3、功能模拟方法
功能模拟方法
功能模拟方法一、功能模拟方法即在未弄清我不必弄清原型内部结构的条件下，仅以功能相似为基础，用模型来再现原型的功能的一种模拟方法。
功能模拟就是在这些不同质的系统相似为基础的一种崭新的模拟方法。
（维纳在创立控制论时，从功能角度出发，将机器生物和人等不同质的物质系统进行类比，揭示其机器和生命机体之间行为有某些相似之外，例如自动火炮的跟踪系统，其过程与一个猎手在狩猎时行的相似，它们都具有搜索、跟踪目标等相似内能，都按预定脑动作，最终效果都以一定的操作或行为来达到打击目标物）。
功能模拟具有如下特点：1、它只以功能和行为相似为基础，它所模拟的是一切是存控制和通讯功能系统中的合乎目的性的行为。
2、在传统模拟中，模型只是一种认识原型的手段，而功能模拟中，模型是有生物目的性行为的机器。
3、运用“黑箱”理论时，从功能上描述和模仿系统对环境影响的反应方式，一般无需分析系统的内部机质和个别要素，不追求模型的结构与原型相同。
二．功能模拟方法的作用1．功能模拟使电脑（电子计算机）代替人脑的部分思维功能成为可能，为人工智能的研究提供了有效方法。
思维是一特殊的物质－人脑的最高产物，它具有记忆判断、推理、选择、演算……等智力活动的功能，它对客观事物的反映是上述智力活动的一种混合表现。
功能模拟方法则在弄清人脑功能特性的基础上，用机器来模拟人脑的部分功能，现在人们已成功的采用五个大脑功能相似的部件组成电脑；①感受器（输入装置，接受信息）如人的感官②有贮器（记忆功能，贮存信息）③运算器（模拟人脑的判断，选择和计算功能）④控制器（人脑的整个思维中的协调）⑤输出设备（人对外界的反应）2、运用功能可以让机器表现出类似人的决策和计划的行为。
功能模拟法不仅模拟人脑的某些逻辑推理功能，而且还可以模拟人的多种智能活动及行为。
如认识图象分辨、声音、嗅别气体等等人类活动，现可交给一种识别机去完成。
如苹果分选机就是棋人工选苹果的行为制成的。
3、功能模拟法开辟了向生物界寻求科学技术新才新思想的新途径。
辩证思维的主要方法
辩证思维的主要方法(一）辩证思维方法是人们正确地认识世界的中介，是理论思维的工具人类对辩证思维的认识有一个从自发到自觉的发展过程。
马克思主义辩证法和认识论在思维领域中的运用表明了人类的辩证思维具有完整的、科学的形态，从而能够正确揭示辩证思维方法的性质.辩证思维方法是人们正确认识世界的中介,是主体观念地把握客体的一种认识工具,是人们正确进行理论思维的方法。
它是由一系列方法所组成的整体。
（二)辩证思维的主要方法1.归纳与演绎归纳是从个别上升到一般的方法。
演绎是从一般性原则推出个别性结论的方法。
2。
分析与综合分析是把事物分解为各个部分、方面、要素,然后逐个加以研究的思维方法.综合是在把整体分解为各个部分、方面、要素的基础上，再把它们组合成一个整体的思维方法。
分析与综合的关系是辩证的，分析是综合的基础，而综合是分析的完成，只有把二者结合在一起，才能构成一个完整的科学的认识。
3。
抽象与具体（常考点)抽象作为一种思维方法，是指在思维中把对象的某种属性、因素抽取出来而暂时舍弃其他属性、因素的一种方法。
具体是多种规定性的综合。
有两种具体：一是“感性具体",它是感觉多样性的综合,是感官能直接感觉到的具体；二是“理性具体”即思维具体，它是在抽象的基础上形成的各种规定性的综合，是具体在思维中更深刻的再现。
人的认识在思维运动中走着两条方向相反的道路：一条是从具体到抽象，另一条是从抽象到具体。
对于辩证思维来说,更重要的是从抽象到具体的方法，这是一个以抽象为逻辑起点，通过各种形式的逻辑中介，达到以思维具体为逻辑终点的思维运行过程。
4.逻辑与历史相统一（常考点)所谓逻辑与历史的统一，是指理论体系的逻辑顺序是客观历史发展顺序的反映.逻辑与历史之所以能够统一，是因为历史是逻辑的基础，逻辑是历史在理论上的再现，是由历史的东西派生出来的.历史是逻辑的基础，逻辑是对历史的修正。
（三）辩证思维方法与现代科学思维方法现代科学思维方法是一个巨大的方法群,包括控制方法、信息方法、系统方法、结构—功能方法、模型化方法、理想化方法等.现代科学思维方法与辩证思维方法的关系是：其一，辩证思维方法应该从现代科学思维方法中吸取营养，以丰富自身的方法系统；其二,现代科学思维方法应该把辩证思维方法作为自己的方法论基础和前提,以推动自己更深刻地进行思维。
