1、技术与设计技术与设计2 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系统分析是在第二次世界大战末期提出来的,起起初被用于武器系统的分析研究，后来又被用于国防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。上世纪战略及国家安全政策的制定。上世纪6060年代才逐步年代才逐步被行政及企业单位采用。被行政及企业单位采用。1、系统分析及其一般步骤 什么是系统分析什么是系统分析 每个人都会面临选择、面临决策。决策方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
2、失误；科学决策则可以最大方法，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限度地减少失误。系统分析就是一种科学决策的方法。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。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
3、，就能找出城市公交线路规划设计的最佳方案。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。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，或对原有的系统提基础上拟定一套有效的
4、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。出改进方案的过程，就是系统分析。路口控制系统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。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。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。司问题：有时会出现在一条道路上
5、行驶时，总是遇到红灯。司机常常会说机常常会说 “一步赶不上，步步赶不上一步赶不上，步步赶不上”。路口控制系统的改进：路口控制系统的改进：在一些主干道路上，实现一路绿灯。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。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上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有
6、的系统提出改进方案，这个过程就是分析。进方案，这个过程就是分析。设置红绿灯控制车辆的行或停。设置红绿灯控制车辆的行或停。设置红绿灯控制人的行或停。设置红绿灯控制人的行或停。设置智能路口控制。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。互的影响，全面地思考和解决问题。借助
7、于系统分析，可以正确地提出整体目借助于系统分析，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。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，设立目标明确问题，设立目标 收集资料，制定方案收集资料，制定方案 检验核实，作出决策检验核实，作出决策 分析计算，评价比较分析计算，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
8、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。田忌赛马战术的田忌赛马战术的1 1：明确问题，设立目标：明确问题，设立目标问题：跑马比赛，问题：跑马比赛，目标：取得比赛胜利，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。约束条件：三匹马参加比赛，每匹马比赛一次。2 2：收集资料，制定方案：收集资料，制定方案4 4：检验核实，作出决策：检验核实，作出决策选择合适的马的出场顺序。选择合适的马的出场顺序。3 3：分析计算，评价比较：分析计算，评价比较孙膑所出的主意，孙膑所出的主意，为什么能使田忌赢为什么能使田忌赢得胜利？得胜利？
9、田忌赛马能转败为胜与马、孙膑、田忌、齐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。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。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？田忌与齐王的三局赛马可以有哪几种方案？田忌田忌齐王齐王比分比分方案一方案一 上马上马上马上马 中马中马中马中马 下马下马下马下马方案二方案二 上马上马上马上马 下马下马中马中马 中马中马下马下马方案三方案三 中马中马上马上马 上马上马中马中马 下马下马下马下马方案四方案四 中马中马上马上马 下马下马中马中马 上马上马下马下马方案五方案五 下马下马上马上马 上马
10、上马中马中马 中马中马下马下马方案六方案六 下马下马上马上马 中马中马中马中马 上马上马下马下马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：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、科学性原则、综合性原则。整体性原则整体性原则分析系统首先要着眼于系统整体：分析系统首先要着眼于系统整体：先分析整体，再分析部分先分析整体，再分析部分先看全局，后看局部先看全局，后看局部先看全过程，再看某一个阶先看全过程，再看某一个阶段段先看长远，再看当前先看长远，再看当前案例分
11、析3 丁谓修复皇宫第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉；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；第二，要运来大批木材和石料；第三，要运来大量新土。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。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：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：丁谓研究了工程之后，
12、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。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。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。工地上的垃圾填入沟内，使沟重新变为平地
13、。简单归纳起来，就是这样一个过程：简单归纳起来，就是这样一个过程：挖沟（取土）挖沟（取土）引水入沟（水道运输）引水入沟（水道运输）填沟（处理垃圾）。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。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，在总体土、运输材料、处理
14、垃圾三项繁重的任务协调起来，在总体上得到了最佳解决。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，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、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。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，你认为请分析这一事件的问题所在，你认为怎样处理更为合理？怎样处理更为合理？科学性原则科学性原则系统分析一方面要
15、有严格的工作步骤，另一方面应尽可能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。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，例如，在比较种稻是一年三季合算还是一年两季合算时，有人就提出有人就提出“三三进九不如二五一十三三进九不如二五一十”，这就是最简单而，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。和优化问题时，往往需要使用比较复杂的数
