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第一章《结构与设计》学习材料
学习目标
①了解结构的含义，掌握常见结构的类型、受力特点、应用场合；
②理解结构是为了承受力和抵抗变形的本质，能概括分析结构受力的方法，知道基本构件的特点，理解荷载与结构受力间的关系；
③理解应力和强度的概念，知道应力和强度的关系，掌握影响结构强度的因素，理解稳定和结构稳定的概念，掌握影响结构稳定的因素；
④掌握结构设计的基本思路，学会简单结构的设计；
⑤在掌握典型结构与设计的基础上，了解典型结构设计的欣赏与评价；
⑥了解典型结构，能从科学、艺术、环境、民俗角度加以欣赏，从而提高鉴赏能力，培养科学的审美观。
学习内容
一、初识结构：
⒈结构的含义
结构是指事物内部的组成、排列及其相互之间的关系。在技术领域，结构是指物体的各组成部分之间的搭配和排列，确定的搭配和排列决定了物体的性质和形态。结构的各组成部分，通常称为构件。例：人体结构，分子结构，阶级结构，文章的结构，汽车结构，桌子结构，地球结构等。
结构的本质：物体会受到各种各样的力，结构是可承受一定力的架构形态，可用来抵抗引起形态和大小改变的力。简单地说，结构是为了承受力和抵抗变形，这便是结构的本质。
⒉为什么要学习结构？
系统的功能对其结构有着绝对的依赖性。所以有人说，结构不仅是事物存在的形式，更是事物特性的依据。
在自然界，相同的物质，不同的结构，表现出不同特性的现象处处可见。
⑴同样是的水，有液态、气态、固态。
⑵同样是碳，但有最硬的固体金刚石和最软的固体石墨存在；
⑶化学有机物结构不同性质不同（色素）；
⑷同样的六个字“这个人表现好”“这个人好表现”，但因排列不同，就形成了一褒一贬；
⑸用同样的材料，做出的结构不同的小板凳就会有不同的特性，有的稳，有的不稳；
⑹各种材料组成结构可以使“死的”材料变成“活的”机器。如：发动机、电子计算机……
结构不合理就会产生严重的后果，如桥断、屋塌……所以我们应学习结构，将来去创造结构。
⒊什么是工程结构？
工程结构是指能承受和传递外加载荷的承力系统，包括杆、板、壳等构件及其组合体。也就是说，工程结构可以是单个的构件，如：一根杆，一块板，一条绳，也可以是一个由不同构件组合起来的组合体。如：一座桥，一张桌子，一架飞机等，它们都可以叫做工程结构。技术课主要研究工程结构，简称结构。
⒋几个重要概念
⑴铰接：桁架全由三角形组成，接头全为旋转接头，称为铰接。
⑵架构：物体的主体框架与构造形式。
⑶构件：组成结构的各组成部分。可以是一个零件，也可以是多个零件的组合。
二、常见结构的类型（从力学的架构与形态考虑）
⒈实心结构
⑴实心结构通常是指结构体本身是实心的结构。房屋的墙体、水库的大坝、古代的城墙等，都属于实心结构。
⑵几何特征及受力：几何外形简单，通常有杆（柱）、板、体等之分。它的受力特点是能承受较大的力，外力分布在整个体积中。
⒉框架结构
⑴框架结构通常是指结构体由细长的构件组成的结构。教室的门窗常用木框架，蔬菜大棚的棚体、建筑用脚手架、输电铁塔等都是框架结构。
⑵组成：由梁、柱、杆、管等组成，也有用板件组成的。这里的杆或板，可以是实心的，也可以是管材。
⑶几何特征及受力：几何外形较为复杂，其特点是支撑空间而不充满空间，能承受垂直和水平荷载。依据功能和使用条件的不同，可以设置成不同框架的组合。
⒊壳体结构
⑴常见物品：饮水杯、文具盒、装甲车、油罐、鸡蛋、西瓜……
⑵结构特征：壳体内空时，受力合理、形态稳定。壳的几何形状有折线式（方形、长方形、多边形）的、圆弧形的和拱形的等。
⑶受力特点：壳受冲击力时，外力由弧面整体分担承受，抵抗变形。
⒋组合结构
⑴在日常生活中我们常见的结构大部分都是组合结构，如：大坝都是拱形和实心结构的组合体；圆顶大厦的顶部都是框架结构和壳体结构的组合（又叫球形空间桁架结构）。
⑵结构的类型种种：缆索结构、桁架结构、空间桁架结构、球形空间桁架结构等。
⑶组合结构的受力：复杂（这是大学结构力学将要学习的）。
三、结构的受力
㈠作用在结构上的载荷（力）
工程结构承受的外力有各种各样，但以它们对结构的影响来说，主要有以下几种。
⒈拉力：结构承受拉伸时，作用在结构（经常称为拉杆）上的力是一对方向相反，作用线与拉杆轴线重合的集中力，方向背离杆的底面。其受力实例是吊车的吊绳。
G (拉力受力模型)
⒉压力：结构承受压缩时，作用在结构（习惯上称为压杆）上的力是一对方向相反，作用线与压杆轴线重合的集中力，方向指向杆的底面。如液压机的顶杆工作时就是受压。
⒊剪力：结构在受剪切时，结构所承受的力是分别作用在构件相对的两个面上，方向相反，作用线错开微小距离的两个平行力。连接剪刀两个部分的销钉在剪刀工作时就是承受的剪切力，其受力模型如图。
