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(共43張PPT)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對所提出的多個(gè)方案進(jìn)行比較、權(quán)衡和優(yōu)化，最終形成滿足預(yù)定目標(biāo)的最佳系統(tǒng)及其物化的過程。
第三節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)
任務(wù)一 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案
我們做任何事情都希望達(dá)到最優(yōu)的效果。如希望以最小的成本獲得最大的利潤，在最短的工期內(nèi)完成最多的工程量，以最少的能耗生產(chǎn)最多的產(chǎn)品，在單位面積上盡可能提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量等。
不同的地區(qū)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施有所不同。例如，在新疆地區(qū)，在瓜田的溝壑里套種甜菜；在葡萄架下套種黃豆；4~6月種植60天成熟的四季豆；清田后，8月開始種冬蘿卜或者冬白菜，11月收獲等。
農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化——農(nóng)業(yè)間作套種。
目的：實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增收、提高土地的利用率。
條件：農(nóng)作物的生長特性、天氣、氣候。
手段：利用農(nóng)作物生長的季節(jié)差、時(shí)間差。
約束條件：農(nóng)作物的生長特征、天氣、氣候等因素對農(nóng)作物套種起著限制作用，是不能人為調(diào)節(jié)的。
套種的技術(shù)水平、田間管理、病蟲害防治對增產(chǎn)增收有直接影響，并可以人為調(diào)節(jié)，可優(yōu)化。
1、系統(tǒng)優(yōu)化的概念
系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標(biāo)值達(dá)到最大化（或最小化）。不同的目標(biāo)，對應(yīng)著不同的優(yōu)化結(jié)果。
上例中，優(yōu)化的目標(biāo)是增產(chǎn)增收和提高土地的利用率，這一目標(biāo)與土地的單位面積農(nóng)作物收益總和之間的關(guān)系就稱為目標(biāo)函數(shù)。
目標(biāo)函數(shù)是系統(tǒng)目標(biāo)與系統(tǒng)中的某些元素之間的關(guān)系。
農(nóng)作物的生長特性、天氣、氣候等因素對作物套種起到限制作用，并且是不能人為調(diào)節(jié)的，稱為約束條件。
約束條件是對系統(tǒng)的功能起著限制作用、并且是不能人為調(diào)節(jié)的因素。
套種的技術(shù)水平、套種的田間管理、病蟲害防治等對套種的產(chǎn)量產(chǎn)值有直接影響，這些是增產(chǎn)增收的影響因素。
影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素對系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生顯著影響，并且可以人為調(diào)節(jié)的因素。
目標(biāo)函數(shù)：
約束條件：
影響因素：
目標(biāo)與收益總和之間的關(guān)系
對目標(biāo)函數(shù)起限制作用，不能人為調(diào)節(jié)
產(chǎn)生影響，可人為調(diào)節(jié)。
進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)考慮的三個(gè)要素
利潤問題
目標(biāo)：家具銷售獲取最大利潤
約束條件：材料、勞動(dòng)力、合同
影響因素：每周生產(chǎn)桌子數(shù)量x1、椅子數(shù)量x2 。（決策變量）
三個(gè)要素
目標(biāo)函數(shù)：Smax=50x1+60 x2
約束條件：4x1+6 x2≤600（材料）
20 x1+18 x2≤400（工時(shí)）
x1≥8 ， x2≥5（合同）
最優(yōu)方案：
建立關(guān)系：
