3.1系统的结构
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系统的结构
系统的目的一般通过更具体的目标来实现。
对于复杂的系统，目标有多个，往往用一 个指标体系来描述系统的目标。
人们将发条，游丝，齿轮， 外壳等零件组装成钟表，目 的是为了满足人们对计时功 能的需要。
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，其目的是：实现企业利 润的最大化、成本和能源使 用的最小化。
1、系统的含义： 2、构成系统的三个条件： 3、系统的类型 4、系统的基本特性： 重点掌握整体性与相关性
机头、面板、脚踏、皮带轮等
子系统：系统有大有小，有复杂有简单。
对于较大型的和比较复杂的系统，根据
一定的标准可划分为若干子系统。
如：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。 自行车能够分成哪几个子系统 ？
2、系统的类型
(1)自然系统和人造系统。
自然系统：是自然形成的系统。（生态系统）
§3－1 系统的结构
①理解系统的含义 ②知道系统的分类
③理解系统的基本特性
请问下图中的自行车好使吗？
我们在日常工作和生活中,经常使用“系 统“这个名词。
例如 ，人体中的消化 系统、神经系统；一 个学校中的教学系统、 德育系统、后勤系统； 机器中的传动系统、 润滑系统等等。
那么，究竟什么是系统呢？
（4）动态性
任何系统都是一个动态的系统，处在运 动变体和发展之中。 例如：任何一个机械传动系统，零件之 间都会有磨损，为了保持系统的性能， 必须定期给零件添加润滑剂或更换零件。
医生根据病人的症状确诊病症，对症下药，进行 治疗。当病人的病症一时难以确定时，医生就要 动态地跟踪病人病情的发展，预测并及时判断病 因，进行治疗。 电脑cpu上安装的风扇为什么有时转的快有时转的慢 Cpu下方有一个温度传感装置，当温度高时控制小风 扇的转速加快。当温度低时控制小风扇转速变慢， 从而达到动态控制CPU温度的目的。
2021年高中通用技术《系统的结构》说课
2021年高中通用技术《系统的结构》说课一、教材分析1、教材前后作用及地位《系统的结构》是普通高中通用技术《技术与设计 2 》（江苏教育出版社）。
第三章第一节的内容。
主要内容有“什么是系统”“系统的类型”“系统的基本特性”，要求我们的学生能从应用的角度来理解系统的含义通过案例的分析，理解和掌握系统的基本特性，学会用整体的、互相联系的系统的观点解决问题。
根据学生已经学习的内容和认知特点，我准备用两个课时来完成本节的教学。
让学生通过对相关系统应用案例的分析，引导学生在应用中理解系统的含义和基本特征，掌握相应的学习方法和动手能力。
本课时为第一课时。
2﹑学情分析高中生已经有一定的生活经历，对事物有一定的评判能力，而在好奇心和求知欲的驱使下，一些复杂的系统问题往往会引起他们的注意，引发他们的探究。
有时候他们会对某个系统进行思考，但往往是零碎的﹑感性的﹑表面的，还不会有意识地用系统的方法去分析问题﹑解决问题。
本节课结合丰富的案例，旨在教会学生认识系统，转变看待问题的方式。
3﹑教学目标根据学生前面已经学习的内容和课程标准要求，我们可以确立以下教学目标：（1）知识与技能目标：从应用的角度理解系统的含义和基本类型。
理解系统的基本特征。
（2）过程与方法目标：通过简单的系统的案例分析，学会用系统的观点来分析周围的事物。
（3）态度情感与价值观：学会用整体的、互相联系的系统的观点看待和解决问题。
4、教学重点和难点教学重点：从应用的角度理解系统的含义。
教学难点：构成系统的三个条件。
二、教法：本章的教学结合具体的教学内容采用“生活体验——问题提出――教学内容——案例分析――练习巩固――总结提升”的模式展开。
在教学中把概念含义的学习置于具体的问题情景当中，通过丰富的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。
同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。
通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和分析具体的生活案例，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。
3.1系统的结构--林(教资优择)
４、封闭系统与开放系统
５、简单系统与复杂系统
基础课件
11
如：汽车系统：
点火系统，传动系统，方向系统，制动系统等。
最近的丰田汽车
召回事件，是汽
车的什么子系统
出现问题？
基础课件
12
3.我们使用计算机离不开Windows、Linux等操作系 统，他属于（B D ）
A．自然系统 C．实体系统
B．人造系统 D．抽象系统
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。
基础课件
4
练习:
1.不属于构成台灯作为系统的条件的是（D）
A.台灯有两个以上的要素 B.组成台灯的各要素相互联 系
C.台灯具有照明功能 D.台灯具有合理的外形
2.我们认为自行车是一个系统，其依据是（A）
①它由两个以上的要素构成②要素之间形成整体
如：交通系统可分为航空运输系统、铁路运输系统、 公路运输系统等子系统；
如：管理系统可分为生产管理系统、营销管理系统、 财务管理系统等子系统。
同样，任何系统又都是更大系统的子系统。
基础课件
6
同样，任何系统又都包含更小系统的子系统。如：
出租车客运系统
公交线路系统
旅游专线系统
城市公交系统
轨道交通系统
三轮客运系统
三个小皮匠顶个 三个小皮匠构成一个整体,整体的功
诸葛亮
能大于单独个体功能之和.
