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系统与设计复习资料
第七章系统与设计
[知识结构]
第一节认识系统
[知识梳理]
一、系统的含义
1.系统的定义
由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体，称为系统。
2.构成系统的条件
（1）至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统；
（2）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；
（3）这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。
3.系统与子系统
系统有大有小，有简单又复杂。
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。
任何系统都是它从属的更大范围更高一级系统的子系统。
例:
地球生态系统由海洋生态系统、森林生态系统、陆地生态系统等子系统构成。
人体的呼吸系统可以分解为呼吸道和肺两个子系统。
4.系统的分类
（1）自然系统和人造系统。
由自然物自然形成的系统，称自然系统（如：
人体系统）；由人工建造、加工而构成的系统，称为人造（工）系统（如：
人造地球卫星、桥梁）。
由自然系统与人造系统复合而成的系统，称为复合系统，（如：
城市系统、村落系统）。
（2）实体系统和抽象系统。
由看得见、摸得着的具体实体为元素所构成的系统，称为实体系统或硬件系统（如：
机器中的传动系统、棚室中的采暖系统）；由概念、原理、方法、制度、程序等为元素所构成的系统，称为抽象系统或概念系统（如:
各种软件系统）。
（3）静态系统与动态系统。
按系统的状态与时间的关系，可以分类静态系统和动态系统。
系统的结构和状态，不随时间的推移延续而变化的系统，称为静态系统。
如:
棚室环境系统等。
根据物质运动的普遍规律，决定了这类系统的结构和状态具有产生、变化与发展、消亡过程的，称为动态系统。
如:
城市系统、生态系统。
（4）开放系统和封闭系统。
要与环境相互发生联系、交换的系统，称为开放系统。
绝大多数的系统，都属于开放系统。
如人体系统是开放系统，它需要从外界摄取食物、氧气和水，又要向外排除废物。
不与环境发生联系的系统，称为封闭系统。
如停建或缓建的工程，可以看作是暂时的封闭系统。
密闭容器中的化学反应，在一定初始条件下，各反应物在容器中经反应达到一个平衡态，是封闭系统。
绝对的封闭系统是少见的。
一、系统的基本特性
1.整体性
（1）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；
（2）系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各个要素（部分）在孤立状态下所没有的
（3）系统的任何一个要素（部分）发生变化或出现故障时，都会影响其他要素（部分）或整体功能的发挥。
2.目的性
（1）系统都是为实现某种功能为目的，这正是区别不同系统的标志；
（2）系统的目的一般通过更具体的目标来实现，系统的多个目标有时不完全一致，甚至互相矛盾，这就需要协调，去求平衡或折中的办法，从而收到整体最佳的效果。
3.相关性
系统内各部分（要素）之间存在着相互依赖和制约的特定关系，某一部分（要素）的变化，会影响其他部分（要素）实现其功能。
4.动态性
（1）任何事物都是不断变化的。
任何系统都是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。
（2）运用系统动态的观点，有助于使我们不仅看到系统的现状，而且看到系统的变化和发展，从而预测系统的将来，掌握系统的发展规律
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各个部分相互关系的变化。
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。
[困惑及分析]
图7-2
图7-1
1.如图7-1和图7-2，图中材料都是相同的，其中图7-1是用来拼装模型的各种部件；图7-2是用图7-1中的各种部件拼装好的模型。
它们是系统吗？
为什么？
【解析】左右两图的要素都是相同的，但图7-1中的各种部件不是系统，而图7-2中拼装好的模型是系统。
