通用技术技术与设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,通用技术,技术与设计,2,第三单元 系统与设计,系统的分析,1,一、系统的结构,二,、,系统的分析,三、,系统的设计,1,、,系统分析及其一般步骤,第三单元 系统与设计,2,、,系统的优化,2,一、系统分析,系统分析的步骤,什么是系统分析,系统分析的主要原则,3,二、系统的分析,系统分析方法的产生,系统分析是在第二次世界大战末期提出来的,起初被用于武器系统的分析研究，后来又被用于国防战略及国家安全政策的制定。上世纪,60,年代才逐步被行政及企业单位采用。,4,1,、系统分析,什么是系统分析,每个人都会面临选择、面临决策。,打个比方,放学回家,可以选择的道路比较多,小路路线比较近,但是道路比较窄,大路绕着远了点,可是路面宽阔,.,很多同学想也不想,就走小路吧,.,近呗,!,可是如果有一个人他开着一辆车,他会不会仍然做这种选择呢,?,万一小路上有什么东西堵着了,这可就糟了,.,对于不同的交通工具,不同的道路,每个人的选择就不一样了,.,那么总该有一个比较合理或者科学的选择吧,.,决策方法有,经验决策,和,科学决策,，,经验决策,是人们惯用的方法，有时可能会导致失误；,科学决策,则可以最大限度地减少失误。,5,决策的方法,经验决策,6,决策的方法,科学决策,系统分析就是一种科学决策的方法,7,案例分析,1,公交线路的设立,在人口规模很小的县城，道路状况简单，公共交通线路的决策也简单，设计者凭借经验，可以完成公交线路的设计。,综合考察全市的道路状况、人口密度的分布、不同区域的居民对公共交通的要求等，运用科学的方法进行综合分析和研究，就能找出城市公交线路规划设计的最佳方案。,在上百万人口规模的大城市，道路状况复杂，市民对交通的需求趋于多样化，这时若凭经验规划公交线路，容易顾此失彼，出现失误。,8,路口控制系统,车辆和行人都少的情况：司机自己控制行或停。,车辆多的情况：红绿灯控制车辆的行或停。,车辆和人都多的情况：红绿灯不仅控制车辆的行或停，还控制人的行或停。,红绿灯控制行或停的时间是事先经过抽样统计的结果确定的。,问题：有时会出现在一条道路上行驶时，总是遇到红灯。司机常常会说,“,一步赶不上，步步赶不上,”,。,路口控制系统的改进：,在一些主干道路上，实现一路绿灯。,方法：主干道路上的绿灯按一定的时间顺序依此亮。,9,系统分析的定义,为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以,周详的考察、分析、比较、试验,，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案，这个过程就是分析。,设置红绿灯控制车辆的行或停。,设置红绿灯控制人的行或停。,设置智能路口控制。,系统分析的出发点是：为了发挥系统的整体功能。,系统分析的目的是：寻求解决问题的最佳决策。,10,系统分析的特点,系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问题，考虑各种主要变化的因素及其相互的影响，全面地思考和解决问题。,借助于系统分析，可以正确地提出整体目标，恰当地选择方案，科学地确定行动的方略。,11,案例分析,2,汉字激光照排系统,王选教授,激光照排机,12,思考：在汉字照排方案的决策中，系统的整体目标是什么？,你认为王选进行决策的依据主要有哪些？,目标：,研制出先进的中文排版系统，,使得我国的报业排版不再依赖国外技术,依据：,王选看到了国内的技术储备以及第四代机的市场场景,虽然存在一定的技术难关，但只要努力还是可以克服的。,在选题和确定技术途径时候、要注意中国国情，要仔细研究哪些事情应该做而且可能做好，哪些事在中国不应该做或不能做：如果只欣赏和坚持局部创新，而忽略整体上的大方向，有时会产生灾难性的后果,13,二、系统分析的一般步骤,系统分析的出发点为了发挥系统的整体功能，目的是寻求解决问题的最佳决策，而生产和生活中的一些问题，往往存在着许多相互关联和一些不确定的因素，所以,最佳决策只是在若干方案中寻求的相对令人满意的方案。