⒋扭转力：承受扭转的构件一般都称为轴。它承受的外力是一对作用在轴两端面内，转向相反的力偶矩，其受力实例和力学模型如图。
⒌弯曲力：承受弯曲载荷的构件，一般称为梁。梁在承受弯曲时，受力情况比较复杂，其中一种载荷叫做弯矩。它是作用在过梁的轴线且与横截面垂直的平面内的力偶矩。其作用力是使梁产生弯曲变形。
㈡结构受载荷实例
任何结构承受的外载荷，都是拉、压、剪、扭、弯中的一种或几种的组合。工程结构的主要功能就是承受和传递各种形式的外载荷，保证结构的可靠工作。
⒈秋千的吊索，主要承受拉力；
⒉桥梁的桥墩，主要承受压力；
⒊连接齿轮和轴的键，主要承受剪力；
⒋汽车方向盘的轴，主要承受扭力；
⒌单杠的杠体（上面的横杠），主要受弯力；
⒍吊扇旋转，吊杆主要受扭力和拉力；
为了保证结构的正常工作，这些构件必须有对于主要载荷的足够的承载能力。这是结构设计中必须考虑的重要问题。
㈢典型结构分析
⒈单杠结构分析
⑴各部分名称：杠体，立柱和拉杆。（为什么做成这样的结构？）
⑵杠体的受力与变形：杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上发生弯曲。——弯曲力
⑶立柱、拉杆的受力与变形：
立柱：静止时受压力；当人在运动时，对立柱产生弯矩M，使立柱弯曲变形。——怎样做才能保持单杠稳定？
拉杆：人在运动时，拉杆起到辅助立柱抗变形作用。
⒉棚室屋架结构分析
⑴棚室荷载与立柱受力：永久性荷载（不随时间变化而变化的荷载）和可变性荷载（随情况变化而变化的荷载）。
⑵梁的受力：梁的上部，受压力，材料被挤压；下部，受张力，材料被拉伸。防止弯曲变形大的方法：增加支撑点。
⑶拱结构的应用
拱结构：中间高四周低，呈弧形的曲面。
应用：在跨度较大的情况下，建筑物多采用拱结构。这样的结构既有利于承载，又美观。
三、结构的强度与稳定性
㈠结构的强度
⒈应力与强度
⑴内力：外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力。
⑵应力：作用在单位面积上的内力称为应力。
σ=N/S
式中，N为内力，单位为牛，S为构件截面积，单位为平方米。应力σ的计量单位为Pa，通常用MPa。
⑶通常，物体结构抵抗变形的能力，都以强度表示。而用应力来衡量强度，即科学又准确。
⒉影响结构强度的因素：①形状；②材料；③材料的连接方式。
㈡结构的稳定性
⒈什么是稳定？
稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，则为稳定。不能回到原有平衡状态，为不稳定。
⒉结构稳定的含义
稳定性和强度一样，也是物体结构的重要性质。结构具有阻碍翻倒或移动的特性，就是结构稳定性。（如不倒翁、大坝等）
⒊影响稳定性的因素
⑴结构的形状：结构形状不同，其稳定性也不同（“A”字型金字塔、堤坝等）。物体的重心若超出其支撑面，则要翻倒，即失稳。
⑵重心的位置：作用在物体重心上的重力，总有将物体的重心尽量拉近（吸向）地面的趋势。所以重心越低越稳。
⑶结构的底座：结构与地面接触所形成的支撑面越大越稳定。
⑷材料：材料也会影响结构的稳定性。
㈢结构与功能
结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的改变可能导致功能的变化。不同结构的物体其功能不同，这是我们认识结构的关键。
事实上，物体的结构是由物体的功能和需要决定的，而物体的结构又决定了物体的性质和形态。
认识几种工具的结构：活口扳手，手锤，管钳，喝水杯，书本……
四、简单结构的设计
结构设计对于我们的日常生活、对于各种各样的生产活动都非常重要。日常生活中，没有丰富的结构设计，产品将会造型单一、功能单调，那些大型建筑物、交通运输工具等更是无法产生；生产活动中，产品制造技术、结构安全性及耐久性评估、维修加固技术等，都离不开结构的设计和研究。
⒈结构设计应考虑的主要因素
人们设计结构是为了完成某种任务或满足特定的需要。在进行结构设计时，必须明确设计的目标和要求，必须抓住主要因素展开工作。
⑴结构设计的目标及要求
结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要。
⑵结构设计应考虑的主要因素：①符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求；②安全因素；③公众和使用者的审美需求；④使用者的个性化需要；⑤对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等。
