通用技术-第三章第三节系统的优化

淄博中学高一通用技术组温故知新(回顾上节内容)：一、系统的基本特性(5)动态性(4)环境适应(3)目的性(2)相关性(1)整体性整体的角度联系的观点发展的眼光哲学观点二、系统分析的基本方法1、系统的思想(要有整体的思想，从整体角度去考虑。)2、系统分析的基本方法:(定性、定量相结合)(1)阐明问题；(2)分析研究；(3)评价比较。3、学写简单的分析报告:(一般包括以下内容)(1)系统的分析过程；（如：功能、构成，特性的定性定量分析）(2)依据；(3)结论和建议。三、系统分析方法的步骤1、阐明问题2、分析研究3、评价比较注意：要学会写系统分析报告!系统的分析•系统分析的一般步骤明确问题,设立目标收集资料,制定方案分析计算,评价比较检验核实,作出决策现象原因一个和尚挑水吃,两个和尚抬水吃,三个和尚没水吃.三个小皮匠顶个诸葛亮一着不慎,全盘皆输丢卒保车三个人共同构成一个系统,每个人都是其组成要素之一,如果三人之间的协作关系处理得不好,反而办不好事情.三个小皮匠构成一个整体,整体的功能大于部分功能之和.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.根据系统的整体性特征,解释表中所列的现象.为了整体的利益,要敢于舍弃局部利益.分析以下例子反映系统的哪方面基本特性。1、《西游记》中师徒四人需要齐心协力才能取得真经。2、某大桥使用后发生垮塌，经调查事故原因是建筑水泥的标号没有达到国家标准。3、火车铁轨每段之间需要有一定的缝隙，以免热胀冷缩后铁轨变形发生脱轨。整体性相关性相关性环境适应性当堂检测：1、飞机在空中飞行时，时常受到大气对流的影响而产生颠簸，当飞机的检测装置接收到这一信号后，经过控制器的调节，能在很短的时间内调整好飞行状态，克服大气对流对飞机飞行的影响，保持平稳飞行。这个现象说明了系统的什么基本特性？（）A、整体性B、相关性C、环境适应性D、动态性c2、一堆沙子、钢筋、水泥等等材料散放在一起没什么意义，但是如果将它们按照一定的结构形式造成一座桥梁，就具有了交通的功能，这个案例说明系统最基本的特性是：（）A、目的性B、动态性C、整体性D、适应性c3.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，扰乱猛兽神智，影响其情绪，在其迟疑间跑掉。这是生态系统基本特性中的（）A.整体性B.目的性C.动态性D.环境适应性D•4．（2008模拟）当神舟七号飞船在太空飞行时，整体系统为：（）•①抽象系统②实体系统③动态系统④静态系统•⑤自然系统⑥人造系统⑦复合系统•A．①③⑤⑦B．②④⑥C．②③⑥D．①④⑦C5．台式计算机的CPU上安装的小风扇有时转的快，有时转的慢，这个现象说明了系统的（）A．整体性B．相关性C．环境适应性D．动态性C新课：第三节系统的优化•内容提要：•1、什么是系统优化？•2、系统优化的意义是什么？•3、影响系统优化的因素有哪些？•4、怎么才能进行系统优化？•案例一：鸟巢•我们再来看2008奥运会的主会场“鸟巢”，“鸟巢”采用是什么结构？•鸟巢使用的主要材料是？鸟巢采用是大跨度重型钢结构体系，它在设计过程中也在不断的优化调整，其中有一项调整是取消了可开启屋盖、扩大了屋顶开孔。鸟巢去盖后，在哪方面得到改善？优化后的方案，减少用钢量1.2万吨，造价减少了约4亿元国家体育馆鸟巢原设计方案鸟巢图片欣赏•案例二：飞人刘翔•提到奥运会的主会馆，就想到飞人刘翔在08年奥运会因为脚腱受伤遗憾退出赛场的情景，全运会刘翔再次证明了自己。到今天，他的状态恢复得越来越好。刘翔创造了亚洲田径的的奇迹，除了和他本身的身体条件和天赋外，还和孙海平教练的训练方法是分不开的，孙海平对刘翔的训练方法在不断的优化调整，孙海平教练说“思索出刘翔训练的新思路，这比什么都有意义”。问题的提出：（系统优化的必要性？）我们做任何事情都希望达到最优的效果。作为一个系统，通常会有这样或那样的问题。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、财力不是最小；或是某种性能不理想等等。