资源简介

第四节 系统设计的基本方法（一） 学案
编写：王涛 审核：赵振锋
【学习目标】
1.通过简单的系统设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
2.确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。
【课前复习】
1.为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的 、 、 、 ，并在此基础上 ，或 的过程，就是系统分析。
2.系统分析的一般步骤： 、 、 。
3.系统分析的主要原则： 、 、 。
4.系统的优化，就是
。实现系统的最优化，就可以
。
5.系统优化的基本原则：① ；② ；
③ ；④ 。
【课堂探究】
§问题：
有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐白菜过河。但是船很小，只够农夫带一样东西过河。试解决。
总结：系统设计是 。
一、系统设计应考虑的主要问题
系统设计既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容，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，因此除了遵守技术设计的一般过程、原则和标准外，还特别强调：
1、系统设计的目的与要求。
理解：从系统的整体出发，以系统整体功能的最优为目的。
2、
理解：运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的基本特性，既要考虑当前，也要考虑长远。
案例1：封杀三菱帕杰罗汽车事件 ，说明了什么问题？
相关材料：
经组织专家分析和实验室鉴定，检验检疫部门认定：日本三菱帕杰罗越野车Ｖ３１、Ｖ３３型在设计上存在严重问题，车后部的"感载阀"在车内坐上人并在颠簸的路上行驶时会压低磨擦到后轴制动油管，经长期反复磨擦，造成后轴制动油管被严重磨损直至出现漏洞，使制动液流出，造成刹车失灵。这是涉及行车安全的严重质量问题！
为确保人身安全，根据《中华人民共和国进出口商品检验法》及其实施条例和《进口商品安全质量许可制度实施细则》的规定，特公告如下：
1）自公告之日起，吊销日本三菱帕杰罗V31、V33越野车的进口商品安全质量许可证书(证书号：97MV 2491和99MV7582)，禁止其进口。
2）为确保安全，所有三菱帕杰罗V31、V33应尽快去三菱汽车特约维修站检修并更换后制动油管，凡未经检修并更换改进设计的制动油管的日本三菱帕杰罗V31、V33越野车暂停使用。
3）日本三菱公司提供了44家为三菱帕杰罗V31、V33越野车用户免费检修并更换后制动油管的特约维修站地址。
这一事件说明：
3、
理解：从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各个部分的设计。
案例2：核电站为什么要建配套工程抽水蓄能电站？
相关资料：
大亚湾核电站与广州抽水蓄能电站系统工程
广州抽水蓄能电站是为大亚湾核电站安全、经济运行而配套建设的电站，因为，发电设备只有在较稳定的满负荷或接近满负荷下运行才是经济、安全，可靠的．但实际用户用电每日部出现高峰和低谷，这就需要发电、供电设备不断调整频率和工作状况．大型抽水蓄能电站就是一种配合主电站而建立的一种水蓄能发电站．它既是抽水站又是发电站，电网负荷低时，利用剩余电力把下水库的水抽到上水库，将电能变成水的势能蓄积起来，当用电高峰时，上水库水（本站最大水头为535米）推动蓄能电站水轮机发电机组发电，通过500千伏出线并入广东电网，电站综合效率为76%．
核电站容量大，总成本低，自动化程度高，高科技含量高，最适合稳定负荷工作，因而抽水蓄能电站与核电站的配套运行既科学又经济。
这一事件说明：
马上行动：筑路工程的系统设计
为坐落在山里的村庄策划一个筑路工程设计方案，需要筹划：资金分配、人员调配、地质勘探、路向选择、材料购置、施工进度等。
从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？
二、系统设计的一般步骤
§问题：
最近，王丹家的楼梯灯坏了，她每晚从学校回来，走在黑洞洞的楼梯里，什么都看不见。为此，她想用学过的知识，设计并制作一只简易的手电筒。
总结：
系统设计的一般步骤为：
（1） ；
（2 ；
（3） ；
（4） 。
内涵解读：
可以概括为“总——分——总”。就是当我们要设计一个系统对象时，可以先将对象分解为一个子系统，分析和确定各个子系统的目标、功能以及它们之间的相互关系和结构组成，然后单独对每个子系统进行技术设计、评价及优化，然后对由已完成的子系统作为构件的系统整体进行总体技术设计和评价。
【课后拓展】
生态房屋绿色住宅长啥样 生态节能全自动
提要：每年10月的第一个星期一是国际住房日。如今关于住房的概念是层出不穷：“生态房屋”“绿色住宅”……与此同时，人们对“住”的要求也越来越高。
未来房屋之：生态楼
你希望住上这样的住宅吗？