在工程的结构设计中，应考虑结构的安全性、适用性和耐久性。在考虑结构的稳定性和强度，使结构在规定的条件下和规定的使用期限内，能实现一定的功能的同时，还要考虑经济因素，如做到用料省、成本低等，也就是说，力求以最低的成本使所建造的结构达到预定的要求。
不同的结构设计，应考虑的因素各有侧重，但无论在哪一类用途的结构设计中，安全都是至关重要的因素。
⒉简单结构的实际案例
⑴结构的设计一般有以下步骤
①设计项目；
②设计要求：达到什么样的功能，具有一定的稳定性和强度，装饰性，尺寸要求等；
③设计分析：分析结构的组成部分、连接方式等；
④设计准备：所用材料、工具等；
⑤设计方案：可形成几种方案。
⑵几种典型案例
①简易相片架的设计。
②壁挂式简易衣帽架原型设计与制作。
③秋千模型结构设计。
五、欣赏和评价典型结构设计
优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上，也表现在形式上，特别是功能与形式的统一上。古今中外许多能工巧匠把结构的功能与形式恰当地结合起来，形成了一些经典的结构。
赏析结构设计作品，可以从技术与文化两个角度进行。
技术角度主要有：结构的使用功能的实现；结构的稳固耐用；结构造型设计的创意和表现力；材料使用的合理性；工艺制造的精湛程度等。
文化角度主要有：结构的文化寓意与传达；公众认可的美学原则；反映的时代、民族、习俗方面的特征；结构的个性特征等。
六、热点问题
⒈北京奥运主会场结构设计，各种体育场馆的结构设计。
⒉三峡工程结构设计。
⒊现代家具结构的设计。
七、练习题目
⒈填空：在工程中，结构分为________、_______、_______三种最基本的类型；影响结构强度的主要因素有__________、_________、__________；影响结构稳定性的主要因素有__________、_________、____________________、结构的底面积。
⒉分析下列物体的结构类型，判断哪一个不属于壳体结构。
A．西瓜 B．圆形陶瓷饰品 C．贝类 D．金字塔 E．椰子
⒊我们常用的“A”形梯不采用铝合金片状构件，而采用长方形截面的构件。这说明下列哪个因素影响着结构强度？（ ）
A．材料 B．形状 C．构件 D．连接方式
⒋空间桁架结构又叫（ ）结构。
A．缆索 B．铰接 C．球形空间 D．立体桁架
⒌空间桁架由大量三角形构成，这是利用了三角形的（ ）。
A．稳定性 B．材料 C．强度大 D．面积大
⒍以下哪种结构是受自然界对结构设计形状的启发而产生的？（ ）
A．电灯泡 B．乒乓球 C．飞机的机翼 D．篮球架
E．钢笔 F．潜艇 G．课桌 H．桥梁
⒎分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆子上不断加挂相同质量的重物，竹竿比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，说明了（ ）影响结构的强度。
A．材料 B．结构的形状 C．构件横截面形状 D．构件的连接方式
⒏在自行车家族中，有性能各异的不同车型。如装有辅助小轮的童车，双梁载重车，弯梁女式车，双座双蹬的双人车等，这些特殊功能的实现，是因为设计者改变了（ ）
A．车的自重 B．车的材料 C．车的结构 D．车的大小
⒐家用落地风扇的底座一般做的比较重，这是为了（ ）
A．增加风扇的强度 B．增加风扇的稳定性 C．安装电线的需要 D．更加美观
⒑某些支撑阳台的梁做成如下图标所示形状，这主要是出于对（ ）的考虑。
A.美观 B.强度 C.安装 D.稳定性
⒒在日常生活中，你所见到的以下哪一个结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的（ ）
A.游乐设施的跷跷板功能结构。 B.房间门口的活页功能结构。
C.学校运动场的篮球架结构。 D.圆珠笔的笔嘴结构。
⒓汽车的引擎盖在结构中属于哪种类型（ ）
A.实体结构 B.框架结构 C.壳体结构 D.其它
⒔建筑工程中广泛应用了三角形，房子、桥梁的桁架结构大多数是由多个三角形构成。这是运用了三角形的什么原理（ ）
A.三角形的稳定性 B.三角形的结实 C.三角形用料少 D.三角形简单
⒕构件的受力形式多种多样，基本的受力形式有（ ）（多选题）
A.拉力，压力 B.弯曲力，扭转力 C.下滑力，摩擦力 D.剪切力
⒖小明准备设计一盏台灯，从技术设计的角度分析应侧重于灯的哪个部件（ ）（多选题）
A.灯泡 B.灯支架 C.灯罩 D.开关 E.底座
⒗汽车的传动轴主要受到的作用力是（ ）
A.拉力 B.压力 C.弯曲力 D.扭转力
⒘可以用受力结构的稳定性来解释的事实是（ ）
A.拔河的绳子断裂 B.广告牌被台风吹倒
C.鸡蛋在某种情况下可以承受很大的外力
