高二通用技術(shù) 高二通用技術(shù) 系統(tǒng)與設(shè)計(jì)課件

1、系統(tǒng)分析系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)踐練習(xí)系統(tǒng)優(yōu)化分析 有一個(gè)農(nóng)夫帶一條狼、一只有一個(gè)農(nóng)夫帶一條狼、一只羊和一筐白菜過(guò)河。如果沒有農(nóng)羊和一筐白菜過(guò)河。如果沒有農(nóng)夫看管，則狼要吃羊，羊要吃白夫看管，則狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，只夠農(nóng)夫帶一菜。但是船很小，只夠農(nóng)夫帶一樣?xùn)|西過(guò)河。請(qǐng)你幫農(nóng)夫解決難樣?xùn)|西過(guò)河。請(qǐng)你幫農(nóng)夫解決難題？說(shuō)說(shuō)你們對(duì)該系統(tǒng)分析的過(guò)題？說(shuō)說(shuō)你們對(duì)該系統(tǒng)分析的過(guò)程？程？ 問題的突破口在問題的突破口在狼與白菜能夠共存！農(nóng)夫、狼、羊、狼與白菜能夠共存！農(nóng)夫、狼、羊、白菜和船組成了這個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)中各要素是一個(gè)整體，都依賴白菜和船組成了這個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)中各要素是一個(gè)整體，都依賴農(nóng)夫過(guò)河；最大的問題是

2、農(nóng)夫過(guò)河；最大的問題是“船小，只夠農(nóng)夫帶一樣?xùn)|西過(guò)河船小，只夠農(nóng)夫帶一樣?xùn)|西過(guò)河”和和“沒有農(nóng)夫看管，則狼要吃羊，羊要吃白菜沒有農(nóng)夫看管，則狼要吃羊，羊要吃白菜”的沖突。聯(lián)系的沖突。聯(lián)系已知條件，做了一系列的分析實(shí)驗(yàn)，但是比較其他方案不能實(shí)已知條件，做了一系列的分析實(shí)驗(yàn)，但是比較其他方案不能實(shí)現(xiàn)所有要素都安全過(guò)河。最后得出以上方案?，F(xiàn)所有要素都安全過(guò)河。最后得出以上方案。生活中，有很多產(chǎn)品在不斷更新，系統(tǒng)在不斷地升級(jí)。做生活中，有很多產(chǎn)品在不斷更新，系統(tǒng)在不斷地升級(jí)。做任何事情都追求更好，希望投入盡可能少，回報(bào)越多越好。為任何事情都追求更好，希望投入盡可能少，回報(bào)越多越好。為了使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的

3、目標(biāo)所提出的各種解決方法，稱為最優(yōu)方了使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)所提出的各種解決方法，稱為最優(yōu)方法。但是有很多復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)施方案五花八門、干擾因素四面法。但是有很多復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)施方案五花八門、干擾因素四面八方，我們不可能逐個(gè)比較權(quán)衡，或者漫無(wú)目地瞎蒙。因此我八方，我們不可能逐個(gè)比較權(quán)衡，或者漫無(wú)目地瞎蒙。因此我們有必要進(jìn)行定性定量的科學(xué)分析，尋找系統(tǒng)最優(yōu)值。們有必要進(jìn)行定性定量的科學(xué)分析，尋找系統(tǒng)最優(yōu)值。案例分析：案例分析： “農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化農(nóng)作物間作套種農(nóng)作物間作套種 ”檳榔林套種香草蘭收益高檳榔林套種香草蘭收益高 香草蘭香料之王，是藤本植物，需要有支柱攀緣，并要求適度的

4、蔭蔽。測(cè)定結(jié)果表明50%的蔭蔽度有利于香草蘭的生長(zhǎng)發(fā)育。蔭蔽有兩種，一種是死蔭蔽，通過(guò)修建人工蔭棚的辦法(用遮光網(wǎng))達(dá)到控制蔭蔽度的目的。這種方式需要水泥柱或石柱作為香草蘭棚架或攀緣的支柱。另一種是活蔭蔽：可選擇天然樹木或人工種植的椰子、檳榔等作物為活支柱，以控制活支柱樹冠來(lái)調(diào)節(jié)種植園的蔭蔽度。園地的選擇要選擇近水源且排水良好、有機(jī)質(zhì)含量高、比較肥沃疏松的微酸性土壤；臺(tái)風(fēng)主風(fēng)方向有良好屏障比較靜風(fēng)的向陽(yáng)緩坡地或平地。 2002年，符良接受了中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所專家的建議，在檳榔林下套種了20畝香草蘭種苗，通過(guò)對(duì)香草蘭的水肥管理，使檳榔的產(chǎn)量較純檳榔林提高15-20%。經(jīng)過(guò)精心培育，