,14,系统分析的步骤,明确问题，设立目标,：,明确要研究问题的性质和范围，提出所要达到的目标，明确约束条件。,收集资料，制定方案,：收集相关资料，制定解决问题的各种备选方案，预计可能产生的各种结果。,分析计算，评价比较,：,对资料和数据做必要的计算，进行各子系统的分析，再进行系统的整体分析，将各种方案进行评价对比，选择最佳方案。,检验核实，作出决策,：,如果对制定的方案不满意，还可按上述程序反复进行，直到获的满意为止。,15,田忌赛马（,1,）,齐国的大将田忌，很喜欢赛马，有一回，他和齐威王约定，要进行一场比赛。他们商量好，把各自的马分成上，中，下三等。比赛的时候，要上马对上马，中马对中马，下马对下马。由于齐威王每个等级的马都比田忌的马强得多，所以比赛了几次，田忌都失败了。田忌觉得很扫兴，比赛还没有结束，就垂头丧气地离开赛马场。这时，田忌抬头一看，人群中有个人，原来是自己的好朋友孙膑。孙膑招呼田忌过来，拍着他的肩膀说：,“,我刚才看了赛马，威王的马比你的马快不了多少呀。,”,孙膑还没有说完，田忌瞪了他一眼：,“,想不到你也来挖苦我！,”,孙膑说：,“,我不是挖苦你，我是说你再同他赛一次，我有办法准能让你赢了他。,”,田忌疑惑地看着孙膑：,“,你是说另换一匹马来？,”,孙膑摇摇头说：,“,连一匹马也不需要更换。,16,田忌赛马（,2,）,齐威王屡战屡胜，正在得意洋洋地夸耀自己马匹的时候，看见田忌陪着孙膑迎面走来，便站起来讥讽地说：,“,怎么，莫非你还不服气？,”,田忌说：,“,当然不服气，咱们再赛一次！,”,说着，,“,哗啦,”,一声，把一大堆银钱倒在桌子上，作为他下的赌钱。齐威王一看，心里暗暗好笑，于是吩咐手下，把前几次赢得的银钱全部抬来，另外又加了一千两黄金，也放在桌子上。齐威王轻蔑地说：,“,那就开始吧！,”,一声锣响，比赛开始了。比赛的结果是三局两胜，当然是田忌赢了齐威王。还是同样的马匹，由于调换一下比赛的出场顺序，就得到转败为胜的结果。,17,田忌赛马战术分析,(1),1,：明确问题，设立目标,问题：跑马比赛，,目标：取得比赛胜利，,约束条件：三匹马参加比赛，每匹马比赛一次。,2,：收集资料，制定方案,各种方案：,18,田忌赛马战术分析,(3),1,1,2,2,3,3,1,1,2,3,3,2,1,2,2,1,3,3,1,2,2,3,3,1,1,3,2,1,3,2,1,3,2,2,3,1,输,输,输,3,：,0,输,输,赢,2,：,1,输,赢,输,2,：,1,输,输,赢,2,：,1,输,赢,赢,1,：,2,输,输,赢,2,：,1,19,田忌赛马战术分析,(2),4,：检验核实，作出决策,选择合适的马的出场顺序。,3,：分析计算，评价比较,各种方案的比赛结果：,1,3,2,1,3,2,输,赢,赢,1,：,2,20,系统分析的主要原则,运用系统分析的方法处理具体问题时，主要要遵循三大原则：整体性原则、科学性原则、综合性原则。,21,整体性原则,分析系统首先要着眼于系统整体：,先分析整体，再分析部分,先看全局，后看局部,先看全过程，再看某一个阶段,先看长远，再看当前,22,案例分析,3,丁谓修复皇宫,第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉；,第二，要运来大批木材和石料；,第三，要运来大量新土。,宋真宗在位时，皇宫曾起火。一夜之间，大片的宫室楼台殿阁亭榭变成了废墟。为了修复这些宫殿，宋真宗派当时的晋国公丁谓主持修缮工程。,当时，要完成这项重大的建筑工程，面临着三个大问题：,23,丁谓研究了工程之后，制订了这样的施工方案：,首先，从施工现场向外挖了若干条大深沟，把挖出来的土作为施工需要的新土备用，于是就解决了新土问题。,第二步，从城外把汴水引入所挖的大沟中，于是就可以利用木排及船只运送木材石料，解决了木材石料的运输问题。,最后，等到材料运输任务完成之后，再把沟中的水排掉，把工地上的垃圾填入沟内，使沟重新变为平地。,施工方案,24,简单归纳起来，就是这样一个过程：,挖沟（取土）引水入沟（水道运输）填沟（处理垃圾）。,按照这个施工方案，不仅节约了许多时间和经费，而且使工地秩序井然，使城内的交通和生活秩序不受施工太大的影响，因而确实是很科学的施工方案。