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課件85張PPT。第三節 系統的優化 淄博中學 高一通用技術組溫故知新(回顧上節內容)：一、系統的基本特性整體的角度聯系的觀點發展的眼光二、系統分析的基本方法1、系統的思想(要有整體的思想，從整體角度去考慮。)
2、系統分析的基本方法: (定性、定量相結合)
(1)闡明問題；
(2)分析研究；
(3)評價比較。
3、學寫簡單的分析報告:
(一般包括以下內容)
(1)系統的分析過程；（如：功能、構成，特性的定性定量分析）
(2)依據；
(3)結論和建議。三、系統分析方法的步驟 1、闡明問題
2、分析研究
3、評價比較注意：要學會寫系統分析報告!系統的分析系統分析的一般步驟
三個人共同構成一個系統,每個人都是其組成要素之一,如果三人之間的協作關系處理得不好,反而辦不好事情.三個小皮匠構成一個整體,整體的功能大于部分功能之和.在一個系統中,局部對整體的制約,部分的變化會影響整體的變化,甚至還會對全局產生決定性的影響.根據系統的整體性特征,解釋表中所列的現象.為了整體的利益,要敢于舍棄局部利益.分析以下例子反映系統的哪方面基本特性。1、《西游記》中師徒四人需要
齊心協力才能取得真經。2、某大橋使用后發生垮塌，經調查事故原因是建筑水泥的標號沒有達到國家標準。3、火車鐵軌每段之間需要有一定的縫隙，以免熱脹冷縮后鐵軌變形發生脫軌。整體性
相關性相關性環境適應性當堂檢測：
1、飛機在空中飛行時，時常受到大氣對流的影響而產生顛簸，當飛機的檢測裝置接收到這一信號后，經過控制器的調節，能在很短的時間內調整好飛行狀態，克服大氣對流對飛機飛行的影響，保持平穩飛行。這個現象說明了系統的什么基本特性？（ ）
A、整體性 B、相關性
C、環境適應性 D、動態性
c
2、一堆沙子、鋼筋、水泥等等材料散放在一起沒什么意義，但是如果將它們按照一定的結構形式造成一座橋梁，就具有了交通的功能，這個案例說明系統最基本的特性是：（ ）
　A、目的性 B、動態性 C、整體性 D、適應性c3.在大自然中，鹿、兔奔跑速度快，能逃避猛獸追捕；刺猬身上長尖刺，使猛獸無從下口；黃鼬遇敵時突放臭氣，擾亂猛獸神智，影響其情緒，在其遲疑間跑掉。這是生態系統基本特性中的（ ）
A.整體性 B.目的性
C.動態性 D.環境適應性
D4．（2008模擬）當神舟七號飛船在太空飛行時，整體系統為：（ ）
①抽象系統 ②實體系統 ③動態系統 ④靜態系統
⑤自然系統 ⑥人造系統 ⑦復合系統
A．①③⑤⑦　 B．②④⑥　　 C．②③⑥　　 D．①④⑦C5．臺式計算機的CPU上安裝的小風扇有時轉的快，有時轉的慢，這個現象說明了系統的（ ）
A．整體性 B．相關性
C．環境適應性 D．動態性C新課：第三節 系統的優化內容提要：
1、什么是系統優化？
2、系統優化的意義是什么？
3、影響系統優化的因素有哪些？
4、怎么才能進行系統優化？案例一：鳥巢
我們再來看2008奧運會的主會場“鳥巢”，“鳥巢”采用是什么結構？
鳥巢使用的主要材料是？
鳥巢采用是大跨度重型鋼結構體系，它在設計過程中也在不斷的優化調整，其中有一項調整是取消了可開啟屋蓋、擴大了屋頂開孔。
鳥巢去蓋后，在哪方面得到改善？優化后的方案，減少用鋼量1.2萬噸，造價減少了約4億元國家體育館鳥巢原設計方案鳥巢圖片欣賞案例二：飛人劉翔
提到奧運會的主會館，就想到飛人劉翔在08年奧運會因為腳腱受傷遺憾退出賽場的情景，全運會劉翔再次證明了自己。到今天，他的狀態恢復得越來越好。劉翔創造了亞洲田徑的的奇跡，除了和他本身的身體條件和天賦外，還和孫海平教練的訓練方法是分不開的，孫海平對劉翔的訓練方法在不斷的優化調整，孫海平教練說“思索出劉翔訓練的新思路，這比什么都有意義”。 問題的提出：（系統優化的必要性？）
