３.２.２系统的优化（42张幻灯片）
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课件42张PPT。国家体育馆鸟巢原设计方案 “鸟巢”的设计寓意原始生命的孵化过程，是既能体现科技、人文、绿色奥运精神，又能与周围自然环境良好地达成协调统一。预算总成本35亿，超支13亿以上。
经过计算，发现“鸟巢”的超支部分和技术难度主要集中在活动盖上。其不利因素有：一是影响了体育赛事的开放性和户外特点；二是封闭场馆会限制庆祝焰火的燃放和开幕式上的空中表演；三是带来安全设计上的不可预测因素；四是容易发生故障，使得体育场本身和场内草坪的维护费用加大；五是活动盖机械力臂的大量用钢，会对建筑周围结构带来不稳定因素。 “鸟巢”取消盖子，并不影响设计风格和建好后的功能。
8月底，北京市规划委员会负责人表示，根据专家反复研究论证，“鸟巢”原设计方案中的可开启屋顶被取消，屋顶开口扩大，并通过钢结构的优化，大大减少用钢量。优化调整后的方案可以确保工程造价控制在国家发改委要求的22.67亿元内，但其独特的设计风格未受影响。设计方案的优化调整已经得到国际奥委会的理解。
“鸟巢”之所以在实施中发现问题，应该归结为在选定前，没有权威机构针对可行性和工期、造价的先期审查、论证。按照建设惯例，一般的设计招标项目，尤其是大型项目在入围后选定前就应当邀请权威机构对设计方案的可行性进行论证，但北京奥运会多项工程的设计方案审查偏偏都放在了方案选定之后。
鸟巢图片欣赏 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。案例： 利润问题 某家具厂要安排一周的生产计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4m2木板及时性20小时的工时，制作一只椅子需6m2木板及18小时的工时，每周能拥有的木板是600m2，可利用的工时是400小时；每张桌子的利润是50元，每只椅子的利润是60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5只椅子，并假定所有的产品都能够销售出去。
问：该厂每周生产桌子和椅子的数量分别是多少时，能获得最大利润？Smax=50x+60y
4x+6y≤600
20x+18y≤400
x≥8, y≥5设每周生产桌子X张，生产椅子Y张，则有：生产最优方案8张桌子,13张椅子,最大利润为1180元
通过计算，我们得到的就是最优解，按每周8张桌子、13张椅子的方案生产就可以获得最大的利润，像这种系统优化叫做系统最优化。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。【案例分析】装修施工的组织优化
分析：根据装修的施工流程、资源利用、空间等要求进行分析，可以得到依次施工和平行施工两种方案，思考各自的特点。 一、明确问题，设立目标施工项目：教学楼装修 施工内容：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周时间目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。二、收集资料，制定方案方案一：按照施工要求，从A到B到C，依次进行施工。方案二：按照施工要求，A、B、C栋同时进行施工。方案三：按照施工要求，A、B、C栋进行流水施工。方 案 一■
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■方 案 二■
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■方 案 三■
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■装修施工进度表四、检验核实，确定方案根据分析，确定可以三方案进行施工。三、分析计算，评价比较选择出最佳方案：方案三依此施工27周1投入少简单平行施工 9周3投入多复杂流水施工15周1较多较简单 思考在这一优化的案例中，影响优化的主要因素有哪些？
施工时间、装修队和设备的数量等
制约优化的主要条件有哪些？
水电、木工、油漆的施工顺序不可改变
【案例分析】：浙江天台县高速噪音超标80%，66户村民告上法庭
“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；天台66户村民状告上三高速；新的问题需要我们智慧的回应和解答。 核心事件：上三高速建成通车已有6年，6年来车流日增，在接近高速天台出口处，距离高速公路10米左右就有一排民房，这就是天台县桥下村。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。天台县桥下村位于上三高速天台出口处，一共有250户人家，房子多是80年代造的。 2000年底，上三高速公路通车，刚好在桥下村旁边经过。
五六十户村民的家，与高速公路的距离在50米以内，最近的距离才10米。车辆增多产生的噪音让大家越来越无法忍受。陈立广家是一栋2层小楼，最外面的窗户距高速公路10米左右。
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 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。 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。选择合适的优化方法
