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高中通用技术专题七 系统与设计(第二轮复习)全国通用


专题七
知识框架
系统的含义 系 统 与 设 计 系统的分析 系统的设计 系统的优化

系统与设计

系统的含义 系统的基本特性 系统分析的基本方法 系统分析的一般步骤 系统分析的主要原则 简单系统方案设计 系统优化的意义 影响系统优化的因素

复习要点
1.理解要素、部分、结构、功能之间的

区别与联系,了解构成系统具备的三个条件。 2.了解系统由哪些要素构成,有没有子系统,其内在的关系如何,系统的功能是什么:在系统功能 中,哪些要素或子系统在起主要的作用。 3.通过简单的系统案例分析,理解系统的基本特性。理解系统的整体性在系统基本特性巾的地位, 区别系统的动态性与环境适应性的区别。 4.初步掌握系统分析的基本方法,了解系统分析的一般步骤,了解系统分析的主要原则。 5.通过简单的系统设计分析,了解系统设计是在系统分析的基础上.设计出满足预定目标的系统的 过程、了解系统设计应考虑的主要问题。了解系统设计的一般步骤。 6.了解简单系统的方案设计所包含的几个环节。 7.掌握系统优化的概念,了解系统优化的意义。 8.了解影响系统优化的因素。

重点提示
1.系统的观点一般包含下列几个方面: (1)系统是一个整体,不是各个要素的简单相加。 (2)系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。 (3)任何一个要素发生变化或出现故障,都会影响整体功能的发挥。 (4)系统的整体功能大于组成系统的各部分功能之和,即通常所说的:1+1>2。 (5)不能离开整体去分析系统的任何一个组成部分。 (6)系统的各要素之间或系统与部分之间的相互作用、相互联系。 (7)任何系统都具有特定的功能。 (8)任何系统都是一个动态的系统,处在运动变化和发展之中。 (9)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。 2.动态性与环境适应性的比较 动态性是系统本身的运动特性,强调自身运动变化,系统本身是引起系统变化的主要原因,动态性是 系统中体现运动变化的永恒的规律;环境适应性强调的是外部环境对系统的影响,是外在因素促使内部变 化,或者说由于外部的物质能量发生变化,系统被动地适应着周围环境的变化。从这两个方面可以看出, 系统本身是运动的,同时也可以随环境的变化而运动。动态性与环境适应性实际上是系统运动变化的两种 不同的方式。 3.系统分析的整体性与系统特性中的整体性 系统的整体性是指系统总是以一个整体的形式存在,而且总是发挥着整体的功能。尽管它是由各要素
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部分组成,但最后所表现的总是整体的特征。因此说整体性是系统本身的一个属性,是系统各要素构成的 整体的意义指向,更多的侧重于系统产生的效果。 系统分析是对系统进行科学决策时的一种方法,整 体性原则就是要求我们用整体而不是孤立的观点看问题。 4.系统优化的方法与方案 在系统优化中,目标函数:给定一个“函数”F(x),以及自变量 x 应满足的一定条件,求 x 取怎样的值 时,F(x)取得最大值或最小值。通常,称 F(x)为目标函数,x 应满足的条件为约束条件。从系统优化层面 上来说,即是实现目标与限制条件之间的函数关系式。在多数技术设计中,需要对这个目标函数进行周密 的运算,找出最合理的方法和方案。 约束条件:对目标函数产生影响而非人为调节的限制条件。