我們做任何事情都希望達到最優的效果。作為一個系統，通常會有這樣或那樣的問題。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、財力不是最小；或是某種性能不理想等等。因此系統需要改善，需要優化。 系統的優化1、什么是系統的優化 系統的優化是指在給定的條件（或約束）下，根據系統的優化目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
思考：系統的優化有什么意義呢？
　　系統優化的意義就是以最小的投入，獲取系統的最佳效益或最佳功能。 車流滾滾，噪音污染嚴重！【案例分析】：浙江天臺縣高速噪音超標80%，66戶村民告上法庭
“6年來，他們最大的愿望就是睡個安穩覺”；高速公路越來越忙，就是聲音大得受不了；天臺66戶村民狀告上三高速；新的問題需要我們智慧的回應和解答。 核心事件：上三高速建成通車已有6年，6年來車流日增，在接近高速天臺出口處，距離高速公路10米左右就有一排民房，這就是天臺縣橋下村。村民說，高速上車來車往的聲音太大了，這幾年來他們最大的愿望是能睡個安穩覺。于是，他們將高速公路公司告上法庭。天臺縣橋下村位于上三高速天臺出口處，一共有250戶人家，房子多是80年代造的。 2000年底，上三高速公路通車，剛好在橋下村旁邊經過。

五六十戶村民的家，與高速公路的距離在50米以內，最近的距離才10米。車輛增多產生的噪音讓大家越來越無法忍受。陳立廣家是一棟2層小樓，最外面的窗戶距高速公路10米左右。
Ⅰ類標準適用于以居住、文教機關為主的區域。
Ⅱ類標準適用于居住、商業、工業混雜區及商業中心區 　　
Ⅲ類標準適用于工業區。 　　
Ⅳ類標準適用于交通干線道路兩側區域。 噪音的危害 190分貝 導致死亡
　　140分貝 歐盟界定的導致聽力完全損害的最高臨界點
　　139分貝 卡卡、梅西球迷的吶喊聲
　　130分貝 火箭發射的聲音
　　125分貝 噴氣式飛機起飛的聲音
　　120分貝 在這種環境下呆超過一分鐘即會產生暫時耳聾
　　110分貝 螺旋漿飛機起飛聲音、搖滾音樂會的聲音
　　105分貝 永久損聽覺
　　100分貝 氣壓鉆機聲音、壓縮鐵錘捶打重物的聲音
　　90分貝 嘈雜酒吧環境聲音、電動鋸鋸木頭的聲音
　　85分貝及以下 不會破壞耳蝸內的毛細胞
　　80分貝 嘈雜的辦公室、高速公路上的聲音
　　75分貝 人體耳朵舒適度上限
　　70分貝 街道環境聲音
　　50分貝 正常交談聲音
　　20分貝 竊竊私語 1、問題——車道附近車流污染嚴重
影響附近人群健康，消除或減輕噪音污染成為優化學校等大環境系統的重要課題。選擇合適的優化方法
討論：
怎樣改善噪音的污染，優化學校或者村民所處環境（系統）？
選擇合適的優化方法減小噪音原則：
一、 聲源處減弱
二、傳播過程中減弱
三、接收處減弱 1、密閉聲源，在聲源處建造隔聲墻，防止噪聲直接向外傳播。
2、給機器上足潤滑油，即防止產生噪音，又能保護機器。
3、加強綠化，在繁雜的公路兩旁植樹造林，形成屏障。
4、給添置隔音設施。
5、在耳朵處加塞隔音裝置，如好的耳塞。
選擇合適的優化方法建造隔音墻問題：
1、隔音墻的高度、長度如何考慮？
2、隔音墻的墻體結構、外形怎么考慮？
3、隔音墻墻體選用何種材料？
4、隔音墻改善噪音效果如何評價？1、隔音墻的高度、長度如何考慮？隔音墻的隔音效果，高度與長度是兩個關鍵，隔音墻只要能阻隔道路和受體的視線，至少就能減少5分貝的音量，而且每增加1米，能減少1.5分貝。1、隔音墻的高度、長度如何考慮？而長度方面，不能跟受體的寬度剛剛好，必須與最近受體的垂直距離為準，向左右兩邊延伸4倍距離的長度，才能防止聲音從兩端流進受體。 隔音墻的墻體結構、外形怎么考慮？單側直板式；
雙側直板式：
帶折檐式：屏障內側加襯吸聲結構。隔聲效果好，保護的范圍比直板式的大；
全封閉式：用于向空間發展的居民區穿越高層建筑群的公路上，隔聲效果>25dB，保護面積可以覆蓋整個居民區，但造價較高。
