第三节 系统的优化

码头？
达县中学
根据要求可画出下图，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
达县中学
过A点作关于直线DE的对称点A1，连接 A1B与DE相交于C，这一点既为所求的码头的 地点。 根据相似三角形原理，求得 DC=1.4km， 码头建在与A厂到江边垂直距离位置相距 1.4km处，运输路线最短。
⑶验证与实施 条件校验 实施与调整 校验人力、物力、财力是否具备。合理分配，节 约资源，促使优化指标和约束条件得以满足。 及时调整，计划与施工，再进入优化进程。
达县中学
达县中学
达县中学
影响系统优化的因素：
是指对系统的目标产生显著影响，并且 可以人为调节的因素。
①优化追求的目标要适度。 ② 希望投入最小，而取得的效益最大。
达县中学
【案例分析二】
装修施工的组织优化
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
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。
达县中学
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
27周
方案二 平行施工
9周
15周
3
1
投入多
较多
复杂
较简单
方案三 流水施工
达县中学
⑴具体测量噪音程度。
⑵建立隔音墙防噪音的数学模型及墙体参数关 系条件，求其数学解。 ⑶要做到投入最小、效果最好。 ⑷验证试验。如计算机仿真
4、实施优化
⑴墙体结构与材料，与上面的定量计算相关。
⑵美观。
⑶效果。
达县中学
高速公路隔音墙
达县中学
高架路上的隔音墙
达县中学
日本的隔音墙
达县中学
系统优化的意义
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。
达县中学
楼 A
装修 过程
工 期
3
■
6
■
装修施工进度（周） 9 12 15 18 21
达县中学
• 求解过程： • 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 过A点作关于直线DE的对称点A1，连接A1B与 DE相交于C，这一点既为所求的码头的地点。 根据相似三角形原理，求得 DC=1.4km，码 头建在与A厂到江边垂直距离位置相距1.4km处， 运输路线最短。 从这个例子可以看出：可以看出优化仅仅靠定 性的分析是远远不够的，还需要更多的定量计算 才行。
2、鸟巢使用的主要材料是？
鸟巢采用是大跨度重型钢结构体系，它在设计过程 中也在不断的优化调整，其中有一项调整是取消了 可开启屋盖、扩大了屋顶开孔。
3、鸟巢去盖后，在哪方面得到改善？
优化后的方案，减少用钢量1.2万吨，造 价减少了约4亿元
达县中学
达县中学
国 家 体 育 馆 鸟 巢 原 设 计 方 案
达县中学
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。
达县中学
达县中学
1、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。
达县中学
新课：第三节 系统的优化
• • • • • 内容提要： 1、什么是系统优化？ 2、系统优化的意义是什么？ 3、影响系统优化的因素有哪些？ 4、怎么才能进行系统优化？
达县中学
案例一：鸟巢 1、我们再来看2008奥运会的主会场“鸟巢”， “鸟巢”采用是什么结构？ 呈空间马鞍椭圆形，南北长 333 米 、东西宽 298 米 的，高 68 米 。
达县中学
阅读：数学模型
用数学公式、图表等描述客观事物的特 征模型，称为数学模型。 现实世界的事物与数学模型的关系可表 示为：
现实世界 的原型 分析 抽象 数学模型 分析 解释 数学结论
对原型的分析
达县中学
【案例分析一】
在江边一侧有A、B两个工厂，它们到江边的距离分别 是2km和3km，设两工厂沿江方向的距离是3.5km，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？
达县中学
二、假如你是村长：怎样为本村筑好一条致富路
——影响系统优化的因素
达县中学
1、系统优化的一般性步骤
⑴需要进行优化的问题 交通闭塞 ⑵选择合适的优化方法——优化方略与筹谋 勘测 预算 确定路线 确定土石方量、器材种类与数量、人力、经费 修路
选择合适的筑路方法和计划（根据本村的人力、物力、财力）
24
27
水电
木工 油漆 水电 B
3
3 3 3
■
■
■
■ ■ ■
■
■ ■ ■
木工 油漆
水电
3 3
3 3 3
■
■
■ ■ ■ ■
■
■ ■
达县中学
C
木工 油漆
三、分析计算，评价比较
根据分析，确定按照方案三进行施工。
四、检验核实，确定方案 选择出最佳方案：方案三
施工特点 工期
方案一 依此施工
施工队 设备、材料 现场管理 1 投入少 简单
达县中学
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）。
达县中学
3、建隔音墙的技术要点
达县中学
• 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。
达县中学
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 达县中学
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。
达县中学
车流滚滚，噪音 污染严重！
达县中学
【案例分析】：某地区高速噪音超标80%，66户村 民告上法庭 核心事件：该高速建成通车已有6年，6年来车流日 增，在接近高速出口处，距离高速公路10米左右就有 一排民房，一共有250户人家，房子多是80年代造的。 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。 现状分析：“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； 附近66户村民状告高速；新的问题需要我们智慧的回 应和解答。
• 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。
达县中学
身边的例子：
• 我们学校的学生食堂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。
③ 系统优化离不开条件，条件是否具备直接影响优化。
④ 某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化 。
达县中学
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。
1、密闭声源，在声源处建造隔声墙，防止噪 声直接向外传播。 2、给机器上足润滑油，即防止产生噪音，又 能保护机器。 3、加强绿化，在繁杂的公路两旁植树造林， 形成屏障。 4、给添置隔音设施。 5、在耳朵处加塞隔音装置，如好的耳塞。
达县中学
达县中学
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？
达县中学
鸟巢图片欣赏
达县中学
系统的优化
问题的提出：（系统优化的必要 性？）
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。
达县中学
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，
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。
达县中学
选择合适的优化方法
讨论： 怎样改善噪音的污染，优化学校或者村民所处环境（系统 ）？
• 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
达县中学
选择合适的优化方法
第三章
系统与设计
第三节 系统的优化
达县中学
温故知新(回顾上节内容)：
一、系统的基本特性
(1)整体性 (2)相关性 (3)目的性 (4)环境适应 (5)层次性
整体的角度 联系的观点
发展的眼光
达县中学
二、系统分析的基本方法
1、系统的思想(要有整体的思想，从整体角度去考虑。) 2、系统分析的基本方法: (定性、定量相结合) (1)阐明问题； (2)分析研究； (3)评价比较。 3、学写简单的分析报告: (一般包括以下内容) (1)系统的分析过程；（如：功能、构成，特性的定性定量分 析） (2)依据； (3)结论和建议。
达县中学Baidu Nhomakorabea
• 2、系统优化的方法 基础：分析影响系统优化的因素。 过程： 一定的条件下，对系统特性进 行分析和控制。 目标：以实现更佳的整体目标。
达县中学
系统优化的基本原则
• （1）定性定量分析相结合，系统的优化不仅要实 现系统中每个元素和子系统的优化，还要达到系 统整体的优化。 • （2）必须注意系统各组成部分之间、部分与整体 之间的联系，加强协调，才能提高系统的有序性 和整体的运行效果。 • （3）系统的优化要遵循系统的动态观点，它是一 个不断验证、完善的过程。例：农作物种植间作 套种、利润问题
达县中学
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