因为根据系统的定义可知，虽然两张图中的材料（元素）相同，且都满足由两个以上的要素构成，但图7-1中的各种部件没有一个相互联系和相互作用的关系，它们是相互独立的，所以不构成一个系统；而图7-2中拼装好的模型满足系统构成的三个条件，由两个以上元素（零部件）组成，各元素（零部件）按照一定的方式构成整体（模型），并且构成的系统（模型）的功能是单独的要素（零部件）所不具有的。
2.试分析桥梁属于什么系统？
【解析】桥梁可以认为是人造系统，因为桥梁是人工建造的；又是实体系统，因为桥梁是由水泥、沙、石、钢材等实体元素组成的；还可以认为是静态系统和开放系统，因为桥梁不随时间的推移延续发生明显的变化，同时又和外部环境发生联系，如：
供外间车辆和行人通行。
同理，世界上很多系统都不止一种分类，只要符合系统分类的条件，都可以划分为相应的系统。
图7-3
3.【资料】如图7-3所示，铁挂锁主要是由锁芯、弹子、锁舌、钥匙构成。
锁芯和锁体之间有一排等径的小孔，每个小孔中装有两只弹子，上面加弹簧。
当钥匙插入时，每个孔中的两个弹子正好分在锁芯和锁体之间的结合面两边，从而带动锁舌滑动，锁也就打开了。
当钥匙拔出或插入别的钥匙时．弹子在弹簧和钥匙的作用下参差不齐地穿插在锁芯和锁体之间的结合面上，因此，锁芯不能转动，锁也就打不开了。
所有的弹子只要有一个蹩在锁芯和锁体之间的结合面上，锁就打不开。
试根据以上资料从挂锁这个系统实例，来分析系统的整体性、相关性、目的性、动态性和环境适应性五个基本特性。
【解析】铁挂锁是一个完整的系统，从这个系统中，我们可以完整的得到系统的五个基本特性。
（1）整体性：
铁挂锁由锁芯、弹子、锁舌、钥匙等要素构成，铁挂锁的功能是各要素所没有的。
而系统的任何一个要素发生变化或出现故障，都将影响系统功能的发挥。
（2）相关性：
相关性表现的是各要素之间是相互关联的。
像锁芯、弹子、锁舌、钥匙是相互关联互相影响的。
（3）目的性：
该系统的目标就是实际“锁”的功能。
（4）动态性：
随着时间的推移，锁的性能将受到影响，功能也受到影响。
（5）环境适应性：
外界环境的条件的变化，会引起系统功能的变化。
如在高温与低温的条件下，锁的功能受到了很大的影响。
[例题精析]
【例1】下列关于系统要素与系统功能的叙述，正确的是（）
A．要素的功能决定系统的功能
B．系统的功能决定要素的功能
C．要素的变化引起系统的功能变化
D．系统功能发生变化，要素必然变化
【解析】本题考查要素与系统的关系。
系统是由要素构成的，要素是构成系统的最主要的元素。
系统是一个整体，它不是各个要素的简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。
系统的任何一个要素发生变化时，都会影响其他要素的发挥，同时影响系统的整体功能。
【答案】C。
【例题2】我们使用计算机离不开Windows操作系统，他属于（ ）
A．自然系统 B．人造系统 C．实体系统 D．抽象系统
【解析】Windows操作系统肯定不是自然系统，排除A选项，另外人造系统需要人加工制造出来的，而Windows操作系统相对来说比较抽象所以排除B选项，再次Windows操作系统不属于硬件系统所以也不是实体系统，最后得出Windows操作系统是抽象系统（软件系统）。
【答案】D。
【例题3】如图7-4所示是某机械传动系统示意图。
电机通过齿轮齿条传动，带动载荷运动。
若系统中齿轮的轮齿折断则整个系统将不能正常工作，从系统特性的角度分析，这体现了系统的（）
A．整体性
B．相关性
C．
图7-4
目的性
D．环境适应性
【解析】首先排除C、D选项，排除C、D后，主要选择的困难在到底是系统的整体性还是相关性。
题目中“齿轮的轮齿折断则整个系统将不能正常工作是指各个部分与整体之间的关系而不是部分和部分之间的关系，所以这里应该选择整体性。
【答案】A。
[巩固练习]
1.下面关于系统的叙述，错误的是（）
A．系统是一个整体，即具有整体的特性功能、目标和作用的有机整体
B．系统的目的性是指每个系统都具有各自特殊的功能
C．在一个系统中，子系统之间各自独立工作，互不相干
D．系统有时必须适应外部环境的变化
2.水（H20）是由氢和氧两种元素构成，但当你口渴需要喝水时，分别吸入氢气和氧气并不能为你解渴，这说明（）
A．至少要有两个或两个以上的要素才能构成系统
B．各要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定的方式形成整体
C．系统整体所具有的功能是各个要素（部分）的功能中没有的
D．系统包含子系统，它又是更大系统的子系统
3.