闭环控制系统的干扰与反馈.pptx
1
控制论的技术思想和方法：
1.反馈方法 2.功能模拟方法 3.黑箱方法
2
是通过对输出的检测来调整过程，从而 获得更为理想结果的思想和方法。
举例
Байду номын сангаас
手动驾驶汽车
3
设定车的行驶方向
大脑
手 眼睛
方向盘 车的实际行驶方向
根据车的实际方向调整车的实际位置，从而 使车朝预定方向行驶。
4
功能模拟方法
以功能和行为的相似性为基础，用“模型 ”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功 能模拟法。
判断生熟鸡蛋 摇、转、看 生或熟 旋转速度
中医诊断病情
望、闻、问、切 是否健康
气色、舌苔、 脉搏等
B超探测胎儿性别
了解计算机的 基本性能
B型超声波
运行应用 程序
胎儿性别
计算机的 反应
超声图象
计算机基本 性能的好坏
15
控制论的技术思想和方法：
反馈方法
是通过对结果的检测来调整过程从而获得更为理想 结果的思想和方法。
7
驾驶控制系统方框图
设定车的行驶方向
大脑
手
方向盘 车的实际行驶方向
眼睛
手动驾驶
设定车的行驶方向
控制器
执行器 检测装置
自动驾驶
方向盘 车的实际行驶方向
8
判别下列案例是否涉及到功能模拟方法：
会骑自行车的机器人
会拉提琴的机器人
机器人保姆
9
危险环境中要人实现一些特殊操作，但特危险怎么办？
10
黑箱方法
功能、行为
模型 （相似性）
原型
5
功能模拟方法
比较加热炉温度自动控制系统与手动控制系统，我们发现， 控制器代替人脑实现了温度控制的功能，执行器代替人手实现 了调压的功能，检测装置代替了人眼实现了检测温度值的功能。
控制论
首先，黑箱方法是研究结构复杂系统的有效工具； 其次，黑箱方法是研究生命系统的主要方法； 再次，黑箱方法是研究尚不能打开系统的唯一手段。 2. 功能模拟方法既是论的基本方法， 又是具有相对独立性的科学研 究方法。 纵观模拟方法的历史发展，大体经历了三个阶段： 第一个阶段，从直观模拟到机器或技术的仿制； 第二个阶段，在实验科学基础上发展起来的模拟实验方法； 第三个阶段，控制论中的功能模拟方法。 功能模拟方法主要有以下几个特点： 首先， 功能模拟只以功能和行为相似为基础， 所模拟的一切具有 通讯和控制功能系统的合乎目的性的行为； 其次， 在传统模拟中， 模型只是认识原型的手段， 在功能模拟中， 模型是具有生物目的行为的机器； 再次， 功能模拟借助黑箱方法， 从功能上描述和模仿系统对环境 影响的反应方式，一般无需分析系统的内部机制和个别要素， 不 追求模型的结构与原型相同。 功能模拟方法的意义： � 功能模拟开辟了向生物界寻求设计思想的新途径； � 功能模拟为人工智能的研究提供了有效方法； � 功能模拟的发展必然带来认识和实践手段的新飞跃。 3. 反馈方法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
控制论一般只研究带有反馈回路的闭环控制系统，这是系统的 基本特点之一。维纳认为控制系统也是一种信息系统，因此， 必须用信息的观点来研究控制系统，这是控制论系统的另一个 观点，因此，我们可以把通过信息的传输，交换和反馈来实现 自动调节的控制系统称之为控制论系统。 4. 输入与输出 一般地说，我们可以把环境对系统的影响和作用称为系统的输 入，而把系统对环境的反向影响和反向作用称为系统的输出。 三． 控制论的基本方法 1. 黑箱方法是控制论的认识方法 黑箱是指人们意识无需或无法直接观测其内部结构， 只能从外部 的输入和输出去认识的现实系统。 黑箱的概念是相对的，这种相对性还表现在随着科学技术的进 步， 认识手段和认识能力的提高， 许多原先是黑箱的事物可以转 化为黑箱乃至白箱。 黑箱方法的应用，可以简化为以基本步骤： 第一，建立主体和客体的耦合系统 ； 第二，通过输入和输出主动考察黑箱； 第三，建立模型辨识黑箱。 黑箱方法的意义： 黑箱方法在现代科学技术和社会实践诸方面得到广泛的应用， 显 示了越来越大的作用：
3、功能模拟方法
通用技术必修二《技术与设计2》 苏教版 厦门大学附属实验中学 张惠颜
2019/9/27