5、現(xiàn)在棵棵香草蘭上掛滿了沉甸甸的豆莢。預(yù)計(jì)20畝香草蘭到11月份總收入可達(dá)285000元?，F(xiàn)場(chǎng)一位管理人員給記者算了一筆帳，40畝檳榔園年收入72萬(wàn)元左右，間種可使檳榔增收8萬(wàn)，再加上香草蘭的收入，每畝土地較單純種檳榔增收約9000元！經(jīng)發(fā)酵生香的商品香草蘭豆莢含有250多種發(fā)揮性芳香族成分以及有機(jī)酸、糖、樹脂、礦物質(zhì)等豐富成分，香氣獨(dú)特，留香時(shí)間長(zhǎng)達(dá)23年，被廣泛用于高檔食品和飲料的配香原料，在發(fā)酵業(yè)、化妝及醫(yī)藥等領(lǐng)域均有應(yīng)用，具有用途廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的特點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)售價(jià)為10001200元人民幣/千克。 符良為什么選擇活蔭蔽種植，而不采納傳統(tǒng)的死隱蔽種植？ 活蔭蔽的改良不僅增產(chǎn)、增收，還提高了

6、土地利用率，可見活蔭蔽系統(tǒng)比死蔭蔽系統(tǒng)，功能更強(qiáng)大，效果更優(yōu)。討論交流討論交流小組匯報(bào)小組匯報(bào) 系統(tǒng)優(yōu)化的效果是理想的，但是不同情況的系統(tǒng)優(yōu)化會(huì)遇到不同的約束條件，應(yīng)該采取不同的手段和方法應(yīng)對(duì)，使系統(tǒng)的目標(biāo)在一定的條件中達(dá)到最大值。系統(tǒng)的優(yōu)化都是為了發(fā)掘有限資源的無(wú)限潛能，使資源獲得充分的利用，體現(xiàn)更高的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)投入最小，效果最佳的目的。又例如：云南一些山區(qū)農(nóng)民的甘蔗生長(zhǎng)緩慢,減產(chǎn)已成定局.為了減少旱災(zāi)損失,乘雨水來(lái)臨之際,在甘蔗田套種玉米。例如：建筑材料的改進(jìn)也是一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)，以往建筑物的墻體多采用實(shí)心磚，現(xiàn)在采用了空心磚，在保證強(qiáng)度、隔熱隔音效果的同時(shí)，節(jié)省了材料。 案例中，目標(biāo)與土地的

7、單位面積農(nóng)作物收益和之間的關(guān)系在技術(shù)中我們稱為目標(biāo)函數(shù)；農(nóng)作物的生長(zhǎng)特性、條件、氣候等因素對(duì)作物套種起著限制作用，并且是不能人為解決的，稱為約束條件；套種的技術(shù)水平、田間管理、病蟲防治等對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)值有直接影響，即影響因素，可見影響因素是可以人為調(diào)節(jié)的。最優(yōu)方法通常是在一定人力、物力、財(cái)力資源條件下，使經(jīng)濟(jì)效果（如產(chǎn)值、利潤(rùn)等）達(dá)到最大，并使投入的人力、物力達(dá)到最小的方法。 在生活中，我們經(jīng)常會(huì)遇到一些復(fù)在生活中，我們經(jīng)常會(huì)遇到一些復(fù)雜的數(shù)字問題，純定量分析是不夠的，雜的數(shù)字問題，純定量分析是不夠的，我們常常是借助數(shù)學(xué)手段定量與定性結(jié)我們常常是借助數(shù)學(xué)手段定量與定性結(jié)合的分析比較，尋求最優(yōu)方案。這

