系统、控制与技术设计.pps

《系统、控制与技术设计.pps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《系统、控制与技术设计.pps（119页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、 系统、控制与技术设计系统、控制与技术设计 主主 要要 内内 容容一、系统科学与系统一、系统科学与系统二、系统的基本特性与分类二、系统的基本特性与分类三、系统研究的内容三、系统研究的内容四、系统的结构四、系统的结构五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化七、系统设计七、系统设计 u一、系统科学与系统一、系统科学与系统u二、系统的基本特性与分类二、系统的基本特性与分类u三、系统研究的内容三、系统研究的内容u四、系统的结构四、系统的结构u五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系u六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化u七、系统设计七

2、、系统设计 一、系统科学与系统一、系统科学与系统1、什麽是系统科学2、现代科学体系中的系统科学现代科学的12大门类12大知识体系共有的层次结构3、系统科学的特点 横断性 方法性一、系统科学与系统一、系统科学与系统 任何事物都可以看作为一个系统。我们周围的世界存在着形形色色、数不胜数的系统。什麽是系统？系统的特征、属性？发生、发展、消亡的？系统有什麽用处？人如何认识利用系统？运用科学方法研究和回答这些问题而建立起来的知识体系，称为系统科学。1、什么是系统科学？、什么是系统科学？一、系统科学与系统一、系统科学与系统1 1、什么是系统科学？、什么是系统科学？系统科学系统科学是从系统的是从系统的整体性

3、整体性、系统的、系统的结构结构和和功能功能的角度去研究客观世界，探求客观世界中的角度去研究客观世界，探求客观世界中系统系统、信息信息、控制控制之间的联系及其性质和规律性的之间的联系及其性质和规律性的知识体系知识体系。系统系统整体性整体性结结 构构功功 能能系统系统系统系统信息信息控制控制一、系统科学与系统一、系统科学与系统 现代科学技术是一个庞大的知识系统，由难以确切计数的大小不同的学科组成。学科的区别-观察客观世界的角度和观点不同1212大门类知识体系大门类知识体系一、系统科学与系统一、系统科学与系统科科学学体体系系自然科学：研究客观世界中物质在时空中的运动。自然科学：研究客观世界中物质在时

4、空中的运动。社会科学：研究客观世界中人类社会的运动和发展。社会科学：研究客观世界中人类社会的运动和发展。系统科学：从系统的结构和功能的角度研究客观世界。系统科学：从系统的结构和功能的角度研究客观世界。行为科学：研究个人和社会的相互作用。行为科学：研究个人和社会的相互作用。思维科学：从人认识客观世界的角度研究客观世界。思维科学：从人认识客观世界的角度研究客观世界。数学科学：研究客观世界中数量与质量的辩证统一。数学科学：研究客观世界中数量与质量的辩证统一。人体科学：研究人体在客观世界的运动和发展。人体科学：研究人体在客观世界的运动和发展。文艺理论：研究人与客观世界相互作用后达到的美感。文艺理论：研

5、究人与客观世界相互作用后达到的美感。军事科学：研究客观世界中不同集团之间的矛盾和斗争。军事科学：研究客观世界中不同集团之间的矛盾和斗争。地理科学：研究人类生存和发展的基础。地理科学：研究人类生存和发展的基础。信息科学：从事物信息联系和信息运动的角度观察世界信息科学：从事物信息联系和信息运动的角度观察世界 建筑科学：建筑科学：一、系统科学与系统一、系统科学与系统用系统观点看系统科学 12大门类共有的体系结构 哲学 哲学桥梁学科 系统论基础科学 系统学技术科学 控制论、运筹学、事理学等工程技术 系统工程、控制工程等社会实践 社会实践高 低 抽象程度一、系统科学与系统一、系统科学与系统系统科学的特点

6、 其研究对象存在于其研究对象存在于其它其它1111大门类中。系统科学撇大门类中。系统科学撇开开其它其它1111门类系统对象的特殊基质，把它们仅仅门类系统对象的特殊基质，把它们仅仅作为系统来对待，研究事物作为系统的共同特性、作为系统来对待，研究事物作为系统的共同特性、行为、规律、机制等。行为、规律、机制等。系统科学为系统科学为其它其它1111大门类学科提供了一套普遍适大门类学科提供了一套普遍适用的研究方法、技术、程序；在智慧层面上看，用的研究方法、技术、程序；在智慧层面上看，系统科学提供了一种思维方式，即能够超越传统系统科学提供了一种思维方式，即能够超越传统分析思维的系统思维。分析思维的系统思维