一着不慎,全盘皆 在一个系统中,局部对整体的制约,部
输
分的变化会影响整体的变化,甚至还
会对全局产生决定性的影响.
益.
基础课件
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案例分析
巴尔扎克雕像
罗丹作品
基础课件
3.1认识系统
4、下列各项中，属于自然系统的是（B）
A、塑料大棚 B、森林
C、智能大楼 D、飞机
人工系统是指为达到某种目的而人为建立起来的系统。
二、什么是系统
（三）系统的分类——自然系统、人工系统、复合系统
复合系统：由自然系统和人造系统复合而成的系统 。
二、什么是系统
（三）系统的分类——实体系统和概念系统
实体系统：由看得见、摸得着的具体实体为元素所构成的系统，硬系统。
二、什么是系统
（三）系统的分类——实体系统和概念系统
三、课堂小结
概念
两个或两个以上的要素（部分）组成
认 识
三要素
要素之间相互联系、作用，有机结合的整体
系
整体具有的功能是各个要素所没有的
统
系统、子系统、元素
系统的分类
四、课堂练习
1.不属于构成台灯作为系统的条件的是（D）
A.台灯有两个以上的要素 B.组成台灯的各要素相互联系
C.台灯具有照明功能
D.台灯具有合理的外形
概念系统：由一些概念、原理、方法、制度、程序等为元素构成的系统， 也称概念系统、软系统。如哲学、智力竞赛软件系统等。
二、什么是系统
（三）系统的分类——动态系统和静态系统
静态系统：系统的结构和状态，不随时间的推移延续而变化的系统。
二、什么是系统
（三）系统的分类——动态系统和静态系统
动态系统：系统的结构和状态具有产生、变化与发展、消亡过程的系统。 如学校，它不仅有建筑物还有教师、学生等；
二、什么是系统
（三）系统的分类——开放系统和封闭系统
（1）封闭系统：是与外界无明显联系的系统， 如密闭罐中的化学反应，停建或缓建的工程。
（2）开放系统：不断与外界环境进行信息、物质和能量的系统。 如商业系统，生产系统，生态系统。 系统与环境之间，不断地、广泛地交换，不断地输入、输出，系统才会 具有生命力。 绝对的封闭系统是很少见的。
3.1系统的结构——系统的基本特性
相关性
• 蝴蝶效应：一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中蝴蝶， 偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国德克萨斯 州的一场龙卷风。” 其原因就是蝴蝶扇动翅膀的运动，导 致其身边的空气系统发生变化，并产 生微弱的气流，而微弱的气流的产生 又会引起四周空气或其他系统产生相 应的变化，由此引起一个连锁反应， 最终导致其他系统的极大变化
目的性
汽车车速过快或过慢都会格外耗油，两者之间有 个最适当的速度，即经济速度（巡航速度）。你能 解释其中的道理吗？
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。
提高效率
提高经济效益
流程设计
节省时间
节省资源 安全
提高质量
系统的特性
• 整体性
• 相关性
• 目标性
• 动态性 • 环境适应性 系统的整体功能大于各部分的功能之和。（即1+1>2）
整体性
• 系统是一个整体，没有部分就没有整体，但系统 的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没 有的。(1+1>2)
• • • • 例如：一支球队 一个巧皮匠，没张好鞋样； 两个笨皮匠，彼此有商量； 三个臭皮匠，胜过诸葛亮。
整体性
• 系统不是各个要素的简单相加，系统内部的协 调和配合状况，直接影响系统整体功能的实现。 • 例如：自行车的磨合期 • 例如：木桶原理
最 长 板 最 短 板
相关性
过度发展畜牧业，导致绿洲变成荒漠。 这种变化说明什么？
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， 使汽车环境适应性增强。
软件体系结构—设计模式3.1—简单工厂模式
要提出BadShapeException 异常。
（2）请给出上一题的源代码。 （3）请简单举例说明描图员系统怎样使用。
消费角色无需知道它得到的是哪一个产品；换言之，产品消费角色无需修改 就可以接纳新的产品。
对于工厂角色来说，增加新的产品是一个痛苦的过程。工厂角色必须知道每
一种产品，如何创建它们，以及何时向客户端提供它们。换言之，接纳新的 产品意味着修改这个工厂角色的源代码。
综合本节的讨论，简单工厂角色只在有限的程度上支持“开–闭”原则。
3、多个工厂方法 每个工厂类可以有多于一个的工厂方法，分别负责创建不同的产品对象。 4、抽象产品角色的省略 如果系统仅有一个具体产品角色的话，那么就可以省略掉抽象产品角色。省 略掉抽象产品类后的简略类图如下图所示。
仍然以前面给出的示意性系统为例，这时候系统的类图就变成如下所示。
下面是工厂类的源代码。显然，这个类提供一个工厂方法，返还一个具体产 品类的实例。
简单工厂模式所创建的对象往往属于一个产品等级结构，这个等级结构可以