生態隔音墻：傳統的聲障墻常用的材料有金屬板、玻璃板、混凝土板、木板和塑料板等。這類剛性的、表面平滑的聲障墻，隔音效率一般都較差，只2～5分貝。為了提高其隔音效率，常用的方法是將其表面加糙(如將表面加工成“破碎形狀”)，或采用粗糙的“木材混凝土”等措施。采取這些改進措施之后, 聲障墻的效率可提高30%～50%， 即隔音效率可達7分貝左右。3、隔音墻墻體選用何種材料？聲屏障的地上部分即屏蔽層可采用磚墻、薄鋼板、鋁合金、玻璃鋼、聚碳酸脂塑料等耐老化，抗腐蝕材料；聲屏障的地下部分即基礎則以混凝土及鋼材為主。
為了有效的阻止噪聲穿過隔音墻，聲屏障的材料必須堅硬且具有一定的密度（最少20公斤/平方米）。3、建隔音墻的技術要點
⑴具體測量噪音程度。
⑵建立隔音墻防噪音的數學模型及墻體參數關系條件，求其數學解。
⑶要做到投入最小、效果最好。
⑷驗證試驗。如計算機仿真
4、實施優化
⑴墻體結構與材料，與上面的定量計算相關。
⑵美觀。
⑶效果。高速公路隔音墻高架路上的隔音墻日本的隔音墻系統優化的意義修建隔音墻，以較小的投入，獲得了好的治理噪音污染的效益，使社會環境大系統的整體得以優化。
系統被改善了，就是系統被優化了。獲得系統的最佳效益或最佳功能，就是系統優化的意義。改善學校周邊環境思考：臨沂一中南北兩校周邊環境現狀是什么？有沒有需要改進的地方？身邊的例子：改善學校周邊環境1、學校附近有車道，噪音污染較嚴重。
2、學校周圍的無證攤販多，占道經營。
3、交通設施不完善
⑴ (無公交站、缺紅綠燈、斑馬線)
⑵亂停車（接送學生車輛，社會車輛）
4、校園面積小，開展活動不方便。周邊環境的情景特征分組討論：
根據我校實際，
提出改善的方案思考與練習：
我們學校的學生食堂隨著學校辦學規模的擴大，就餐人數隨之增加，每到中午就餐時間，學生們排著長隊等待就餐。如何減少學生就餐排隊時間？
請提出解決這一問題的幾種方案，運用系統分析方法選擇一種經濟、最有效可行、最容易實現的辦法。從中選擇方案，制定最適宜方案 1:增加窗口和食堂人員 2:分時段就餐 3:增加一個食堂 4:增加食堂的面積 5:提前分發好飯菜 6:提倡學生回家吃 7:增加就餐座位 8:提供飯盒打包 9:學生兩人一組,分工合作 10:分批到兩個食堂就餐 11:外賣服務 12:限制就餐時間(15分鐘) 13:提高食堂人員素質 14:送餐上門服務 二、假如你是村長：怎樣為本村筑好一條致富路
——影響系統優化的因素1、系統優化的一般性步驟
⑴需要進行優化的問題 交通閉塞
⑵選擇合適的優化方法——優化方略與籌謀 修路
勘測
預算
選擇合適的筑路方法和計劃（根據本村的人力、物力、財力）
⑶驗證與實施
條件校驗
實施與調整
確定路線確定土石方量、器材種類與數量、人力、經費校驗人力、物力、財力是否具備。合理分配，節約資源，促使優化指標和約束條件得以滿足。及時調整，計劃與施工，再進入優化進程。①優化追求的目標要適度。
② 希望投入最小，而取得的效益最大。
③ 系統優化離不開條件，條件是否具備直接影響優化。
④ 某些不確定的或不可預見的因素也會影響系統的優化。影響系統優化的因素：（P92） 是指對系統的目標產生顯著影響，
并且可以人為調節的因素。最優化方法解決問題的一般步驟1、提出需要優化的問題和目標，收集有關資料和數據。
2、分析影響系統優化的各種因素，確定變量，建立有關約束條件，建立求解最優化問題的有關數學模型，分析模型。
3、選擇合適的最優化方法。
4、分析求解。
5、最優解的驗證和實施。運用數學模型最優化具體步驟：
①提出需要最優化的問題，收集有關資料和數據；
②確定變量，建立定量計算方程（有關數字模型如
用線性規劃解決問題）和有關約束條件；
③選擇合適的最優化方法；
④解方程，校驗解的最優性；
⑤實施。2、系統優化的方法基礎：分析影響系統優化的因素。過程： 一定的條件下，對系統特性進
行分析和控制。
目標：以實現更佳的整體目標。系統優化的基本原則
（1）：定性定量分析相結合，系統的優化不僅要實現系統中每個元素和子系統的優化，還要達到系統整體的優化。
