第三节系统的优化

第三节系统的优化演示文稿当前1页，总共46页。（优选）第三节系统的优化当前2页，总共46页。二、系统分析的基本方法1、系统的思想(要有整体的思想，从整体角度去考虑。)2、系统分析的基本方法:(定性、定量相结合)(1)阐明问题；

(2)分析研究；

(3)评价比较。

3、学写简单的分析报告:(一般包括以下内容)(1)系统的分析过程；（如：功能、构成，特性的定性定量分析）(2)依据；(3)结论和建议。当前3页，总共46页。新课：第三节系统的优化内容提要：1、什么是系统优化？2、系统优化的意义是什么？3、影响系统优化的因素有哪些？4、怎么才能进行系统优化？当前4页，总共46页。案例一：鸟巢1、我们再来看2008奥运会的主会场“鸟巢”，“鸟巢”采用是什么结构？呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、东西宽298米的，高68米。鸟巢采用是大跨度重型钢结构体系，它在设计过程中也在不断的优化调整，其中有一项调整是取消了可开启屋盖、扩大了屋顶开孔。优化后的方案，减少用钢量1.2万吨，造价减少了约4亿元2、鸟巢使用的主要材料是？3、鸟巢去盖后，在哪方面得到改善？当前5页，总共46页。当前6页，总共46页。国家体育馆鸟巢原设计方案当前7页，总共46页。鸟巢图片欣赏当前8页，总共46页。

问题的提出：（系统优化的必要性？）

我们做任何事情都希望达到最优的效果。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。系统的优化当前9页，总共46页。1、什么是系统的优化

系统的优化是指在给定的条件（或约束）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）。思考：系统的优化有什么意义呢？

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。当前10页，总共46页。车流滚滚，噪音污染严重！当前11页，总共46页。【案例分析】：某地区高速噪音超标80%，66户村民告上法庭

核心事件：该高速建成通车已有6年，6年来车流日增，在接近高速出口处，距离高速公路10米左右就有一排民房，一共有250户人家，房子多是80年代造的。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。现状分析：“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；附近66户村民状告高速；新的问题需要我们智慧的回应和解答。

当前12页，总共46页。Ⅰ类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。Ⅱ类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区Ⅲ类标准适用于工业区。Ⅳ类标准适用于交通干线道路两侧区域。

当前13页，总共46页。噪音的危害

190分贝导致死亡

140分贝欧盟界定的导致听力完全损害的最高临界点

139分贝卡卡、梅西球迷的呐喊声

130分贝火箭发射的声音

125分贝喷气式飞机起飞的声音

120分贝在这种环境下呆超过一分钟即会产生暂时耳聋

110分贝螺旋浆飞机起飞声音、摇滚音乐会的声音

105分贝永久损听觉

100分贝气压钻机声音、压缩铁锤捶打重物的声音

90分贝嘈杂酒吧环境声音、电动锯锯木头的声音

85分贝及以下不会破坏耳蜗内的毛细胞

80分贝嘈杂的办公室、高速公路上的声音

75分贝人体耳朵舒适度上限

70分贝街道环境声音

50分贝正常交谈声音

20分贝窃窃私语当前14页，总共46页。1、问题——车道附近车流污染严重影响附近人群健康，消除或减轻噪音污染成为优化学校等大环境系统的重要课题。当前15页，总共46页。选择合适的优化方法讨论：怎样改善噪音的污染，优化学校或者村民所处环境（系统）？减小噪音原则：一、声源处减弱二、传播过程中减弱三、接收处减弱当前16页，总共46页。1、密闭声源，在声源处建造隔声墙，防止噪声直接向外传播。2、给机器上足润滑油，即防止产生噪音，又能保护机器。3、加强绿化，在繁杂的公路两旁植树造林，形成屏障。4、给添置隔音设施。5、在耳朵处加塞隔音装置，如好的耳塞。选择合适的优化方法当前17页，总共46页。当前18页，总共46页。建造隔音墙问题：1、隔音墙的高度、长度如何考虑？2、隔音墙的墙体结构、外形怎么考虑？3、隔音墙墙体选用何种材料？4、隔音墙改善噪音效果如何评价？当前19页，总共46页。1、隔音墙的高度、长度如何考虑？隔音墙的隔音效果，高度与长度是两个关键，隔音墙只要能阻隔道路和受体的视线，至少就能减少5分贝的音量，而且每增加1米，能减少1.5分贝。当前20页，总共46页。当前21页，总共46页。1、隔音墙的高度、长度如何考虑？而长度方面，不能跟受体的宽度刚刚好，必须与最近受体的垂直距离为准，向左右两边延伸4倍距离的长度，才能防止声音从两端流进受体。当前22页，总共46页。3、隔音墙墙体选用何种材料？声屏障的地上部分即屏蔽层可采用砖墙、薄钢板、铝合金、玻璃钢、聚碳酸脂塑料等耐老化，抗腐蚀材料；声屏障的地下部分即基础则以混凝土及钢材为主。为了有效的阻止噪声穿过隔音墙，声屏障的材料必须坚硬且具有一定的密度（最少20公斤/平方米）。当前23页，总共46页。3、建隔音墙的技术要点⑴具体测量噪音程度。⑵建立隔音墙防噪音的数学模型及墙体参数关系条件，求其数学解。⑶要做到投入最小、效果最好。⑷验证试验。如计算机仿真4、实施优化⑴墙体结构与材料，与上面的定量计算相关。⑵美观。⑶效果。当前24页，总共46页。高速公路隔音墙当前25页，总共46页。高架路上的隔音墙当前26页，总共46页。日本的隔音墙当前27页，总共46页。系统优化的意义修建隔音墙，以较小的投入，获得了好的治理噪音污染的效益，使社会环境大系统的整体得以优化。系统被改善了，就是系统被优化了。获得系统的最佳效益或最佳功能，就是系统优化的意义。当前28页，总共46页。我们学校的学生食堂随着学校办学规模的扩大，就餐人数随之增加，每到中午就餐时间，学生们排着长队等待就餐。如何减少学生就餐排队时间？

