3.4 系统优化的基本方法(1).ppt

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1、第三单元 系统与设计第四节 系统设计的基本方法,1、什么是系统设计？2、系统设计的基本原则有哪些？3、系统设计应考虑的主要问题有哪些？4、系统设计的一般步骤是什么？,学习目标：,连锁店的货物配送系统远程视频会议系统企业资产的管理设计系统室内装修设计假期旅游行程设计个人形象设计,一、系统设计的定义,我们每个人都会在日常生活中遇到系统设计，系统设计运用的案例比比皆是。如：,本方案为88平米两室两厅设计。业主为一对年轻夫妇，设计师针对上班族的业主，采用了简约明朗的线条，将空间合理的分隔。一起来看看设计师是怎么为她量身打造这套房间的！,室内装修设计案例展示,系统设计：,对需设计的系统进行调查分析、筹划

2、研究、评价实施、运行改善等，直到完成一个能协调工作的实际系统的过程。,内涵解读：,系统设计,系统的设计,系统地设计,对某个系统进行技术设计,运用系统的思想和方法进行设计,二、系统设计的原则,1、以实现系统整体效果最优为目的。,2、设计好系统的每个元素和子系统,3、设计好各元素或子系统之间的协调关系,系统设计既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容，同时又需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设计。因此除了遵守技术设计的一般过程、原则和标准外，还特别强调：,三、系统设计应考虑的主要问题,（1）系统设计的目的与要求,（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用,（3）系统设计方案的优化,理解：

3、从系统的整体出发，以系统整体功能的最优为目的。不同行业的系统设计有着不同的技术要求。,理解：运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的基本特性，既要考虑当前，也要考虑长远。,理解：从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善个部分的设计。,问题：最近，王丹家的楼梯灯坏了，她每晚从学校回来，走在黑洞洞的楼梯里，什么都看不见。为此，她想用学过的知识，设计并制作一只简易的手电筒。,系统设计应考虑的主要问题：,1、问题探讨：筑路工程的系统设计,为坐落在山里的村庄策划一个筑路工程设计方案，需要筹划：资金分配、人员调配、地质勘探、路向选择、材料购置、施工进度

4、等。从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？,【参考答案】,（1）要实现筑路工程的总体目标是：经济、快速、安全、方便地选择路向。,（2）进行地质勘探，哪些路段适合筑路，哪些路段不适合筑路，哪些地段适合架桥，哪些地段要避开耕地。,（3）选择筑路技术方案，不同的地段实施不同技术方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。,（4）进行资金合理的分配。,（5）考虑工期、人员、材料安排方案，合理安排人员，各段工程同时进行，实行并行施工，在不增加总资金的情况下，降低材料成本，减少材料的浪费，就近取材，就地取材，选择合理路线购置材料。在不增加过多人工的前提下，提高工程进度，提高劳动生产率。,四、系统设计

5、的一般步骤,问题：最近，王丹家的楼梯灯坏了，她每晚从学校回来，走在黑洞洞的楼梯里，什么都看不见。为此，她想用学过的知识，设计并制作一只简易的手电筒。,（一）设计目的与要求,（二）系统的设计,一只简易的手电筒：可照明，携带方便，使用安全。,手电筒的功能取决于它的各个组成要素，电源通过导线的连接驱动灯泡发光，这些要素缺少任何一个，手电筒都不能正常工作。选择合适的元器件，使它们相互匹配，并能达到设计要求。,1、子系统设计及功能确定,手电筒照明供电部分分为照明和供电两个子系统。照明子系统的要素是灯泡、导线，供电子系统的要素是电源和开关。,2、系统总体技术设计,方案C设计一个自发电手电筒。采用发电机代替