（2）：必須注意系統各組成部分之間、部分與整體之間的聯系，加強協調，才能提高系統的有序性和整體的運行效果。
（3）：系統的優化要遵循系統的動態觀點，它是一個不斷驗證、完善的過程。例：農作物種植間作套種、利潤問題案例一： 利潤問題 某家具廠要安排一周的生產計劃，產品是桌子和椅子。制作一張桌子需4m2木板及時性20小時的工時，制作一只椅子需6m2木板及18小時的工時，每周能擁有的木板是600m2，可利用的工時是400小時；每張桌子的利潤是50元，每只椅子的利潤是60元。按合同每周至少要交付8張桌子和5只椅子，并假定所有的產品都能夠銷售出去。
問：該廠每周生產桌子和椅子的數量分別是多少時，能獲得最大利潤？Smax=50x+60y
4x+6y≤600
20x+18y≤400
x≥8, y≥5設每周生產桌子X張，生產椅子Y張，則有：閱讀：數學模型 用數學公式、圖表等描述客觀事物的特征模型，稱為數學模型。
現實世界的事物與數學模型的關系可表示為：答 案8張桌子,13張椅子,最大利潤為1180元
通用計算，我們得到的就是最優解，按每周8張桌子、13張椅子的方案生產就可以獲得最大的利潤，像這種系統優化叫做系統最優化。【案例分析二】
在江邊一側有A、B兩個工廠，它們到江邊的距離分別是2km和3km，設兩工廠沿江方向的距離是3.5km，現在要在江邊修建一個碼頭，使得兩廠的產品能夠順利過江，問碼頭應建在什么位置，才能使運輸路線最短？ 碼頭？ 根據要求可畫出下圖，在江邊DE上求一點C，使C到A、B兩廠的距離之和為最短。數學模型為： Smin=AC+BC　　
　過A點作關于直線DE的對稱點A1，連接A1B與DE相交于C，這一點既為所求的碼頭的地點。
　根據相似三角形原理，求得 DC=1.4km，碼頭建在與A廠到江邊垂直距離位置相距1.4km處，運輸路線最短。
求解過程：
根據要求可畫出上圖，在江邊DE上求一點C，使C到A、B兩廠的距離之和為最短。　　數學模型為： Smin=AC+BC　　過A點作關于直線DE的對稱點A1，連接A1B與DE相交于C，這一點既為所求的碼頭的地點。　　根據相似三角形原理，求得 DC=1.4km，碼頭建在與A廠到江邊垂直距離位置相距1.4km處，運輸路線最短。　從這個例子可以看出：可以看出優化僅僅靠定性的分析是遠遠不夠的，還需要更多的定量計算才行。 
【案例分析三】
裝修施工的組織優化
分析：根據裝修的施工流程、資源利用、空間等要求進行分析，可以得到依次施工和平行施工兩種方案，思考各自的特點。 一、明確問題，設立目標施工項目：教學樓裝修 施工內容：教學樓A、B、C棟，需要水電、木工、油漆三個施工過程，每個施工過程需要3周時間目標：組織裝修，使裝修工期和資源利用最為合理。二、收集資料，制定方案方案一：按照施工要求，從A到B到C，依次進行施工。方案二：按照施工要求，A、B、C棟同時進行施工。方案三：按照施工要求，A、B、C棟進行流水施工。■
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■四、檢驗核實，確定方案根據分析，確定按照方案三進行施工。三、分析計算，評價比較選擇出最佳方案：方案三思考優點：
（1）工期____
（2）需要水電、木工和油漆各____個裝修隊同時工作。
（3）相對于平行施工的方式,這種方式在施工時間內投入的人力、施工設備、材料____。
在這一優化的案例中，影響優化的主要因素有哪些？
如：施工時間、裝修隊和設備的數量等
【鞏固練習】1．列車提速是對鐵路運輸系統的優化，以下說法正確的是 （ ）
A．只要有先進的機車，就能提速 B．只有重新鋪設鐵路，才能提速
C．只有使用“動車組”才能提速
D．不僅需要有先進的機車，還需要道路、橋梁、隧道等基礎設施的配套改進。
D 2、下列選項中不屬于系統優化的是( )
A．城鄉規劃
B．工人師傅根據劃線鋸割三角鐵
C．全國第六次列車提速
D．網上銀行及自動存、取款機的應用
B4、系統優化的意義（ ）。
A．獲取系統的最佳效益或最佳功能???