是MVC模式中的视图（View）；而工厂角色本身可以是控制器
（Controller）。一个MVC 模式可以有一个控制器和多个视图，如下图所示。
换言之，控制器端可以创建合适的视图端，就如同工厂角色创建合适的对象
角色一样；而模型端则可以充当这个创建过程的客户端。 如果系统需要有多个控制器参与这个过程的话，简单工厂模式就不适用了，
简单的情况下，可以简化为一个标识接口。所谓标识接口，就是没有声明任 何方法的空接口。
具体产品类的示意性源代码如下。
2.3简单工厂模式的实现
1、多层次的产品结构 在真实的系统中，产品可以形成复杂的等级结构，比如下图所示的树状结构 上就有多个抽象产品类和具体产品类。
3.1进给伺服系统机械结构
2、滚珠丝杆的支承（图）
一端固定(F)一端自由(o)的支承形式，简 称F-O式（适用于短丝杠及垂直丝扛） 一端固定(F)一端浮动(s)的支承形式，简 称F—S式 （适用于较长丝杠或卧式丝枉） 两端固定的支承形式，简称F—F式 （适
用于长丝杠，以及对刚度相位移精度要求高的 场合 ）
3、滚珠丝杠螺母副的预紧
图－滚珠导轨
图－滚柱导轨
图－支撑标准件
常见故障
现象：预警力掌握不当或调整时未达到
要求所造成的滚动导轨在工作中出现的 噪声过大、振动过大；导轨长度不均匀 而预紧力过大所造成的对导轨面的损伤。
措施：将导轨块紧固在可调的楔块或镶
条上。
导轨副的维护
1.间隙调整—保证导轨面之间合理的间隙， 小摩擦力大、磨损，大运动失去准确性和平 稳性、失去导向精度） 2.滚动导轨的预紧—提高刚度、消除间隙 3.导轨的润滑—降低摩擦系数、减少磨损、 防止导轨面锈蚀。 润滑方式：人工加油油杯供油、压力油润滑 润滑油：粘度变化小、润滑性好、油膜刚度
双螺母垫片调隙结构（结构简单，但调整较
费时，调整精度不高 ）
双螺母螺纹调隙结构（结构简单） 双螺母齿差调隙结构（结构较为复杂，尺寸
较大，但是调整方便，可获得精确的调整量，预 紧可靠不会松动，适用于高精度传动。）
4、滚珠丝杠螺母副的制动
滚珠丝杠副的传动效率高，但不能 自锁，用在垂直传动或水平放置的高速 大惯量传动中，必须装有制动装置。常 用的制动方法有超越离合器、电磁摩擦 离合器或者使用具有制动装置的伺服驱 动电机。
轴向垫片调整法（图）
特点：调整较复杂，一般要经过几次修 磨才能调整好，且不能自动补偿消除间 隙。工作时只有一个齿轮承载。
3.1系统的结构32页PPT文档
系统的中间装置。
前后车轮的作用：
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。
车闸的作用： 利用摩擦力使得自行车减速或停止。
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 2.车把固定螺钉松了 3.链条断了 4.车轮的辐条断了
刹车不灵 方向把不准
无法行进 受力不均容易引起 车圈变形
一系统的结构；系统的基本知识
1，什么是系统 (system)
❖系统：是由相互联系、
❖
相互作用、
❖
相互依赖,
❖
相互制约
❖
的若干要素或
❖部分组成的具有特定功
太阳系
呼吸系统
自行车的结构分析：
自行车是同学们最常用的交通工具。 提问：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。
P065讨论
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。 链轮和链条的作用： 将动力机的运动和动力传递给执行
横断科学
信息论 系统论 控制论
❖ 横断科学编辑交叉科学（cross science），在概括和综合多 门学科的基础上形成的一类学科。它不是以客观世界的某种 物质结构及其运动形式为研究对象，而是从许多物质结构及 其运动形式中抽出某一特定的共同方面作为研究对象，其研 究对象横贯多个领域甚至一切领域。如控制论就是在对自动 控制、电子技术、无线电通讯、神经生理学、数理逻辑、统 计力学等多种科学和技术综合利用的基础上，把动物的目的 性行为赋予机器，将动物和机器的某些机制加以类比，从而 抓住一切通讯和控制系统中所共有的特征，站在一个更高的 理论高度加以概括和综合，制定了一整套使各种通讯和控制 问题都能加以利用的思想和技术，从而形成了控制论这门新 学科。横断科学覆盖面积广，对许多具体学科往往能起到方 法论的作用，并且，在向哲学输送理论、概念和范畴上，也 比其他具体学科方便。
前后车轮的作用：
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。
车闸的作用： 利用摩擦力使得自行车减速或停止。
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 2.车把固定螺钉松了 3.链条断了 4.车轮的辐条断了
刹车不灵 方向把不准
无法行进 受力不均容易引起 车圈变形
一系统的结构；系统的基本知识
1，什么是系统 (system)
❖系统：是由相互联系、
❖
相互作用、
❖
相互依赖,
❖
相互制约
❖
的若干要素或
❖部分组成的具有特定功
太阳系