7、。系统科学是系统科学是横断科学横断科学系统科学的系统科学的方法性方法性综合性、抽象性、数理性等 在人类社会和自然界中，充满着各种类型、五花八门的系统。往外看，人们所在的学校或公司是个系统，学校或公司的各种组织机构和人员，加上组织机构、人员之间的各种正式和非正式的关系组成了这个系统。再往外看，人们居住的城市是个系统，城市中的工厂、商店、公司、学校、政府机构和社区等社会单元，成千上万个家庭，以及这些社会单元之间的种种关系，包括国家的法律、地方政府的法规、各种不成文的约定和习俗，构成了一个特定的城市系统，在社会大环境的影响下，决定着这个城市发展、演化或者萧条的命运。一、系统科学与系统一、系统科学与系

8、统 再往外看，国家是个系统；再往外看，地球是个系统；再往外看，太阳系乃至整个宇宙也是一个系统。往里看，人的身体也是个系统，人的大脑和身体的其他各个部分在神经(子)系统、循环(子)系统、消化(子)系统等的连接下组成了一个十分精致的生命系统，在周围环境的影响下，不仅决定了一个人身高体重，还决定着一个人是否健康快乐。再往里看，人的身体内部每一个环节，无论是神经、循环还是呼吸、消化等可能都是一个系统，各有自己的元素以及元素之间的连接方式。一、系统科学与系统一、系统科学与系统 面对千姿百态的世界，从不同角度观察，你会发现各种各样的系统。一窝蚂蚁或蜜蜂是一个生态系统，一片原始森林也是一个生态系统。一台计算

9、机是一个系统，硬件、软件和其他外围设备，以及机器的连接方式共同决定着计算机的质量；而成千上万台计算机组成的网络也是一个系统。有人参与的，一个家庭、一所医院、一个社区是一个系统；没有人参与的，一辆汽车、一架飞机也是一个系统；由汽车、司机、乘客、修理工、交通警察，以及道路、信号、交通规则等组成的交通运输网络是一个更复杂系统。一、系统科学与系统一、系统科学与系统我国古代朴素系统观念的自发应用我国古代朴素系统观念的自发应用 在我国古代的诸子百家著作中，包含了许多系统与系统工程的朴素思想。春秋时代的孙子兵法，从道、天、地、将、法五个方面来分析战争的全局，指出“凡此五者，将莫不闻，知之者胜，不知者不胜”。

10、“道”，就是要内修德政，注重战争是否有理，有道之国，有道之兵，得到人民的支持，这是胜利之本。除此因素外，还有天时、地利的客观条件。而将领的才智、威信状况，士兵是否训练有素、守纪律，赏罚是否严明，粮道是否畅通等则是主观条件。它从系统整体出发，对不同层次以及系统与环境进行全面的分析，是我国古代很全面、深刻的军事系统思想。战国时期的都江堰水利工程，是当时我国系统工程思想在实际应用中的集中体现。秦国太守李冰父子主持修建了著名的都江堰水利工程。工程包括三个主要部分：“鱼嘴”、“飞沙堰，和“宝瓶口”。通过这三个部分巧妙结合形成一个工程整体。根据今天的试验，该工程在排沙、引水、防洪等方面都作了精确的数量分析

11、，使工程兼有防洪、灌溉、漂木、行舟等多种功能。在宋真宗时，皇城失火，宫殿烧毁，大臣丁谓主持皇宫修复工程。丁谓经过通盘筹划，提出了一个施工方案：首先将皇宫前的大街挖成大沟，就地取土烧砖，省去远处运土，然后把汴水引入大沟，用水路运输建筑器材，使工程能顺利进行，等到皇宫修复后，再把碎砖废土填入沟中，修复大街，使烧砖、运输建筑材料与处理废物等三项繁重的工程任务都最佳地得到解决，是“一举三得”的最优方案。在我国的冶炼史上，古代的劳动人民一直在探索铜的优化冶炼方法，早在春秋时代，就已懂得铜、锡、铅按不同比例混合熔炼，可以得到不同功能的合金。在春秋时代的考工记中，就记述了在铜锡合金中，六种不同的锡含量，得到

12、六种不同性能的合金。这是对系统结构不同则功能不同的深刻认识和运用。例如含锡17左右的青铜，呈橙黄色，美观，音质也好，适于铸钟鼎。到明永乐年间(公元1404年左右)，我国铸造了重达40多吨的闻名世界的大钟，音质特好，被认为是古代大钟中合金比例最佳的。上述案例充分说明我国古代人民天生具有朴素的系统观念，这些系统观念为我国古代文明做出了贡献，同时也激励我国系统科学工作者在系统科学与工程方面做出应有的贡献。一、系统科学与系统一、系统科学与系统西方朴素系统论思想：原子论n希腊哲学家德谟克利特：世界是由最小的物质原子所组成，有各种不同的原子，形成不同层次的世界。-世界大系统n亚里士多德：万事万物都由四种因