室内一旦人数增多，二氧化碳含量上升，空气浑浊，传感器会自动“通知”排风窗开窗户通风；大楼中庭屋顶的巨大透明玻璃天窗根据阳光强度自动开关，任意变换开启角度，尽量把阳光均匀地分散到各个角落；外墙穿上4种外墙保温体系“保暖内衣”，楼内四季如春，节能65%-70%……
未来房屋之：太空屋
一座为保护南极环境而设立的太空屋——Neumayer-III，由欧洲航天局基于太空技术设计成功，并有可能成为新的德国南极站。它采用太空技术；优越性非常突出，无论从安全、环保方面还是建筑成本，都采用了目前建筑技术革新中的前沿科技。同时，“太空屋”构想的实现也为人类的建筑居住技术提供了一种新的思维方式，其运用将越来越广泛，并有可能在不久的将来逐步取代现有传统住宅。
材料：采用欧洲宇航局应用于航天飞船、天线和太阳能板上的材料技术，这种材料不仅轻，而且韧度和抗热、抗寒能力都非常突出。试验证明，它可以更好地抵御地震的袭击，减少地震、狂风暴雨可能造成的损失。具体到南极站的应用上，“太空屋”的轻型设计可以使它承受每年深达1米的降雪量而不会陷入冰雪中，同时，也大大方便了日后的移除工作。
结构：采用以支柱支撑的球体结构，房屋主体并不直接与地面接触。当它伸出支柱把自身支撑起来时，它就和底下的任何运动无关了，无论是大风还是地震都不能轻易撼动它。
系统：自给自足。它采用了高效能太阳能动力和先进的循环水及净化水的系统。另外一个设想还在计划中，那就是设立一个可以清除空气中亚微米级的致病粒子的系统。
安全：采用有为太空舱使用的高度防火材料；还有一种薄层状的“聚合物”：一种覆有金属层的塑料薄片，它可以放置到“太空屋”的任何部位以防止雷击。
未来房屋之：零能耗
英国伦敦南部出现一个“未来之家”工程，他是英国首个完整的生态村，现在则有约250人居住在生态村100套公寓和住房内。建筑设计师们的理想是实现社区的“零耗能”。
通风排气：五颜六色的漏斗形状的建筑不仅是用来展示的，而且是整个开发项目至关重要的一个环节。设计BedZED生态村的建筑师比尔·杜斯特说：“它们是以风为动力的自然通风烟囱。一个烟囱将房屋内的废气排出，而其他的烟囱则将新鲜空气吸进来。再结合其他高科技设备，这便会保证房屋无论春夏秋冬哪个季节都能保持舒适的温度。”
能源利用：组合热力发电站用木材废物发电
发电的具体过程是：首先，碎木材片从储藏区自动流入干燥机，然后再从干燥机进入气体发生器，在受限空气流里加热后，通过气化过程转化为含有氢、一氧化碳和甲烷的可燃气体。气体在净化、冷却以及与空气混合后，通过火花点火引擎进入一台能发电的发生器，产生电能。
生态村每一间朝阳温室都安装有太阳能电池板。由于风轮机有噪音，再加上对整体环境有影响，生态村就没有使用风轮机。另外，考虑到当地的气候条件，使用太阳能发电极不可靠，因此设计者并没有使用太阳能电池板发电，而是让它们为生态村的电车和滑行车提供电力。建筑设计者希望BedZED生态村需要的所有能量都来自再生能源而不是矿物燃料。
房屋供暖：BedZED没有任何天然气中央暖气系统，所有房屋都采用高质量的绝缘材料，保证冬天住房的舒适温度。同时，为了保证高度的绝缘性，墙里面还加入了大量矿毛绝缘纤维，保证吸收的热量在5天内不会消散。为了尽可能多地吸收热量，BedZED生态村的房屋全部安装了三层玻璃。此外，BedZED生态村所有的墙全部用巨大的水泥块砌成。
未来房屋之：绿色住宅
美国建筑师最近利用节能技术设计出新型“绿色住宅”，为住户更有效利用能源提供可能。美国能源局最新调查显示，美国有三分之一的能源用于家庭与商业建筑，并且多半用于取暖和制冷。为了节省能源，有关建筑设计人员从材料选择到设施利用进行了一系列革新，最终设计出会自动提供能源的“绿色住宅”。
据报道，这套“绿色住宅”分为上下两层。房屋构造独特，设施精巧别致。炎炎的夏日，用户可以不必开空调——显眼的大扇窗户向外摇摆，随时捕捉吹至而来的南风；同时敞开的天窗能够驱散停滞的热流。而在寒冷的冬天，全新的材料又让住宅洋溢着暖意：软木与混凝土配置砌成的外墙与外界隔绝；气体壁炉让家里热流无限循环；而无箱加热设备则会让水龙头自动提供热水。整套房屋的建筑材料也非常利于环保。
　　未来房屋之：实时景象
水晶球屋不是用来住的，它更像传说中的魔力水晶球。
这种名为“圆形屋”的新型圆形建筑就像一个有魔力的水晶球，只不过它对你展现的是另一个城市的实时景象。设想一下，清新的早晨，在你上班的路上，你会从悉尼歌剧院前经过并向来往的游客热情问候；迷人的傍晚，回家的路上，你会和卢浮宫前巡逻的警察点头致意。如果“圆形屋”公司的宏伟计划能够实现，这个梦想将变成事实。他们设计的一种叫做“圆形屋”的圆形建筑有3米高，直径7米，一个高质量高清晰度的360度全景影音系统环绕在它外部，实现面对面的交流。这个系统会实时地展现另一个建筑周围的景象，包括图像和声音。
“最令人兴奋的是这种建筑可以实时传递对方城市的影音和声音，而且非常逼真，”一位研究人员在谈论“圆形屋”的前景时这样说，“想想看，如果你和情人远隔两地，你们分别站在两个这样的建筑前面，不但能看到对方的面容，还能听见对方的声音。当然了，你们甚至可以亲吻，因为我们的设计目的就是要拉近人与人之间的距离。”

展开更多......

收起↑