如图习题7-1所示的手表，在指针上加了具有放大功能的透镜，方便视力不好的人使用，还带有夜光功能。
从系统的角度分析，下列说法正确的是（）
A．手表不是一个系统
B．指针上的透镜是手表的一个子系统
C．手表的夜光功能，体现了系统的整体性
D．手表指针上的透镜，体现了系统的目的性
4.“三个臭皮匠顶个诸葛亮”的现象说明了系统的（ ）特性
A.整体性 B.相关性 C.目的性 D.环境适应性
5.在下列关于系统相关性的理解中，你认为正确的是（）
A．一个系统往往存在多个目标，这些目标还常常不一致，需要进行协调
B．系统通常都是由若干部分组成的
C．系统各组成元素之间不仅相互关联，相互作用，而且任何一个组成部分发生变化，
都会影响其它部分任务的完成
D．系统包含子系统，它又是更大系统的子系统
6.“少壮不努力，老大徒伤悲”“一着不慎，满盘皆输”是我们日常生活中的常用语言，
它说明了系统基本特性中的（）
A．整体性B．相关性C．目的性D．环境适应性
7.在大自然中鹿、兔奔跑速度快，能逃避猛兽追捕；刺猬身上长尖刺．使猛兽无从下口；黄鼬遇敌时突放臭气．扰乱猛兽神志，影响其情绪，在其迟疑间跑掉。
这是生态系统基本特性中的（ ）
A．整体性B．相关性C．目的性D．环境适应性
8.古建筑多采用“梁柱结构”，当柱与柱之间的梁的跨度增大时，则梁的厚度要相应地加大，否则就不足以承受设计所需的重力。
这主要反映系统的（）
A．整体性B．相关性C．环境适应性D．动态性
9.从系统的基本特性看，区别手表和手机的主要标志是（）
A.系统的整体性 B.系统的目的性
C.系统的相关性 D.系统的环境适应性
10.“春捂秋冻”是北方天气变化，人们穿衣变化的一种写照，它能够体现系统的哪一种性质（）
A.整体性 B.相关性 C.目的性 D.环境适应性
11.飞机在空中飞行时，时常受到大气对流的影响而产生颠簸，当飞机的检测装置接收到这一信号后，经过控制器的调节，能在很短的时间内调整好飞行状态，克服大气对流对飞机飞行的影响，保持平稳飞行。
这个现象说明了系统的什么基本特性？
（ ）
A．整体性 B．相关性 C．环境适应性 D．动态性
12.从功能角度可以将自行车分为传动、行走、控制、支承等子系统，下列要素中属于传动子系统的是（）
A.车架B.车把C.链条D.鞍座
13.“泰坦尼克”号油轮，在当时该油轮各项技术性能是世界最先进的。
但是为什么触冰后会沉没？
这说明系统具有性，轮船撞上冰山，山给予轮船的是一种力，轮船之所以沉没说明所用材料的性能不好，在制作轮船的过程当中我们可以通过
来预测它的这种性能。
14．埃及20世纪70年代建造的阿斯旺水坝，虽然有效的解决了尼罗河洪水泛滥的问题和电力供应问题，但设计水坝时对环境因素分析不够，没有考虑对自然生态平衡的影响并采取相应措施，从而引起了一系列严重问题，如大量泥沙沉淀于水库底，使尼罗河下游缺乏肥源，土地盐碱化加快；发生周期性干旱，影响了农业生产；东部的食物链受到破坏，渔业减产；同时河水污染使附近的居民的健康受到影响等。
这些情况说明了设计者只注重了水利系统的
性，却忽视了系统的性。
15.如图习题7-2所示是家庭安全报警系统组成示意图，探测器探测到非安全信号后，主机控制声音报警器发出声音报警，并通过电信网络向主人设定的通讯工具发送报警信息。
（1）请根据示意图，完成习题7-3所示的系统组成方框图
（2）报警系统的探测器能抗各种干扰，这反映该系统具有较好的（从相关性；动态性；环境适应性中选择一个）．
16.构成系统所必须具备的条件是什么?