13、素构成：目的因、动力因、形式因、和质料因-”整体大于部分之和近代-机械论n近代科学反对古代的感性的、直观的和猜测的认识方法，而主张依靠实验和对具体事物的分析。n世界是由许多做机械运动的部分相加起来的，就像一架精确的钟表，它按照预定的秩序运行。n孤立、静止地分析事物奥地利生物理论学贝塔朗菲的贡献n提出三个观点：反对简单相加的观点，认为系统不等于各部分之和反对机械观点，认为有机整体各部分的关系不能用机械关系来解释反对被动反应观点n提出三个基本原则系统观点动态观点组织等级观点 系统是五花八门的，关于系统定义的陈述也是各式各样的。不同学者由于研究所涉及的系统特征以及研究系统设计目的不同，对系统的含义给

14、出了各自的定义。日本JIs(工业标准)：系统是许多要素保持有机的秩序，向着同一目的行动的东西。美国学者阿柯夫教授：系统是由两个或两个以上相互联系的任何类的要素所构成的集合。生物学家冯贝塔朗菲：系统是相互作用着的诸要素的综合体。一、系统科学与系统一、系统科学与系统 我国学者汪应洛教授、王众托教授从系统功能角度，认为：“系统是有特定功能的、相互间具有联系的许多要素所构成的一个整体”。“所谓系统就是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体”。l系统是由系统是由相互联系、相互作用、相互依相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约赖和相互制约的的若干要素或部分组成若干要素或部分组成

15、的具的具有有特定功能的有机整体特定功能的有机整体。（苏教版）。（苏教版）一、系统科学与系统一、系统科学与系统 上述这些定义虽然各有侧重，但都是从系统要素、要素关联、目的功能等角度出发进行描述。因此系统的概念主要应包含三层意思：第一，系统包含两个或两个以上的元素，这些元素可以称为要素(主要元素)、部分或者子系统(即自身也构成一个系统)。如一个家庭自然包含所有的冢庭成员，一个社区包含所有的社区家庭，等等。一、系统科学与系统一、系统科学与系统 第二，系统的元素之间存在着各种简单或复杂的关系或联系。这种关系不是指名义上的关系，而是指实质上的关系。比如在家庭这个系统中，有的家庭中的丈夫是大男子主义者，而

16、另一些家庭中的妻子能顶起大半边天，还有些家庭中的孩子具有至高无上的地位，这种关系的差异显然会影响系统的性质和表现，所以家庭之问千差万别。一、系统科学与系统一、系统科学与系统 第三，系统是其所有元素与全部关系综合而成的有机整体，或称为有机统一体。这里强调的是，系统不仅仅是由其所有元素组成的，还必须包括元素之间的全部关系。只讲元素的全体，只是数学中“集合的概念。比如一个成品仓库，当我们只关心其中储存的成品数量时，我们讨论的不是一个系统问题，而是一个集合问题，因为我们只关心哪种产品有多少数量。当我们把这个成品仓库的管理，包括管理人员、管理设备、管理制度与仓库内的库存放在一起考虑分析时，我们才是在讨论

17、一个系统问题。一、系统科学与系统一、系统科学与系统系统的例子：事例1：大棚温室环境系统棚室环境系统棚室环境系统加加温温采采暖暖系系统统通通风风降降温温系系统统灌灌溉溉施施肥肥系系统统透透光光覆覆盖盖系系统统人人工工光光源源系系统统环环境境控控制制系系统统热热水水采采暖暖滴滴灌灌微微喷喷灌灌渗渗灌灌施施肥肥、施施药药塑塑料料膜膜玻玻璃璃PC板板信信息息检检测测系系统统报报警警系系统统计计算算机机控控制制系系统统蒸蒸汽汽采采暖暖热热风风采采暖暖辐辐射射采采暖暖温温帘帘风风机机降降温温喷喷雾雾降降温温遮遮阳阳降降温温 要素 关联 功能事例2：自行车系统（苏教版P44-45）结构性连接 世界上没有绝对

18、的非系统。从某个角度看不是系统的事物，换一个角度看，也可能就是系统。一堆自行车部件不是自行车系统 一堆自行车部件一组自行车部件系统 相关性装配成自行车的配合条件和性能 如果这些部件没有装配在一起，而是零散的堆放在一起。那么，这堆部件还是自行车系统吗？这些部件这时是相互没有联系的整体，就不再是自行车系统，而是非系统。u一、系统科学与系统一、系统科学与系统u二、系统的基本特性与分类二、系统的基本特性与分类u三、系统研究的内容三、系统研究的内容u四、系统的结构四、系统的结构u五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系u六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化u七、系统设计七、系统设计 许国