,丁谓在修复皇宫工程中，运用了整体的解决方案，使取土、运输材料、处理垃圾三项繁重的任务协调起来，在总体上得到了最佳解决。,25,马 上 行 动,1,赵明同学家所在街道的人行道在一年内进行了三次施工，分别是电信部门铺设通讯线路、煤气公司预埋煤气管道、市政部门维修下水管道，结果重复施工，造成了人力和财力资源的浪费，同时也给市民带来了不便。,请分析这一事件的问题所在，你认为怎样处理更为合理？,26,科学性原则,系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结构更具说服力。,例如，在比较种稻是一年三季合算还是一年两季合算时，有人就提出“三三进九不如二五一十”，这就是最简单而且也是最实用的定量分析。当然，在处理复杂系统的分析和优化问题时，往往需要使用比较复杂的数学工具。,27,销售代理制,1987,年，还是人们迷恋直销方式追求单个效益的时候，春兰公司就提出了代理制，这是唯一能适应规模经济的销售方法。代理制牺牲了单个效益的一部分，获得了更大的市场，更多的效益。三三进九，不如二五一十，利用各地现存的销售网为自己服务这是最经济最科学的。,28,田螺石螺，家喻户晓。午夜时分常常见到不少食客相约三五知己在大排档吃夜宵，桌上一盘炒螺，几瓶啤酒，一聊就是半天。,可是，也有人边细嚼美味的螺肉，边,“,吐吐吐,”,地把吃进嘴巴里的泥巴、螺崽吐出来，埋怨螺肚泥巴螺崽多。客观地说，食客缺乏吃螺技巧固然有之，厨师未尽责任也是原因之一。有一个流传很久的民间办法。先将田螺石螺放进盛满清水的盆子里，再把菜刀、锅铲等非不锈钢铁器插进螺堆。第二天就可以发现这些铁器上爬满了螺，不仅盆底沉下一层螺吐出来的泥巴，母螺还产下很多螺崽。如果清理干净后再重复处理，螺就继续吐泥下崽。这样，螺的肚子里便干净多了。为何铁器能催螺吐泥产崽，个中原因我也说不清楚，但我知道这个办法有效，毕竟已流传几代人了。其实这种做法也不见得麻烦，只是略为拖延一点资金回收时间罢了。我细细一想，三三得九，不如二五一十。假设不作吐泥加工的炒螺每碟售三元，卖了三蝶也只得九元收入，还未必得宠；但已作吐泥加工的售五元一蝶，卖两蝶就有十元收入，顾客还吃得既放心又开心。如此这般，何乐而不为呢？,螺的处理,29,阅 读 优选法,优选法是快速寻找最佳方案的科学方法。具体的优选法有很多，如黄金分割法、分数法、对分法等，这里只介绍黄金分割法。,黄金分割法也称,0.618,法，它是优选法的一种。以技术试验为例，先把整个试验范围看做,1,，然后在整个试验范围的,0.618,处选点做第一次试验，再在倒过来的,0.618,处选点做第二次试验，比较两次试验的结果，去掉效果差的那个点以外的试验范围部分；,再在余下的范围内继续采用这种方法，再比较试验结果，这样逐渐缩小试验范围，迅速找到试验目标。,30,阅 读 优选法,例如，要在某种合金钢中加入某元素以提高它的强度，假设试验范围是每吨加入量为,10002000g,，那么究竟应加入多少？若用一般试验方法，每隔,5g,试验一次需要做,200,次，每隔,10g,试验一次需要做,100,次。若用,0.618,法，只需做,11,次，就可以找到最佳加入量了。,31,综合性原则,系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时，应将目标排除优先次序，首先选取最优先的目标，然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。这就需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。,例如，工业生产既要求产量大，又要求质量好、成本低，如果片面强调一方面就会产生偏差；城市公交系统既要强化公共交通的安全，又要缩短车辆行驶的时间，实现社会效益和经济效益双丰收。,32,综合性原则,系统分析还需要考虑设计方案出台所带来的后果。有的工厂在生产产品的同时，也向周围环境排放出,“,三废,”,，造成污染；毁林开荒虽然能收获农产品，但造成水土流失，贻害很大,某些情况下，综合若干方案的优点，会取得意外效果。