2019/9/27
功能模拟方法：以功能和行为的相似性为基础，用
“模型”模仿“原型”的功能和行为的方法。 功能模拟方法是控制论的主要方法之一
2019/9/27
功能模拟方法的特点是： (1) 通过建立模仿真实系统的模型进行实验来间接地研究真实系统。 (2) 不是对真实系统的外形、结构等加以模仿，而是对真实系统的功能 或行为加以模仿，在行为功能上建立原型和模型的相似关系，而不论其 具体的物质构造和形态。
外形模仿
功能模仿
人类使用功能模拟方法的最成功范例之一应首推计算机对人脑 的模拟。正是由于采用了功能模拟方法, 才使得电脑代替人脑的 部分功能成为可能。 电脑与人脑的构造截然不同, 但是电脑的确能够实现人脑的某些 功能, 例如记忆、判断、推理、计算等等。
2019/9/27
功能模拟方法：以功能和行为的相似性为基础，用
“模型”模仿“原型”的功能和行为的方法。
人机对弈： 计算机模拟人脑思考 机械手模拟人手控制棋子
2019/9/27
功能模拟方法：以功能和行为的相似性为基础，用
“模型”模仿“原型”的功能和行为的方法。
人机对弈： 计算机模拟人脑思考 机械手模拟人手控制棋子
2019/9/27
2019/9/27
手动驾驶汽车
无人自动驾驶汽车
设定车的行驶方向 设定车的行驶方向
功能模拟方法
大脑
手
方向盘
眼睛
手动驾驶
控制器
执行器 检测装置
自动驾驶
方向盘
车的实际行驶方向 车的实际行驶方向
2019/9/27
系统工程概论系统的结构和功能
2020/5/22
8
实体系统和概念系统
2020/5/22
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动态系统和静态系统
2020/5/22
10
从系统规模分类
2020/5/22
11
总结
2020/5/22
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未来时间点上
现在时间点上的人
分类：内生不确定性、外生不确定性。
层次：
越 来 越 不 确 定
环境前景清晰明显（点的分析方法） 环境前景有几种可能（线的分析方法） 环境前景有一定范围（面的分析方法） 环境前景不明确（体的分析方法）
2020/5/22
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系统的分类
自然界所面临的系统是各种各样的，它们以各种各样的形态存在于 这个五彩缤纷的世界。因此，我们就可以按照系统在自然界存在的形 态及性质，将系统分为各种各样的类型。
环境前景清晰明显环境前景清晰明显点的分析方法点的分析方法环境前景有几种可能环境前景有几种可能线的分析方法线的分析方法环境前景有一定范围环境前景有一定范围面的分析方法面的分析方法环境前景不明确环境前景不明确体的分析方法体的分析方法8820202020332323自然界所面临的系统是各种各样的它们以各种各样的形态存在于这个五彩缤纷的世界
2020/5/22
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1.3 系统环境和不确定性
➢ 系系统、环境概念的对应性 系统边界（空间上、逻辑上） 超环境系统
系统和环境的关系：
系统受到环境的制约 系统离不开环境
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1.3 系统环境和不确定性
➢ 不确定性
定义：没有概率分布与所考查事件的结果相联系的情形。
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1.2 系统结构和功能
➢ 结构和功能的关系
自然辩证法复习题之选择题69道
1、不属于近代机械的自然观科学背景的科学事件是：A.哥白尼论证日心说B.阿里斯塔克斯日心说C.塞尔维特发现血液小循环D.开普勒提出行星运动三定律2、关于科学事实基本特征正确的是：A.单称陈述、具有可重复性、受理论影响B.单称陈述、不具备可重复性、受理论影响C.单称陈述、具有可重复性、不受理论影响D.全称陈述、具有可重复性、受理论影响3、关于科学实验的功能说法不正确的是：DA.可以简化和纯化自然过程，排除各种偶然的、次要的因素，使现象以简化的纯粹的形式出现，从而容易看到事物的真正的面目。
