第八章-系统设计--课件

Chapter8 系统设计v一、基本概念一、基本概念v二、系统设计的基本原则二、系统设计的基本原则v三、系统设计程序三、系统设计程序v四、给定设计方针和方法四、给定设计方针和方法v五、综合与分析五、综合与分析内容提要：内容提要：21.1.系系统统设设计计:是是在在系系统统分分析析的的基基础础上上，用用系系统统思思想想综综合合应应用用各各学学科科知知识识、技技术术和和经经验验，通通过过总总体体研研究究和和详详细细设设计计等等设设计计环环节节，将将系系统统落落实实到到具具体体的的工工程程或项目上，以创造出满足设计目标的人造系统。或项目上，以创造出满足设计目标的人造系统。系系统统分分析析（方方法法）：是是在在对对系系统统问问题题现现状状及及目目标标充充分分挖挖掘掘的的基基础础上上，运运用用建建模模及及预预测测、优优化化、仿仿真真、评评价价等等方方法法，对对系系统统的的有有关关方方面面进进行行定定性性与与定定量量相相结结合合的的分分析析，为为决决策策者者选选择择满满意意的的系系统统方方案案提提供供决决策依据的分析研究过程。策依据的分析研究过程。一、一、基本概念基本概念32.SA2.SA为为SDSD提供的成果提供的成果新建或改建系统的必要性、可能性和可行性；系统的目标和系统的约束（系统的目标分析和系统的环境分析）系统的总目标，系统的分目标；环境约束集；新建或改建系统的框架结构和评价基础系统评价系统评价几种有价值的可供进一步加工的系统方案等4w3.系统设计的任务w充分利用和发挥系统分析提供的成果，并将这些成果具体化和结构化。5为使系统设计得以顺利进行，需要遵守某些设计原则，它将使设计工作获得更大的成果。追求整体最优原则追求整体最优原则主导事件原则主导事件原则信息分类要适应决策需要信息分类要适应决策需要综合应用多种学科知识和技术综合应用多种学科知识和技术v二、二、系统设计的基本原则系统设计的基本原则61.追求整体最优原则追求整体最优原则 1）系统内部的最优状态和最优输出系统内部的最优状态和最优输出v系统的内部最优状态如系统环节的平衡、传输的均系统的内部最优状态如系统环节的平衡、传输的均衡、最低的耗费、最高的效率等；最优输出指系统衡、最低的耗费、最高的效率等；最优输出指系统要有最大成果，如最大生产量和指标等。要有最大成果，如最大生产量和指标等。v整体最优原则就是使投入和产出、效果和费用、内整体最优原则就是使投入和产出、效果和费用、内耗和状态初始值比较。耗和状态初始值比较。7w系统局部的过分改进，可能导致整体的劣化。如生产系统设计中强调局部环节的自动化，如得不到整体的配合，将导致局部能力的畸形发展，带来中间环节在制品的积压。2)2)整体与环节或局部的优化以整体为重整体与环节或局部的优化以整体为重8w从概率论和数理统计角度考虑，主导事件，即大概率事件。在确定系统设计的基本目标时，可不考虑或少考虑小概率事件的影响。2.主导事件原则主导事件原则 9w案例分析案例分析1:1:w某科研机构整理资料文件，经调查分析，把资料按使用率进行分类。得出A类：数量占文件总数的10，使用率为75；B类数量占25，使用率为20；C类与科研关系不大，有的是一次性材料，数量为35，使用率为5；D类数量占30，使用率很低，属于无参考价值的废用资料。把整理资料的重点放在A、B类。10w系统设计涉及的资料和信息广泛，信息要按各种设计需要分类，把一般资料和决策资料分开。把与决策有关的信息送交各级决策层，使决策人员能集中精力于重大问题，提高决策速度和质量，有利于系统设计的进展。3.信息分类要适应决策需要信息分类要适应决策需要 11w系统设计涉及许多学科知识领域和工程技术范围。