D.耳机与电脑主机的插口接触不良，听不到音乐
⒙不同的材料一般采用不同的连接方式，金属一般采用_________方式，木材一般采用_________方式，塑料一般采用_________方式，玻璃一般采用_________方式。（焊接，铆接；榫接，胶接；胶接，铆接；胶接）
⒚有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路，它的作用是什么？
答：⑴增加瓶子的强度，受力不容易变形；⑵增大手与瓶子之间的摩擦力。（便于人们抓握）
⒛观察分体式空调器压缩机在户外墙上的固定，它是通过什么方法加强牢固程度的？能否只用壁挂式方法固定，为什么？
答：分体式空调器在户外的固定一般采用铁架支撑的方式，铁架由三角形构成，并通过膨胀螺钉固定在墙上，空调主机用螺栓连接固定在墙上。由于空调器主机自身的重力比较大，若像室内的挂机那样，打入墙体内的膨胀螺钉的强度势必不足以承受空调主机的压力而出现断裂。
21.分析题：2004年5月23日，巴黎戴高乐机场2E候机厅顶棚发生坍塌事故，造成包括两名中国公民在内的4人死亡，3人受伤。事后，法国戴高乐机场2E候机厅坍塌事故专门调查委员会15日公布调查报告认为：由于最初的安全准备不足，顶棚处于“濒临死亡”状态，虽然支撑了一段时间，但抵抗外力的能力却逐渐减弱。一系列结构上的问题使顶棚抗外力强度逐渐受损，最终导致结构坍塌。
调查委员会还指出该建筑的一些缺陷：钢筋混凝土骨架强度不够或定位不好，缺乏当某一局部构件出现问题时向其它区域分散压力的可能性，连接水泥顶棚和下层玻璃的承梁抗击外力的能力不足等。
调查报告分析认为，由于顶棚的抗外力强度不断减弱乃至消失，在某些因素的触发下，顶棚就会发生坍塌。调查委员会认为，事故有两个可能的触发因素：其中一个是气温，事故发生那天早晨的气温是4.1摄氏度，为当月最低气温；另一个因素是顶棚支柱的卡箍松弛。
请你以上述案例分析影响结构稳定性的原因是什么？以及结构的稳定性在工程技术设计中的重要性。
提示：影响结构稳定性的原因有：⑴形状。结构的形状略有改变，强度就会改变；⑵材料。不同的材料有承受不同应力极限的能力，形状相同，材料不同，强度就不同；⑶材料的连接方式。不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。
物体的结构对物体的稳定性至关重要，当物体的结构发生改变时，必定引起物体发生坍塌。
22.在设计制作“壁挂书架”时，其中支撑架的材料可以选用绳索吗？为什么？
答：不行，因为此处的支撑架是一种支撑力，而绳索只能施加牵引力。
23.人们最早利用混凝土的时候，只是把他当作人造石材。作为人造石材的混凝土与一般石材一样，虽然有较好的耐压性能，但是经不起拉力。除了其形状很容易满足人们的需求外，它与其它石材并没有特殊的优点。但是，它有一个重要的性质，那就是它的膨胀系数与钢材很接近。因此，它可以与钢材紧密结合起来。当人们把混凝土与钢材结合起来做梁后发现：“这样的梁既能受压也能受拉（因为钢材善于受拉，混凝土善于受压），其强度比用混凝土做成的梁的强度大的多。现请你根据上述描述，画出钢筋混凝土梁的简单结构图。（提示：钢筋混凝土梁的简单结构图如下）
24.从技术、文化角度欣赏评价中国古建筑的结构——飞檐（如：长江大桥边上的岳阳楼）
答：飞檐是中国古建筑的屋顶结构的特色之一。屋顶的曲线，向上微翘的飞檐，使得原是异常沉重的屋顶，反而随着线的曲折，显出向上挺举的飞动轻快。
⑴技术角度
①功能：飞檐的向外和向上探伸翘起的屋角，使十分庞大、高耸的屋顶显得格外生动而轻巧，扩大了采光面，有利于排泄雨水。
②结构设计：以岳阳楼为例，岳阳楼三层建筑均有飞檐。挑出的飞檐，由斗拱承托，承托飞檐的方木块叫做“斗”，托着斗的木条叫做“拱”。飞檐的造型美并没有脱离建筑屋顶本身的结构功能而独立，其轮廓和谐、对称都是在合理的受力结构基础上所产生的。屋面凹曲，屋檐、屋角和屋顶的飞脊都是弯曲的，形成曲线和直线的巧妙组合。
③技术施工：岳阳楼是纯木结构，飞檐、斗拱及整个建筑没有用一钉一铆，仅靠木制构件的彼此接连，经受岁月的剥蚀而昂然耸立了上百年。飞檐、斗拱的结构之复杂、工艺之精美，令人惊叹！
⑵文化角度：飞檐的造型减轻了古建筑大屋顶的沉重感，使建筑静中有动，增添了建筑物飞动轻快的美感。飞檐造型传出尊贵、凝重的寓意，体现了高贵、华美的风韵，丰富了中国古代建筑文化。现代建筑设计师们对它也异常偏爱，使得这一特殊的中国古典建筑结构得以演变、改进和发展，并流传下来。
25.从技术、文化角度欣赏评价现代设计师阿纳·雅格布森设计的蛋形椅。
丹麦设计师阿纳·雅格布森的作品十分强调通过细节的设计，以达到整体的完美，他把家具、地板、灯具等的细节看成与建筑总体设计一样重要。1958年，他为斯堪的纳维亚航空公司旅馆设计的蛋形椅是他的典型代表作之一。