6、干电池进行供电。手电筒系统由以下几部分组成：手柄 齿轮组 发电机 小电珠用手摇动手柄，使齿轮的转速加快，带动一个由电磁铁和线圈组成的发电机旋转，线圈在磁场中转动时将机械能转化为电能，输出电流，使小电珠发光。,方案A（1）设计一个简单的电路，画出电路图。（2）根据电路图，选择元器件，如灯泡、干电池、导线等，并搭接电路。（3）通过控制开关，使灯泡发光。,方案B选择元器件为发光二极管及干电池、金属筒等，其他步骤参照方案A。,（三）系统的优化,（3）对子系统进行技术设计和评价；,可以概括为“总分总”。就是当我们要设计一个系统对象时，可以先将对象分解为一个子系统，分析和确定各个子系统的目标、功能以及它们

7、之间的相互关系和结构组成，然后单独对每个子系统进行技术设计、评价及优化，然后对由完成的子系统作为构件的系统整体进行总体技术设计和评价。,系统设计的一般步骤为：,（1）将系统分解为若干子系统；,（2）确定各子系统的目标、功能及其相互关系；,（4）对系统进行总体设计和评价。,图中为一所农村小学的教室，他们想增建一间教室。主要功能提供教与学的场所。如果你是一位系统设计师，你需要考虑哪些方面的问题？,2、修建希望小学教室设计简介,如果你就是一位系统设计师，你将怎样做？,（阅读课本P92-P101）讨论交流：1.从系统论的角度考虑如果建一间教室要考虑哪些问题？哪些问题是最重要和紧迫的，哪些是属于改善和优

8、化的环节？2.教室平面设计的分析。教室的面积怎样预估?怎样确定？3.教室的保温设计。平房耗散热量的规律是什么？保温隔热的方法有哪些？从保温的角度对室体有哪些设计要求？从保温的角度对门窗有哪些设计要求？4.如果在东北建教室还要考虑哪些问题？,二、修建希望小学教室设计简介,1、确定系统设计的总体目的要求2、基本的设计分析：（1）系统设计的约束条件（系统设计的条件、外部环境等）（2）系统内部组分之间、系统与外部环境之间相互联系及制约关系3、系统的设计（1）子系统设计及功能确定（2）系统总体技术设计4、系统的优化（1）分析影响系统优化的主要因素，提高系统的整体运行效果（2）设计方案不断验证、完善5、系

9、统的评价及改进,简易教室系统组成和层次结构,教室平面设计,教室平面的形状、朝向问题、教室面积如何确定、教室门窗如何设计、桌椅、讲台的摆放等。,教室平面设计,关于教室平面设计方案的检验问题 通过设计纸模型来展示 通过实地测量现有教室比较 通过访问教师、工程师来了解征求意见。,教室保温设计,当地保温、防冻的要求平房耗散热量的规律保温隔热的方法从保温角度对室体的设计要求从保温角度对门窗的设计要求根据经费情况决定采用暖气子系统还是火墙子系统,绝热：岩棉,又称岩石棉、是矿物棉的一种。以天然岩石及矿物等为原料。1、绝热性能：绝热性能好是岩棉、矿渣棉制品的基本特性。2、燃烧性能：岩棉、矿渣棉制品的燃烧性能取

10、决于其中可燃性粘接剂的多少。3、隔音性能：岩棉、矿渣棉制品具有优良的隔音和吸声性能，其吸声机理是这种制品具有多孔性结构，当声波通过时，由于流阻的作用产生摩擦，使声能的一部分为纤维所吸收，阴碍了声波的传递。,采暖：火墙,火墙是利用炉灶的烟气通过立砖砌成的空心短墙采暖的设备，和火炕类似，是北方传统民居被动式节能的一种方式，在冬季利用使用灶炉产生的热量来升高室内温度。,教室通风系统,对开窗户吊扇,教室采光系统,对开窗户日光灯,教室防火系统,墙体采用不易燃烧的材料制成安装自来水系统,教室疏散系统,前后门设计安全通道,在教室平面设计中：1.教室平面图的形状为什么采用长方形？2.教室为什么选取坐北朝南的朝