w事例事例1 1w汽车设计中，应该应用空气动力学、机械动力学、控制工程、可靠性技术、经济学、人类工程学等；w事例事例2 2w智能运输系统（ITS）涉及通信、信息、计算机技术、人工智能、管理科学、行为科学、控制科学、交通运输和系统科学等。4.综合应用多种学科知识和技术综合应用多种学科知识和技术 121.1.系统设计与一般传统设计的区别系统设计与一般传统设计的区别w系统设计较一般传统设计多了一个系统工程过程，即“目标功能结构效果”的多次分析和综合，以产生最优方案的过程。w方案之后的具体设计则与一般传统设计无原则区别。w系统设计主要用于大型产品（飞机、导弹）和重大工程项目（钢铁、化工、石油、机械企业，三峡等水利工程，公路、铁路基础设施建设等）v三、三、系统设计程序系统设计程序13w给定系统设计方针和设计方法；给定系统设计方针和设计方法；w分析和综合的探讨；分析和综合的探讨；w设计数据的收集与加工；设计数据的收集与加工；w分系统设计与评价；分系统设计与评价；w总系统设计与评价；总系统设计与评价；w实现方法的设计与评价；实现方法的设计与评价；w系统综合评价系统综合评价w重点讨论：1）、2）和7），7）在系统评价中学习。2.2.系统设计程序内容系统设计程序内容14系统设计的主要任务是产生解决问题的最优方案，所以设计方针和方法主要是围绕方案的产生而提出的。1.系系统统设设计计要要搞搞多多个个方方案案，不不能能满满足足一一个个方方案案，最好得到解决问题的全部可行方案以便掌握全貌。最好得到解决问题的全部可行方案以便掌握全貌。要求的依据：要求的依据：一是一般不存在最优方案的绝对衡量标准，最优方案是在各种方案的比较中获得的；二是方案在不断具体化过程中，可能会出现意想不到的情况，使得原来的估价发生变化。v四、四、系统方针和方法的给定系统方针和方法的给定152.2.方方案案产产生生过过程程中中应应用用创创造造性性技技术术，产产生生好好方方案案的的重要条件重要条件 解解解解放放放放思思思思想想想想、勇勇勇勇于于于于创创创创新新新新是是是是系系系系统统统统设设设设计计计计中中中中的的的的一一一一个个个个重重重重要要要要指指指指导思想导思想导思想导思想。3.3.关于方案数的问题，关于方案数的问题，要搞多个方案，当方案较多，方案设计所需试验研究费用也将显著增加，所以方案不宜过多，一般37个。如美国运用系统工程研制原子弹的“曼哈顿计划”提出的原子材料的生产方案为6个；阿波罗登月的技术方案为3个。16w多方案模型分析和优选多方案模型分析和优选在系统方案综合中应在系统方案综合中应注意的几个问题：注意的几个问题：w要搞多个方案，但不宜过多；要搞多个方案，但不宜过多；w方案要有可替代性、能实现性和可识别性；方案要有可替代性、能实现性和可识别性；w方案在生产过程中要注意采用各种创造性技术。方案在生产过程中要注意采用各种创造性技术。综上：综上：17v五、综合与分析五、综合与分析w综综合合与与分分析析是是合合理理解解决决“目目标标功功能能结结构构效果效果”的协调技术，是存求方案的统一。的协调技术，是存求方案的统一。w综综合合：可可理理解解为为各各种种解解决决问问题题要要素素的的拼拼合合的的模模型型化过程，是一个创造性过程；化过程，是一个创造性过程；w分分析析：是是综综合合的的反反行行为为，是是提提高高综综合合水水平平的的必必要要手段。手段。w综综合合与与分分析析是是相相互互作作用用的的两两个个方方面面，是是方方案案产产生生的两个重要环节。的两个重要环节。18 综合注意的问题综合注意的问题 w把握整体目标；把握整体目标；w去掉思想框框；去掉思想框框；w变换分析处理问题的手法；变换分析处理问题的手法；w搞清楚方案的来龙去脉搞清楚方案的来龙去脉分析。分析。