B．改善系統的環境
C．調整系統的結構????????????????? 　
D．改變系統的特征
A 5、王林家新買了一輛汽車，為了節省燃油，采取了下列系統優化措施，其中不正確的是（ ）A、合理使用汽車空調??????
B、每次加油時將油箱加滿C、減少不必要的負載??
D、以上皆不對C6、某電動助動車生產企業為了提高產品的競爭力，對助動車各個部分全面分析和優化，下面不是以提高使用性能為優化目標的措施是（ ）
A．增加太陽能電池板，利用太陽能充電
B．優化零部件的加工工藝，提高生產效率
C．優化傳動系統，以節省用電、提高速度
D．應用人機工程學原理改進座墊、腳踏板的設計，提高騎行時的舒適度B7.“二戰”期間，美軍的運輸船要通過日軍控制的海域，有被日本空軍擊沉的危險。如果在運輸船上時裝高射炮，可以使日軍的飛機不敢低空飛行，從而有效降低被擊沉的可能性，但由于加裝高炮后會使每艘船的運輸量減少，客觀上運輸船通過該海域的頻次不得不增多，這又將增加被擊沉的可能性。這個事例可以說明，系統優化的實現需要( )
A．減少約束條件 B．降低目標函數 C．降低影響因素 D．綜合各種因素D8．系統的優化是在一定的條件下，使系統達到更理想、更佳效果的過程。請判斷以下事例，不能使系統達到優化的是?（ 　）
A、為交通閉塞的某村修建一條公路?????
B、為了提高竹筍的產量，竹子種得越密越好
C．利用農作物生長的季節差進差、時間行間作套種?
D．在耕地少的地區開發低丘緩坡，建立經濟林基地B5．盡管杭州的道路建設年年有大的投入，但是，隨著私家車的不斷增加，杭州的道路反而變得越來越擁擠了。市政府對整個交通系統進行分析后，決定建設地鐵．下列說法正確的是 ( )
A．有了地鐵就能對交通系統實現優化
B．因為地鐵速度快。才實現對交通系統的優化
C．因為地鐵在地下運行，才實現對交通系統的優化
D．必須與其他交通工具及基礎設施配套，才能實現優化DBD【例?1?】下列關于系統要素與系統功能的敘述，正確的是?(????)A?．要素的功能決定系統的功能???????????
B?．系統的功能決定要素的功能?
Ｃ．要素的變化引起系統的功能變化??????
D?．系統功能發生變化，要素必然變化?（分析）本題考查要素與系統的關系。系統是由要素構成的，要素是構成系統的最主要的元素。系統是一個整體，它不是各個要素的簡單相加，系統的整體功能是各要素在孤立狀態下所沒有的。系統的任何一個要素發生變化時，都會影響其他要素的發揮，同時影響系統的整體功能。???????????
答案：?C 【例?2?】機器零件的胡亂堆積構不成機器系統，只有當它們按照一定的裝配關系組合起來時，才能構成機器系統。這表明了系統的?(????)
A?．整體性???????B?．動態性??? Ｃ．結構性???????D?．相關性 （分析）本題考查?“?系統的基本特性?”?。系統是一個整體，它不是各個要素的簡單相加，而是按照一定的關系組合成的一個整體．系統的整體功能是各要素在孤立狀態下所沒有的。而相關性是強調各要素之間及系統和要素之間的相互作用、相互聯系。????????????
答案：?A 【例?3?】小張發現自己騎車特別費力。于是，他對自行車系統的各組成部分進行分析與研究，從車圈到輪胎，從鏈輪到腳蹬，最后排除了故障。下列選項與上面的案例無關的是?(????)A?．小張考慮到系統的整體性??????????????
B?．小張對系統進行了整體性分析?
Ｃ．小張對自行車系統進行了優化?????????
D?．小張進行了系統設計? （分析）本題考查系統的特性、系統分析的主要原則及系統的優化等內容。系統的整體性表示系統的最基本特性，它不是各個要素之和，系統的整體性是各要素所沒有的。由于系統存在著整體性，于是就出現了系統的整體分析方法。對系統的優化是指在給定的條件下，根據系統的優化的目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化。本案例應該說與系統設計無關。??????
答案：?D 祝同學們學習進步！再見！

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