呼吸系统
自行车的结构分析：
自行车是同学们最常用的交通工具。 提问：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。
P065讨论
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。 链轮和链条的作用： 将动力机的运动和动力传递给执行
横断科学
信息论 系统论 控制论
❖ 横断科学编辑交叉科学（cross science），在概括和综合多 门学科的基础上形成的一类学科。它不是以客观世界的某种 物质结构及其运动形式为研究对象，而是从许多物质结构及 其运动形式中抽出某一特定的共同方面作为研究对象，其研 究对象横贯多个领域甚至一切领域。如控制论就是在对自动 控制、电子技术、无线电通讯、神经生理学、数理逻辑、统 计力学等多种科学和技术综合利用的基础上，把动物的目的 性行为赋予机器，将动物和机器的某些机制加以类比，从而 抓住一切通讯和控制系统中所共有的特征，站在一个更高的 理论高度加以概括和综合，制定了一整套使各种通讯和控制 问题都能加以利用的思想和技术，从而形成了控制论这门新 学科。横断科学覆盖面积广，对许多具体学科往往能起到方 法论的作用，并且，在向哲学输送理论、概念和范畴上，也 比其他具体学科方便。
3.1程序的顺序结构
第三章程序的基本结构3.1程序的顺序结构一、教材分析教材是教科版信息技术（选修）《算法与程序设计》第二章第三节程序的顺序结构，本节为第1课时。
主要内容是顺序结构程序的设计的方法，赋值语句、输入输出语句的格式功能。
从本节起学生尝试编写完整的程序，是学好程序的三种基本结构和算法与程序设计这本教材的关键，因此本节内容的学习效果将影响后续章节的学习效率。
二、学情分析教学中，采用计算长方体的体积和表面积为引例，提高学生的学习兴趣，师生一起分析问题画出流程图，学生根据流程图和提示把程序补充完整，降低学习难度。
对于基本输入语句Inputbox（）、赋值语句、基本输出语句Print先让学生感受功能，通过今后的多次练习他们会掌握其用法，重点学习用顺序结构程序来解决问题的方法。
三、教学目标1、知识与技能理解程序顺序结构的执行流程，掌握赋值语句和输入输出语句，能够编写简单的顺序结构的程序，以解决生活中的一些计算问题。
2、方法与过程本节从简单的问题入手，如求圆的面积，让学生初步掌握赋值语句和输入输出语句的使用方法及其功能。
进而转入较为复杂的问题，如编写程序使从键盘上输入一个三位数，然后反方向输出，并且运用到上一章所学的运算符、表达式等，对知识进行巩固，课程安排形成循序渐进的梯度，充分挖掘学生潜力，让有余力的学生可以有更大空间。
3、情感态度和价值观经历用计算机解决问题的过程，感受用计算机编程的思想；在教师的指导下，与同学共同探究问题，让学生体验自主学习、协助学习的乐趣。
四、重点难点1、重点①赋值语句和输入输出语句的使用；②程序顺序结构的执行流程；③能编写程序解决简单的应用题。
2、难点根据题目写出正确的程序五、教学策略教学方法：讲授法、演示法、任务驱动法学习方法：自主探究、小组合作学习、模仿示例编程教学过程一、设计问题，引入新课问题1：我们学习了哪些基本语句？①赋值语句②输出语句 print ③注释语句④结束语句问题2：我们学习了哪些基本的函数？①与用户交互函数InputBox()、MsgBox() ②数学函数③字符串函数④日期函数⑤转换函数Visual Basic程序设计的过程就是将这些基本的语句及函数通过一定的方式组织在一起的过程。
3.1 系统的结构(2)解析
三个臭皮匠构成了一个整体，整体的 功能大于单独个体的功能之和。 说明在一个系统中局部对整体的制约，部 分的变化会影响整体的变化，甚至还会对 全局产生决定性的影响。 系统是一个整体，是具有总体的特定功能、 目标和作用的有机整体，它要求局部要服从 整体，要有整体观点和整体效益，要有整体
一着不慎、全 盘皆输
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。
（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。
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。
系统到底是什么？如何更深入理解系统？ 下面我们以对“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， 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。
3.1系统的结构
根据你的经验，把自行车从功能的角度分为哪 几个子系统？每个子系统可包括哪些部件？ 传动子系统：脚蹬、链轮、 链条等
制动子系统：车闸
方向控制子系统：车把 滚动子系统：车轮 制动子系统 方向控制子系统 滚动子系统 负重子系统
2、系统的类型
大千世界，系统无所不在，无时不有。 家庭
森林
汽车的传动系统
各系统的要素和整体功能各有不同。
同 学 们 你 听 过 盲 人 摸 象 的 故 事 吗
?