⑴技术角度：
①功能：在使用功能上，蛋形椅具有与其它椅子相同的功效。
②结构设计：蛋形椅的结构简洁大方，独脚支撑，支撑脚线条明快，均以不锈钢为材料，椅面和靠背是用热压胶合板整体成型。
⑵文化角度：整体造型精炼、雅致，具有雕塑般的美感和强烈的时代气息。这一设计改变了传统的实用主义设计理念，形成优雅的浪漫主义设计风格，导致了人们对家具的重新理解，引发了20世纪60年代新型家具的出现。必修2 第二章 《流程与设计》学习资料
学习目标
⒈知道什么是流程，理解流程的含义，抓住流程的两大特征——环节和时序。
⒉学习阅读简单流程图，能找出流程中的关键环节，能画出简单流程图，能指出环节和时序在安排上的优缺点。
⒊知道流程中的环节有显性和非显性之分，理解研究内在属性与规律是流程设计应考虑的基本因素，掌握画流程设计框图的一般方法。
⒋理解流程优化的意义，能解释流程的改进与设备、材料等之间的关系，能概括某种简单生产流程优化过程中所应考虑的主要问题。
⒌能对生活、生产中的简单对象进行流程设计或流程的改进设计，并用文字或图表说明流程设计方案的特点，或者流程的改进方案的优越之处。
学习内容
小麦联合收割机的工作顺序是收割、脱粒、分离、清洗、集粮，这是不可颠倒的。从这个简单事例出发，我们可以想到，完成任何一件事总有一定的顺序，并且顺序的安排往往还有讲究。
流程就是做事的顺序。科学合理的流程就是高效率、就是高质量。用科学合理的流程安排生活和生产，生活将变得更加美好，生产将变得更有效率。科学合理的流程并不是自然而然的，它是人们不断实践、不断探索、不断设计、不断改进的结果。
一、了解流程
⒈实例简介
⑴马铃薯的播种流程：第一步，切种；第二步，布种；第三步，掩种。少一步行不行？
⑵冲印照片的工作流程：①冲片：感光胶片 底片；②印像：底片 照片。
⒉流程的含义
⑴环节：活动或事件在其发展的过程中，依据某种特征或方式，可将该过程分解为若干个小过程，称这些小过程为环节。如：上面的切种、布种、掩种环节，冲片和印片环节等。
⑵时序：过程的经历中，各环节按照一定的时间顺序先后出现、完成。这种时间顺序关系，称为时序。如：先切种 再布种 后掩种。
⑶流程：具有以上两大特征（关键点）的过程，即若干环节随着时间的变化，依序完成的进流程，称为流程。
二、流程分析
㈠典型案例分析
⒈生活与流程——洗衣机工作流程分析
⑴洗衣机的工作原理
电动洗衣机是利用电能驱动，依靠机械作用洗涤衣物的器具。波轮式洗衣机的洗涤原理：抽吸作用和渗排作用；翻滚和冲刷作用；波轮的换向与暂停作用。（磨擦、揉搓、化学作用等）
⑵洗衣机工作的基本环节
洗衣过程包括：洗涤、漂洗、拧干三个环节。对洗衣机来说，相应的有洗涤、漂洗、脱水三个功能。这三个功能能否自动进行转换，是我们区别洗衣机为普通型、半自动型和全自动型的依据。
基本环节：进水、洗涤或漂洗、排水、脱水（甩干）。
⑶多种选择巧安排
根据衣物脏污程度、洗衣的多少、布料等可选不同的程序。
程序有：标准程序、经济程序、单独程序。
水位：高、中、低、少量4种水位。
水流强度选择：标准、轻柔。
⑷洗衣机工作的时序
表述流程的图形，称为流程图。
⑸分析
以上流程图表述了：
①基本环节，如前面确认的4个。其中，注水、排水、脱水环节各调用三次，洗涤加漂洗共用了三次。这是设置一次洗涤、二次漂洗所需要的。
②流程的时序，具有以下特征：
先注水 …… 经排水 再脱水；先洗涤 后漂洗。
这说明了什么？
环节虽然可按需调用，但环节出现的时间顺序，即时序，要遵照各环节的功能与性质排好先后，有些环节不可倒置。如不可先漂洗，后洗涤；不可不经排水，就脱水；不可未经脱水，就漂洗等。
③选择与设定，包括水位、水流强度、洗涤程序的3项内容；在注水同时，加入洗衣粉。
⒉生产与流程
奶粉生产工艺流程分析（略）
㈡识读流程图
⒈下图是合成氨生产工艺的流程图
第一，由图可以读出合成氨生产流程包括以下环节和时序：
①先进行原料气（N2、H2）的制取——制取环节；
②气（N2、H2）的净化、除杂质——净化环节；
③用压缩机压缩（至高压状态）——压缩环节；
④氨合成——合成环节；
⑤最后进行氨的分离，得到浓氨并将未完全反应的N2、H2送回合成塔，再循环加工利用——分离环节。
五个环节完成后，得到的是合成液态氨。
第二，流程图既含括了物质的反应、变化的过程，又含括了相关的必要条件，如温度、压强、催化剂等。即流程图表达了合成氨的反应原理与条件，如
N2+H2 2NH3+Q
过程与条件一并具备、一并发生，保证了整个生产流程的完成。例如，用压缩机压缩净气N2、H2，就是为了造成氨合成所需要的高压条件。因此，压缩就成为工艺流程中重要环节的一个。
⒉中医诊断的工作流程图