11、向？3.为什么设计的窗户南面的宽、北面的窄?4.门为什么安装在教室的一头？5.教室平面图的长与宽应怎样确定？根据是什么？6.如果考虑学生实际人数可能超出了原先估计的最大人数这一因素,你认为应怎样改动设计图纸?改动过程应该如何进行?7.在教室保温设计中还有什么好办法，可以起到保温和隔热作用？8.除了保温之外，对于教室的其他性能，如采光、通风安全等，你还有哪些设想？,【感悟提升】,教室未来发展规划、周边绿化、经费来源、方案优化、公示并征集意见等其他问题,三、水火箭的设计,三、水火箭的设计,1、确定系统设计的总体目的要求,设计一个利用废弃饮料瓶制作的气压式喷水式推进“火箭”用600ml的饮料瓶做动力

12、舱，竖直升高高度大于5米，射程大于20米,三、水火箭的设计,2、基本设计分析,通过调查研究，收集相关资料,(1)外部环境分析：受力状况：重力、空气动力、空气阻力天气状况：风向、风速、雨、雪等因素地理环境：发射点位置高度、目标点高度,（2）飞行原理分析动量守恒定律、弹道理论,三、水火箭的设计,三、水火箭的设计,4、系统的优化,通过对影响火箭飞行的主要因素分析，进行优化,(1)原理：影响最大的是刚喷完水时的速度,（2）发射角度对飞行距离和高度的影响,三、水火箭的设计,5、系统的评价和改进,通过发射火箭检验，对其安全性、功能性等方面进行评价。并尝试更好的改进效果。,火箭的发展史,火箭飞行原理,水火箭

13、,火箭,？,制作水火箭的一般步骤：1、挑选箭体 2、制作整流罩 3、制作尾翼,步骤一：挑选箭体,步骤二：制作整流罩,剪下另外一个瓶子的头部，填充一些废纸，然后套在主体可乐瓶底部，整流罩就做好了,步骤三：制作尾翼,制作尾翼：裁剪出四个这样的直角梯形，并用剪刀在图示位置剪出两个一厘米长的小口,制作尾翼：如图示折叠出一个平面，并把四个尾翼对称（如何做到）地贴在水火箭尾部。,经过大家的努力，水火箭终于做好了,整套发射系统,制作活动,请同学们以小组为单位准备一下材料和工具在下节课时带到课堂上制作水火箭，其后到操场放水火箭！2.5升可乐瓶 2个、胶带、剪刀、胶水等,可见，系统设计就是把设计对象看作一个完整

14、的系统，对系统各元素进行分析与综合，使系统内部协调一致，并使系统与环境相互协调，以获得整体目标最优的设计。,小结,四、都江堰工程,都江堰工程是中国古代人民治水的智慧结晶。始于战国初期，在公元前250年，由秦蜀郡太守李冰父子在前人治水的基础上，率民众基本完成。都江堰工程巧妙利用地形、地势和表面地质条件，就地取用卵石、竹、木材，顺势引导水流。工程由三大主体工程和120个附属渠堰工程组成。,四、都江堰工程,1、“鱼嘴”分水工程,“鱼嘴”是都江堰的分水工程，因其形如鱼嘴而得名，它昂头于岷江江心，把岷江分成内外二江。西边叫外江，俗称“金马河”，是岷江正流，主要用于排洪；东边沿山脚的叫内江，是人工引水渠道

15、，主要用于灌溉；鱼嘴的设置极为巧妙，它利用地形、地势，巧妙地完成分流引水的任务，而且在洪、枯水季节不同水位条件下，起着自动调节水量的作用。鱼嘴所分的水量有一定的比例。春天，岷江水流量小；灌区正值春耕，需要灌溉，这时岷江主流直入内江，水量约占六成，外江约占四成，以保证灌溉用水；洪水季节，二者比例又自动颠倒过来，内江四成，外江六成，使灌区不受水潦灾害。在二王庙壁上刻的治水三字经中说的“分四六，平潦旱”，就是指鱼嘴这一天然调节分流比例的功能。,四、都江堰工程,2、“飞沙堰”溢洪工程,在鱼嘴以下的长堤，即分内、外二江的堤叫金刚堤。堤下段与内江左岸虎头岸相对的地方，有一低平的 地段，这里春、秋、冬、三季

