通用技术系统与设计资料讲解

1、通用技术系统与设计本节主要内容本节主要内容 系统分析 系统分析的步骤及主要原则 系统优化为什么进行系统分析？为什么进行系统分析？情景设置：情景设置： 某家庭购买了一套房子，要进行地面的装修，请问，某家庭购买了一套房子，要进行地面的装修，请问，应该考虑哪些因素，请你帮他选择一种合适的材料。应该考虑哪些因素，请你帮他选择一种合适的材料。材料：地板砖（瓷砖）材料：地板砖（瓷砖） 木地板：又分为实木地板、强化地板、复合地板木地板：又分为实木地板、强化地板、复合地板考虑的因素：居住的人（年龄、颜色喜好）、铺设的位置（客厅、浴室、卧室考虑的因素：居住的人（年龄、颜色喜好）、铺设的位置（客厅、浴室、卧室等）

2、、经济状况（支出预算）、材料性能、取暖状况（是否地暖）等）、经济状况（支出预算）、材料性能、取暖状况（是否地暖）在统筹考虑了整体的目标之后，才能做出决策，而不是盲目的选择。在统筹考虑了整体的目标之后，才能做出决策，而不是盲目的选择。这种运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此这种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的过程，就是系统分析。基础上拟订一套有效的处理步骤和程序的过程，就是系统分析。一、系统分析一、系统分析1. 公共交通线路的决策（铁路、高速公路、大城市公共交通线路的决策（铁路、高速公路、大城市公交设置等）公

3、交设置等）公共交通人口规模及密度道路状况公众对交通的需求。例：高速铁路一、系统分析一、系统分析2. 日本阪神高速公路日本阪神高速公路 出发点是为了发挥系统的整体功能， 目的是寻求解决问题的最佳途径， 而生产和生活中的一些问题，往往存在着许多相互关联的因素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。系统分析的：系统分析的：二、系统分析的步骤二、系统分析的步骤案例：田忌赛马案例：田忌赛马提出解决问题的方案提出解决问题的方案分析、评价各种方案，选择最佳方案分析、评价各种方案，选择最佳方案（1）田忌与齐王的三局赛马可以有哪几种方案？）田忌与齐王的三局赛马可以有哪几种方案

4、？ （2）孙膑所出的主意，为什么能使田忌赢了齐王？）孙膑所出的主意，为什么能使田忌赢了齐王？分析计算，评价比较分析计算，评价比较对资料和数据做必要计算，对资料和数据做必要计算，进行各子系统的分析，再进行各子系统的分析，再进行系统的整体分析，将进行系统的整体分析，将各种方案进行评价对比，各种方案进行评价对比，选择最佳方案选择最佳方案收集资料，制定方案收集资料，制定方案收集相关资料，制定解收集相关资料，制定解决问题的各种备选方案，决问题的各种备选方案，预计可能产生的各种结预计可能产生的各种结果果检验核实，作出决策检验核实，作出决策如果对方案不够满意，如果对方案不够满意，还可按上述程序反复进还可按上

5、述程序反复进行，直到获得满意方案行，直到获得满意方案为止为止明确问题，设立目标明确问题，设立目标明确所要研究问题的明确所要研究问题的性质和范围，提出所性质和范围，提出所要达到的目标，明确要达到的目标，明确约束条件约束条件系统分析的一般步骤系统分析的一般步骤 系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析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。全过程，再看某一个阶段；先看长远，再看当前。1、整体性原则及应用实例、整体性原则及应用实例系统分析的主要原则系统分析的主要原则 传说宋真宗

6、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：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。不论是运走垃圾还是运来建筑材料和新土，都涉及到大量的运输问题。如果安排不当，施工现场会杂乱无章，正常的交通和生活秩序都会受到严重影响。朝中大臣莫不认为这是一项耗资巨大，旷日持久的工程。可是丁渭却欣然承诺。案例分析案例分析: 他接受使命后，“患取土远”而首先下令挖宫前的大街取土，不几天大街就成了一条宽大的水渠。于是，他下令将汴水引入这条水渠，用“

7、竹水筏和船”运输建筑材料“入至宫门”。皇宫修复后，又将瓦砾灰壤填入沟中，“复为街衢”，结果，不仅“省费以万亿计”，而且还大大加快了工程进度。 在系统科学理论中，所谓系统方法系统方法，就是按照客观事物本身的系统性，把对象放在系统的形式中加以考察的一种方法。即从系统的观点出发，始终着重从整体与部分（要素）之间，整体与外部环境的相互联系、相互作用、相互制约的关系中综合地、精确地考察对象，提示系统性质和运动规律，从而达到最佳地处理问题的一种方法。 回归生活： 我们经常遇到在人行道上重复施工的我们经常遇到在人行道上重复施工的情况，给城市交通及居民生活带来不便。有情况，给城市交通及居民生活带来不便。有人戏