例题解析
【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 (分析)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 2】机器零件的胡乱堆积构不成机器系统,只有当它们按照一定的装配关系组合起来时,才能构 成机器系统。这表明了系统的( ) A.整体性 B.动态性 C.结构性 D.相关性 (分析)本题考查“系统的基本特性”。系统是一个整体,它不是各个要素的简单相加,而是按照一定 的关系组合成的一个整体.系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。而相关性是强调各要素之间 及系统和要素之间的相互作用、相互联系。 答案:A 【例 3】小张发现自己骑车特别费力。于是,他对自行车系统的各组成部分进行分析与研究,从车圈 到轮胎,从链轮到脚蹬,最后排除了故障。下列选项与上面的案例无关的是( ) A.小张考虑到系统的整体性 B.小张对系统进行了整体性分析 C.小张对自行车系统进行了优化 D.小张进行了系统设计 (分析)本题考查系统的特性、系统分析的主要原则及系统的优化等内容。系统的整体性表示系统的 最基本特性,它不是各个要素之和,系统的整体性是各要素所没有的。由于系统存在着整体性,于是就出 现了系统的整体分析方法。对系统的优化是指在给定的条件下,根据系统的优化的目标,采取一定的手段 和方法,使系统的目标值达到最大化。本案例应该说与系统设计无关。 答案:D 【例 4】 赵伟在家里看见母亲在阳台上晒衣服很不方便,就决 定用自己学过的知识设计一个升降式晾衣架。他查阅资料,又对商店 里的成品进行分析研究,最后采用图所示的设计图。请你用系统分析 的方法来分析此晾衣架,指出不足之处,提出优化的方法. [提示]图示的升降式晾衣架是一个系统, 主要由三个部分组成: 动 力部分(摇手)、传动部分(绳索与滑轮)、目标部分(两根晒衣杆)。这三 摇手 个部分组成一个晾衣架是有欠缺的,至少还缺少另外一个部分:制动 部分。如果没有制动部分,那么,晾衣架就根本无法悬在空中。另外, 当摇手一摇时,两根晒衣杆同时升降,这在操作上存在严重缺陷的。 因此,还必须考虑两根晒衣杆分开控制。要在整体上实现功能的优化, 在设计的时候必须充分考虑其科学性与实用性,可以进行以下几个方 面的优化处理: (1)制动部分应该与摇手连在一起. 采用一种既操作方便、 灵活, 又容易实现控制的结构。而摇手应该是折叠式的,而且是内置式的结 构。(如图所示) (2)采用两杆分别控制,所以用两个摇手来分别控制。
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(分析)本题主要考查学生是否能用系统分析的方法来进行具体的分析,让学生了解系统分析法是怎样 进行分析,同时,还必须有理论联系实际的能力,实现具体的优化。系统分析的方法,其实就是用整体的 联系的观点分析系统,发挥系统功能,实现系统目标的分析方法。如果要分析某个系统,就必须了解该系 统的整个工作过程,了解实现其功能过程中可能会产生什么情况。