16、是人们往返于离堆公园与索桥之间的行道的坦途，洪水季节这里浪花飞溅，是内江的泄洪道。泄洪道，唐朝名“侍郎堰”、“金堤”，后又名“减水河”，它固具有泄洪徘砂的显著功能，故又叫它“飞沙堰”。飞沙堰是都江堰确保成都平原不受水灾的关键要害。它的主要作用是当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行溢出；如遇特大洪水的非常情况，它还会自行溃堤，让大量江水回归岷江正流。另一作用是“飞沙”，岷江从万山丛中急驰而来，挟着大量泥沙，石块，如果让它们顺内江而下，就会淤塞宝瓶口和灌区。飞沙堰真是善解人意、排人所难，将上游带来的泥沙和卵石，甚至重达千斤的巨石，从这里抛入外江（主要是巧妙地利用离心力作用），确

17、保内江通畅，确有鬼斧神工之妙。,四、都江堰工程,3、“宝瓶口”引水工程,是湔山(今名灌口山、玉垒山)伸向岷江的长脊上凿开的一个口子，它是人工凿成控制内江进水的咽喉，因它形似瓶口而功能奇持，故名宝瓶口。留在宝瓶口右边的山丘，因与其山体相离，故名离堆。宝瓶口宽度和底高都有极严格的控制，古人在岩壁上刻了几十条分划，取名“水则”，那是我国最早的水位标尺。内江水流进宝瓶口后，通过干渠经仰天窝节制闸，把江水一分为二。再经蒲柏、走江闸二分为四，顺应西北高、东南低的地势倾斜，一分再分，形成自流灌溉渠系，灌溉成都平原。及绵阳、射洪、简阳、资阳、仁寿、青神等市县近一万平方公里，一千余万亩农田。,都江堰水利工程是全

18、世界至今为止，年代最久、唯一留存、以无坝引水为特征的宏大水利工程。这项工程主要有鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口进水口三大部分和百丈堤、人字堤等120个附属工程构成，科学地解决了江水自动分流（鱼嘴分水堤四六分水）、自动排沙（鱼嘴分水堤二八分沙）、控制进水流量（宝瓶口与飞沙堰）等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。1998年灌溉面积达到到66.87万公顷，灌溉面积已达40余县。人们为了纪念李冰父子，建了一座李冰父子庙，称为二王庙。都江堰是由渠首枢纽、灌区各级引水渠道，各类工程建筑物和大中小型水库和塘堰等所构成的一个庞大的工程系统，担负着四川盆地中西部地区7市（地）36县（

19、市、区）1003万余亩农田的灌溉、成都市50多家重点企业和城市生活供水，以及防洪、发电、漂水、水产、养殖、林果、旅游、环保等多项目标综合服务，是四川省国民经济发展不可替代的水利基础设施，其灌区规模居全国之冠。,四、都江堰工程,四、都江堰工程,思考：,为什么说都江堰工程是一个伟大的系统工程？试作评价。,五、设计与实践,设计项目：1、多用途广告宣传灯 2、家庭内照明系统设计 3、校园绿化方案设计,请大家设计自己的“Dream House”。1.要设计细节2.要讲述理由,系统设计的基本方法：,1、确定系统设计的总体目的要求2、基本的设计分析：（1）系统设计的约束条件（系统设计的条件、外部环境等）（2）系统内部组分之间、系统与外部环境之间相互联系及制约关系3、系统的设计（1）子系统设计及功能确定（2）系统总体技术设计4、系统的优化（1）分析影响系统优化的主要因素，提高系统的整体运行效果（2）设计方案不断验证、完善5、系统的评价及改进,Ready?Go!,