望整体（神色、形态）； 听，包括发声、语言、问寒热、汗、周身、 脉诊和接诊
望局部（头顶诸窍、 呼吸、咳嗽、呕吐、 饮食口味、二便、睡
皮肤、毛发、排泄物、 呃逆、嗳气、肠鸣、 眠、经带、小儿病情
小儿指纹） 儿啼；嗅气味，包括 等
病体气味、官窍气味、
排泄物和病室气味
⒊识读流程图的要点
⑴找流程的环节，明确每个环节的功能和作用；
⑵弄清流程中时序的体现与特征；
⑶流程是技术的核心概念之一。不同的流程，产生的效益往往不同，“理解流程就是质量”、“流程就是效益”等。
二、流程设计
⒈流程设计的基本要求
设计一个技术活动的流程，最主要的要求是要根据该项活动的内部工作原理及变化规律，科学地安排活动的环节及时序，以达到预期的目的。其具体要求有如下几点：
⑴提高效率。经常是通过节省时间来完成的。
⑵提高质量。主要是合理地安排环节。
⑶保证安全。在每个环节上都要对可能出现的安全隐患做详尽的考虑，并要有保证安全的可靠措施。
⑷节省资源。
⑸提高管理水平。
⑹提高经济效益。
⑺其他，如注意环保等。
⒉流程设计应该考虑的基本因素
⑴实际流程设计的两种情形
第一种，流程的环节是显性的，即流程的进行、发展规律比较容易看出来，比较容易描述。
例如，在医院看病的流程，它的环节、时序是显见的，虽可有多样组合，但都是比较容易设计的。
第二种，流程的环节不是或不全是显性的，即需要经过大量试验和较长时间的探究后，才能得到它的内在属性和规律，从而得出流程应包含的基本环节与时序，设计出较为成熟的、合理的流程。
例如合成氨的工艺流程，它是经过了多位化学家上万次的试验，才得出在600℃，20Mpa条件下合成出氨的试验结论，但转换率比较低，仅有2%~8%；后来，又经过不断试验，才得出现在工业生产上使用的、较为成熟的合成氨的工艺流程。
⑵流程设计应考虑的基本因素
任何活动、事件的流程设计，都要对该活动、事件本身进行深入分析，研究其内在的属性与规律，在此基础上把握流程设计的环节与时序，做出科学的流程设计。研究内在属性与规律，就是流程设计应该考虑的基本因素。
⒊流程设计的步骤
第一步：首先要明确设计的目的和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。
第二步：要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。
第三步：列出流程涉及的主要事项，并进行初步的排列。
第四步：分析各事项（步骤）之间的先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。
第五步：选择一个合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间的时序，要标注时间。
注意：流程设计的基本要素是环节和时序。
⒋流程的表达
文字表达，表格表达，图示表达。
流程图中最常用的形式是框图，因为这种形式既简单又明确。
⒌学画流程设计的框图
画流程设计框图的一般方法：
⑴根据对事物的内在属性和规律的分析，以及有关的考虑，将流程的全过程，按每个阶段的功能、作用的不同，分解为若干小过程——环节，并用方框表示环节。
⑵按照每个小过程应该经历的时间顺序，将各环节依次排开，并用箭头线连接起来。
⑶对某环节，按需要可在方框中或方框外，作简单注释，也可不做注释。
三、流程的优化
⒈流程的优化及目的
⑴流程的优化
在设计和实施流程的过程中，经常需要进行不断的修改和完善，这种对流程修改的过程，叫做流程的优化。
⑵流程优化的目的
既然是优化，就是要做得更好。也就是要进一步提高工作效率、进一步降低成本、降低劳动强度、节约能耗、减少环境污染、保证安全。
⒉流程优化的内容
一般流程优化的主要内容有：工期优化、工艺优化、成本优化、技术优化、质量优化等。对一个流程的优化，可以是整体的全面优化，也可以是对某一个指标进行优化。经常会有这样的情况发生：某一个指标得到了优化，而使另外的指标下降了。比如，技术优化，可能使成本提高。成本优化了，也可能使质量下降。因此，在进行流程优化时，要综合平衡，以取得整体优化的成效。
当然，实际工作中的最优化问题不都是这样简单，我们只是要大家知道，在流程设计中，经常会碰到最优化问题。因为，没有优化，就不可能进步，优化是技术工作的永恒主题。
⒊流程优化的条件
要进行流程的优化，必须具备一定的条件。这些条件包括：
⑴内部条件：对流程内在机理的深入了解。比如对洗涤原理的了解，就会在流程中安排两次漂洗；
⑵外部条件：设备和工艺水平的提高或完善。比如，只有在具备锻压设备时，才可能将法兰盘的加工改为少量切削加工；
⑶人员技术水平的提高。
四、习题
⒈洗衣机去污机理如何？不用洗衣粉的洗衣机知多少？