19、志等学者在系统科学一书中认为：系统具有整体性、多元性、内在相关性。具体表现在：系统是由它的所有组分构成的统一整体，具有整体的结构、整体的特性、整体的状态、整体的行为、整体的功能等；系统是多样性的统一、差异性的统一，存在有差别的多个事物(至少两个)，才有可能在一定条件下整合成为一个系统；系统中不存在与其他元素无关的孤立元素或组分，所有元素或组分都按照该系统特有的、足以与别的系统相区别的方式彼此联系在一起，相互依存，相互作用，相互激励，相互补充，相互制约，现实世界不存在没有任何内在相关性的事物群体，凡群体中的事物必定以某种方式相互联系，否则不成其为群体，不存在数学意义上的孤立元。系统的基本性质系统

20、的基本性质 从系统的定义和系统与要素的关系的叙述中，可以看出系统具有很多基本性质，如整体性、涌现性、相关性、层次性、目的性、成长性、环境适应性等，了解系统这些性质，有助于人们有效地设计、构造、分析、处理和解决系统问题。1整体性 任何一个系统都是由不同要素依据一定逻辑要求构成的整体，而绝不是这些要素的简单凑合，或者说这些要素的不相关的堆积。尽管每一个要素都有不同的特征和功能，但通过要素之间的各种关系的相互影响，对外总是以系统的综合特性与功能显示出来。系统的基本性质系统的基本性质1整体性 人们很容易观察到这样的事实：即使不全是完善的要素也可以构成性能良好的系统，反之即使全是性能良好的要素也不一定能

21、构成一个完善的系统。这说明系统的功能不等于子系统功能之和，而系统功能大于、等于或小于各子系统功能之和与系统结构安排、系统法则设计密切相关。因此，对于人造系统，系统的设计者应运用整体性性质，从系统的结构安排和运行规则设计上下功夫，使系统的功能远远大于各子系统功能之和，创造更多的价值为社会服务。1.整体性整体性 地质版P84：系统的整体性也称集合性，是系统的最基本属性。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。系统不是各单元的简单集合，也不是简单的数量相加。苏教版P67：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。系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相

22、加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的。系统科学大学讲稿中的整体性 系统的一体性（统一性）对于系统内部来说，是“多”元的，“多”组分的，组分之间有关联性。这些内部的有关联性的组分，造就了一体性。使得从外部能够把系统作为“一”个有特定功能和实现特定目的的事物感知和对待。多元性加相关性，造就了系统的一体性。系统科学大学讲稿中的整体性 系统的一体性（统一性）诸多对象一旦相互联系而成为系统，它就能够作为统一体而与他事物发生关系，与他事物相互作用，因而被人们当作一个事物去认识和对待。体现系统本质特征的不是那些“多”，而是相对于外部所呈现出来的那个“一”。一盘散砂、一群乌合之众，成不了事（

23、被视为非系统），就在于它们不具有一体性，不能形成统一对外的功能。1.整体性整体性 系统科学大学讲稿中的整体性：多多元元性性是是基基础础，相相关关性性是是主主导导，一一体体性性是是目目标标。三三者者综综合合集集成成起起来来，造造就就了了系系统统的的整体性。整体性。作作为为系系统统的的事事物物，必必定定整整体体地地存存在在，整整体体地地运运行行，整整体体地地延延续续，整整体体地地跟跟其其它它事事物物发生联系，整体地演化，整体地消亡。发生联系，整体地演化，整体地消亡。整整体体性性包包含含了了多多元元性性、相相关关性性和和一一体体性性，整体性是系统最重要的属性。整体性是系统最重要的属性。学界共识：系统

24、科学是关于整体性的科学学界共识：系统科学是关于整体性的科学体会整体性 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要素（部分）在孤立状态下所没有的。举例：举例：美国美国“阿波罗阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由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？这是因新研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？这是因为各部分零件按照一定的结构组成了系统，从而实现了为各部分零件按照一定的结构组成了系统，从而实现了整体的功能。整体的功能。体会整体性体会整体性苏

25、教版P69：根据系统的整体性整体性特征，解释以下现象：一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃。从整体性看问题，就要把三个和尚视为一个整体内的部分。那麽这个整体是什麽？多元性是基础，相关性是主导，一体性是目标。三者综合集成起来，造就了系统的整体性。多元性：和尚、庙舍、佛像、设施等 相关性：佛事、劳动、生活 一体性：一座寺庙 整体功能：作佛事、正常生活（吃水）三个和尚没水吃。三个和尚合作不好，相关性有问题，整体功能无法实现。2涌现性 系统的整体性反映系统要素与系统整体功能数量上的差异，而系统的涌现性则表现出质上的差异，即系统各个部分组成一个整体后，就会产生整体具有而各个部分原来没有的某些东

