系统优化：目标函数约束条件约束条件是对系统的功能起着限制作用、并且是不能人为调节的因素。是在给定的条件下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大（或最小）。目标函数是系统目标与系统中的某些元素之间的关系。影响系统优化的因素对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。农作物种植系统的优化----农业间作套种四、优化方法优化方法是为使系统达到最优的目标而提出的求解方法。系统优化的方法是多种多样的，但不论运用怎样的优化方法，都需要经过若干次的完善和验证，才能得到最优解或满意解。求解过程：数学模型估算、试验最优解满意解完善、验证农业间作套种约束条件农作物的生长周期、气候等因素。提高土地利用率和土地单位面积农作物收益总和之间的关系。影响系统优化的因素套种的模式、套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等等。目标函数装修施工的组织优化（1）一、明确问题，设立目标施工项目：教学楼装修施工内容：教学楼A、B、C栋，需要水电、木工、油漆三个施工过程，每个施工过程需要3周时间目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。二、收集资料，制定方案方案一：按照施工要求，从A到B到C，依此进行施工方案二：按照施工要求，A、B、C栋同时进行施工方案三：按照施工要求，A、B、C栋进行流水施工三、检验核实，确定方案根据分析，确定按照方案三进行施工。四、分析计算，评价比较各种方案比较。选择出最佳方案：方案三方案一楼装修过程工期装修施工进度（周）369121518212427A水电3木工3油漆3B水电3木工3油漆3C水电3木工3油漆3■■■■■■■■■方案二楼装修过程工期装修施工进度（周）369121518212427A水电3木工3油漆3B水电3木工3油漆3C水电3木工3油漆3■■■■■■■■■方案三楼装修过程工期装修施工进度（周）369121518212427A水电3木工3油漆3B水电3木工3油漆3C水电3木工3油漆3■■■■■■■■■方案比较施工特点工期施工队设备、材料现场管理方案一方案二方案三依此施工27周1投入少简单平行施工9周3投入多复杂流水施工15周1较多较简单生产利润问题（1）产品需木料需工时利润计划产量桌子42050椅子61860受约束因素约束内容木料最多600工时最多400个桌子至少6张椅子至少5把生产利润问题（2）优化的目标是：获得最大的利润目标函数：（设x1为每周生产桌子数，x2为每周生产桌子数）Smax=50X1+60X2约束条件（1）4X1+6X2≤600（2）20X1+18X2≤400（3）X1≥8（4）X2≥5我们列出了一个目标函数和四个约束条件，实际上我们已经建立了一个数学模型。生产利润问题（3）我们通过数学模型，计算出的目标值是每周获取的最大利润，所得到的就是最优解：每周生产桌子数量是X1、生产椅子的数量是X2）。