B.可以强化研究对象，使研究对象处于某种极端的状态，从而呈现通常条件下没有出现的某种性质或规律。
C.可以重现或模拟自然现象，加速或延缓自然过程。
D.可以作为控制自然的一种直接手段4、对于中国古代朴素的自然观说法不正确的是：A.科学处于幼年时期，科学认识只达到事物的表面。
B.主要是对世界本原的探索和解释。
C.把整个自然界看作是运动变化的，具有朴素的辩证法思想。
D.以原子论方式解释世界。
5、关于常识下列理解不正确的是A.不系统性B.非批判性C.反思性D.历史性6、对于可持续发展理解不正确的是：A.要体现发展，就是说一个国家或地区要通过社会、经济整体实力的增强，不断提高本国人民的生活水平和生活质量；B.要强调发展的可持续性，即人类目前为发展所进行的种种努力，不应危及到未来一代人的生存与发展。
C.在人与人的关系上，发展既体现未来取向的代际平等，又体现整体观念的代内平等D.在具体操作上，可持续性发展就是要限制科学技术的发展。
7、影响观察的因素中属于主观性的是：A.客观事物的属性没有直接显露出来，人们往往只看到事物的假象，B.人的感官的局限性，使观察者在观察事物时容易产生错觉。
C.观察者的知识、经验和心理习惯等方面的影响，往往在观察时产生先入之见。
D.仪器设备所造成的误差。
8、在穆勒五法中“分析结果，因果对应。
果有剩余，必有隐因。
功能模拟方法的特点
功能模拟方法的特点
功能模拟是一种通过模拟系统的行为来实现功能验证和性能评估的方法。
它通过模拟系统的输入和输出，以及系统内部的操作和状态变化，来模拟系统的行为，并根据实际需求进行功能模拟的设计和实现。
功能模拟方法具有以下几个特点：
1. 独立性：功能模拟方法可以独立于实际系统进行设计和实现。
它不依赖于实际系统的硬件和软件环境，可以在不同平台上进行模拟。
这种独立性使得功能模拟方法可以在早期的系统开发阶段进行验证和评估，避免了对实际系统的依赖，节省了开发成本和时间。
2. 灵活性：功能模拟方法可以根据实际需求进行不同程度的模拟。
可以选择性地模拟系统的某些功能或行为，也可以全面地模拟整个系统。
这种灵活性使得功能模拟方法可以根据实际需求进行定制和调整，满足不同的测试目标和评估指标。
3. 可控性：功能模拟方法可以对系统的输入和输出进行精确的控制。
可以通过定义输入参数和生成输出结果的方式来模拟系统的行为。
这种可控性使得功能模拟方法可以模拟各种测试场景和边界条件，提高测试覆盖率，发现系统的潜在问题和性能瓶颈。
4. 可重复性：功能模拟方法可以重复地进行验证和评估。
通过保存和回放系统
的输入和输出，可以重现之前的测试过程和结果，进行问题的排查和分析。
这种可重复性使得功能模拟方法可以进行故障的重现和修复验证，提高系统的可靠性和稳定性。
综上所述，功能模拟方法是一种独立、灵活、可控和可重复的验证和评估方法。
它可以帮助开发人员和测试人员在早期的系统开发阶段发现和解决问题，提高系统的质量和性能。
在今后的系统开发过程中，功能模拟方法将扮演越来越重要的角色。
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（第二课时）
加热炉的温度自动控制系统
干扰因素是什么？ 反馈装置是什么？
给定量 (输入量)
+ 比较器 -
开关 (控制器)
加热器 (执行器)
热电偶 (检测装置)
干扰？
加热炉 (被控对象)
炉内温度 (被控量)
反馈？
新闻
4月8日上午，南充市顺庆区潆溪街道办附近，发生一起交通事故。一位新手 女司机驾驶一辆红色大众polo车，倒车时突然加速，撞倒三位路人，造成一 死两伤。目前，两位伤者已被送往医院治疗系统
（只需选择系统部件，设计工作流程）
车与障碍物距离 眼睛
大脑
肌肉
发出提醒声 声带
车与障碍物距离 眼睛
大脑
肌肉
发出提醒声 声带
↓
车与障碍物距离 传感器
控制 电路
继电器
发出提醒声 蜂鸣器
功能模拟法
以功能和行为的相似性为基础，用模型模 拟原型的功能和行为的方法。
使用功能模拟法设计 一个自动倒车系统
（只需选择系统部件，设计工作流程）
设定的车与障 碍物之间距离
手动倒车
大 脑
手
眼睛
方向 盘
车与障碍物 之间距离