我們通過數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出的目標(biāo)值是每周獲取的最大利潤，所得到的就是最優(yōu)解：每周生產(chǎn)桌子數(shù)量是X1、生產(chǎn)椅子的數(shù)量是X2）。
我們列出了一個(gè)目標(biāo)函數(shù)和四個(gè)約束條件，實(shí)際上我們已經(jīng)建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型。
其他條件不變，人工減少一半，代入目標(biāo)函數(shù)和約束條件中，求出一組X1、X2，使得目標(biāo)函數(shù)取最大值。
通常，我們通過優(yōu)化的目標(biāo)與決策變量之間的關(guān)系（數(shù)學(xué)模型），計(jì)算出目標(biāo)值，所得到的就是最優(yōu)解。對有些問題，如果我們不能確切地描述目標(biāo)函數(shù)，則可以通過定性的估計(jì)或推斷，得到較為滿意的解（也稱滿意解）。
數(shù)學(xué)模型
估算、試驗(yàn)
最優(yōu)解
滿意解
完善、驗(yàn)證
為使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)而提出的求解方法稱為最優(yōu)化方法。系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多樣的，有的運(yùn)用數(shù)學(xué)模型求解，有的通過科學(xué)的估算、試驗(yàn)等方法實(shí)現(xiàn)。但無論運(yùn)用怎樣的優(yōu)化方法，都需要經(jīng)過若干次完善和驗(yàn)證，才能得出最優(yōu)解或滿意解。
數(shù)學(xué)模型
估算、試驗(yàn)
最優(yōu)解
滿意解
完善、驗(yàn)證
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化，就可以在一定資源條件下，取得最佳的經(jīng)濟(jì)效果，而投入的人力、物力、財(cái)力達(dá)到最小。
2、系統(tǒng)優(yōu)化的意義
第2題：根據(jù)實(shí)際情況和需求、系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)確定最終的方案。
（1）明確問題，設(shè)立目標(biāo)
（2）收集資料，制定方案
（3）分析計(jì)算，評價(jià)比較
（4）檢驗(yàn)核實(shí)，作出決策
系統(tǒng)分析的一般過程
方案4：將地下石油蘊(yùn)涵的天然氣轉(zhuǎn)化為甲醇加到原油中，降低原油的熔點(diǎn)，增加流動(dòng)性，從而用普通的管道就可以同時(shí)輸送原油和天然氣，僅管道鋪設(shè)費(fèi)就可以節(jié)省近60億美金。
綜合各方案優(yōu)、缺點(diǎn)，以及成本、安全性等，確定第4種方案為最終方案。
反思：如果僅僅在前面3個(gè)方案上優(yōu)化，無論如何都得不到方案4的巨大效益。分析人員運(yùn)用其專業(yè)知識，將石油中的原油和天然氣的運(yùn)輸作為一個(gè)整體進(jìn)行系統(tǒng)分析，獲得了成功，體現(xiàn)了系統(tǒng)分析的實(shí)際價(jià)值。
要服務(wù)于系統(tǒng)整體功能和優(yōu)化目標(biāo)來進(jìn)行優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，要對各方案中的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行比較權(quán)衡，要考慮目標(biāo)函數(shù)、決策變量、約束條件的共同作用效果，達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的總目標(biāo)。
任務(wù)二 實(shí)現(xiàn)校園雨水收集與利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
一般情況下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)包括設(shè)計(jì)方案的呈現(xiàn)和模型或原型的制作與測
試。
模型或原型的制作與測試包括實(shí)物模型的設(shè)計(jì)，加工圖紙、加工材料和工藝的選擇，加工制作過程及模型的最終呈現(xiàn)等，對模型的測試是對系統(tǒng)進(jìn)行總體技術(shù)設(shè)計(jì)評價(jià)。評價(jià)有多種形式，對于實(shí)體系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，就需要對模型或原型進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行測試和評價(jià)。