16、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。金分割法。黄金分割法也称黄金分割法也称0.618法，它是优选法的一种。以技术试验法，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为例，先把整个试验范围看做1，然后在整个试验范围的，然后在整个试验范围的0.618处选点做第一次试验，再在倒过来的处选点做第一次试验，再在倒过来的0.618处选点做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第二次试验，比较两次
17、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，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。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试验范围是每吨加入量为10002000g，那么究竟应加入，那么究竟应加入多少？若用一般试验方法，每隔多少？若用一般试验方法，每隔5g试验一次需要做试验一次需要做200次，次，每隔每隔10g试验一次需要做试验一次需要做100次。
18、若用次。若用0.618法，只需做法，只需做11次，就可以找到最佳加入量了。次，就可以找到最佳加入量了。综合性原则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，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。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。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，例如，工业生产既
19、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。效益和经济效益双丰收。综合性原则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工厂在生产产品的同时，也向周围环境排放出“三废三废”，造成污染；毁林开荒虽然能收获农产品，但造成水土流造成污染；毁林开荒虽然能收获农产品，但造成水土流失，贻害很大失，
20、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。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；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，每亩地可蓄水水库、绿色水库（山区造林种草，每亩地可蓄水20m320m3）等不同的方案综合进行。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湖北省的孝襄高速公路总投资额达7272亿元人民币，是亿元人民币，是“十五十五”期间该省投资规模最大、建设里程
21、最长的一条高速公路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按照设计方案，孝襄高速公路要穿越占地面积达19km219km2的的“洛洛阳银杏保护区阳银杏保护区”，2 2万多棵树龄在百年以上的古银杏树将面临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，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。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，绕避保护区如果更改最初的设计方案，绕避保护区1.4km1.4km，工程指挥部就，工程指挥部就要为此增加
22、投资要为此增加投资42004200万元。万元。根据以上内容，你认为孝襄高速公路的设计应该综合根据以上内容，你认为孝襄高速公路的设计应该综合考虑哪些目标？考虑哪些目标？孝襄高速公路孝襄高速公路1 1：保护珍稀的银杏名贵树木。：保护珍稀的银杏名贵树木。2 2：控制工程投资额度、坚持原设计不变。：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：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。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，治疗心血管二是在当前国内外心血管疾病呈增加趋势，
23、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。的药物资源。三是保住了当地百姓的致富资源。三是保住了当地百姓的致富资源。二、系统的优化系统的优化系统优化：系统优化：目标函数目标函数约束条件约束条件 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。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）。和方法，使系统的目标值达到最大（或最小）。目标函数是系
24、统目标与系统中的某些元素之间的关系。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。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作物种植系统的优化-农业间作套种农业间作套种四、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。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，才能得到最优解或方法，都需要经过若干次的完善和验证，才能得到
25、最优解或满意解。满意解。求解过程：求解过程：数学模型估算、试验最优解满意解完善、验证农业间作套种农业间作套种约束条件约束条件 农作物的生长周期、气候等因素。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。关系。影响系统优化的因素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。害防治等等。目标函数目标函数装修施工的组织优化（装修施工的组织优化（1）一、明确问题，设立目标一、明确问题，设立目标施工项目：教学楼装修施工项目：教学楼装修施工
26、内容：教学楼施工内容：教学楼A、B、C栋，需要水电、木工、油漆栋，需要水电、木工、油漆三个施工过程，每个施工过程需要三个施工过程，每个施工过程需要3周时间周时间目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。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，制定方案二、收集资料，制定方案方案一：按照施工要求，从方案一：按照施工要求，从A到到B到到C，依此进行施工，依此进行施工方案二：按照施工要求，方案二：按照施工要求，A、B、C栋同时进行施工栋同时进行施工方案三：按照施工要求，方案三：按照施工要求，A、B、C栋进行流水施工栋进行流水施工三、检验核实，确定方案三、检验核实，确定方案根据分
27、析，确定按照方案三进行施工。根据分析，确定按照方案三进行施工。四、分析计算，评价比较四、分析计算，评价比较各种方案比较。各种方案比较。选择出最佳方案：方案三选择出最佳方案：方案三方案一方案一楼楼装修装修过程过程工工期期装修施工进度（周）装修施工进度（周）369121518212427A水电水电3木工木工3油漆油漆3B水电水电3木工木工3油漆油漆3C水电水电3木工木工3油漆油漆3 方案二方案二楼楼装修装修过程过程工工期期装修施工进度（周）装修施工进度（周）369121518212427A水电水电3木工木工3油漆油漆3B水电水电3木工木工3油漆油漆3C水电水电3木工木工3油漆油漆3 方案三方案三楼
28、楼装修装修过程过程工工期期装修施工进度（周）装修施工进度（周）369121518212427A水电水电3木工木工3油漆油漆3B水电水电3木工木工3油漆油漆3C水电水电3木工木工3油漆油漆3 方案比较施工特点施工特点工期工期施工队施工队设备、材料设备、材料 现场管理现场管理方案一方案一方案二方案二方案三方案三依此施工依此施工27周周1投入少投入少简单简单平行施工平行施工 9周周3投入多投入多复杂复杂流水施工流水施工15周周1较多较多较简单较简单生产利润问题（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
29、少5把生产利润问题（生产利润问题（2）优化的目标是：获得最大的利润优化的目标是：获得最大的利润目标函数：目标函数：（设（设 x1 为为 每周生产桌子数，每周生产桌子数，x2 为为 每周生产桌子数）每周生产桌子数）Smax=50X1+60X2约束条件约束条件（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。建立了一个数学模型。生产利润问题（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、生产椅子的数量是生产椅子的数量是X2）。）。
