3.2-3.4系统分析、优化及设计课件-2025-2026学年粤科版高中通用技术必修二

知识回顾 1、什么是系统 由两个或者两个以上相互联系、相互作用的部分（要素）所组成的，具有一定结构和功能的有机整体。 2、系统的类型 按人类干预的情况：自然系统、人工系统 按内容和要素的性质：实体系统、抽象系统 按与环境的关系：开放系统、封闭系统 按运动状态：静态系统、动态系统 知识回顾 3、系统的基本特性 (5)环境适应性 (4)动态性 (3)功能性 (2)相关性 (1)整体性 ——第三章 系统及其设计 第二节 系统分析 01 02 03 系统分析 系统优化 系统设计 目录 04 小结与课堂练习 01 系统分析 （一）系统分析的含义 系统分析是系统思想与分析方法的结合，即把要解决的问题作为一个系统加以详尽地考察，并采用科学合理的方法对系统进行综合分析、试验和比较，从而提出可行性方案，使系统发挥整体功能，达到理想的总体目标。 系统分析是当今决策分析的核心内容。 01 系统分析 （二）系统分析的主要步骤 我国南方某市在治理城市交通拥堵问题的决策过程中，运用了系统分析的方法。系统分析所研究的对象各种各样，不可能套用一种不变的模式，但是都有基本的步骤和原则。系统分析的基本方法一般包括几个步骤，如图阐明问题 确定目标，明确分析对象的性质和范围，分析系统运行的约束条件。确定系统要达到的总体目标。分析研究 制定方案。分析系统内部与外部环境（包括制约条件）的关系、系统的结构组成及相互关系、子系统目标与总体目标的关系。提出可行性方案。评价比较 确定最佳方案。对系统性能指标、运行效果等进行分析和评价。比较各方案、选择最佳方案。 阐明问题 确定目标 明确分析对象的性质和范围，分析系统运行的约束条件。 确定系统要达到的总体目标。 分析研究 制订方案 分析系统内部与外部环境（包括制约条件）的关系、系统的结构组成及相互关系、子系统目标与总体目标的关系。 提出可行性方案。 评价比较 确定最佳方案 对系统性能指标、运行效果等进行分析和评价。 比较各方案，选择最佳方案。 01系统分析 （二）系统分析的主要步骤 1、阐明问题，确立目标 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。 田忌赛马 01系统分析 （二）系统分析的主要步骤 2：收集资料，分析研究制定方案 01系统分析的基本方法 （二）系统分析的主要步骤 3：分析计算，评价比较 各种方案的比赛结果： 田忌赛马 01系统分析 （二）系统分析的主要步骤 4：检验核实，作出决策 选择合适的马的出场顺序。 田忌赛马 01系统分析 （三）系统分析的基本原则 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，再看某一个阶段；先看长远，再看当前 01整体性原则 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，使决策的过程和结果更具说服力。 02科学性原则 系统分析总是为实现系统目标服务的。 03综合性原则 01系统分析 （三）系统分析的基本原则 1、整体性原则及应用实例 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，再看某一个阶段；先看长远，再看当前。 在皇宫前大街 挖沟取土烧砖 引汴河水 进壕沟 通过这条水 路运输建材 建筑垃圾都 填进沟里 丁谓修复皇宫 01系统分析 （三）系统分析的基本原则 1、整体性原则及应用实例 赵明同学家所在街道的人行道路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方便。 请分析这事件问题所在，你认为怎么样处理为合理。 应三家共同协商，一次性解决问题 01系统分析 （三）系统分析的基本原则 2、科学性原则及应用实例 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，使决策的过程和结果更具说服力。 火药的成份的配比？如硝石75、硫磺10，木炭15 火药爆炸是一种化学反应，服从化学反应的规律。 01系统分析 （三）系统分析的基本原则 2、科学性原则及应用实例 01系统分析 （三）系统分析的基本原则 3、综合性原则及应用实例 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，不可顾此失彼，因小失大。 孝襄高速公路 01系统分析 （三）系统分析的基本原则 3、综合性原则及应用实例 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： 1、有利于保护我国珍稀物种银杏树，实现生物多样性。 