故事里，6位盲人分别摸到了大象 的一部分，分别宣称大象是一堵墙，一 支矛，一条蛇，一棵树，一个扇子和一 根绳子。他们争论不休，却永远无法达 成一致的意见。 几百年以后，这样的故事还在重 演。人们看到了世界的一小部分，就夸 大这部分，宣称他看到的版本是唯一正 确的版本，争论就是这么产生的。
前后轮 车闸
故障 车闸的橡皮松了 车把固定螺钉松了 链条断了 车轮的辐条断了
构成系统的三个条件：
一、至少要有两个或两个以上的要素（部分） 才能组成系统； 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；(有机结合的整体) 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。
• 自然，此人是一只麻雀也不会捕到的。 他的可笑之处在于没有意识到网中的 每个网眼是互相联系而不是孤立存在 的，因此，单个网眼就没有整个网所 有的捕雀功能。 • 在我们的生活中，如果不用整体的、 相互联系的系统的观点解决问题，就 会犯与此人同样的错误。
我们在日常工作和生活中,经常使用“系统 ”这个名词。
（3）目的性
• 任何系统都具有某种目的，都要实现一 定的功能。 • 分析P71 “马上行动”
1为了满足人们的计时功能的需要
2实现企业利润的最大化是一个动态的系统，处在运动变化 和发展之中。 • 运用系统的动态观点，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。
系统工程(3.1)--系统模型与模型化—解释结构模型
Rb={(Si,Sj)|Si 、 Sj∈S,SiRSj,i 、 j=1,2,…,n} 且在一般情况下， (Si,Sj) 和 (Sj,Si) 表示不同的要素对。 这样，“要素 Si 和 Sj 之间是否具有某种二元关系 R” ，也就等价于
“要素对 (Si,Sj) 是否属于 S 上的二元关系集合 Rb” 。
• 系统结构模型化技术是以各种创造性技术为基础的系统 整体结构的决定技术。它们通过探寻系统构成要素、定 义要素间关联的意义、给出要素间以二元关系为基础的 具体关系，并且将其整理成图、矩阵等较为直观、易于 理解和便于处理的形式，逐步建立起复杂系统的结构模 型。
• 常用的系统结构模型化技术有：关联树法、解释结构模 型化技术、系统动力学等，其中解释结构模型 (ISM) 技 术是最基本和最具特色的系统结构模型化技术。
是一种以定性分析为主的模型，可以分析系统的要素选择 得 是 否 合 理 ，还可以分析系 统 要 素 及 其 相 互 关 系 变 化 时 对系统总体的影响等问题。
二、解释结构模型（ ISM)
ISM 是结构化模型技术的一种方法 1. 背景：美国 J. 华费尔特教授于 1973 年在进行复
杂的社会经济系统的研究中开发的一种方法。 2. 其特点是把复杂的系统分解为若干子系统（要
系统结构模型化技术
系统结构的基本表达方式
1 系统结构的集合表达 设系统由 n （ n>=2 ）个要素 (s1,s2,…sn) 组成，其集合
为 S, 则： S={s1,s2,…sn} 系统要素的二元关系
Rij=(Si,Sj) Rij 通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种
素），利用人们的实践经验和知识，以及电子计 算机的帮助，最终将系统构造成一个多级递阶的 结构模型。
“要素对 (Si,Sj) 是否属于 S 上的二元关系集合 Rb” 。
• 系统结构模型化技术是以各种创造性技术为基础的系统 整体结构的决定技术。它们通过探寻系统构成要素、定 义要素间关联的意义、给出要素间以二元关系为基础的 具体关系，并且将其整理成图、矩阵等较为直观、易于 理解和便于处理的形式，逐步建立起复杂系统的结构模 型。
• 常用的系统结构模型化技术有：关联树法、解释结构模 型化技术、系统动力学等，其中解释结构模型 (ISM) 技 术是最基本和最具特色的系统结构模型化技术。
是一种以定性分析为主的模型，可以分析系统的要素选择 得 是 否 合 理 ，还可以分析系 统 要 素 及 其 相 互 关 系 变 化 时 对系统总体的影响等问题。
二、解释结构模型（ ISM)
ISM 是结构化模型技术的一种方法 1. 背景：美国 J. 华费尔特教授于 1973 年在进行复
杂的社会经济系统的研究中开发的一种方法。 2. 其特点是把复杂的系统分解为若干子系统（要
系统结构模型化技术
系统结构的基本表达方式
1 系统结构的集合表达 设系统由 n （ n>=2 ）个要素 (s1,s2,…sn) 组成，其集合
为 S, 则： S={s1,s2,…sn} 系统要素的二元关系
Rij=(Si,Sj) Rij 通常有影响关系、因果关系、包含关系、隶属关系以及各种
素），利用人们的实践经验和知识，以及电子计 算机的帮助，最终将系统构造成一个多级递阶的 结构模型。
系统及系统结构PPT课件
精选ppt
5
S=<E，R>系统形式化表示
E=E1+E2+E3+…… Ei: 人 员 、 设 备 、 资 金 、 信 息、……
R=R1+R2+R3+…… Ri: 系统内部各个子系统之间的关 系；各个子系统与系统总体之间的关 系；各个子系统与环境之间的关系；
系统总体与环境之间的关系；
精选ppt
6
§3.2 系统的构成要素
统能够时，就可以称此为该系统的子
精选ppt
8
全球系统
洲级子系统
洲级子系统
国家级子系统
国家级子系统 国家级子系统
国家级子系统
地
地
区
区
级
级
子
子
系
系
统
统
地
地
地
地
区
区
区
区
级
级
级
级
