系統(tǒng)的設(shè)計(jì)“黃岡賽”一等獎(jiǎng)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.初步學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。2.能根據(jù)要求完成簡(jiǎn)單對(duì)象的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。3.理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能結(jié)合實(shí)例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則與步驟1.基本功能的實(shí)現(xiàn)2.子系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)、沖突問(wèn)題的合理解決3.效益的最大化4.動(dòng)態(tài)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析中，選定系統(tǒng)的總目標(biāo)是分析的起點(diǎn)。表述目標(biāo)要與客觀實(shí)際相一致。目標(biāo)要盡可能明確，因此要對(duì)涉及系統(tǒng)的各種因素進(jìn)行具體的調(diào)查與測(cè)定，如系統(tǒng)的環(huán)境，包括技術(shù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等外部條件構(gòu)成對(duì)系統(tǒng)的約束。又如系統(tǒng)的資源，這是系統(tǒng)內(nèi)部用來(lái)進(jìn)行工作的手段，包括物質(zhì)與人力資源。（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟1.分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)是由很多要素組成的，要研究各要素的特點(diǎn)和作用以及它們之間的作用方式，真正把握住系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，即要素的組織程序。還要把各要素的工作成果與系統(tǒng)整體的成果聯(lián)系起來(lái)。（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟2.確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案（部分、層次的構(gòu)成和協(xié)調(diào)）方案表達(dá)形式多樣，如表格、圖形、符號(hào)、框圖等，還可附加設(shè)計(jì)說(shuō)明書（說(shuō)明重點(diǎn)元素與它們之間的關(guān)系）。（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟3.系統(tǒng)方案的表達(dá)二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例（一）家庭電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)某家庭有如下一些日用電器，試設(shè)計(jì)其電路系統(tǒng)。照明電燈4盞共160W電視機(jī)70W電冰箱110W空調(diào)器1臺(tái) 400W洗衣機(jī)1臺(tái) 200W電熨斗1臺(tái) 300W抽油煙機(jī) 60W1.分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求共有七類日用電器，總電功率為1300W，要求各電器能夠安全正常工作。一般家用電器的電源電壓為220V。2.確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案電表和總開(kāi)關(guān)各作為一個(gè)元素，七類日用電器也各作為一個(gè)元素。（1）若該家庭的電表為10A，它允許的最大電功率P=U×l=220×10=2200W?？傠姽β蕿?300W的日用電器完全能夠安全使用。（2）若該家庭的電表為5A，它允許的最大電功率為P=U×/=220×5=11000W?？傠姽β蕿?300W的用電器超出了允許的最大電功率，如果仍按照以上設(shè)計(jì)，用電器將無(wú)法工作。換句話說(shuō)發(fā)生了矛盾沖突，需要加以解決。研究一下各用電器的功率，不難發(fā)現(xiàn)其中有兩個(gè)用電器功率較大，分別是空調(diào)器（400W）和電熨斗（300W）。家用電熨斗并不需要隨時(shí)使用，家用空調(diào)器主要是在夏季工作，如果將這兩個(gè)用電器的使用時(shí)間錯(cuò)開(kāi)，則用電器的總電功率低于允許的最大電功率（1100W）。為實(shí)現(xiàn)這一功能，電路系統(tǒng)中需增加一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。改進(jìn)后的電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案如圖3.15所示。三、系統(tǒng)的優(yōu)化（一）決定功能的要素系統(tǒng)優(yōu)化的首要問(wèn)題是改善、提高系統(tǒng)的功能。元素、結(jié)構(gòu)、環(huán)境三者共同決定系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)或優(yōu)化具有特定功能的系統(tǒng)，須選擇具有必要性能的元素，選擇最佳的結(jié)構(gòu)方案，還要選擇或創(chuàng)造適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件。（1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化（2）元素優(yōu)化（3）環(huán)境優(yōu)化（二）系統(tǒng)優(yōu)化的步驟系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題一般可分為以下幾個(gè)步驟：（1）提出需要進(jìn)行最優(yōu)化的問(wèn)題，收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)；（2）建立求解最優(yōu)化問(wèn)題的有關(guān)數(shù)學(xué)模型，確定變量，列出有關(guān)約束條件，分析模型；（3）選擇合適的最優(yōu)化方法；（4）求解方程；（5）最優(yōu)解的驗(yàn)證和實(shí)施。1.對(duì)一個(gè)縣級(jí)城市的交通系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，做出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)框圖和技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告（綜合考慮道路布局、城市建設(shè)規(guī)劃、