怎样改善噪音的污染，优化村民所处环境（系统）？
选择合适的优化方法减小噪音原则：
一、 声源处减弱
二、传播过程中减弱
三、接收处减弱 1、给机器上足润滑油，即防止产生噪音，又能保护机器。
2、加强绿化，在繁杂的公路两旁植树造林，形成屏障。
3、密闭声源，在声源处建造隔声墙，防止噪声直接向外传播。
4、在耳朵处加塞隔音装置，如好的耳塞。选择合适的优化方法建造隔音墙问题：
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？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。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。 2、隔音墙的墙体结构、外形怎么考虑？单侧直板式；
双侧直板式：
带折檐式：屏障内侧加衬吸声结构。隔声效果好，保护的范围比直板式的大；
全封闭式：用于向空间发展的居民区穿越高层建筑群的公路上，隔声效果>25dB，保护面积可以覆盖整个居民区，但造价较高。
生态隔音墙：传统的声障墙常用的材料有金属板、玻璃板、混凝土板、木板和塑料板等。这类刚性的、表面平滑的声障墙，隔音效率一般都较差，只2～5分贝。为了提高其隔音效率，常用的方法是将其表面加糙(如将表面加工成“破碎形状”)，或采用粗糙的“木材混凝土”等措施。采取这些改进措施之后, 声障墙的效率可提高30%～50%， 即隔音效率可达7分贝左右。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）。高速公路隔音墙高架路上的隔音墙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。思考
我校设有一个学生食堂，近两年，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。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 系统优化
系统优化是指在给定条件（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）。
优化目标
系统效益最大化。
什么是影响系统优化的约束条件？
指对系统的目标函数起着限制作用，并且不可以人为调节的因素。
什么是影响系统优化的因素？
指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。系统优化的目标、 约束条件、影响因素一、系统分析的含义
为了发挥系统功能，经过分析，拟定最有效的步骤和程序。
二、系统分析的基本方法一般步骤
1、阐明问题 确定目标
2、收集资料 制定方案
3、分析研究 评价比较
4、检验核实 确认最佳方案
三、系统分析的主要原则
整体性原则、科学性原则、综合性原则
四、系统的优化本节小结
经过计算，发现“鸟巢”的超支部分和技术难度主要集中在活动盖上。其不利因素有：一是影响了体育赛事的开放性和户外特点；二是封闭场馆会限制庆祝焰火的燃放和开幕式上的空中表演；三是带来安全设计上的不可预测因素；四是容易发生故障，使得体育场本身和场内草坪的维护费用加大；五是活动盖机械力臂的大量用钢，会对建筑周围结构带来不稳定因素。 “鸟巢”取消盖子，并不影响设计风格和建好后的功能。
8月底，北京市规划委员会负责人表示，根据专家反复研究论证，“鸟巢”原设计方案中的可开启屋顶被取消，屋顶开口扩大，并通过钢结构的优化，大大减少用钢量。优化调整后的方案可以确保工程造价控制在国家发改委要求的22.67亿元内，但其独特的设计风格未受影响。设计方案的优化调整已经得到国际奥委会的理解。
“鸟巢”之所以在实施中发现问题，应该归结为在选定前，没有权威机构针对可行性和工期、造价的先期审查、论证。按照建设惯例，一般的设计招标项目，尤其是大型项目在入围后选定前就应当邀请权威机构对设计方案的可行性进行论证，但北京奥运会多项工程的设计方案审查偏偏都放在了方案选定之后。
鸟巢图片欣赏 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。案例： 利润问题 某家具厂要安排一周的生产计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4m2木板及时性20小时的工时，制作一只椅子需6m2木板及18小时的工时，每周能拥有的木板是600m2，可利用的工时是400小时；每张桌子的利润是50元，每只椅子的利润是60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5只椅子，并假定所有的产品都能够销售出去。
问：该厂每周生产桌子和椅子的数量分别是多少时，能获得最大利润？Smax=50x+60y
4x+6y≤600
20x+18y≤400
x≥8, y≥5设每周生产桌子X张，生产椅子Y张，则有：生产最优方案8张桌子,13张椅子,最大利润为1180元
通过计算，我们得到的就是最优解，按每周8张桌子、13张椅子的方案生产就可以获得最大的利润，像这种系统优化叫做系统最优化。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。【案例分析】装修施工的组织优化
