3.3.1优化系统设计的方案课件（29ppt）-2021-2022学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

(共29张PPT)
第三节 系统设计的优化与实现
任务一 优化系统设计的方案
系统设计的实现是在系统设计分析的基础上，对所提出的多个方案进行比较、权衡和优化，最终形成满足预定目标的最佳系统及其物化的过程。
我们做任何事情都希望达到最优的效果。如希望以最小的成本获得最大的利润，在最短的工期内完成最多的工程量，以最少的能耗生产最多的产品，在单位面积上尽可能提高农业产量等。
不同的地区，提高农作物产量的措施有所不同。例如，在新疆地区，在瓜田的沟壑里套种甜菜；在葡萄架下套种黄豆；4~6月种植60天成熟的四季豆；清田后，8月开始种冬萝卜或者冬白菜，11月收获等。
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、气候等因素对农作物套种起着限制作用，是不能人为调节的。
套种的技术水平、田间管理、病虫害防治对增产增收有直接影响，并可以人为调节，可优化。
1、系统优化的概念
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。
上例中，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。
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。
影响系统优化的因素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。
目标函数：
约束条件：
影响因素：
目标与收益总和之间的关系
对目标函数起限制作用，不能人为调节
产生影响，可人为调节。
进行系统优化应考虑的三个要素
利润问题
目标：家具销售获取最大利润
约束条件：材料、劳动力、合同
影响因素：每周生产桌子数量x1、椅子数量x2 。（决策变量）
三个要素
目标函数：Smax=50x1+60 x2
约束条件：4x1+6 x2≤600（材料）
20 x1+18 x2≤400（工时）
x1≥8 ， x2≥5（合同）
最优方案：
建立关系：
我们通过数学模型，计算出的目标值是每周获取的最大利润，所得到的就是最优解：每周生产桌子数量是X1、生产椅子的数量是X2）。
我们列出了一个目标函数和四个约束条件，实际上我们已经建立了一个数学模型。
其他条件不变，人工减少一半，代入目标函数和约束条件中，求出一组X1、X2，使得目标函数取最大值。
通常，我们通过优化的目标与决策变量之间的关系（数学模型），计算出目标值，所得到的就是最优解。对有些问题，如果我们不能确切地描述目标函数，则可以通过定性的估计或推断，得到较为满意的解（也称满意解）。
数学模型
估算、试验
最优解
满意解
完善、验证
为使系统达到最优的目标而提出的求解方法称为最优化方法。系统优化的方法是多样的，有的运用数学模型求解，有的通过科学的估算、试验等方法实现。但无论运用怎样的优化方法，都需要经过若干次完善和验证，才能得出最优解或满意解。
数学模型
估算、试验
最优解
满意解
完善、验证
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。
2、系统优化的意义
第2题：根据实际情况和需求、系统的优化目标确定最终的方案。
（1）明确问题，设立目标
（2）收集资料，制定方案
（3）分析计算，评价比较
（4）检验核实，作出决策
系统分析的一般过程
方案4：将地下石油蕴涵的天然气转化为甲醇加到原油中，降低原油的熔点，增加流动性，从而用普通的管道就可以同时输送原油和天然气，仅管道铺设费就可以节省近60亿美金。
综合各方案优、缺点，以及成本、安全性等，确定第4种方案为最终方案。
反思：如果仅仅在前面3个方案上优化，无论如何都得不到方案4的巨大效益。分析人员运用其专业知识，将石油中的原油和天然气的运输作为一个整体进行系统分析，获得了成功，体现了系统分析的实际价值。
要服务于系统整体功能和优化目标来进行优化系统的设计方案，要对各方案中的优点进行比较权衡，要考虑目标函数、决策变量、约束条件的共同作用效果，达到系统优化的总目标。
感谢聆听