19w方案的整体性方案的整体性w过程分析过程分析w环境分析环境分析w安全性和可靠性安全性和可靠性w假设和前提假设和前提w结果结果分析的内容分析的内容20v方案的整体性方案的整体性w首先确定方案能否实现基本目标，以及达到期望目标的程度；w其次是方案的完整性，即分析方案完成的程度和有无保证；w第三，方案的可比性。举例举例213.3.淮安市公路客运枢纽选址淮安市公路客运枢纽选址3.1 3.1 布局模式分析布局模式分析 根据根据淮安市城市总体规淮安市城市总体规划划，至，至2020年，淮安市中年，淮安市中心城市人口将达心城市人口将达120万左右，万左右，中心城区城市结构为两组团中心城区城市结构为两组团结构，为主城区组团和楚州结构，为主城区组团和楚州城区组团。根据上述各种站城区组团。根据上述各种站场布局模式的特点及其适用场布局模式的特点及其适用条件，推荐淮安市选用条件，推荐淮安市选用“两两(多多)主多辅主多辅”的布局模式。的布局模式。223.2 3.2 布局选址过程布局选址过程（1 1 1 1）影响因素分析）影响因素分析）影响因素分析）影响因素分析1)1)1)1)社会经济的发展对公路客运枢纽站场布局的影响社会经济的发展对公路客运枢纽站场布局的影响社会经济的发展对公路客运枢纽站场布局的影响社会经济的发展对公路客运枢纽站场布局的影响2)2)2)2)城市发展方向和功能分区对公路客运枢纽站场城市发展方向和功能分区对公路客运枢纽站场城市发展方向和功能分区对公路客运枢纽站场城市发展方向和功能分区对公路客运枢纽站场 布局的影响布局的影响布局的影响布局的影响3)3)3)3)其他运输方式对公路枢纽站场布局的要求其他运输方式对公路枢纽站场布局的要求其他运输方式对公路枢纽站场布局的要求其他运输方式对公路枢纽站场布局的要求4)4)4)4)城市内外路网发展对公路客运枢纽站场布城市内外路网发展对公路客运枢纽站场布城市内外路网发展对公路客运枢纽站场布城市内外路网发展对公路客运枢纽站场布 局的影响局的影响局的影响局的影响23（2 2 2 2）布局方案）布局方案）布局方案）布局方案 上述通过公路客运枢纽布局影响因素的综合分上述通过公路客运枢纽布局影响因素的综合分上述通过公路客运枢纽布局影响因素的综合分上述通过公路客运枢纽布局影响因素的综合分析，对枢纽拟选范围进行了限定。在此基础上，析，对枢纽拟选范围进行了限定。在此基础上，析，对枢纽拟选范围进行了限定。在此基础上，析，对枢纽拟选范围进行了限定。在此基础上，运用时间最小化理论思想并结合淮安市的实际发运用时间最小化理论思想并结合淮安市的实际发运用时间最小化理论思想并结合淮安市的实际发运用时间最小化理论思想并结合淮安市的实际发展水平还需要重点把握经济可行性的影响。由于展水平还需要重点把握经济可行性的影响。由于展水平还需要重点把握经济可行性的影响。由于展水平还需要重点把握经济可行性的影响。由于本文提出的时间最小优化模型的算法还有待进一本文提出的时间最小优化模型的算法还有待进一本文提出的时间最小优化模型的算法还有待进一本文提出的时间最小优化模型的算法还有待进一步研究，因此，对淮安市的公路客运枢纽站场具步研究，因此，对淮安市的公路客运枢纽站场具步研究，因此，对淮安市的公路客运枢纽站场具步研究，因此，对淮安市的公路客运枢纽站场具体位置选定时，仅贯穿体位置选定时，仅贯穿体位置选定时，仅贯穿体位置选定时，仅贯穿时间最小优化思想时间最小优化思想时间最小优化思想时间最小优化思想作为指作为指作为指作为指导来进行。同时，考虑对现有资源的有效利用，导来进行。同时，考虑对现有资源的有效利用，导来进行。同时，考虑对现有资源的有效利用，导来进行。同时，考虑对现有资源的有效利用，提出三种可供选择的布局方案。提出三种可供选择的布局方案。提出三种可供选择的布局方案。提出三种可供选择的布局方案。