26、西(性质、功能、要素)。系统的涌现性还包括系统层次的涌现性，即当低层次的几个部分组成上一层次时，一些新的性质、功能和要素就会涌现出来。2涌现性 俗话说的“三个臭皮匠，顶个诸葛亮”，说的就是单个个体与团体之间存在质的差异；又如飞机由机身、机翼和发动机组成，机身、机翼和发动机各自不具备飞翔的功能，但机身、机翼和发动机三个功能的组合产生了任何要素都不具备的功能，即飞翔的功能。创新能力成为企业之间，乃至国家之间竞争的核心力量。而许多优秀的创新都是把各种功能现成而又成熟的元素以一种新颖的方式组合起来，使其产生新的、不同于各个局部的功能，这便是系统工程界常说的“综合即创造”。3相关性 系统的相关性是指构成

27、系统的要素之间、系统内各层次之间都是以一定的规律相互联系，相互作用，它们既相互依存，又相互制约。要素之间关系既存在正相关关系，也存在负相关关系，即系统要素对系统的作用和对其他要素的作用既存在正作用，也存在负作用。有效方法。4层次性 任何一个系统都可以在空间或时间上进行初步分解，分成次级、次次级等分系统、子系统，直至元素，形成一系列的排列次序。一般而言，系统的层次性表现为系统具有树状结构或金字塔结构。行政系统是典型的金字塔结构，如某行政区，它由若干个镇和相应的委、办、局组成，而每个镇又由若干村和相应的职能部门组成。4层次性 系统层次性这一性质，能帮助人们在分析和解决系统问题时，尤其是分析复杂的社

28、会经济问题时，借助科学的方法和技术，将复杂问题进行剖析，划分出不同层次，从而找到影响系统发展的主要问题，或者主要问题的主要方面。如地区社会经济发展问题，如果系统分析者能从纵横交错、因素众多、关系复杂、目标多样的社会经济系统中准确划分出影响系统发展问题的主次，那么，解决这些主要问题就会收到事半功倍的效果。5目的性 任何一个人造系统或人为系统都具有特定的目的，为了总的目的，各子系统(要素)直至元素都具有各自的目的。只有了解不同层次的目的，才能更好地对系统进行管理。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。5目的性 作为一个系统区别于其它系统的标志。任何系统都具

29、有目的性，都要实现一定的功能，这也正是区别不同系统的标志。例如：比如同样由硅晶体组成的例如：比如同样由硅晶体组成的CPU（左图）和（左图）和显像处理芯片（显卡核心部件，右图），虽然其构显像处理芯片（显卡核心部件，右图），虽然其构成物质相同，但芯片内的数字逻辑不同，也就是目成物质相同，但芯片内的数字逻辑不同，也就是目的性不同，就成为了两种截然不同的系统。的性不同，就成为了两种截然不同的系统。5目的性 地质版P84：系统的目的性，也就是功能性。每个系统都具有特殊的功能。这就是区别不同系统的主要标志。苏教版苏教版P71P71：任何系统都具有目的性，都要：任何系统都具有目的性，都要实现一定的功能，这也

30、正是区别不同系统的标实现一定的功能，这也正是区别不同系统的标志。志。两本教材都把目的性作为系统的标志。作两本教材都把目的性作为系统的标志。作为一个系统区别于其它系统的标志。为一个系统区别于其它系统的标志。6成长性 任何系统都是从无到有，从小到大，经历孕育期、诞生期、发展期、成熟期、衰老和更新期。系统在生命周期内有如下特征：在系统上升时期，要素在增长，层次性更分明，系统结构稳定性加强，系统与环境的联系紧密，且适应性好。反之，在系统衰老期，要素在萎缩，层次性模糊，系统结构稳定性减弱，系统与环境的联系松散，且适应性差。系统的生长曲线为s形，系统发展到一定高度后，如果不进行及时的更新改造，就将进入衰退

31、期，系统很难再上一个层次。7环境适应性 任何一个系统都处于一定的环境之中，或者说它是一个更大系统的子系统，它的形成与发展在不同程度上会受到环境的制约。同时，任何一个系统与同处一个类似环境的系统之间存在着竞争，只有适应环境的系统才能在竞争中取胜。一般来讲，一个系统在诞生之后，它会主动地适应环境的需要，调整自己，使自己适应环境，从而更加有利于自身的生长、发展、壮大。绿色草丛中的蝈蝈绿色草丛中的蝈蝈冬天和夏天的雷鸟冬天和夏天的雷鸟7.系统的环境适应性l系统都存在于一定的环境之中，并不断地与外界环境系统都存在于一定的环境之中，并不断地与外界环境进行物质的、能量的和信息的进行物质的、能量的和信息的交换交