分析：根据装修的施工流程、资源利用、空间等要求进行分析，可以得到依次施工和平行施工两种方案，思考各自的特点。 一、明确问题，设立目标施工项目：教学楼装修 施工内容：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周时间目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。二、收集资料，制定方案方案一：按照施工要求，从A到B到C，依次进行施工。方案二：按照施工要求，A、B、C栋同时进行施工。方案三：按照施工要求，A、B、C栋进行流水施工。方 案 一■
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施工时间、装修队和设备的数量等
制约优化的主要条件有哪些？
水电、木工、油漆的施工顺序不可改变
【案例分析】：浙江天台县高速噪音超标80%，66户村民告上法庭
“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；天台66户村民状告上三高速；新的问题需要我们智慧的回应和解答。 核心事件：上三高速建成通车已有6年，6年来车流日增，在接近高速天台出口处，距离高速公路10米左右就有一排民房，这就是天台县桥下村。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。天台县桥下村位于上三高速天台出口处，一共有250户人家，房子多是80年代造的。 2000年底，上三高速公路通车，刚好在桥下村旁边经过。
五六十户村民的家，与高速公路的距离在50米以内，最近的距离才10米。车辆增多产生的噪音让大家越来越无法忍受。陈立广家是一栋2层小楼，最外面的窗户距高速公路10米左右。
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 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。 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。选择合适的优化方法
怎样改善噪音的污染，优化村民所处环境（系统）？
选择合适的优化方法减小噪音原则：
一、 声源处减弱
二、传播过程中减弱
三、接收处减弱 1、给机器上足润滑油，即防止产生噪音，又能保护机器。
2、加强绿化，在繁杂的公路两旁植树造林，形成屏障。
3、密闭声源，在声源处建造隔声墙，防止噪声直接向外传播。
4、在耳朵处加塞隔音装置，如好的耳塞。选择合适的优化方法建造隔音墙问题：
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？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。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。 2、隔音墙的墙体结构、外形怎么考虑？单侧直板式；
双侧直板式：
带折檐式：屏障内侧加衬吸声结构。隔声效果好，保护的范围比直板式的大；
全封闭式：用于向空间发展的居民区穿越高层建筑群的公路上，隔声效果>25dB，保护面积可以覆盖整个居民区，但造价较高。
生态隔音墙：传统的声障墙常用的材料有金属板、玻璃板、混凝土板、木板和塑料板等。这类刚性的、表面平滑的声障墙，隔音效率一般都较差，只2～5分贝。为了提高其隔音效率，常用的方法是将其表面加糙(如将表面加工成“破碎形状”)，或采用粗糙的“木材混凝土”等措施。采取这些改进措施之后, 声障墙的效率可提高30%～50%， 即隔音效率可达7分贝左右。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）。高速公路隔音墙高架路上的隔音墙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。思考
我校设有一个学生食堂，近两年，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。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 系统优化
系统优化是指在给定条件（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）。
优化目标
系统效益最大化。
什么是影响系统优化的约束条件？
指对系统的目标函数起着限制作用，并且不可以人为调节的因素。
什么是影响系统优化的因素？
指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。系统优化的目标、 约束条件、影响因素一、系统分析的含义
为了发挥系统功能，经过分析，拟定最有效的步骤和程序。
二、系统分析的基本方法一般步骤
1、阐明问题 确定目标
2、收集资料 制定方案
3、分析研究 评价比较
4、检验核实 确认最佳方案
三、系统分析的主要原则
整体性原则、科学性原则、综合性原则
四、系统的优化本节小结
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