请提出解决这一问题的几种方案，运用系统分析方法选择一种经济、最有效可行、最容易实现的办法。身边的例子：当前29页，总共46页。从中选择方案，制定最适宜方案1:增加窗口和食堂人员

2:分时段就餐

3:增加一个食堂

4:增加食堂的面积

5:提前分发好饭菜

6:提倡学生回家吃

7:增加就餐座位

8:提供饭盒打包

9:学生两人一组,分工合作

10:分批到两个食堂就餐

11:外卖服务

12:限制就餐时间(15分钟)

13:提高食堂人员素质

14:送餐上门服务当前30页，总共46页。二、假如你是村长：怎样为本村筑好一条致富路——影响系统优化的因素当前31页，总共46页。1、系统优化的一般性步骤⑴需要进行优化的问题

交通闭塞⑵选择合适的优化方法——优化方略与筹谋

修路

勘测预算

选择合适的筑路方法和计划（根据本村的人力、物力、财力）⑶验证与实施条件校验实施与调整确定路线确定土石方量、器材种类与数量、人力、经费校验人力、物力、财力是否具备。合理分配，节约资源，促使优化指标和约束条件得以满足。及时调整，计划与施工，再进入优化进程。当前32页，总共46页。当前33页，总共46页。当前34页，总共46页。①优化追求的目标要适度。②希望投入最小，而取得的效益最大。③系统优化离不开条件，条件是否具备直接影响优化。④某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。影响系统优化的因素：

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。当前35页，总共46页。最优化方法解决问题的一般步骤1、提出需要优化的问题和目标，收集有关资料和数据。2、分析影响系统优化的各种因素，确定变量，建立有关约束条件，建立求解最优化问题的有关数学模型，分析模型。3、选择合适的最优化方法。4、分析求解。5、最优解的验证和实施。当前36页，总共46页。

运用数学模型最优化具体步骤：①提出需要最优化的问题，收集有关资料和数据；②确定变量，建立定量计算方程（有关数字模型如用线性规划解决问题）和有关约束条件；③选择合适的最优化方法；④解方程，校验解的最优性；⑤实施。当前37页，总共46页。2、系统优化的方法

基础：分析影响系统优化的因素。

过程：一定的条件下，对系统特性进行分析和控制。目标：以实现更佳的整体目标。

当前38页，总共46页。系统优化的基本原则（1）定性定量分析相结合，系统的优化不仅要实现系统中每个元素和子系统的优化，还要达到系统整体的优化。（2）必须注意系统各组成部分之间、部分与整体之间的联系，加强协调，才能提高系统的有序性和整体的运行效果。（3）系统的优化要遵循系统的动态观点，它是一个不断验证、完善的过程。例：农作物种植间作套种、利润问题当前39页，总共46页。阅读：数学模型

用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。现实世界的事物与数学模型的关系可表示为：抽象现实世界的原型对原型的分析数学结论数学模型分析解释分析当前40页，总共46页。【案例分析一】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？当前41页，总共46页。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。数学模型为：Smin=AC+BC当前42页，总共46页。

过A点作关于直线DE的对称点A1，连接A1B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。

当前43页，总共46页。求解过程：根据要求可画出上图，在江边DE上求一点C，使C到A、B两厂的距离之和为最短。

数学模型为：Smin=AC+BC

过A点作关于直线DE的对称点A1，连接A1B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。

从这个例子可以看出：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。当前44页，总共46页。【案例分析二】装修施工的组织优化

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