8、称最好给马路安上个大拉链其不更方便？人戏称最好给马路安上个大拉链其不更方便？ 涉及的部门：电信铺设通讯线路、煤涉及的部门：电信铺设通讯线路、煤气公司、市政部门维修下水管道、电力部门、气公司、市政部门维修下水管道、电力部门、自来水公司自来水公司这一事件的问题所在?怎样处理更为合理?1、科学性原则及应用实例、科学性原则及应用实例系统分析的主要原则系统分析的主要原则 系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方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面应尽可能地运用科学方法科学方法和和数学工具数学工具进行进行定量分定量分析析，使决策的过程和结果更具说服力。，使决策的过程和结果更具说服力。

9、案例分析案例分析1：作物轮种：作物轮种 我国南方，为了扩大粮食作物复种指数，曾盲目推广种植两季水稻一季小麦，结果适得其反，违反用地养地的原则，又影响下茬水稻的栽植时间，导致早季粮食大大减产。后改为小麦与蚕豆、油菜轮作。这样，油菜根部分泌的有机酸，能使土壤中的无效磷变为有效磷，蚕豆可把空气中的游离氮固化为氮肥，其茎和叶又可做绿肥。油菜和蚕豆的生长周期都比较短，不误下茬水稻的农时。这样的轮作安排合理，优化了品种结构，有效保证了粮食产量，增加了经济效益。中国人和德国人煮鸡蛋的故事中国人和德国人煮鸡蛋的故事 一个中国人和一个德国人每天早餐都是一杯牛奶一个鸡蛋，中国人把鸡蛋往锅里一放，然后出去洗漱洗漱或

10、干点别的，等再回来鸡蛋就煮好了。但德国人会用一个差不多刚好装得下一个鸡蛋的专门容器，下面焊一托盘，然后加满水，1分钟水就开了，3分钟就关火。关火之后他们利用余热再煮3分钟，把鸡蛋煮到刚刚达到营养价值最高的状态。接下来用凉水泡3分钟，使这个蛋很好打开，德国人认为这样做很标准。跟中国人相比，他们节约了4/5的水、2/3的热，同时还让鸡蛋达到了最佳的营养状态。 启示：同样的结果，不同的方式方法能够带启示：同样的结果，不同的方式方法能够带来不一样的效果。来不一样的效果。 拿“煮鸡蛋”来说，我们可以发现中国人和德国人的煮法有较大的差别。两者同样是把鸡蛋煮熟，但德国人按照严格的标准和规范去执行，不但鸡蛋能

11、煮熟，而且资源占用最少，效果也最佳(营养价值)。 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。黄金分割法也称0.618法。案例分析案例分析2：优选法：优选法优选法简介及其应用实例优选法简介及其应用实例寻找最佳加入量寻找最佳加入量试验范围：每吨加入量为试验范围：每吨加入量为10002000g每隔每隔5g试验一次：需要做试验一次：需要做200次次每隔每隔10g试验一次：需要做试验一次：需要做100次次0.618法：只需做法：只需做11次次关键词：关键词：优选法、黄金分割、优选法、黄金分割、0.6180.61810100.6180.618查阅：查阅：华罗庚

12、与优选法华罗庚与优选法应应用用举举例例 1、“两面针”牙膏：采用优选法科学生产大幅度降低铝材消耗，每年节约铝材几吨；结果打了3年漂亮仗.2、著名数学家华罗庚教授在他晚年时，在全国讲学，介绍他的优选法。当时广东有5个水泥厂，经过优选法的改良，生产出6个水泥厂的产量，少建1个水泥厂，这个贡献就很大。这就是说知识、健康带来的财富，可以估算的和不可估算的都是很巨大的。3、优选法使得新西兰培育出世界上最好的肉牛和奶牛。为了发展羊毛和肉类生产，新西兰采用先进的培育技术，改进当地羊只的品种，使其具有国外引进种群的特殊优点. 阅读2、综合性原则及应用实例、综合性原则及应用实例系统分析的主要原则系统分析的主要原