17.“木桶理论”认为，木桶的盛水量取决于最短的那一块木板的长度。
请用系统的观点解释这一理论。
18.法国雕塑家罗丹给巴尔扎克雕像，人们都说双手太逼真，罗丹听到后就砍去了雕塑的双手，这一行为给你怎样的启示?
第二节系统的基本分析
[知识梳理]
一、系统分析及其一般步骤
1.系统分析的含义
系统分析是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，或对原来的系统提出改进方案的过程。
（1）系统分析的出发点是发挥系统的整体功能，目的是寻求解决问题的最佳决策。
（2）系统分析是一种科学决策的方法，系统分析=系统思想+分析方法
（3）系统分析的特点：
完整地处理问题，考虑各种主要变化因素及其相互的影响，全面地思考和解决问题。
2.系统分析的一般步骤
（1）明确问题,设立目标。
明确分析对象的性质和范围，分析系统运行的约束条件，确定系统要达到的总体目标。
（2）收集资料,制定方案。
分析系统的结构组成及互相关系、系统内部与外部环境（包括制约条件）的关系，提出可行性方案。
对方案确定的系统进行定量分析。
（3）分析计算,评价比较。
对系统性能指标、运行效果等进行分析评价。
（4）检验核实,作出决策。
比较各方案，选择最佳方案。
3.系统分析的基本方法：
就是运用系统的思想，采用定性和定量相结合的方法。
二、系统分析的主要原则：
1.整体性原则
系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。
2.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，使决策的过程和结果更具有说服力。
3.综合性原则
系统分析时还要注重综合性原则。
要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。
[困惑及分析]
1.为什么要进行系统分析？
【解析】系统分析被称为科学的决策方法，它有别于经验决策。
例如：
李大伯挑着两个空箩筐进城买菜。
当他通过独木桥时，后面紧跟着一个小孩，紧接着对面也来了一个小孩。
两个小孩把李大伯夹在了独木桥中间，他们谁也不肯往回走，独木桥又不能同时通过两人。
李大伯急中生智，使两个小孩各奔前程，谁都没往回走。
李大伯用的是什么方法呢？
按照经验，要通过独木桥必定要有一个人让路方能通过。
此时经验决策无计可施。
可是运用系统分析，对当前的目标（都通过独木桥），制约条件（独木桥，谁也不肯往回走），有利条件（箩筐），就很容易制定出上述方案（让两个小孩小孩坐在箩筐里，将扁担在肩上转了一下，两个小孩便互换位置了）。
再如，在人口很小的小城镇，设计者凭借经验，可以完成公交线路的设计。
但在上百万人口规模的大城市，由于道路状况复杂，市民对交通的需求多样化，这时仅凭借经验容易顾此失彼。
只有把大城市的公共交通看做系统，综合考虑全市的道路状况、人口分布、不同居民对公共交通的需求，运用科学的方法进行综合分析和研究，才能找出公共交通规划设计的最佳方案。
因此系统分析在各个领域得到了广泛的推广和应用。
2.在澳门有一座双向四车道（中间用栏杆隔离）的现代化大桥，连接了二个岛屿之间的交通，但绝大部分居民都居住在A岛，工作在B岛，早晨上班时汽车大多数从A岛向B岛行驶，晚上下班时汽车又大多从B岛向A岛行驶，结果造成早晨A岛到B岛，晚上B岛到A岛的单向交通十分拥挤，澳门政府为了解决这个问题，向市民征求意见，并最终找到了一种最经济、最有效可行、最容易实现的办法，请运用系统分析方法，帮助澳门政府分步骤说明解决这个问题的过程以及最终采取了什么方法。