因此系统需要改善，需要优化。系统的优化1、什么是系统的优化系统的优化是指在给定的条件（或约束）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。思考：系统的优化有什么意义呢？系统优化的意义就是以最小的投入，获取系统的最佳效益或最佳功能。车流滚滚，噪音污染严重！【案例分析】：浙江天台县高速噪音超标80%，66户村民告上法庭“6年来，他们最大的愿望就是睡个安稳觉”；高速公路越来越忙，就是声音大得受不了；天台66户村民状告上三高速；新的问题需要我们智慧的回应和解答。核心事件：上三高速建成通车已有6年，6年来车流日增，在接近高速天台出口处，距离高速公路10米左右就有一排民房，这就是天台县桥下村。村民说，高速上车来车往的声音太大了，这几年来他们最大的愿望是能睡个安稳觉。于是，他们将高速公路公司告上法庭。天台县桥下村位于上三高速天台出口处，一共有250户人家，房子多是80年代造的。2000年底，上三高速公路通车，刚好在桥下村旁边经过。噪音的危害•190分贝导致死亡•140分贝欧盟界定的导致听力完全损害的最高临界点•139分贝卡卡、梅西球迷的呐喊声•130分贝火箭发射的声音•125分贝喷气式飞机起飞的声音•120分贝在这种环境下呆超过一分钟即会产生暂时耳聋•110分贝螺旋浆飞机起飞声音、摇滚音乐会的声音•105分贝永久损听觉•100分贝气压钻机声音、压缩铁锤捶打重物的声音•90分贝嘈杂酒吧环境声音、电动锯锯木头的声音•85分贝及以下不会破坏耳蜗内的毛细胞•80分贝嘈杂的办公室、高速公路上的声音•75分贝人体耳朵舒适度上限•70分贝街道环境声音•50分贝正常交谈声音•20分贝窃窃私语1、问题——车道附近车流污染严重影响附近人群健康，消除或减轻噪音污染成为优化学校等大环境系统的重要课题。选择合适的优化方法讨论：怎样改善噪音的污染，优化学校或者村民所处环境（系统）？选择合适的优化方法•减小噪音原则：一、声源处减弱二、传播过程中减弱三、接收处减弱1、密闭声源，在声源处建造隔声墙，防止噪声直接向外传播。2、给机器上足润滑油，即防止产生噪音，又能保护机器。3、加强绿化，在繁杂的公路两旁植树造林，形成屏障。4、给添置隔音设施。5、在耳朵处加塞隔音装置，如好的耳塞。选择合适的优化方法建造隔音墙•问题：•1、隔音墙的高度、长度如何考虑？•2、隔音墙的墙体结构、外形怎么考虑？•3、隔音墙墙体选用何种材料？•4、隔音墙改善噪音效果如何评价？1、隔音墙的高度、长度如何考虑？•隔音墙的隔音效果，高度与长度是两个关键，隔音墙只要能阻隔道路和受体的视线，至少就能减少5分贝的音量，而且每增加1米，能减少1.5分贝。1、隔音墙的高度、长度如何考虑？•而长度方面，不能跟受体的宽度刚刚好，必须与最近受体的垂直距离为准，向左右两边延伸4倍距离的长度，才能防止声音从两端流进受体。隔音墙的墙体结构、外形怎么考虑？•单侧直板式；•双侧直板式：•带折檐式：屏障内侧加衬吸声结构。隔声效果好，保护的范围比直板式的大；•全封闭式：用于向空间发展的居民区穿越高层建筑群的公路上，隔声效果25dB，保护面积可以覆盖整个居民区，但造价较高。•生态隔音墙：传统的声障墙常用的材料有金属板、玻璃板、混凝土板、木板和塑料板等。这类刚性的、表面平滑的声障墙，隔音效率一般都较差，只2～5分贝。为了提高其隔音效率，常用的方法是将其表面加糙(如将表面加工成“破碎形状”)，或采用粗糙的“木材混凝土”等措施。采取这些改进措施之后,声障墙的效率可提高30%～50%，即隔音效率可达7分贝左右。3、隔音墙墙体选用何种材料？•声屏障的地上部分即屏蔽层可采用砖墙、薄钢板、铝合金、玻璃钢、聚碳酸脂塑料等耐老化，抗腐蚀材料；声屏障的地下部分即基础则以混凝土及钢材为主。•为了有效的阻止噪声穿过隔音墙，声屏障的材料必须坚硬且具有一定的密度（最少20公斤/平方米）。3、建隔音墙的技术要点⑴具体测量噪音程度。⑵建立隔音墙防噪音的数学模型及墙体参数关系条件，求其数学解。⑶要做到投入最小、效果最好。⑷验证试验。