32、换，系统必须，系统必须适应适应外外部环境的变化。部环境的变化。(地质版地质版P85)P85)l一个系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量一个系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量和信息的和信息的交换交换，外界环境的变化会引起系统特性的改，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部分相互关系变，并相应地引起系统功能和系统内各部分相互关系的变化。系统只有具有对环境的的变化。系统只有具有对环境的适应适应性，才能保持和性，才能保持和恢复系统原有的特性。恢复系统原有的特性。(苏教版苏教版P72)P72)1)什么是环境？系统之外一切同系统有关联的事物的总和，称为系统的外部环境

33、，简称环境。系统科学大学讲稿系统的环境环境的客观性：系统之外都有其他系统和事物存在，系统总是整体的处于环境的包围环绕之中。所以，凡系统都有环境。系统的有限性：系统不可能摆脱环境的包围限制。有系统，就有它的环境，环境是有别于系统的客观存在，再大的系统也大不过它的环境。事例事例3 3：家用电冰箱不能紧贴墙壁放置，这是为什么？：家用电冰箱不能紧贴墙壁放置，这是为什么？冰箱放置与墙保持距离冰箱放置与墙保持距离散热空间散热空间 冰箱同时对环境产生影响，会提高环境温度。冰箱同时对环境产生影响，会提高环境温度。与墙保持距离，可以说使冰箱有一个散热的空间，寻求一个与墙保持距离，可以说使冰箱有一个散热的空间，寻

34、求一个教好的环境条件，避免散热不良。同时减小对环境的影响教好的环境条件，避免散热不良。同时减小对环境的影响这就是系统与其环境的相互塑造。这就是系统与其环境的相互塑造。体会系统与环境的互动系统与环境的互动性系统与环境的互动性物质、能量和信息的物质、能量和信息的交换交换系统的开放性系统的开放性系统产生对环境的系统产生对环境的适应性适应性环境适应性：环境适应性：相关性相关性 地版、苏版地版、苏版目的性目的性 地版、苏版地版、苏版整体性整体性 地版、苏版地版、苏版环境适应性环境适应性 地版、苏版地版、苏版关于关于“21+1”或或“1+12”整体涌现性整体涌现性 动态性 苏版苏版 一体性、结构性、秩序性

35、、持存性、演化性等（二）系统的分类 世界上的系统举不胜举，千差万别。为了便于描述、分析、研究，人们根据不同的划分标准对系统进行分类。一般来讲，人们为了描述、观察系统，常用的分类有：按照系统的来源：自然系统、人造系统、复合系统；按照系统的属性：实体系统、概念系统、复合系统；按照系统的规模大小：小系统、大系统、巨系统；按照系统结构复杂程度：简单系统、复杂系统、复杂巨系统。人们为了分析、研究系统，常用的分类有：按照系统运动属性来分类：静态系统、动态系统；按照系统与外界有无能量、物质和信息交换：开放系统和封闭系统，开环系统和闭环系统。（二）系统的分类 1自然系统、人造系统与复合系统 复合系统是指由人介

36、入自然系统并且发挥主导作用而形成的各种系统。它们具有人为的目的性与组织性，有时称为人为系统，如农业系统、工业系统、交通运输系统等。处理这类系统要遵守自然法则，要提倡人与自然和谐，所设计的规则不能违背自然法则，否则人类会受到惩罚。（二）系统的分类2实体系统与概念系统 实体系统又叫做“硬系统”，它主要由硬件组成，概念系统又叫做“软系统”，它主要由软件组成。机械系统是典型的实体系统，而操作方法是概念系统。在实际系统中，实体系统与概念系统是紧密结合在一起的。实体系统是概念系统的基础，概念系统为实体系统提供指导和服务，概念系统必须与实体系统相结合才能发挥作用。（二）系统的分类 3静态系统与动态系统 静态

37、系统是其状态参数不随时间改变的系统，如果系统内部的结构参数随时间而改变，则谓之动态系统，如生产系统、交通系统、服务系统、人体系统等均是动态系统。系统的静态与动态是相对的，严格的静态系统是难以找到的。（二）系统的分类 3静态系统与动态系统 系统的静态与动态是相对的，严格的静态系统是难以找到的。只是有些系统在考察时间的尺度之内，其内部结构与状态参数变化不大，为了方便问题的研究，而忽略这些结构与参数的改变，将其近似视为静态系统而已。另外，某些大惯性系统在研究的时间内系统参数变化甚微，因此把它作为静态系统来处理，这样可节省大量的研究时间和研究费用。4开放系统与封闭系统 流动现象有两类：一类是由环境向系