13、则 系统分析总是为实现系统目标服务的。当存系统分析总是为实现系统目标服务的。当存在多个目标时，需要综合分析，统筹兼顾，在多个目标时，需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。不可顾此失彼，因小失大。 工业成产既要求产量大，又要求质量好，工业成产既要求产量大，又要求质量好，成本低，如果片面强调一方面就会产生偏成本低，如果片面强调一方面就会产生偏差。差。楚天第一生态路楚天第一生态路案例分析案例分析:孝襄高速公路与古银杏林孝襄高速公路与古银杏林 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。 按照最初的设计方案，孝襄高速公路要穿越占地

14、面积达19平方公里的“洛阳银杏保护区”，两万多棵树龄在百年以上的古银杏树将面临着毁灭性的破坏。 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。建高速公路要讲经济效益，更要讲生态效益、社会效益。为此，指挥部果断决定增加投资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那些目标？为保护两万多棵树龄在百年以上的银杏树，湖北省孝（感）襄（樊） 指挥部果断决定增加投资4200万元，更改设计方案，绕避了有“中华银杏第一镇”之称的湖北省随州市洛阳店镇“洛阳银杏保护区”1.4公里，孝襄高速公路建设这种宁愿多花钱也要保护环境的做法，得到了广大群众的赞扬。临沂：青莱

15、高速公路增加千万元临沂：青莱高速公路增加千万元“跨跨”过齐长城过齐长城 大众网齐鲁晚报临沂月日讯建设中的青莱高速公路临沂段增加万元投资，将原设计为中桥的路段变更为一座长多米的孔大桥，“跨”过了齐长城遗址，使这处国家重点文物得到了保护。据介绍，齐长城为春秋战国时期齐国的屏障，是我国历史上最早修筑的长城之一，目前保存下来的齐长城遗址主要分布在沂水县东北部山区。作为研究古代长城文化不可多得的珍贵历史遗迹，齐长城遗址属于国家重点保护文物，有着极其重要的历史文化价值。在建的青岛至莱芜高速公路临沂段原规划设计恰巧占压了部分齐长城遗址。为保护这一国家重点文物，临沂市青莱高速公路项目建设办公室立即向省公路局进

16、行汇报，省公路局迅速联系文物部门，经过专家论证后，决定对原设计进行变更，在高速公路无法改线的情况下，增加万元投资，将原设计为中桥的路段变更为一座长多米的孔大桥，这样青莱高速公路就从齐长城遗址上面跨过，从而有效地保全了这一国家重点文物的原貌。三、系统的优化三、系统的优化 作为一个系统，通常就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。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效果。案例：农作物种植的优化农业间作

17、套种案例：农作物种植的优化农业间作套种 目标：实现增产、增收，提高土地利用率 条件：农作物的生产特性，天气、气候等 手段：利用农作物生长的季节差、时间差，把相同或不同的作物套种在一起，有“麦、棉、瓜”，“麦、棉、菜”，“麦、瓜、棉、玉米”等。案例：改善城市交通拥挤状况案例：改善城市交通拥挤状况某市为改善交通状况，新购200台公共汽车，结果使本来非常繁忙的交通更加拥挤，出现了更多交通堵塞现象。后请专家对全市的交通道路及车辆流向等进行了全面分析，提出了以下整改措施：调整内外环路进出口，使之更加合理新开公交线路，延长部分公交车线路，使上下班职工减少转车次数在交通导向方面，多处调整，改双向行车为单向行

18、车，增加环岛流向，使市内主干道的车流更顺畅错开上下班时间在主要路口加装电视监控录像装置；在不复杂的路口设置红绿灯，腾出人力加强复杂路口路段及车站的交通安全管理在落实以上措施后，全市交通堵塞的情况得到了有效缓解。案例分析：利润问题案例分析：利润问题 目标：家具销售获取最大利润目标：家具销售获取最大利润 约束条件：材料、劳动力、合同约束条件：材料、劳动力、合同 影响因素：椅子数量影响因素：椅子数量x1、桌子数量、桌子数量x2 。（决策变量）。（决策变量） 目标函数：Smax=50 x1+60 x2 约束条件：4x1+6 x2600（材料） 20 x1+18 x2400（工时） x18 ， x25（合同） 最优方案：三个要素三个要素建立关系：建立关系： 用数学公式或图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。现实世界的原型数学模型数学结论对原型的分析抽象分析解释分析数学模型：数学模型：最优化方法：最优化方法： （1）运用数学模型求解。能够通过优化建立数学模型的，得到的解就是最优解 （2）通过科学的估算、试验实现不能够确切