子
子
子
子
系
系
系
系
统
统
统
统
地地区ຫໍສະໝຸດ 区级级子
子
系
系
统
统
图3-2 区域可持精续选发ppt 展层次系统结构
9
人口子系统
社会子系统
经济子系统
老张、老精李选ppt 与熊
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• 系统与4、环系境统的的交输互入影与响输产出生了输 入和输出的含义。
• 外界环境系统的一个输入，通过 系统的处理和变换，必然会产生 一个输出，再返回到外界环境。
• 如图3-1所示。
精选ppt
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• 一个系统5的、行系为统可的以反通馈过它的输
出来了解，并且利用输出的信息 反馈来调整输入。
3.1 智能运输系统讲义(ITS标准化和体系结构)
（5）物理体系结构
建立系统物理体系结构是回答系统准备怎 样做的问题。物理体系结构将功能、信息和 数据通信体系结构投影到一个物理基础设施 集合上，它通过所选择的通用结构中的独立 组件以及它们之间的接口来描述系统，是为 下一步系统的工程实现绘制框架蓝图。 信息体系结构、功能体系结构和数据通信 体系结构常统称为逻辑体系结构。
系统体系结构开发方法请参考信息系统分析方面的课程；在ITS的具体研 发时必定要查阅相关技术标准。
3.1 ITS体系结构 3.1.1 什么是系统体系结构 一个体系结构是一个有用的和可用的系统的稳定基础。 “系统”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。 “有用的”系统是指预定功能都具备的系统。 “可用的”系统是指在实际中可以按预定目标运行的系统。 系统的“基础”就是系统的基本组成框架。 当一个系统有几十年的期望寿命时，选择的基础必须是 “稳定的”，或者至少是不需要有重大改变的。 智能运输系统通常是复杂的巨系统，其开发是耗资大、 开发周期长、涉及范围广的系统工程项目，若事先没有充 分的系统体系结构研究和开发，很难想象它能是一个各部 分协调统一、有效的有机整体。因此一个集成了多种功能 的ITS一定要在开发之前首先进行总体规划研究，而总体 规划的重要内容之一就是系统体系结构的研究。
ITS国家体系结构开发案例 1.美国国家ITS系统体系结构 美国国家ITS系统体系结构的研究起于 1992年，该项目是ITS America作为美国联 邦运输部的咨询机构向运输部提出的第一 个正式建议。1996年7月完成其第一版，下 面是它的部分主要内容。 用户服务
3.1.5
（2）信息体系结构
建立信息体系结构的目的是识别系统中广 泛运用的数据和信息的内容和性质，常常用 一个公共的数据字典来表达系统信息体系结 构。信息体系结构对于需要在各部分中进行 信息交换的系统显得尤为重要。例如一个道 路交通信息交换网络系统的信息体系结构应 包含道路网络拓朴信息、监控设施安装位置 信息、实时交通条件、道路条件和环境条件 等动态信息和独立的静态信息。
《系统的结构》说课稿
《系统的结构》说课稿一、教材分析教材前后作用及地位《系统与设计》选自普通高中课程标准实验教科书《通用技术-技术与设计2》。
这单元的内容是有关“系统与设计”中的“系统的结构”的学习，主要内容有“什么是系统”“系统的类型”“系统的基本特性”，要求我们的学生能从应用的角度来理解系统的含义通过案例的分析，理解和掌握系统的基本特性，学会用整体的、互相联系的系统的观点解决问题。
根据学生已经学习的内容和认知特点，我们利用两个课时来完成本章的教学，让学生通过对相关系统应用案例的分析，引导学生在应用中理解系统的含义和基本特征，掌握相应的学习方法和动手能力。
重点和难点⑴从应用的角度理解系统的含义。
⑵通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性。
二、教学目标根据学生前面已经学习的内容和课程标准要求，我们可以确立以下教学目标：知识目标：理解系统的含义和基本类型。
理解系统的基本特征。
能力目标：能对简单系统的进行应用案例分析。
态度和情感：学会用整体的、互相联系的系统的观点看待和解决问题。
三、教法：本章的教学结合具体的教学内容采用“生活体验——问题提出――教学内容——案例分析――练习巩固――总结提升”的模式展开。
在教学中把概念含义的学习置于具体的问题情景当中，通过丰富的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。
同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。
通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和分析具体的生活案例，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。
让学生本着“回想——联想——猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。
四、学法：鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。
五、教学过程：生活体验及问题情景。
“系统”一词是一个经常使用的词汇各大搜索引擎对“系统”一词的搜索统计可是我们仔细想想，好多系统我们似乎看不清，摸不透，有些神秘感！那么，什么是系统？它有什么特性？【从学生日常生活中常见的事情入手，引导学生回想自己的生活体验，让学生谈谈自己的生活经历，他们是如何理解的，要注意引导学生更多的思考和回忆，要渗透“利用情景学习”的教学设计思想。
