一、系统优化的意义

第四节
系统的设计
一、系统设计的含义
系统设计是在系统分析基础上,设计 出满足预定目标的系统的过程。
它既包含了对某个系统进行技术本身 的内容，同时又需要运用系统的思想和方 法对其设计过程进行分析、设计。
二、系统设计应考虑的主要问题
1、系统设计的目的与要求 系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优
V=-uln(M/Mo) ln=loge e约等于2.7
2.发射仰角对射程的影响： 在理想情况下，发射仰角为45度时，
射程最远
系统设计的方法：
1.确定系统设计的总体目的要求
2.基本的设计分析 （1）系统设计的约束条件和影响因素 （2）系统内部组分之间、系统与外界环境之间的相互联系及制约关系
3.系统的设计 （1）子系统设计及功能确定 （2）系统总体技术设计
第三节 系统的优化
云南省石屏县第一中学 张海滨
在石屏地区，可采取哪些提高农 作物产量的措施？
农作物种植系统的优化——农业间作套种。
• 目的：实现增产、增收、提高土地的利用率。 • 条件：农作物的生长特性、天气、气候。 • 手段：利用农作物生长的季节差、时间差。 • 约束条件：农作物的生长特征、天气、气候等因素对
对于比较复杂的系统，人们对 其特征了解不够，所以需要运用一 定的数学的手段描述它，进而找到 合适的解决方案。
数学建模
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
抽象
数学模型
分析
数学结论
分析
对原型的分析
解释
案例二：在江边一侧有A、B两个厂，它们到江边的距 离分别是2km和3km，设两厂沿江方向的距离是4km， 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？
农作物套种起着限制作用 • 套种的技术水平对田间管理、病虫害防治、对产量有
直接影响
案例中，优化的目标是增产增收和提高土 地的利用率，这一目标与土地的单位面积农作 物收益总和之间的关系就称为目标函数。
目标函数是系统目标与系统中的某些元 素之间的关系。
农作物的生长特性、天气、气候等因素 对作物套种起到限制作用，并且是不能人为 调节的，称为约束条件。
目标与目标函数： 目标与收益总和之间的关系
约 束 条 件： 对目标函数起限制作用，不能人为调节
影 响 因 素： 产生影响，可人为调节。
案例拓展：
• 建筑材料的改进也是一项优化技术，以往建筑物的 墙体多采用实心砖，现在采用了空心砖，在保证强 度、隔热隔音效果的同时，节省了材料。
• 飞机制造中大量使用复合材料来减轻重量，提高了 飞机的结构强度、飞行性能、节省燃油等。
4.系统的优化 （1）分析系统优化的主要因素，提高系统整体运行效果 （2）设计方案不断验证完善
5.系统的评价及改进
课后练习：
1.完成学业水平考试说明册 练习题部分：176-195小题。
2.针对生活中一个你所熟悉的系统 进行分析，并进行优化设计。
约束条件是对系统的功能起着限制作用， 并且是不能人为调节的因素。
套种的技术水平、套种的田间管理、病 虫害防治等对套种的产量产值有直接影响， 这些是增产增收的影响因素。
影响因素：指能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。
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，对应着不同的优化结果。
之间的联系，合理解决它们之间 的矛盾冲突
系统设计的方法：以水火箭的设计为例
设计总目标及性能指标：
设计一个利用废弃饮料瓶制作的气压式 喷水推进“火箭”
要求：用600mL的饮料 瓶做动力舱，竖直升高高 度>5m，射程>20m
水火箭原理：
1.水火箭飞行的基本原理分析： M1v1+M2v2=恒量 （动量守恒定律）
2.水火箭飞行的外部环境分析： 受力状况、天气状况、地理环境
水火箭系统结构：
箭体：壳体、箭头、箭翼 动力：动力仓、水、加压空气、喷嘴 回收：降落伞 连接：（用于多级水火箭） 发射：发射架、发射轨道、辅助设施
影响飞行的主要因素分析 ：
1.动力舱内气压、水量与水火箭射程及 升高高度关系：
为目的
2、系统各部分之间的相互联系与相互作用 系统设计要运用系统的思想综合考虑和部分之间
的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。
3、系统设计方案的优化 首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在
此基础上完善各部分的设计。
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系统设计强调(p92)：
1.以实现系统整体效果最优为目的 2.设计好系统的每个元素和子系统 3.综合考虑系统各个元素和子系统
分析： 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
最佳方案： 码头建在与A厂到江边垂直距离位置相距1.6km处，运输路线最短。
系统优化的意义
实现系统的最优化，就可以在一定资源条 件下，取得最佳的经济效果，而投入的人力、 物力、财力达到最小。