【解析】
（1）明确问题、设立目标：
解决上下班交通拥挤，要求经济、容易实现、有可行性。
（2）收集资料、制定方案：
新建一座大桥。
停用私家车，采用公交车上下班。
采用活动栏杆，早晨上班A岛到B岛加宽到三车道，B岛到A岛缩小为一车道，晚上下班时相反。
（3）分析计算、评价比较：
方案一：
新建一座大桥，投资大、工期长、不可行。
方案二：
采用公交车上下班，能解决交通拥挤，但停用私家车不现实，也不可行。
方案三：
采用活动栏杆，无需投资，并保持原有交通方式，又能解决交通拥挤，方案可行。
（4）检验核实、作出决策：
经反复论证和试行，方案三行之有效，最终采用。
3.材料:
国家体育场——“鸟巢”是一个复杂系统，它的许多细节都体现了设计者的智慧：
“鸟巢”把整个体育场室外地形微微隆起，将很多附属设施置于地形下面，这样既避免了下挖土方所耗的巨大投资，而隆起的坡地在室外广场的边缘缓缓降落，依势筑成热身场地的2000个露天座席，与周围环境有机融合，并节省了投资。
“鸟巢”在设计建设中，还在场地和空间的多功能上下了很大功夫，运动员通道的长度、运动员休息室的衣柜，观众厕所坑位的男女比例，媒体工作间里的引水点分布等等问题也都经过相关部门的仔细研究和计算。
为了提高场馆利用效率，除能够承担开幕、闭幕和体育比赛外，还将满足健身、商务、展览、演出等多种需求，为成功实施“后奥运开发”奠定坚实基础。
请结合材料说明系统分析的原则。
（1）整体性原则：
先从整体着眼，统筹规划体育场场外地形与附属设施和露天座席，使体育场与环境有机融合，并节省了投资。
（2）科学性原则：
运用科学方法和数学工具进行定量分析，运动员通道的长度、运动员休息室的衣柜，观众厕所坑位的男女比例，媒体工作间里的引水点分布等等问题都经过相关部门的仔细研究和计算。
（4）综合性原则：
体育场有多个目标，不仅可以满足体育赛事的要求，还满足健身、商务、展览、演出等多种需求，第一目标是满足体育赛事需要，在不损害此目标的前提下，可以完成其他目标。
[例题精析]
【例1】据悉，时速超过200公里的车辆经过，就会在周边产生巨大的噪音和冲击力。
如何解决京沪高铁开通后由于列车的高速给周边环境造成噪音污染的矛盾，是设计者们一直研究的问题。
建设过程中，采用一次性铺设无缝线路，消除原有的“咯噔”声，并在沿线采用加装消声器，铺设减震垫，设置全新声屏障等措施，降低噪音对附近居民的影响。
上述事例中主要体现设计者在设计过程中遵循了系统分析的（）原则。
A．整体性B．科学性C．综合性D．人性化设计
【解析】：
整体性原则——着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；科学性原则——尽可能的运用科学方法和数学工具进行定量分析；综合性原则——综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。
【答案】C
【例2】小强经常看到刚修好的道路又被挖开，埋设各种管道，影响交通，针对上述问题，小强提出了以下措施，其中不合理的是（）
A.进行地下管道的系统设计B.组织统一施工
C.设置集中安装各种管道的地下通道D.把管道埋得浅一点，以方便维修
【解析】这是由于几个不同的部门各自为政，封闭工作造成的问题。
作为路面这一个整体系统，在其基础上进行的工作要从全局出发，要具有系统整体性原则这一统筹观点，统一协调工作，才能减少浪费，避免不良影响。
几个不同的部门同时协商，一次性完成工作，而不是把管道埋得浅一点，以方便维修。
【答案】D
【例3】如图7-5所示是一款铺在地上取暖的地热毯，设计时需要统筹兼顾电热效应高、电磁效应低、安全可靠、成本低、底层隔热性能好等诸多目标。