2、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。 3、保住了当地百姓的致富资源。 02系统优化 1.系统优化的含义 2.系统优化的意义 系统的优化就是在给定条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳功能或更佳效益的过程。系 统优化是一个不断验证、完善的过程。 实现系统的最优化，就可以在一定资源条件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。 02系统优化的案例 在古代，海上贸易的兴起和繁荣，需要大量的瓷器运向世界各地，使得中国的瓷器供不应求。 02系统优化的案例 但是瓷器烧制窑炉却存在以下几个问题： 1.窑炉烧制容量不够大。 2.膛火的温度不够高。 3.高温窑火容易导致窑炉倒塌。 02系统优化的案例 1.建造了圆顶拱形的大窑炉，扩大了十几倍烧制容量。 2.提高膛火的温度，使白瓷的产能和成功率极大地提升了。 3.解决高温窑火容易导致窑炉倒塌的致命问题。 关键技术改进 实现窑炉优化 窑炉优化意义：大幅度提高了瓷器产量。 02系统优化的案例 陶瓷窑炉的优化 隧道窑是现代陶瓷工业广泛使用的窑炉，窑体像一条隧道，里面铺有轨道。由于窑车等输送设备影响了窑炉的气密性，窑内上下温度不均匀，因此焙烧时间长。窑车及衬砖在升温、冷却的过程中，也浪费了大量热能。 辊道窑是用连续平行排列的辊子造成辊道，通过传动系统使辊子转动，坯件依次通过预热带、烧成带和冷却带出窑。由于辊子上下可直接加热，窑内温度均匀，大大缩短了制品烧成时间，在保证质量的同时，提高了产量。减少了窑车等热耗设备，有效提高了热利用率，与隧道窑比较，单位产品能耗节省了一半以上。 02系统优化 3.系统优化的一般过程 首先明确需要进行优化的问题。 根据需要优化的问题提取目标，收集与目标相关的资料。 分析影响目标的主要因素以及各因素之间的关系，确定约束条件，从而建立求解最优化问题的数学 模型。 分析模型，选择合适的最优化方法。 分析求解，获得最优解，必要时对最优解进行验证。 02系统优化 4.系统优化的约束条件、影响因素及注意事项 系统优化的约束条件：对系统起限制作用，并且不可人为调节。 影响系统优化的因素：对系统的目标产生显著影响，并且可以人为调节的因素。 系统优化的注意事项：注重系统中组成部分(要素)的优化；注重组成部分(要素)之间、组成部分 (要素)与整体之间的协调和连接的有序性。 03 系统设计 1 系统设计的原则 基本原则 释义 功能实现原则 不同的系统有其各自的功能，人们建立系统也是为了利用系统的特定功能解决问题，在进行系 统设计的时候，先要确保系统功能的实现 综合处理原则 在进行系统设计时，要遵循综合处理的原则，根据具体需要科学安排各子系统的权重，合理解决 子系统之间的冲突   效益最大化原则 系统优化是系统设计必要步骤，在进行系统设计时，也要追求效益的最大化。要强调的是，效益最大化并不单单指经济效益最大化。在追求效益最大化的过程中，既要看到经济效益，也要综 合看到环境等其他效益；既要考虑眼前效益，也要综合考虑长远效益。 03 系统设计 系统设计的基本思想： 系统设计除了遵循设计的一般过程、原则和标准外，还强调分析思维和综合思维相结合，注重在考虑整体的前提下具体研究解决局部问题。 ①以实现系统整体功能最优为目的。 ②设计好系统的每个要素和子系统。 ③综合考虑系统各个部分（要素）之间的联系，合理解决它们之间的矛盾冲突；注重系统与环境、部分（要素）与整体之间的协调。 ④设计方案的分析、比较和优化。 系统设计的要点： 03 系统设计 系统设计的基本思想： 课堂小结 04 课堂练习 课堂练习 1.如图所示为脚踩式垃圾桶结构原理图，通过踏板，带动中间的连杆，推动桶盖开启。如果脚踩式垃圾桶系统出现脚踩踏板而无法把桶盖打开的情况，进行系统分析后，最不可能的原因是（ ）。 A．踏杆弯曲 B．塑料内桶漏水 C．连杆断裂 D．踏杆被异物卡住 答案：B 课堂练习 2.台灯是一个系统，它由灯泡、支撑架、灯罩、开关、底座五个部分组成。其中灯泡不能被称为系统的（ ）。 A.环节 B.子系统 C.要素 D.元素 答案：A 课堂练习 3.2008年北京奥运会比赛视频转播利用计算机技术来实现数字信号的传输，如果一个小程序的错误将会影响相关程序的正常运行，这主要体现了系统的什么特性（ ）。 A.环境适应性 B.动态性 C.相关性 D.