38、统的流动，人们称其为系统的输入或干扰；另一类是由系统向环境的流动，人们称其为系统的输出。开放系统是动态的、“活的”系统，封闭系统是僵化的、“死的”系统。系统由封闭走向开放，就可以增强活力，焕发青春。5开环系统与闭环系统 在开放系统中，系统的输出反过来影响系统输入的现象，称为反馈。增强原输人作用的反馈称为正反馈，削弱原输入作用的反馈称为负反馈。负反馈使得系统行为收敛，正反馈使得系统行为发散。通常讲的“良性循环与恶性循环”，实际上都是正反馈作用的表现。没有反馈的系统为开环系统，具有反馈的系统为闭环系统。系统的反馈主要是信息反馈。一般来说，反馈是指负反馈。在社会经济系统里，系统不仅存在反馈，而且存在

39、多重反馈。苏教版P66-67、地质版P74-76。分类的原则和方法是什么？地质版P74：系统可以按照不同的标准和需要分类。苏教版P67：系统是普遍存在的，也是多种多样的。根据需要，可以对系统进行不同的分类。关键词：需要u一、系统科学与系统一、系统科学与系统u二、系统的基本特性与分类二、系统的基本特性与分类u三、系统研究的内容三、系统研究的内容u四、系统的结构四、系统的结构u五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系u六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化u七、系统设计七、系统设计 三、系统研究的内容三、系统研究的内容对于一个人造系统来讲，人们最关心的是系统功能、系统行为、系统结构、

40、系统环境、系统运行规则以及系统的目标。如企业发展问题，大多数人们关心的是企业的发展目标、企业经济效益和社会效益、企业的组织结构和规章制度以及国家和地区的产业政策等。所以在很多场合，人们研究的是要使系统功能、系统行为达到人们所期望的状态，系统结构与系统运行法则应如何设计的问题。1系统目标 系统目标是系统研究的重要内容之一。一般来讲，首先，系统的目标是多样的，如经济的、社会的、技术的目标，这些方方面面的目标组成了系统的目标体系；且各子目标的权重不一样，即重要性不一样，或者是对总目标的贡献不一样三、系统研究的内容三、系统研究的内容2系统功能 系统功能指的是系统在环境中所起的作用或系统完成的任务，常以

41、其作用大小或完成任务的能力来评价系统功能。如计算机的功能是处理信息，而处理信息量的多少成为衡量计算机功能的重要因素。学校的功能是培养人才，而学 校德智体全面发展的学生的多少是评判学校功能的重要指标。系统功能是相对 环境来说的，环境是系统功能作用的舞台。三、系统研究的内容三、系统研究的内容 3系统行为 系统行为指的是一个系统的输入作用于系统所引起的输出，反映系统对系统输人的响应程度。系统响应时间的快慢和强度的大小是系统的重要性质。三、系统研究的内容三、系统研究的内容4系统结构 系统结构指系统内部各组成要素(组分)之间在空间、时间方面的联系、作用方式与顺序。系统要素在空间的排列或配置方式称为系统的

42、空间结构，系统要素在时间流程中的关联方式称作系统的时间结构。有些系统主要呈现空间结构，有些系统主要呈现时间结构，有些系统兼而有之。三、系统研究的内容三、系统研究的内容5系统法则 系统法则指支配系统的各要素以及要素之间相互支持、联系、制约的一 规律。系统法则包含自然法则和人为法则。自然法则反映事物的本质，不依人的意志为转移，因此在系统法则设计中，要遵守自然科学原理，绝不可违背自然规律或破坏自然规律。三、系统研究的内容三、系统研究的内容6系统环境 系统之外的一切与它相关联的事物的集合称为该系统的环境。由于不同研究目的和不同研究者对于相关联事物理解的差异，系统环境只能在相对的意义上确定。任何系统都是

43、在一定的环境中产生的，又在一定的环境中运行、延续、演化，不存在没有环境的系统。三、系统研究的内容三、系统研究的内容 6系统环境 系统功能与系统结构之间存在十分密切的关系。一般而，构成系统结构的要素不同，系统的功能便不同；构成系统的要素相同，但连接方式、排列次序不同，系统的功能也不同。但在某些特定场合，构成系统的要素与结构不同，也可获得相同的功能，如电子计时器、机械计时器，它们的组成要素不同，连接顺序不同，但计时功能相同。三、系统研究的内容三、系统研究的内容u一、系统科学与系统一、系统科学与系统u二、系统的基本特性与分类二、系统的基本特性与分类u三、系统研究的内容三、系统研究的内容u四、系统的结

44、构四、系统的结构u五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系u六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化u七、系统设计七、系统设计 目目 录录四、系统的结构四、系统的结构1 1、结构的定义、结构的定义系统科学把结构定义为：系统科学把结构定义为：组分或要素之间组分或要素之间关联方式的总和关联方式的总和。组分之间存在的关联互动方式都属于结构。结构可以说是系统相关性的体现，是相关性的具体内容。部分部分 或或组分组分结构结构整体整体 或或系统系统涌现涌现还原还原2 2、结构的几种类型、结构的几种类型1）空间结构和时间结构 现实的系统及其组成部分都存续运行于一定的空间和时间中，组分之间的关联只能