现代医学采用中西医结合的方法攻克了很多疑难杂症；农业为了保水，可以配合地面水库、地下水库、土壤水库、绿色水库（山区造林种草，每亩地可蓄水,20m3,）等不同的方案综合进行。,33,案例分析,4,孝襄高速公路,湖北省的孝襄高速公路总投资额达,72,亿元人民币，是,“,十五,”,期间该省投资规模最大、建设里程最长的一条高速公路。,按照设计方案，孝襄高速公路要穿越占地面积达,19km2,的,“,洛阳银杏保护区,”,，,2,万多棵树龄在百年以上的古银杏树将面临毁灭性的破坏。银杏树的成长周期特别长，移栽成活率极低，一旦被毁损，势必破坏当地的生物多样性。,如果更改最初的设计方案，绕避保护区,1.4km,，工程指挥部就要为此增加投资,4200,万元。,根据以上内容，你认为孝襄高速公路的设计应该综合考虑哪些目标？,34,孝襄高速公路,1,：保护珍稀的银杏名贵树木。,2,：控制工程投资额度、坚持原设计不变。,孝襄高速公路抱着洛阳银杏园绕了个圈，好处有：,一是有利于保护我国珍稀物种银杏树，实现生物多样性。,二是在当前国内外心血管疾病呈增加趋势，治疗心血管疾病的中药银杏供不应求的情况下，有利于保护和开发银杏的药物资源。,三是保住了当地百姓的致富资源。,湖北省随州市洛阳镇,35,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,。,我们做任何事情都希望达到,最优,的效果。如希望以最小的成本获取最大的利润，以最短的工期完成更多的工程量，以最少的能耗生产更多的产品，在单位面积上尽可能提高农业产量等。,二、系统的优化,36,(,一,),、什么是系统的优化,系统的优化是指在,给定的条件,（或约束）条件下，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）,。不同的目标对应着不同的优化结果。,在现实生活中，由于受环境和条件的限制，不可能找出一切方案，也不可能对所有方案进行全面比较，漫无边际地去研究所有方案，无论在时间上还是人力上都不允许，运用科学的方法就更为重要，缺乏资料，缺少对资料的科学计算和分析，只靠拍脑袋无法寻找到最优方案。,37,【,案例分析,1】,：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。记者 肖菁 摄影 周涛关键人物：天台县桥下村,66,户村民,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。,去年上任的村委会主任陈立广一直在忙乎一件大事：“反映和解决高速公路给村民带来的噪音问题”。五六十户村民的家，与高速公路的距离在,50,米以内，最近的距离才,10,米。车辆增多产生的噪音让大家越来越无法忍受。陈立广家是一栋,2,层小楼，最外面的窗户距高速公路,10,米左右。陈立广说，到了晚上，屋里根本没法睡人，四周一安静，高速上一辆接一辆的车辆飞驰而过，声音大得让人根本无法入睡。,与桥下村相邻的是上三高速的南往北车道，台州路桥等地塑料市场发达，上高速奔走的也以十几吨的大货车为主，装满了产品通过上三高速运往杭州上海。还有一些大的集装箱车是开往宁波港的。现在还有不少福建各地的车辆也经此而过。尤其到了夏天，大货车怕白天赶路轮胎温度太高易爆，大多数都选择晚上赶路。这让桥下村人睡个好觉都成了奢望。,一些有钱的村民在县城里买了房子全家迁去县城住，家里有读书的孩子的一般都争取尽早住校。出外打工的年轻人也难得回这里来住，只留下一些老人还有孩子，跟记者说整夜整夜都是迷迷糊糊，天亮了就头痛。,讨论：怎样改善噪音的污染，优化村民所处环境（系统）？,38,隔音墙,作用的本质是改变噪音的传播途径，以达到改善污染的目的。系统被改善了，但对于类似于香港城市高楼林立的情况，在高速公路两侧如果修建隔音墙必须修得很高才可以，如果墙修得太高，那么抗风暴的能力就会大大减弱，为增加抗风暴能力，选材时就会大大提高成本，这样修建隔音墙就不是合适的优化方法。,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,。