自主练习
一、基本题 1.台灯是一个系统.它由灯泡、支撑架、灯罩、开关、底座等五个部分组成。其中灯泡不能被称为系统 的( ) A.环节 B.子系统 C.部分 D.要素 2.尽管杭州的道路建设年年有大的投入,但是,随着私家车的不断增加,杭州的道路反而变得越来越拥 挤了。市政府对整个交通系统进行分析后,决定建设地铁.下列说法正确的是 ( ) A.有了地铁就能对交通系统实现优化 B.因为地铁速度快。才实现对交通系统的优化 C.因为地铁在地下运行,才实现对交通系统的优化 D.必须与其他交通工具及基础设施配套,才能实现优化 3.每个系统都由两个或两个以上的要素构成,而每个要素之问都有相关性。下列对系统相关性的理解.正 确的是( ) A.各要素在系统的地位平等 B.各要素在系统的作系统的作用相同 C.各要素对系统整体功能的影响相似 D.各要素对系统的作用不同,但相互影响 4.阿基米德式螺旋抽水机是古希腊科学家阿基米德在公元前 3 世纪为了将水从大船的船舱中排出而发明 的。这个系统属于( ) A.自然系统和人造系统 B.实体系统和抽象系统 C.自然系统和社会系统 D.人造系统和实体系统 5.系统论的创立者是( ) A.美国科学家维纳 B.美国数学家申农 C.美籍生物学家贝塔朗菲 D.美籍数学家冯-诺依曼 6.下列成语其含义与整体性无关的是( ) A.盲人摸象 B.只见树木,不见森林 C.头痛医脚,脚痛医头 D.见风使舵 7.认为“系统要素好,整体性能一定好,以局部说明整体”的机械论观点违反了系统的( ) A.整体性原则 B.目的性原则 C.相关性原则 D.功能性原则 8.水分子也可以看成一个系统,而水分子的性质与 H、O 的性质不同。这说明( ) A.系统要素之间相互影响 B.要素的性质影响系统整体 C.整体的性质不是要素所具备的 D.要素的性质可以分析出整体的性质 9.系统是由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素组成的具有特定功能的有机整体,它 与系统外环境的关系是( ) A.环境适应系统的变化 B.环境决定系统的变化 C.系统决定环境的变化 D.系统适应环境的变化 10.计算机鼠标是一个完整的系统。下列叙述中,不作为鼠标构成系统的条件的是( ) A.内部由电路及光电感应传感器等要素构成 B.有具体鼠标的功能 C.鼠标内部的要素都是相互关联的 D.鼠标的外形设计符合人机关系 11.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 12.一般来说,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
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C.明确问题,设立目标 D.检验核实.作出决策 13.某包装公司为某一个产品设计纸箱,在决定纸箱的大小、厚度、材质时.需研究各个方面的因素:产 品的自重与外形特征,产品的湿度及抗压性要求,产品的存放、搬运要求.集装箱空间的适配,产品的制 造特点,成本及国家的一些技术规范,等等。如果我们把设计纸箱作为一个系统工程,那么这个研究过程 称为( ) A.系统的认识 B.系统的优化 C.系统的分析 D.系统的设计 14.下列针对汽车发动机起动系统的说法,错误的是( ) A.起动系统具有系统的所有特性 B.整体性是起动系统的重要特性 C.组成起动系统的各部分是相关的 D.起动系统的环境适应性就是动态性 15.分析题 笛卡儿方法论的主要观点是把复杂的问题分割成若干个简单的问题进行分析处理。他的理论 对西方近代科学的飞速发展起到了巨大的促进作用。但直到阿波罗号登月工程的实施,科学家才发现,有 的复杂问题无法分解,必须以复杂的方法来对待,因此导致系统工程的创生。请你用系统的观点分析,笛 卡儿的方法论主要违背了系统理论中的什么原则。

二、拓展题 16.时钟由于运行时间久,内部齿轮磨损,动力不足,就会产生报时的偏差。这说明系统是( ) A.动态的 B.综合的 C.适应环境 D.稳定的 17.时钟结构中的任何一个齿轮的损坏都会影响时钟的正常功能,这说明( ) A.要素决定系统 B.要素发生变化.影响整体功能 C.系统是各要素之和 D.整体功能大于各要素功能之和 18.某公司为了节约能源,计划设计一个在冬天能够供热而在夏天能降温的地热泵技术系统,如图。该系 统主要由地热泵、地下管道、冷热输出器及控制器组成。该公司在设计中不需要首先考虑的是( ) A.查阅国外地热泵技术系统的相关资料 B.实现热泵技术的可行性 C.系统的科学性 D.系统装置进行技术试验 19. 新研制的汽车下线后, 必须用检测系统进行完整的检测。 该检测系统是指( ) A.管理部 B.技术部门 C.检测设备 D.检测流程 20.“二战”期间,美军的运输船要通过日军控制的海域,有被日本空军击沉的危险。 如果在运输船上时装高射炮,可以使日军的飞机不敢低空飞行,从而有效降低被击沉的可能性,但由于加 装高炮后会使每艘船的运输量减少,客观上运输船通过该海域的频次不得不增多,这义将增加被击沉的可 能性。这个事例可以说明,系统优化的实现需要( ) A.减少约束条件 B.降低目标函数 C.降低影响因素 D.综合各种因素 2l.评价题 某中学生对自己家里的分离式水龙头(注:此水龙头主要用在公 共场所,水龙头的旋扭部分与阀门部分可以随意分开,如图)进行仔细的观 察、分析、研究后.结合挂锁与钥匙的结构特点(锁开时不能取出钥匙,锁 合时才能取出钥匙),发明了“锁式活动水龙头”。这种水龙头突出的优点是: 当拔出旋钮时水龙头必然关闭水阀,如果正常使用时,则旋钮无法与龙头 分离。这种设计有效地解决了因为停水时不知道阀门是否关闭(旋扭已经被 取下)而造成大量水的浪费。 请结合系统的“整体性、相关性和目的性’’三个特性对该“锁式活动水龙头”系统进行评价。

