2020选考-通用技术-必修二-第三章-系统与设计课件.pptx

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1、第三章系统与设计,考试标准,一、系统的结构1.含义：由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体，称为系统。2.构成系统的三个条件(1)至少要有两个或两个以上的要素(部分)才能组成系统。(2)要素(部分)之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体。(3)整体的功能是局部所没有的。,3.对于较大型的系统和比较复杂的系统，根据一定的标准可划分为若干子系统。(1)子系统：相对大系统而言，是大系统中相对独立且具有一定功能的组成部分。如地球生态系统：海洋生态子系统、森林生态子系统、陆地生态子系统等。(2)要素：组成系统的最主要元素。任何系统又是更大系统的子系

2、统。根据需要，对系统进行不同的分类：自然系统和人造系统：自然系统：原始系统都是自然系统，如天体、海洋、生态系统、人体系统(运动系统、神经系统、内分泌系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、生殖系统)；人造系统：如飞船、交通、商业、教育等。实体系统和抽象系统：例：计算机硬件属于实体系统；软件属于抽象系统。开放系统和封闭系统静态系统和动态系统,4.系统的基本特性(1)整体性：侧重于“要素(部分)影响要素(部分)，要素(部分)影响整体”系统是一个整体，它不是各个要素(部分)的简单相加，系统的整体功能是各要素(部分)在孤立状态下所没有的。系统中某个要素发生变化或出现故障，都会影响其他要素或整体功

3、能的发挥。系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。例：巴尔扎克的塑像、“木桶理论”、一招不慎全盘皆输、弃卒保车、“阿波罗”登月飞船上的零件、两只眼睛的视野是一只眼睛的六倍等。系统的要素配合好才能发挥系统的整体功能，换句话说，要素好系统整体性能未必好。,(2)相关性：侧重于“在整体完好的情况下，要素(部分)与要素(部分)，要素(部分)与整体之间的关联”，构成系统的各要素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此相关的。(3)目的性：任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能，这是区别不同系统的主要标志。(4)动态性：物质都是不断变化的，因此系统是一个动态的系统，处在运动变化

4、和发展之中。(5)环境适应性：系统都存在于一定的环境中，并不断的与外界环境进行物质的、能量的和信息的交换，系统必须适应外部环境的变化。例：“春捂秋冻”、电冰箱不能紧贴墙放置。,二、系统的分析1.系统分析及其一般步骤(1)系统分析系统分析：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，并在此基础上拟订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的过程，就是系统分析。系统分析的出发点是为了发挥系统整体功能，目的是寻求解决问题的最佳决策，一般是从系统的整体功能出发，全面地思考与解决问题。系统分析的特点：完整地而不是零星的处理问题，考虑各种主要变化因

5、素及其相互的影响，全面地思考和解决问题。借助系统分析，可以正确地提出整体目标，恰当地选择方案，科学地确定行动的策略。,系统分析的目标：发挥系统的功能，实现系统的目标。系统分析采用的方法：运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验。系统分析产生的结果：拟订一套有效的处理步骤和程序，或对原系统提出改进方案。例：王选汉字激光照排系统(2)系统分析的一般步骤,(3)系统分析的主要原则整体性原则：系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分：先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。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

6、数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具说服力。综合性原则：当系统存在若干个目标时，需要综合分析，统筹兼顾不可顾此失彼，因小失大。,2.系统的优化分析影响系统优化的因素(1)系统优化：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)。(2)影响系统优化的因素和约束条件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。约束条件：对系统优化起着限制作用，并且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。,(3)系统优化的方法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

7、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。,三、系统的设计1.系统的设计(1)系统设计是在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。它包含对某个系统进行技术设计，同时需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设计。(2)系统设计应考虑的主要问题系统设计的目的与要求。要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的。系统各部分之间的相互联系与相互作用。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。,系统设计方案的优化。先从整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计。(3)系统设计的步骤：把系统分成若干个部分；确定各子系统

8、的目标、功能及相互关系；对子系统及系统进行设计、评价等。,2.简单系统设计的实现(1)系统设计实质是利用系统理论(系统观点)对系统(产品)进行设计，其突出的表现是：系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的；要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。依据系统的动态性及环境适应性，既考虑当前，也考虑长远。要注意系统方案的优化，要从系统整体上考虑优化，再完善子系统的设计。(2)系统工程是指在系统思想的指导下，综合应用自然科学和社会科学中有关的先进思想、理论、方法和工具，对系统的结构、功能、要素、信息和反馈等进行分析、处理，解决实际问题，以达到最优规划、最优设计、最优管

9、理和最优控制的目的。,美国系统工程专家霍尔于1969年提出了一种系统工程方法论霍尔三维结构。霍尔三维结构是指运用系统工程时从三个侧面来考虑问题的方法。第一个侧面叫逻辑维，第二个侧面叫时间维，第三个侧面叫知识维，形成逻辑维、时间维和知识维所组成的三维空间结构。逻辑维是指对一项系统工程，运用系统思想和方法分析解决问题所经历的逻辑思考过程，包括明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施七个逻辑步骤。时间维表示一项系统工程需要的工作阶段、工作流程，包括规划、拟订方案、研制、生产、安装、运行、更新七个时间阶段。如果说逻辑维是思考问题的步骤，那么时间维就是实际解决问题的步骤。知识维是指运用系