,又如：建筑材料的改进也是一项优化技术，以往建筑物的墙体多采用实心砖，现在采用了空心砖，在保证强度、隔热隔音效果的同时，节省了材料。,39,【,案例分析,2】,书,P81,农作物种植系统的优化,农业间作套种,约束条件,是对系统的功能起着限制作用、并且是不能人为调节的因素。,目标函数,是系统目标与系统中的某些元素之间的关系。,【,学生活动,】,讨论：影响增产增收有哪些因素？,农作物的生长周期、气候等因素。,提高土地利用率和土地单位面积农作物收益总和之间的关系。,套种的模式、套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等等。,40,(,二,),、影响系统优化的因素,对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。,优化追求的目标要适度。,希望投入最小，而取得的效益最大,系统优化离不开条件，条件是否具备直接影响优化。,某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。,对于比较复杂的系统，人们对其特征了解不够，所以需要运用一定的,数学手段,描述它，进而找到合适的解决方案。,41,案例分析,P81,利润问题,约束条件,42,【,案例分析,3】,在江边一侧有,A,、,B,两个工厂，它们到江边的距离分别是,2km,和,3km,，设两工厂沿江方向的距离是,3.5km,，现在要在江边修建一个码头，使得两厂的产品能够顺利过江，问码头应建在什么位置，才能使运输路线最短？,码头？,43,根据要求可画出下图，在江边,DE,上求一点,C,，使,C,到,A,、,B,两厂的距离之和为最短。,过,A,点作关于直线,DE,的对称点,A,1,，连接,A,1,B,与,DE,相交于,C,，这一点既为所求的码头的地点。,根据相似三角形原理，求得,DC=1.4km,，码头建在与,A,厂到江边垂直距离位置相距,1.4km,处，运输路线最短。,从,“,为江边码头选址,”,这个例子，可以看出优化仅仅靠定性的分析是远远不够的，还需要更多的定量计算才行。,数学模型为：,S,min,=AC+BC,44,(,三,),、最优化方法,通常，我们通过优化的目标与决策变量之间的关系计算出目标值，所得到的就是,最优解,。对有些问题，如果我们不能确切地描述目标函数，则可以通过定性的估计或推断，得到较为满意的解。,为使系统达到最优的目标而提出的求解方法称为,最优化方法,。系统优化的方法是多样的，有的运用数学模型求解，有的通过科学的估算、试验等方法实现。但无论运用怎样的优化方法，都需要经过若干次完善和验证，才能得出最优解或满意解。,求解过程：,数学模型,估算、试验,最优解,满意解,完善、验证,45,【,案例分析,4】,书,P83,装修施工的组织优化,【,学生活动,】,分析：根据装修的施工流程、资源利用、空间等要求进行分析，可以得到依次施工和平行施工两种方案，思考各自的特点。,46,一、明确问题，设立目标,施工项目：教学楼装修,施工内容：教学楼,A,、,B,、,C,栋，需要水电、木工、油漆三个施工过程，每个施工过程需要,3,周时间,目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。,二、收集资料，制定方案,方案一：按照施工要求，从,A,到,B,到,C,，依次进行施工。,方案二：按照施工要求，,A,、,B,、,C,栋同时进行施工。,方案三：按照施工要求，,A,、,B,、,C,栋进行流水施工。,47,楼,装修,过程,工期,装修施工进度（周）,3,6,9,12,15,18,21,24,27,A,水电,3,木工,3,油漆,3,B,水电,3,木工,3,油漆,3,C,水电,3,木工,3,油漆,3,48,三、检验核实，确定方案,根据分析，确定按照方案三进行施工。,四、分析计算，评价比较,选择出最佳方案：方案三,施工特点,方案三,方案二,方案一,现场管理,设备、材料,施工队,工期,依此施工,27,周,1,投入少,简单,平行施工,9,周,3,投入多,复杂,流水施工,15,周,1,较多,较简单,49,The end,50,