如计算机仿真4、实施优化⑴墙体结构与材料，与上面的定量计算相关。⑵美观。⑶效果。高速公路隔音墙高架路上的隔音墙日本的隔音墙系统优化的意义•修建隔音墙，以较小的投入，获得了好的治理噪音污染的效益，使社会环境大系统的整体得以优化。•系统被改善了，就是系统被优化了。获得系统的最佳效益或最佳功能，就是系统优化的意义。改善学校周边环境思考：临沂一中南北两校周边环境现状是什么？有没有需要改进的地方？身边的例子：改善学校周边环境•1、学校附近有车道，噪音污染较严重。•2、学校周围的无证摊贩多，占道经营。•3、交通设施不完善⑴(无公交站、缺红绿灯、斑马线)⑵乱停车（接送学生车辆，社会车辆）•4、校园面积小，开展活动不方便。周边环境的情景特征分组讨论：根据我校实际，提出改善的方案•思考与练习：•我们学校的学生食堂随着学校办学规模的扩大，就餐人数随之增加，每到中午就餐时间，学生们排着长队等待就餐。如何减少学生就餐排队时间？•请提出解决这一问题的几种方案，运用系统分析方法选择一种经济、最有效可行、最容易实现的办法。从中选择方案，制定最适宜方案•1:增加窗口和食堂人员2:分时段就餐3:增加一个食堂4:增加食堂的面积5:提前分发好饭菜6:提倡学生回家吃7:增加就餐座位8:提供饭盒打包9:学生两人一组,分工合作10:分批到两个食堂就餐11:外卖服务12:限制就餐时间(15分钟)13:提高食堂人员素质14:送餐上门服务二、假如你是村长：怎样为本村筑好一条致富路——影响系统优化的因素1、系统优化的一般性步骤⑴需要进行优化的问题交通闭塞⑵选择合适的优化方法——优化方略与筹谋修路勘测预算选择合适的筑路方法和计划（根据本村的人力、物力、财力）⑶验证与实施条件校验实施与调整确定路线确定土石方量、器材种类与数量、人力、经费校验人力、物力、财力是否具备。合理分配，节约资源，促使优化指标和约束条件得以满足。及时调整，计划与施工，再进入优化进程。①优化追求的目标要适度。②希望投入最小，而取得的效益最大。③系统优化离不开条件，条件是否具备直接影响优化。④某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。影响系统优化的因素：（P92）是指对系统的目标产生显著影响，并且可以人为调节的因素。最优化方法解决问题的一般步骤1、提出需要优化的问题和目标，收集有关资料和数据。2、分析影响系统优化的各种因素，确定变量，建立有关约束条件，建立求解最优化问题的有关数学模型，分析模型。3、选择合适的最优化方法。4、分析求解。5、最优解的验证和实施。•2、系统优化的方法基础：分析影响系统优化的因素。过程：一定的条件下，对系统特性进行分析和控制。目标：以实现更佳的整体目标。系统优化的基本原则•（1）：定性定量分析相结合，系统的优化不仅要实现系统中每个元素和子系统的优化，还要达到系统整体的优化。•（2）：必须注意系统各组成部分之间、部分与整体之间的联系，加强协调，才能提高系统的有序性和整体的运行效果。•（3）：系统的优化要遵循系统的动态观点，它是一个不断验证、完善的过程。例：农作物种植间作套种、利润问题案例一：利润问题某家具厂要安排一周的生产计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4m2木板及时性20小时的工时，制作一只椅子需6m2木板及18小时的工时，每周能拥有的木板是600m2，可利用的工时是400小时；每张桌子的利润是50元，每只椅子的利润是60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5只椅子，并假定所有的产品都能够销售出去。问：该厂每周生产桌子和椅子的数量分别是多少时，能获得最大利润？Smax=50x+60y4x+6y≤60020x+18y≤400x≥8,y≥5设每周生产桌子X张，生产椅子Y张，则有：阅读：数学模型用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。现实世界的事物与数学模型的关系可表示为：抽象现实世界的原型对原型的分析数学结论数学模型分析解释