8、種用合的分析比較，尋求最優(yōu)方案。這種用數(shù)學(xué)公式、圖表等描述客觀事物的特征數(shù)學(xué)公式、圖表等描述客觀事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫數(shù)學(xué)模型。它是真實(shí)系統(tǒng)的一種抽就叫數(shù)學(xué)模型。它是真實(shí)系統(tǒng)的一種抽象。象。 案例分析：案例分析： 利潤(rùn)問題利潤(rùn)問題 某家具廠要安排一周的計(jì)劃，產(chǎn)品是桌子和某家具廠要安排一周的計(jì)劃，產(chǎn)品是桌子和椅子。制作一張桌子需椅子。制作一張桌子需4 4平方木板及平方木板及2020小時(shí)工時(shí)，小時(shí)工時(shí)，制作一張椅子需制作一張椅子需6 6平方木板及平方木板及1818小時(shí)工時(shí)；每周擁小時(shí)工時(shí)；每周擁有木材板料有木材板料600600平方，可用工

9、時(shí)平方，可用工時(shí)400400小時(shí)；每張桌小時(shí)；每張桌子利潤(rùn)子利潤(rùn)5050元，每只椅子利潤(rùn)元，每只椅子利潤(rùn)6060元。按合同每周至元。按合同每周至少要交付少要交付8 8張桌子和張桌子和5 5張椅子。假定所有產(chǎn)品都能張椅子。假定所有產(chǎn)品都能銷售，那么該每周生產(chǎn)桌子和椅子分別為多少時(shí)，銷售，那么該每周生產(chǎn)桌子和椅子分別為多少時(shí)，利潤(rùn)最大？利潤(rùn)最大？ 問題思考：?jiǎn)栴}思考： 這里，系統(tǒng)需要進(jìn)行最優(yōu)化的目這里，系統(tǒng)需要進(jìn)行最優(yōu)化的目標(biāo)是什么？標(biāo)是什么？ 利潤(rùn)受到哪些人為可調(diào)節(jié)的因素利潤(rùn)受到哪些人為可調(diào)節(jié)的因素影響？影響？ 在這個(gè)利潤(rùn)問題的系統(tǒng)中，又存在這個(gè)利潤(rùn)問題的系統(tǒng)中，又存在哪些不能人為解決的約束條件

10、呢？在哪些不能人為解決的約束條件呢？小結(jié)：以上計(jì)算表明，我們找到經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)方法求出的就是最優(yōu)值！回憶我們求解的過(guò)程，最優(yōu)化方法解決問題的一般步驟：（1）提出系統(tǒng)需要進(jìn)行最優(yōu)化的問題，收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)；（2）建立求解最優(yōu)化問題的有關(guān)數(shù)學(xué)模型，確定變量，建立有關(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。這種用數(shù)學(xué)公式、圖表等描述客觀事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是研究和掌握系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的有力工具，它也是分析、設(shè)計(jì)、預(yù)報(bào)或預(yù)測(cè)、控制實(shí)際系統(tǒng)的基礎(chǔ)。是我們?cè)诮鉀Q問題時(shí)，常用的一種方法。應(yīng)用實(shí)踐：應(yīng)用實(shí)踐： 要求學(xué)生分組利用提供的大、要求學(xué)生分組利用提供的大、中、小三個(gè)大小不同的齒輪將上節(jié)中、小三個(gè)大小不同的齒輪將上節(jié)課完成的旋轉(zhuǎn)木馬進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，課完成的旋轉(zhuǎn)木馬進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，看誰(shuí)的木馬轉(zhuǎn)得又快又穩(wěn)?？凑l(shuí)的木馬轉(zhuǎn)得又快又穩(wěn)。最優(yōu)方法通常是在一定人力、物力、財(cái)力資源條件下，使經(jīng)濟(jì)效果（如產(chǎn)值、利潤(rùn)等）達(dá)到最大，并使投入的人力、物力達(dá)到最小的方法。最優(yōu)化方法解決問題的一般步驟：（1）提出系統(tǒng)需要進(jìn)行最優(yōu)化的問題，收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)；（2）建立求解最優(yōu)化問題的有關(guān)數(shù)學(xué)模型，確定變量，建立有關(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