这体现了系统分析的（）
A.科学性原则
B.综合性原则
C.动态性原则
D.整体性原则
图7--5
【解析】系统分析总是为实现系统目标服务的，当系统存在多个目标时，应将目标排除优先次序，首先选取最优目标，然后在不损害第一目标的前提下完成下一目标。
即：
要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。
【答案】B
[巩固练习]
1.进行系统分析的出发点是为了发挥系统的整体功能，目的是（）
A．了解系统结构 B．明白系统的原理
C．熟悉系统的运行过程 D．寻求最佳决策
2.一般来说，进行系统分析的初始环节是（）
A．收集资料，制订方案 B．分析计算．评价比较
C．明确问题，设立目标 D．检验核实．作出决策
3.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许多疑难杂症．上述例子利用了系统分析中的（ ）．
A．整体性原则 B．科学性原则 C．综合性原则 D．定量分析方法
4.丁谓修复皇宫，把烧砖、运输建筑材料和处理废墟三项繁重的工程任务看成一个整体中的相关部分，加以协调处理，从而找到获得最佳效果的方案，节省了大量劳力、费用和时间,一举三得。
丁谓实际上是运用了：
（）
A.系统分析的基本方法B．系统设计的基本方法
C．收集资料的方法D．调查研究的方法
5.下列说法不属于系统分析方法的是（）
A．着眼全局规划城市发展。
B．中西医结合攻克顽症
C．眉毛胡子一把抓D．先整体后部分
6.下列不属于系统分析方法的步骤的是（）
A．评价比较B．阐明问题C．分析研究D．推理归纳
7.系统分析的目的是（ ）
A.为了减少实验的失败B.为了减少系统内子系统的要素
C.为了减少设计决策的风险D.为了减少设计过程的不确定因素
8.2009年6月27日上海市一幢在建13层楼房整体倒覆（如图习题7-4所示），调查组专家应用科学方法对水泥和钢筋等关键材料作了定量分析。
这体现了系统分析的（ ）
A.整体性原则
B.综合性原则
C.科学性原则
习题7-4
D.相关性原则
9.如图习题7-5所示是一个咖啡磨。
陈晓丽同学在使用中发现摇动手柄时常常打滑。
为修理该咖啡磨，她进行了以下工作，其中明确进行系统分析的是（ ）
A．给咖啡磨加润滑油
B．拧下螺帽，更换手柄
C．打开外壳，更换齿轮
习题7-5
D．根据咖啡磨各组成部分的功能和联系来研究打滑的原因
10.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。
上述例子利用了系统分析中的（ ）
A.综合性原则B.科学性原则 C.整体性原则 D.定量分析方法
11.有人在比较种水稻是一年三季合算还是一个两季合算时，有人提出“三三进九不如二五一十”。
这说明在系统分析时应遵循原则（）
A．整体性原则B．科学性原则
C．美观原则D．综合性原则
12.系统分析的一般步骤包括：
①分析计算，评价比较②明确问题，设计目标③收集资料，制定方案④检验核实，做出决策，下列顺序正确的是（）
A．①②③④B．②③④①C．②③①④D．①③②④
13.某中学设有两个学生食堂，正常情况下每个食堂能容纳的就餐人数是500人。
近两年，随着学校办学规模的扩大，就餐人数随之增加，每个食堂就餐人数达到670人左右，每到中午就餐时间，学生们排着长队等待就餐。
如何减少学生就餐的排队时间？
请提出解决这一问题的几种途径，并选择一种最经
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