45、通过空间或时间形式表现出来，因而就有了空间结构和时间结构的概念。1）空间结构和时间结构 系统作为过程在时间维中的展开，必有不同动作、时期、阶段的划分，不同动作、时期、阶段如何关联、衔接、过渡的方式，形成系统的时间结构。2 2、结构的几种类型、结构的几种类型2）框架结构和运行结构 组分间固定的连接方式系统的框架结构系统在工作运行中显示出来的组分互动方式运行结构。框架结构框架结构运行结构运行结构2 2、结构的几种类型、结构的几种类型3）硬结构和软结构组分间显在的，易于直接接触、描述和把握的联系，称为硬联系，硬联系的总和称为硬结构；组分间潜在的，难于直接感触、描述和把握，需要用心去领悟才可发现的，称

46、为软联系，软联系的总和称为软结构。硬联系、硬结构电脑硬件的连接 软件(程序)的连接软联系、软结构 机械系统 人文系统社会系统中的职务、行政、财政关系思想、感情、文化方面的联系u一、系统科学与系统一、系统科学与系统u二、系统的基本特性与分类二、系统的基本特性与分类u三、系统研究的内容三、系统研究的内容u四、系统的结构四、系统的结构u五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系u六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化u七、系统设计七、系统设计 目目 录录五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系1、系统科学的哲学基础是辨证唯物主义2、系统科学涉及的对立统一苏教版苏教版P75P75：

47、4.4.有人认为有人认为“系统思想是进行分析与综合系统思想是进行分析与综合的辨证思维工具，它在辨证唯物主义那的辨证思维工具，它在辨证唯物主义那里取得了哲学的表达式里取得了哲学的表达式”请用具体请用具体事例说明系统思想与辨证唯物主义之间事例说明系统思想与辨证唯物主义之间的关系。的关系。五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系n辨证唯物主义体现的物质世界普遍联系及其整体性的思想，也就是系统思想；n系统概念并非20世纪的新发现，辨证唯物主义讲的局部和全局的辨证统一、事物内部矛盾的发展和演变等，就是系统概念的精髓，恩格斯讲的世界是“过程的集合体”，就是今天讲的系统。1 1、系统科学的哲学基础是

48、辨证唯物主义、系统科学的哲学基础是辨证唯物主义2、系统科学涉及的对立统一 系统科学涉及的对立统一问题：部分与整体；状态与过程；确定与不确定；稳定与不稳定。1）局部和整体的对立统一 局部与整体是相互依存、相互需要的 局部服从全局 全局服务于局部 不能重局部轻整体，也不能光强调局部服从整体，更不可轻率的讲牺牲局部。保护和照顾局部是系统整体固有的义务和责任，在管理局部的同时还应尊重局部，在使用局部的同时还应培养和保护局部。2）定性与定量的对立统一n定性与定量是辨证统一的，定性 定量 更高层次的定性定性分析 数学模型 数学结论产生结果n定性和定量的关系是对认识过程的一个描述，循环往复，永远如此。3）系

49、统与非系统的对立统一n非系统与系统是相比较而区分的。一栋砖瓦房是系统，把它拆成砖瓦就是非系统（仅相对于砖瓦房这个系统是非系统）。一首诗是个系统，把组成诗的字词拆分，打乱次序就仅是一个汉字的集合。只有在与非系统的比较中才能认识系统。u一、系统科学与系统一、系统科学与系统u二、系统的基本特性与分类二、系统的基本特性与分类u三、系统研究的内容三、系统研究的内容u四、系统的结构四、系统的结构u五、系统思想与哲学的关系五、系统思想与哲学的关系u六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化u七、系统设计七、系统设计 目目 录录六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化1 1、关于系统分析、关于系统分析2

50、 2、系统分析的方法、系统分析的方法3 3、系统的模型、系统的模型4 4、苏教版的系统分析方法、苏教版的系统分析方法六、系统分析与系统优化六、系统分析与系统优化1、关于系统分析 地质版地质版目录地质版目录第二节第二节 系统的基本特性分析系统的基本特性分析一、波轮式全自动洗衣机系统分析一、波轮式全自动洗衣机系统分析二、龙舟赛艇系统分析二、龙舟赛艇系统分析三、系统的基本特性三、系统的基本特性四、系统分析的基本方法四、系统分析的基本方法地质版是在系统分析的部分，在对系统进行分析的过地质版是在系统分析的部分，在对系统进行分析的过程中，总结出系统的程中，总结出系统的特性特性。把系统分析与系统特性。把系统