答：洗衣机的总功能是洗净衣物，去污是核心。加洗衣粉去污，是帮助水流将污垢从衣物上分离下来。要想不用洗衣粉，仍要洗净衣物，那就要针对“分离”（污垢与衣分离），寻找新的技术手段——洗净衣物流程的新机理。
⑴超声波洗衣机：通过超声波在衣物之间不断产生微小的真空泡。真空泡在破裂时，会产生冲击波。它将衣物上的污垢从衣物上分离下来，起到去污作用。
⑵电磁去污洗衣机：洗涤头上装有电磁圈。通电后，电磁圈发出微振。在快速振动下，污垢以及附着物迅速与衣物分离。
⑶活性氧去污洗衣机：利用电解水产生的活性氧来分解衣物上的污垢。
⑷臭氧洗衣机：将臭氧泵放在洗衣机中。臭氧分子可以分解衣物沾染上的尘埃和污垢中的有机物分子，并将其溶入水中，从而将衣物洗净，而且，污水经过滤后，还可多次循环使用。
⑸离子洗衣机：在洗衣机内安装离子水发生器，把普通自来水分解为离子水。离子水的高渗透性及离子独有的对污渍、灰尘的分解作用和吸附作用，将衣物洗净。离子洗衣机，省电又省水。
⒉不用洗涤剂的洗衣机的工作流程，相对使用洗涤剂的洗衣机工作流程来说，其优化主要体现在哪些方面？优化建立在什么条件和基础之上？
答：⑴减去了加洗衣粉的环节；
⑵减轻了对漂洗环节的负担。比如，采用一次漂洗便可达到满意效果；
⑶有利于节水、节电、减少污染，这是获取效益的重要方面。
其工作流程的优化主要建立在对洗涤机理（去污）的理解以及现代科学技术基础之上（如第1题中所谈到的各种去污洗衣机）。
⒊公共汽车门口写有“先下后上”的字样，其道理是（ ）
A．提醒乘客注意安全 B．为了提高速度 C．减轻负荷 D．请乘客遵守流程
⒋关于流程，下面说法正确的是（ ）
A．时序是时间上的先后顺序，流程中的时序是不可以颠倒的。
B．流程就是做事的顺序，科学合理的流程就是高效率，就是高质量。
C．流程优化往往都是减少环节。
D．对学校有组织、有计划、有目的进行期末考试工作的安排，严格来说并不属于流程设计。
⒌同样炒一种菜，若在出锅前放碘盐，碘的食用率可达62.3﹪，炸锅时放碘盐，碘的食用率仅为18.7﹪。这个事例说明科学合理的流程对生活有什么意义？
A.提高工作效率 B.提高生活质量 C.减少生活中的盲从 D.使生活更为安全
⒍任何一项生产或生活活动都有一定的时序。时序体现了具体活动内容的先后关系，在这种关系中，有些步骤之间的时序是不可颠倒的。下面是邮寄包裹的工作流程，哪一个是正确的流程（ ）
A.包袋密封好；收好回执；交寄；购买标准包装箱；取邮寄包裹单；填写邮寄包裹单
B.收好回执；交寄；填写邮寄包裹单；购买标准包装箱；包袋密封好；取邮寄包裹单
C.取邮寄包裹单；购买标准包装箱；包袋密封好；填写邮寄包裹单；交寄；收好回执
D.包袋密封好；购买标准包装箱；取邮寄包裹单；收好回执；填写邮寄包裹单；交寄
⒎一般流程的优化涉及到哪些指标（ ）
A.质量、技术 B.工期、工艺 C.成本、安全 D.效益、个性化
⒏原先，人们到银行或储蓄所存取款需要人工填单、记账等工作，自从引入计算机管理系统后，大大提高了工作效率，请问，这种流程优化属于（ ）
A.工期优化 B.技术优化 C.成本优化 D.质量优化
⒐任何一项生产和生活活动都有一定的时序，在生产和生活活动中有些步骤的时序是可颠倒的，有些步骤的时序是不可颠倒的，请列举生活中的时序不可颠倒的事例。（至少四个）
提示：时序不能颠倒的如：在自行车的装配中，只有先上好辐条才能装内胎；发射火箭时，先点火，后起飞；煎炒鸡蛋时，先放油，后放鸡蛋；喝水时先打开瓶盖，后喝水。
⒑合成氨的生产工艺流程是首先用适当的方法生产出合成氨的原料气——氮气和氢气。氮气和氢气的混和气体在合成塔内500℃和300atm条件下，通过催化剂的作用产生氨气，再通过氨分离器不断地把生成的氨分离出来，同时未转化的反应气体再进入合成塔循环加工。这就是合成氨的工艺流程。请根据这一描述过程画出其流程方框图。
答案：
⒒下图是水稻种植生产的流程图。根据你掌握的知识回答下列问题：
⑴把上面的流程图补充完整。
答：
⑵你自己设计一个流程图。（只要设计的流程图合理即可）如：
⒓怎样办一份报纸？
答：⑴办报纸的目的和宗旨。反映中学的要求和愿望，锻炼中学生的能力，培养学生写作兴趣，进而增强校园活力。丰富校园文化，提高学生的新闻意识与创新能力。
⑵怎样组织稿源？办报纸的目的是为学生服务的，学生既是读者又是作者。对于学生，一定要了解他们需要什么喜欢什么 。通过书面调查、开会讨论来了解同学们的需要和愿望。根据调查设置栏目，根据来稿的主要方向确定栏目。通过奖励优秀文章和设立奖项来激发学生的投稿热情，发现人才、培养人才，建立长期、专门的撰稿群体，以此为核心，广泛调动全体同学的写作热情。