10、统工程方法时需要综合运用的各种知识和技能，包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术等。,【例1】如图所示是某电缆生产系统示意图，导线经放线设备后穿过模具，牵引设备将导线拉直并牵引导线。屏蔽层挤出机和绝缘层挤出机分别向模具中挤入屏蔽材料和熔化的绝缘材料，并使其包裹在导线上，经水槽冷却后收线。以下对该系统的优化措施中，合理的是(),A.增加模具冷却装置，延长模具寿命B.加快收线设备的收线速度，提高生产效率C.减少挤出材料的挤出量，节约材料D.增加水槽水温自动控制装置，提高产品质量解析系统优化，是在给定的条件(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

11、最大化(或最小化)，模具冷却、加快收线、减少材料的挤出量会影响产品的质量，都不合理。答案D,变式1如图所示为缺失了水位控制装置的自动供水系统，以下对该系统的修复方案中，合理的是(),解析本题考查简单的系统设计。根据进水阀、浮球等组成的杠杆的工作原理及该系统中各部件间的联系及整体功能可知，当C项水位升高时，进水阀关闭。答案C,【例2】(201510月浙江选考)如图所示是智能家居示意图。通过网络将智能家电、中央空调和安全监控等与计算机连接，构建了高效的住宅设施与家庭事务管理系统，提升了家居的安全性、便利性和舒适性。下列关于该系统的说法中错误的是(),A.网络故障会影响该系统对各子系统的管理，体现了

12、系统的整体性B.该系统能随时了解和处理家中发生的状况，体现了系统的相关性C.该系统能抵抗外界干扰信号的影响，体现了系统的环境适应性D.该系统提升了家居的安全性、便利性和舒适性，体现了系统的目的性解析根据实际生活案例考查对系统的基本特性的理解，系统能随时了解和处理家中发生的状况，这是系统的目的之一，体现的是系统的目的性，而不是相关性，所以B选项错误。答案B,变式2(20174月宁波模考)如图所示是一款自平衡两轮电动车，它以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿态，通过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令，从而驱动马达来达到平衡的效果。当人与车往前倾斜时，智能平衡车车身内的内置电动马达会产生往

13、前的力量，一方面平衡人与车往前倾倒的扭矩，一方面产生让车辆前进的加速度，相反当陀螺仪检测到人和车往后倾时，会产生向后的力量达到平衡效果。智能平衡车的速度与驾驶人身体倾斜的程度成正比。关于该自平衡两轮电动车，以下说法中不正确的是(),A.若电动马达损坏，会造成该车无法正常行驶，体现了系统的综合性B.作为代步工具的功能是任一要素在孤立状态下所没有的，体现了系统的整体性C.时间久了，内置充电电池的续航能力下降，体现了系统的动态性D.在平缓的上下坡路段也能平稳行驶，体现了系统的环境适应性答案A,【例3】(20164月浙江选考)如图所示的希罗自动门，祭坛点火使容器1中的空气膨胀，将水压入容器2，利用水的

14、重力使轴3转动，将门打开。当火熄灭时，庙门在重锤的作用下自动关闭。根据描述，以下说法中不正确的是(),A.利用气压为动力打开庙门，体现了系统的目的性B.重锤质量增加，需相应增加容器2中水的质量，体现了系统的相关性C.设计时先考虑容器1，再考虑容器2，体现了系统分析的整体性原则D.设计时根据开关门所需力的大小，计算出重锤和水的质量，体现了系统分析的科学性原则,解析本题考查了系统的基本特性。利用气压为动力打开庙门，体现了系统的目的性，A选项正确；重锤质量增加，需相应增加容器2中水的质量，体现了系统的相关性，B选项正确；容器1与容器2是系统中的两个要素，两者具有相关性，C选项错误；计算出重锤和水的质

15、量，体现了系统分析的科学性原则，D选项正确，故答案应选C。答案C,变式3高考考场统一启用考场监控系统，使高考更加公平公正。从系统的角度分析，下列说法中不正确的是(),A.考场监控系统具有超大存储容量，能长时间保存视频，体现了系统的环境适应性B.前端设备、监控主机、远程计算机相互影响，体现了系统的相关性C.前端设备、监控主机、远程计算机共同构成了考场监控系统，体现了系统的整体性D.监控系统具有视频录制、视频回放、视频放大、视频传输等功能，体现了系统的目的性解析环境适应性是当系统外环境出现变化时，系统为了适应环境变化而使系统的变化；A项内容明显体现了系统的目的性。答案A,A.系统分析要遵循三个主要

16、原则B.影响系统优化的因素不可以人为调节C.系统始终处在运动变化和发展之中D.系统包含两个或两个以上的要素(或部分)答案B,变式4(20168月温州模考)如图所示的家庭卫生间水路系统，由各种卫生器具、进水管网、下水道排水管网等组成。通过进水管提供各种卫生器具用水，使用后产生的废水、污水通过排水管排入下水道。根据描述，以下说法正确的是(),A.排水管出现故障，将会影响水路系统的正常工作，体现系统的动态性B.使用一段时间之后，下水道堆积油污或絮状物会导致管道堵塞，体现系统的环境适应性C.给人们用水及排水带来方便，体现了系统的目的性D.设计时根据卫生器具的分布，计算管道的合理尺寸，体现了系统分析的综