2425264.4.4.4.布局方案评价比选布局方案评价比选布局方案评价比选布局方案评价比选 应用层次分析法原理，采用单纯矩阵法对应用层次分析法原理，采用单纯矩阵法对应用层次分析法原理，采用单纯矩阵法对应用层次分析法原理，采用单纯矩阵法对淮安市公路客运枢纽供选方案进行评价比选。淮安市公路客运枢纽供选方案进行评价比选。淮安市公路客运枢纽供选方案进行评价比选。淮安市公路客运枢纽供选方案进行评价比选。根据公路客运枢纽总体布局的要求，规划方案根据公路客运枢纽总体布局的要求，规划方案根据公路客运枢纽总体布局的要求，规划方案根据公路客运枢纽总体布局的要求，规划方案从六个方面来考虑其满足的程度，即需求性、从六个方面来考虑其满足的程度，即需求性、从六个方面来考虑其满足的程度，即需求性、从六个方面来考虑其满足的程度，即需求性、协调性、经济性、方便性、社会性与运作性。协调性、经济性、方便性、社会性与运作性。协调性、经济性、方便性、社会性与运作性。协调性、经济性、方便性、社会性与运作性。27 规划方案一从城市发展的格局着眼，以淮安市客规划方案一从城市发展的格局着眼，以淮安市客规划方案一从城市发展的格局着眼，以淮安市客规划方案一从城市发展的格局着眼，以淮安市客流生成和分布规律为基础，充分考虑产业布局与城市流生成和分布规律为基础，充分考虑产业布局与城市流生成和分布规律为基础，充分考虑产业布局与城市流生成和分布规律为基础，充分考虑产业布局与城市体系发展格局，因而总体布局与城市规划相协调。客体系发展格局，因而总体布局与城市规划相协调。客体系发展格局，因而总体布局与城市规划相协调。客体系发展格局，因而总体布局与城市规划相协调。客运站场分布在规划中主要居民区发展方向上，并分布运站场分布在规划中主要居民区发展方向上，并分布运站场分布在规划中主要居民区发展方向上，并分布运站场分布在规划中主要居民区发展方向上，并分布于城市的主干道附近，其服务范围大，发展余地大。于城市的主干道附近，其服务范围大，发展余地大。于城市的主干道附近，其服务范围大，发展余地大。于城市的主干道附近，其服务范围大，发展余地大。站场布局既考虑了市区中心的旅客出行，又充分考虑站场布局既考虑了市区中心的旅客出行，又充分考虑站场布局既考虑了市区中心的旅客出行，又充分考虑站场布局既考虑了市区中心的旅客出行，又充分考虑了与其它运输方式的有机衔接，在淮安市火车站附近了与其它运输方式的有机衔接，在淮安市火车站附近了与其它运输方式的有机衔接，在淮安市火车站附近了与其它运输方式的有机衔接，在淮安市火车站附近新建一客运东站，满足了旅客铁路换乘的需要。推荐新建一客运东站，满足了旅客铁路换乘的需要。推荐新建一客运东站，满足了旅客铁路换乘的需要。推荐新建一客运东站，满足了旅客铁路换乘的需要。推荐方案一作为最终规划方案。方案一作为最终规划方案。方案一作为最终规划方案。方案一作为最终规划方案。2829v环境分析环境分析主要是分析方案的环境性能和适应主要是分析方案的环境性能和适应能力能力w注意：注意：w1 1）系统与环境的接口（输入、输出、来源、数）系统与环境的接口（输入、输出、来源、数量、用途等）；量、用途等）；w2 2）从包括系统的更大系统或上级系统的角度来）从包括系统的更大系统或上级系统的角度来考察该系统的作用，看有无适应能力。考察该系统的作用，看有无适应能力。v过程分析过程分析重点是过程的完整性重点是过程的完整性30w失效概率；w可能的非正常运转方式；w失效和非正常运转的后果；w后果的间接影响；w以上情况发生时，如何应对？v安全性和可靠性安全性和可靠性 考察内容考察内容31w重点分析系统正常运行的假设和前提条件是否有 根据和保障v假设和前提假设和前提v结果结果w理想的w失望的32