3.1机器人的机械结构
柔顺装配技术
机器人进行精密作业，被装配零件大小不 一致，工件的定位夹具或机器人定位精度不满 足要求，装配困难，需要柔顺装配技术 主动柔顺装配：利用传感器测量反馈，边校正 边装配，价格贵，速度慢 被动柔顺装配：有机械柔顺环节，价格低，结 构简单，速度快，但轴孔间隙不能太小
3.3机器人臂部设计
3、专用的末端操作器与换接器
如：在通用机器人上安装焊枪成为焊接机器人；
在通用机器人上安装拧螺母机成为装配机器人；
不用的手部对手腕的要求不一样，需要换接器
换接器包括插座和插头，分别装在手腕和手部上
4、仿人机器人手
能进行复杂作业，如装配、维修、操作设备等 ♣柔性手：可对不同外形物体抓取，物体受力均匀
3.重量要轻 为提高机器人的运动速度，要尽量减小臂 部运动部分的重量，以减小整个手臂对回转轴 的转动惯量。 4.运动要平稳、定位精度要高 由于臂部运动速度越高，惯性力引起的定 位前的冲击也就越大，运动既不平稳，定位精 度也不高。因此，除了臂部设计上要力求结构 紧凑、重量轻外，同时要采用一定形式的缓冲 措施。
2.回转与俯仰机身 机器人手臂的俯仰运动，一般采用活塞油(气)缸 与连杆机构来实现的。手臂俯仰运动用的活塞缸位于 手臂的下方，其活塞杆和手臂用铰链连接，缸体采用 尾部耳环或中部销轴等方式与立柱连接，图所示。此 外还有采用无杆活塞缸驱动齿条齿轮或四连杆机构实 现手臂的俯仰运动。
机器人机身和臂部的配臵形式（4种）
一、手部的典型结构
1. 夹钳类
2. 吸附类
3. 专用操作器 4. 仿人机器人手部
1、夹钳类
① 夹钳式：常用结构
包括手指、传动机构、驱动装臵、支架
手指：两指、多指； 指端形状：V形、平面、尖指、特形指
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三、系统的基本特性
1、整体性
系统的基本特性—整体性
整体性：
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。
①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。
例如：一堆沙子、钢材、水泥和绳索 散放在一起就没有意义。如造成一座 悬索桥就具有了交通的功能。
不属于构成台灯作为系统的条件 的是（D ） A、台灯有两个以上的要素
B、组成台灯的各要素相互联系 C、台灯具有照明功能 D、台灯具有合理的外形
台灯
灯座 灯泡 灯罩 底座 电线 开关
电脑 、投 影仪、荧 幕、音响 设备、课 桌椅、照 明设备等
手表
表壳、表带、表芯
机头
面板 脚踏 皮带轮
系统有大有小，有简单有复 杂。大的和复杂的系统又可 以划分为若干子系统。 如：人体系统，教育系统， 交通系统等等……
合 金 钢
合金钢材料中，碳含量的高低影响着钢 的强度、硬度和韧性，从而影响钢的耐磨性。 碳含量高，则硬度高、韧性差；碳含量低， 则硬度低、耐磨性差。碳含量（要素）与合 金钢材料的整体性能密切相关。
案例分析：厨具安装
（1）.在厨房装修的开始， 没有进行整体化的规划和 布局。 （2）.没有根据厨房的空 间位置恰当地购置厨具。
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。 当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。
系统的基本特性—动态性
2.2、流程的优化
1.在流程的设计和实施过程中， 要对流程进行不断改进，以期取 得最佳的效果。对流程的改进的 过程，叫做流程的优化。 2.优化的主要目的是为了提高工 作效率、降低成本、降低劳动强 度、节约能耗、减少环境污染、 保证生产安全等。
3、流程优化的内容
工期优化 工艺优化化 ②电线杆会受到物理化学 因素（如风雨雪）的侵蚀
系统的基本特性—环境适应性
5、环境适应性
系统的基本特性—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。
系统的基本特性—目的性
3、目的性
系统的基本特性—目的性
目的性
任何系统都具有某种 目的，都要实现一定的功 能，这也正是区别不同系 统的标志。
马上行动：
1.为了满足人们对计时 功能的需要。
2.实现企业利润的最大 化、成本和能源使用的 最小化等。
思考：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？
3. 静止是相对的，绝对静止 的系统不存在。任何系统都在不 断与外界进行着物质和能量的交 换，只是有的系统的表现不那么 明显而已。例如，一块石头看起 来是静止的，可时间长了，它也 会风化。
如图是校园里的路灯。我们 发现部分路灯灯罩摇摇欲坠、 电线杆锈迹斑斑、而且有的 路灯不亮。分析说明该路灯 的系统动态性。（列举2点）
讨论：
1.我们都有过生病，看病的经历， 生病看病的过程体现了系统的动态性。 医生根据病人的症状确诊病症，对症下 药，进行治疗。当病人的病症一时难以 确定时，医生就要动态地跟踪病人病情 的发展，预测并及时判断病因，进行治 疗。
2.台式计算机的CPU上安装的小风扇， 是给CPU散热用的。当计算机处于开 机状态，主机的温度升高，小风扇 的转速时快时慢，是因为在CPU下方 有一个温度传感器，当温度高时控 制小风扇的转速加快，当温度低时 控制小风扇的转度变慢，从而达到 动态控制CPU温度的目的。
流程优化的条件：