目的性 答案：C 课堂练习 4.一般来说，进行系统分析的初始环节是（ ）。 A.收集资料，制定方案 B.分析计算，评价比较 C.阐明问题，确定目标 D.检验核实，做出决策 答案：C 课堂练习 5.我国有悠久的历史，也有数不清的历史典故。以下历史典故中主要体现了系统的思想方法的是（ ）。 A.田忌赛马 B.刻舟求剑 C.掩耳盗铃 D.守株待兔 答案：A 课堂练习 6.以下步骤不属于系统分析的一般过程的是（　　） A.确定系统设计的目标 B.制订系统设计方案 C.确定系统最佳方案 D.制作系统实物模型 答案：D 课堂练习 7.系统分析是系统设计的重要过程，其主要目的 是（　　） 答案：A 通过分析发现问题并提供解决方案 通过对比多个方案确定最佳方案 为了测试系统的功能 为了确保系统方案为最优方案 课堂练习 8.在道路建设的时候，同步进行通讯光纤的施工，避免了日后需要时，对路面进行再开挖，这种设计体现了（　　） 答案：C 内部组成与外部条件相结合 局部与整体相结合 当前目标与长远目标相结合 定性分析与定量分析相结合 课堂练习 7.道路设计要研究很多问题，包括地形、气候、土质、排水等多种问题，这体现了系统分析的（　　） 答案：A 内部组成与外部条件相结合 局部与整体相结合 当前目标与长远目标相结合 定性分析与定量分析相结合 课堂练习 8.汽车作为一个复杂的系统，其整体性能以及油耗、安全等各种性能都受到车身设计、动力技术、 车身材料等各个因素的影响，其设计在实现功能、保证安全性的前提下，统筹兼顾成本、外观等因素。从分析的角度出发，这体现了( ) A. 局部与整体相结合原则 B. 内部组成与外部条件相结合原则 C. 当前目标与长远目标相结合原则 D. 定性分析与定量分析相结合原则 答案：A 课堂练习 9.如图所示是某科技小组设计的校园雨水利用系统。该系统收集的雨水储存在地下储雨库中，使用时可通过水泵完成浇花、冲洗等工作。下列关于该系统设计的分析中，错误的是 ( ) A. 该校园雨水利用系统可分为水的收集存储、水的利用和水的过量排出三个子系统 B. 系统内各要素之间要相互配合，地下储雨库不能做得过小 C. 水的过量排出子系统中的渗水井、渗水沟要设置合理，要考虑对暴雨时的承载力 D. 雨落管与溢流管属于两个不同的子系统，选择溢流管时可以不考虑雨落管的参数 答案：D 课堂练习 10.小刚的父亲购买了一辆新摩托车，使用时发现达到一定速度时震动特别大。小刚对摩托车的车 架、减震器及螺丝等易震动部件检查分析后，得出是摩托车达到一定速度时产生共振所导致的。他经过多 次仔细观察发现共振来源于发动机的震动，通过查阅大量资料，得知给发动机装上平衡轴能有效减小震动。 他在这一过程中所进行的活动是 ( ) A. 系统分析 B. 系统改造 C. 系统设计 D. 系统优化 答案：D 课堂练习 11.系统优化就是在给定条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳功能或更佳效益的过程。 请判断以下事例中，不属于系统优化的是 ( ) A. 大力发展轨道交通缓解交通拥堵 B. 无限增加大蒜的种植密度来提高产量 C. 手机银行及第三方移动支付工具的应用 D. 在安全的前提下提高动车组的速度 答案：B 课堂练习 12.小明为实现绿植自动浇水功能设计了如图所示的水箱水位控制系统。其工作原理为水位上升 时，感压包压力增大，使传动膜片向外膨胀，推动连接杆带动电触点断开，电磁阀门关闭，停止进水；当水位 过低时，感压包压力减小，弹簧回拉连接杆，使电触点闭合，开始进水，如此反复。下列关于该系统设计与分 析的说法不合理的是 ( ) A. 感压包损坏将影响水位控制，体现了系统的整体性 B. 凸轮逆时针旋转可以降低设定水位 C.系统设计时需要根据转轴安装位置和凸轮尺寸选择合适的弹簧 D. 系统运行一段时间后，弹簧弹性降低，体现了系统的动态性 答案：B 课堂练习 13.如图所示为某快递公司使用的自动分拣系统。该系统能自动扫码识别快递信息，并以最优路线将包裹运送到对应投件口。如果机器人自身电量不足，便会主动前往充电座充电。该系统能大大提高快 递分拣的效率和准确度，降低物流成本。请根据上述描述完成以下题目。 (1)对比纯人工分拣流程，该自动分拣流程优化的主要内容是 。(在下列选项中，选择合适的 两项，将序号填写在“ ”处) ①人员优化 ②材料优化 ③工期优化 ④质量优化 (2)若要对该系统进行优化，属于影响因素的是 。 (在下选项中，选择合适的两项，将序号填写 在“ ”处) ①快递包裹的尺寸 ②投件口的间隔距离 ③充电座的电源电压 ④机器人的数量 答案：(1)③④(2)②④ $