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22.分析题 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。 【资料】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。

23.巴蜀中学李双江、陈力维两位同学在第 22 届重庆市青少年科技创新大赛中展出了“交通信号夜间工作 系统”,如图。发明者认为,深夜里信号灯的“黄闪”,车辆和行人都可以通过.对双方都不安全。而他们设 计的系统,就是在红绿灯前一定距离的路面上安装地感线圈的同时,在斑马线两边装上红外线探头。红外 线探头的作用就是感应是否有人在等待通过红绿灯。当地感线圈感应到有车辆过来时,如果红外线探头也 感应到有人在等待通过红绿灯.它便会通过电路等设施,将信号传输到红绿灯,此时便会亮起红灯,并响 起“请快速通过”的语音提示。而红灯亮的时间会根据斑马线的长短来设定。如果没有人等待通过, 车 辆就会在红绿灯下“畅通无阻”。请简要对该系统进行分析,指出该系统在具体控制过程中的不足.从而提 出新方案对该系统进行优化设计。

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专题七 1A 2D 3D 4D 5C 6D 7A 8C 9D

系统与设计 l0 D l1D 12 C 13 C 14 D

l5.笛卡尔的方法论主要观点是把复杂的问题分割成若干简单的问题进行分析处理,他这种理论主要违背系统论中的:(1)整 体性原则: 系统分析首先着眼于系统整体要先分析整体, 再分析部分。 把组成系统的各要素分析, 也就无视系统的最大性质: 整体性的存在、 (2)相关性原则:系统的各要素是相互联系,相互影响.相互制约的,如果抛开系统的相关性,那么也就 (3)科学性原则:把-一个整 无法得到系统的统一性.笛卡儿把复杂问题分割成若干简单问题,就无视这种相关性的存在。 各要素所没有的。

体分成若干个简单部分,这种貌似简单实质是机械的方法完全没有科学性。系统论认为,要素之和大于整体;系统的功能是 16. A 17. B 18. D 19.C 20. D

21.锁式活动水龙头是一个系统。对一个系统的评价。必然需要从系统实现的功能情况,系统本身的运行情况来分析。根据 题意,该中学生对原来的分离式水龙头进行了优化设计,使功能更适合实际的需要。应该说,该系统已经解决了“因为停水 时不知道阀门是否关闭(旋扭已经被取下)而造成大量水浪费”的系统优化目标,而且操作简单,切实可行,想法新颖,制作 方便,易把设计转变为产品。 22.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。 23.系统分析:该系统属于一个控制系统,系统的目标是:当地感线圈感应到有车辆过来,同时红外线探头也感应到有人在 等待通过信号灯时,它便会通过电路等设施,将信号传输到信号灯,此时便会亮起红灯,并响起“请快速通过”的语音提示。 这样就实现了行人能安全通过人行道。如果地感线圈感应到车辆而红外线没有感应到人通过时,则信号灯保持为绿灯,保证 车辆顺利通过。该系统由四个部分组成:信号感觉器、信号分析器、信号传输器及信号执行器。该系统的控制的不足:红灯 亮的时间根据斑马线的长短来设定。 系统的优化:红外线探头在设计的时候,当探测到有人进来的时候,必须在另一端或 同一端检测到人已经不在斑马线上,才允许信号灯亮绿灯,让车辆通过。

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