17、合性原则解析A错误，体现的是系统的整体性；B错误，应为相关性；D错误，定量分析，属于系统分析的科学性原则。答案C,【例5】如图所示是液体原料定量控制系统。其工作过程是：流量计检测到流出的液体原料流量值，把信号反馈给控制器，与设定的流量值进行比较，达到设定的流量值时，控制器控制桶泵关闭。,在桶泵停止运行后，由于软管中的原料具有惯性会继续流动，导致误差。为了提高计量精度，以下对该系统进行优化的措施中合适的是_(在减少软管的直径；提高流量计的计量精度；在软管出口端加电磁阀与桶泵同步控制中选择一项，将序号填写在“_”处)。答案,变式5舟山跨海大桥于2009年12月25日正式通车。大桥建成后，使舟山更紧

18、密地融入长三角经济圈。大桥设计要求最大能抗17级超强台风，最大通航等级为5万吨级，使用年限为100年。在大桥施工时为了保证质量、缩短工期、降低成本，需要对工程进行优化。下列属于影响系统优化的因素是()A.抗台风等级 B.最大通航等级C.使用年限 D.工程项目的管理水平解析系统优化的影响因素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。选项A、B、C都是系统设计时提出的要求，在施工时是不可人为调节的。而选项D工程项目的管理水平直接影响着施工的质量、工期、成本等，并且是可以人为调节的，故D选项符合题意。答案D,【例6】小通准备对家里的电路系统进行升级改造并制定了优化目标。他请装修公司完成该

19、优化工程，双方签订合同，工程款总额为10 000元。请回答第(1)(2)题。(1)装修公司根据用电器功率的大小分别计算出每路电线的粗细规格，该方法遵循了系统分析的()A.科学性原则 B.综合性原则C.整体性原则 D.安全性原则解析根据题意，装修公司根据用电器功率的大小计算出电线的粗细规格，显然遵循了系统分析的科学性原则，A选项正确。答案A,(2)在该系统优化过程中，总额10 000元属于()A.优化目标 B.约束条件C.目标函数 D.影响优化的因素解析在该系统优化过程中，总额10 000元属于约束条件，故B选项正确。答案B,变式6如图所示是小刘设计的中药切片机。其切片的原理是：电机通过皮带带动

20、凸轮转动，凸轮顶着摇臂，摇臂推动滑套在滑轴上做上下运动，连接在滑套上的切刀重复切片。该切片机切刀切力较小，以下是小刘经系统分析后的优化方案，较合理的是(),解析A项如果减轻滑套的重量和体积，切刀切力变小；C项增加摇臂槽的长度，运动将增加行程；D项增加电机的转速，速度变快，但切刀切力不变。B项在滑套上加弹簧，可增加切刀切力。答案B,【例7】(20184月浙江选考)堪称全球最长、创意最独特的港珠澳大桥，主体由桥梁、海底隧道和人工岛组成。大桥的设计采取了一系列优化措施，下列措施中，以提高大桥安全性为目标的是(),A.大桥在伶仃西航道和铜鼓航道段采用海底隧道方案，不影响通航B.设计了中华白海豚观赏区和

21、海上观景平台C.在珠澳人工岛上设有大型停车场，以缓解澳门本岛的交通压力D.人工岛周围投放石头形成斜坡，如果船太靠近就会搁浅,解析人工岛周围投放石头形成斜坡，如果船太靠近就会搁浅，是从安全角度考虑的。答案D,变式7如图所示是四冲程内燃机的结构示意图。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其汽缸内燃烧，释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气，燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构将机械功输出，驱动从动机械工作。系统分析时，可以把内燃机看作成一个系统，下列关于该系统的说法不正确的是(),A.进气管出现故障，将会影响内燃机动力输出，体现了系统的整体性B.内燃机是一种动力机械，能够输出动力，体现了系统的目的

22、性C.使用一段时间后，活塞磨损，与缸体间的缝隙增大，体现了系统的动态性D.新型内燃机可使用柴油、汽油两种动力燃料，体现了系统的环境适应性解析环境适应性是指外界环境在变化，系统必须做出相应的反应，以适应外界环境的变化。新型内燃机可使用柴油、汽油两种动力燃料，不能体现系统的环境适应性。故选D。答案D,【易混易错】1.系统的基本特性(1)整体性(全局、集合)侧重于“部分影响整体”。(2)相关性(匹配、关联)侧重于“部分与部分之间的关联”。(3)目的性(功能)侧重于系统的目的，系统特有的功能。(4)动态性(更新)侧重于系统的变化和发展。(5)环境适应性(自适应)侧重于系统适应环境的变化。,2.系统分析的主要原则(1)整体性原则：着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。(2)科学性原则：有严格的工作步骤；运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具有说服力。(3)综合性原则：要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。,