流程的改进和优化需要一定的条件，与材料、 设备、工艺有着密切的关系，需要充分考虑。 • 流程优化的条件（与设备、材料间关系）： • ⑴内部条件：对流程内在机理的深入了解。 （例：对洗涤原理的了解，就会在流程中安排 两次漂洗） ⑵外部条件：流程优化要建立在“设备”、“材 料”、“工艺”水平提高的基础上。（例：只 有在具备锻压设备时，才可能将法兰盘的加工 改为少量切削加工） ⑶人员技术水平的提高。
现象：一着不慎，全盘皆输 原因：说明在一个系统中，局部
对整体的制约，部分的变化会影响整 体变化，甚至还会对全局产生决定性 的影响。
现象：丢卒保车
原因：系统是一个整体，是具有
总体的特定功能、目标和作用的有机 整体，它要求局部服从整体，要有整 体观点和整体效应，要有整体目标。
巴尔扎克的雕塑的思考
罗丹为什么要砍去雕 像的这双手？
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。
绿草中的蝈蝈，北极地 区的白熊，冬天和夏天的 雷鸟，这些动物的体色都 与环境的色彩相似而不易 被其他动物发现，因此叫 保护色。
马上行动：
1、谈谈“春捂秋冻”的道 理
2、系统的类型
可分为：自然系统和人造系统。 自然系统：是自然形成的系统。 人造系统：是由人工制造加工而 成的系统。 可分为：实体系统和抽象系统。 实体系统：是实物形态的。 抽象系统：是非实物形态的。
系统的分类
（1）自然系统和人造系统 （2）实体系统和抽象系统 （3）静态系统和动态系统 （4）开放系统和封闭系统 （5）简单系统和复杂系统
老师要求同学们以A3硬卡纸为主要原料制作 规格为297mm×50mm×20mm的纸质梁。 小明设计的纸质梁方案将材料分两部分，内 部采用“M”型结构加强，外部为长方体。小 明设计出制作流程如下，其中比较合理的制 作流程是 B
A 划线裁纸 . → 内部与外套 粘接 → 折外套 → 折内部M型 → 外部封装
5、下列有关工期的优化的说法，不正确的是( B ) A.工期优化可以把串行时序改为并行工序 B.把工期缩短就是工期优化 C.串行时序改为并行时序会增加人力 D.串行时序改为并行时序会增加物力
6、我国古代中医经过长期的实践，总结出了一套 比较科学的诊断工作流程：望诊－>闻诊－>问 诊－>切诊－>处方；但是现在，中医的诊断也 借助西医的物理检验手段来加强中医的诊断准确 度，这样的流程优化属于（ B ） A．工期优化 B．技术优化 C．成本优化 D．质量优化
1、什么是系统
小结
由相互联系、相互作用、相互依赖、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、系统的类型
系统的分类是根据研究对象的不同和研究的需 要来划分。 (1)整体性
(2)相关性 3、系统的基本特性 (3)目的性 (4)动态性 (5)环境适应性
例1:家里厨房的燃气系统由煤 气灶、钢瓶、减压阀三个部分 组成。任何一部分出问题都会 影响正常燃气，这表明系统具 有（ B ） A、连续性 C、环境适应性 B、整体性 D、动态性
。 。 。 。
请问下图中的自行车好使吗？
1、系统的含义：
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。
构成系统的三要素 ：
1. 至少要有两个或两个以上的要 素（或部分） ； 2. 各要素之间相互联系相互作用， 按照一定的方式形成一个整体； 3. 整体的功能是局部所没有的。
比喻看 问题总 是以点 代面、 以偏概 全.
生活和生产中常见的事物 都是由若干部分组成的， 这些事物的部分与部分之 间相互联系，并且服务于 一个整体目标。
1、什么是系统
讨论： 控制自行车的方向 车把的作用是： 。 脚蹬的作用是： 将人脚踩的力传递链轮链条上。 将动力传递到后轮,驱动自行车行走 链轮和链条的作用是： 。 前后车轮的作用是： 车轮的滚动带动自行车整体行进 。 车闸的作用是： 控制自行车的速度 。 分析出现下列情况时，可能会导致的后果： 刹车不灵 1、车闸的橡皮松了： 2、车把固定螺钉松了： 方向把握不准 自行车无法前进 3、链条断了： 4、车轮的辐条断了： 车圈受力不匀而变形
案例分析 巴尔扎克的塑像
目的：使人们注意 雕像的整体，而不 会再去注意这双手。
启示：做任何事情，都 要重视整体效应，必要 的时候，要舍得抛弃部 分而保存整体。
系统的基本特性—相关性
2、相关性
系统的基本特性—相关性
相关性： 指组成系统的各要 素之间或系统整体与部 分之间的相互作用、相 互联系。
建筑物通过结构来承受重力， 古代建筑多采用“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， 梁的跨度与梁的厚度之间的关系 就反映了这一系统内部要素与要 素之间的相关性。
如何进行流程优化？
• 对流程的优化，可以是整体的全面优化， 也可以是对某一个指标进行优化。 • 优化一个指标，而使另外指标下降。 如:技术优化，可能使成本提高。成本优化 了，也可能使质量下降。 因此，在进行流程优化时，要综合平衡，以 取得整体优化的成效。
练习：
1、下列不属于流程优化内容的是( D ) A．成本优化 B．技术优化 C．工艺优化 D．服务优化 2、邮递员投递线路的优化属于( A ) A.成本优化 B.技术优化 C.质量优化 D.工艺 优化 3、公交公司为了提高经济效益，对公交车 运行线路经行优化，重点优化指标是（A） A.成本优化 B.技术优化 C.质量优化 D.工艺优化
B 划线裁纸 .
C 划线裁纸 . D 划线裁纸 .
→
折外套
→
折内部M型 →
内部与外套 粘接
→
外部封装
→