最大功率P=800w+1500w+4500w+1300w+ 5 × 1500ww=15600w
一般情況下，照明10A，插座16A，柜式空調(diào)20A，進(jìn)戶40-60A。
配電箱內(nèi)應(yīng)設(shè)動(dòng)作電流30mA的漏電保護(hù)器
2．電路的設(shè)計(jì)
楊揮家用電負(fù)荷最大值約為15.6kw，通過最大電流15600w/220v=70.9A,電流過大各線路必須采用單獨(dú)的電路回路。室內(nèi)配電系統(tǒng)采用多回路形式，本例設(shè)計(jì)有照明回路、插座回路、空調(diào)回路，對于廚房、浴室設(shè)立單獨(dú)回路。
3．導(dǎo)線與電器設(shè)備選擇
（1）導(dǎo)線:為了防火、維修及安全，最好選用有長城標(biāo)志的“國標(biāo)” 塑料或橡膠絕緣保護(hù)層的單股銅芯電線，線材槽載面積一般是：照明用線選用1.5平方毫米，插座用線選用2.5平方毫米，空調(diào)用線不得小于4平方毫米，接線選用綠黃雙色線，接開關(guān)線(火線)用紅、白、黑、紫等任一種。但在同一家裝工程中用線的顏色用途應(yīng)一致。
（2）電器設(shè)備：電源配電箱、電表、控制開關(guān)漏電保護(hù)開關(guān)、電源插座、開關(guān)面板、插座的選材面板的尺寸應(yīng)與預(yù)埋的接線盒的尺寸一致；表面光潔、品牌標(biāo)志明顯，有防偽標(biāo)志和國家電工安全認(rèn)證的長城標(biāo)志；開關(guān)開啟時(shí)手感靈活，插座穩(wěn)固，銅片要有一定的厚度；面板的材料應(yīng)有阻燃性和堅(jiān)固性。
3、線路布置
1．智能系統(tǒng)：在住宅電氣線路設(shè)計(jì)中應(yīng)預(yù)埋電話線、有線電視信號線、視頻線、網(wǎng)絡(luò)線，在客廳和三間睡房預(yù)埋電話線、有線電視信號線、視頻線、選擇其中一間睡房作為書房，預(yù)埋網(wǎng)絡(luò)線。
2．照明回路：在睡房、客廳、飯廳、廚房、浴室、涼臺室安裝一個(gè)主光源吊燈，在睡房和客廳的墻壁上安裝輔助光源壁燈。
3．功能電路：廚房放置冰箱、電飯堡、電熱水器，排氣扇電源插座，浴室安裝淋浴器、洗衣機(jī)的電源插座，睡房和客廳安裝空調(diào)的電源插座，書房安裝娛樂電視機(jī)、音響、電腦等的電源插座都是獨(dú)立的電源回路。
第1題：根據(jù)《住宅建筑規(guī)范》50368-2005第8.5.5強(qiáng)制性條文“住宅套內(nèi)的電源插座與照明，應(yīng)分路配電……”把照明與插座作為同一回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先違犯了技術(shù)規(guī)范原則。其次，《住宅建筑規(guī)范》規(guī)定插座回路必須安裝漏電保護(hù)斷路器。在安裝了漏電保護(hù)斷路器后，插座和照明使用同一回路，如果干線截面積能夠帶動(dòng)所有的負(fù)荷，只是故障時(shí)的停電范圍較大，給檢修帶來一些不方便；如果干線截面積不能帶動(dòng)所有的負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷過大時(shí)，漏電保護(hù)斷路器工作，照明與插座回路同時(shí)斷電。
第2題：以房間為一個(gè)獨(dú)立同路進(jìn)行沒計(jì)，回路少，布線簡單，經(jīng)濟(jì)，出現(xiàn)故障時(shí)容易檢修。但是這種做法違反了技術(shù)規(guī)范原則，而且每個(gè)回路的負(fù)荷不同，需要使用不同規(guī)格的導(dǎo)線，每個(gè)回路的漏電保護(hù)斷路器的額定電流由該同路最大負(fù)荷決定，如果房間照明線路發(fā)生短路，漏電保護(hù)斷路器可能無法發(fā)揮作用，產(chǎn)生危險(xiǎn)。
思考參考答案：
可以將洗手池與地面雨水凈化儲(chǔ)存裝置連接，洗手池的水匯人地面雨水凈化儲(chǔ)存裝置，加以利用。
這種說法不正確。在一個(gè)系統(tǒng)中，即使每個(gè)要素都不是十分完善，但它們也可以協(xié)調(diào)、綜合成為具有良好功能的系統(tǒng)；反之，即使每個(gè)要素都是良好的，但作為整體卻不具備某種良好的功能，就不能稱之為最優(yōu)的系統(tǒng)。

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