⑶怎样编辑？对文稿进行自主编辑是学生自办报刊的关键。在编辑工作上应具备三个重要的意识，即服务意识、引导意识和审美意识。在版面和栏目的设置上需要进行调查、了解学生的趣味和阅读意向，如校园报纸的主要版面可以设置为：热点新闻，文学和教育，青春驿站，娱乐和休闲等。在栏目设置方面，也可以预先设置比较多的栏目请学生自主选择，最后根据调查来确定。在编辑过程中还应有正确的指导思想，即编辑原则：①要注重报纸的整体性、开放性和健康性；②引导正确的情感观念和价值取向；③关注学生娱乐空间，发挥情绪调节作用。
⑷怎样与我们的学习生活相结合？学习生活是校园生活的主体，校报自然就要在很大的范围和较深的层面上来反应学生生活的情况，引导学生在学习生活中的思想状况和解决学生在学习生活中遇到的问题和困难。这就需要在平时定期或不定期地进行各种活动，收集出现的问题，如设立校园问题意见箱和学习方法交流专刊等方式，使校报真正渗透到学生的日常生活中去。
⒔远距离输电的流程示意图如下：
而不是采取下列流程：
这也是流程的优化，其意义何在？
提示：减小远距架线困难，节省线材，减少能耗。
根据物理Q=Rt，减小Q的方法：I、R减小，因R=，L不变，ρ不变，这样R要减小，必然增大S，截面增大，浪费材料，远距离架线困难。如：I要减小，因为P=UI，P不变，I减小，则电压U升高。这种办法可减小能耗，节省材料。但增加了升压和降压两大环节。
⒕交朋友有几个重要的环节，试编一下交友的流程。（主要环节：朋友、相知、相遇、相识等）
⒖建一栋房屋有以下几大重要环节，试从工期优化的角度，设计其流程（工期优化就是工期力求最短）。建房的环节：平整场地1天、运沙石水泥3天、浇混凝土地基1天、挖土4天、等混凝土干（养护）2天，运石灰1天、运砖头2天、砌墙3天、准备屋面材料2天、盖屋顶2天。
提示： ⑥运石灰1天
平整场 ②挖土4天 ④浇混凝土 ⑤ 养护2天 ⑧砌墙3天⑩盖屋顶 ⑾
地1天 地基1天
③运沙石水泥3天 ⑦运砖头2天 ⑨准备屋面材料 2天
注意：抓住主要环节，有的环节可以并行，使工期缩短。
⒗制作一盏台灯有这些环节：买电器元件2小时，焊底座2小时，做灯罩4小时，组装2小时，调试1小时。如何使制作台灯的工期最短？画出其流程图。
答案：
① 买电器元件 ② 焊底座 ④ 组 装 ⑤调试 ⑥
2小时 2小时 2小时 1小时
做灯罩4小时
⒘如图：某配送（货）中心的配送线路图。某配送中心位于A点，现要将一批电视机等家用电器 配送到位于B、C、D处的3家商场，运货车从A点出发，送完货后返回，配送线路图如图所示。途中带箭头的线分别表示两地往返的方向，数字表示两地之间的路程（单位：km），途中无箭头的线表示可往返线路。试设计最优化的配送线路。
提示：此类问题要考虑到各种线路的组合方案，通过计算找到行程的最小值 ，即为最优线路。计算结果如下表：
方 案 线 路 路 程
1 ABCDA 51
2 ABDCA 46
3 ACBDA 59
4 ACDBA 47
5 ADCBA 51
6 ADBCA 58
从表中可以看出，方案2配送线路的路程最短，为46km，比平均路程52km少6km,是最优线路，这是成本优化的结果。计算下来每年节约的成本将是一笔不小的数字。
⒙法兰是以钢材为材料制造的用于管道等的连接器件。从制造工艺看，有切削法和少切削法两种加工方法。切削法就是将圆钢直接在车床上切削成型，然后再钻孔而成。其加工工艺流程如下：用切削法制造法兰的特点是工艺简单，缺点是切削过程耗费的时间太长，生产效率低，而且材料的利用率低。少切削法的工艺流程是原料断料后，放在加热炉内加热变软，然后用模具将其锻压成型，再经过热处理，以提高法兰的硬度，最后按照尺寸要求进行少量的切削加工，并检查质量。这种工艺流程虽然工序较多，所用的设备较多，但由于切削量很少，大大减少了材料的浪费，而且生产效率高。因此，大批量法兰的生产都采用这种工艺流程。从切削法到少切削法这主要是（ ）优化。
A．工期优化 B．工艺优化 C．成本优化 D．综合优化
⒚用煤气灶做饭，一般都使用排油烟机。实际操作时，有下面的4种时序安排：
A．(煤气)点火 开（排油烟）机 做饭 闭火 关机
B．点火 开机 做饭 关机 闭火
C．开机 点火 做饭 闭火 关机
D．开机 点火 做饭 关机 闭火
从正确发挥排油烟机的作用出发，上面的哪个流程为优化？为什么？
⒛原来，银行为取（存）款设计的流程是：
而现在，银行改用的取款流程是：
这样方便顾客到储蓄所取（存）款，这是建立在什么条件之上的？
答：这样流程的改进（优化），是靠提高银行办公设备（采用计算机管理系统）和工艺水平为条件而得来的，这是社会技术进步的表现。
21．家庭中炒土豆丝需要有哪些环节？这些环节怎样排序？
提示：买土豆；洗土豆；削土豆皮；切土豆丝；切好葱姜蒜待用；点火，加热油；油热后炒土豆丝
注：环节的安排不止这一种，同学们可做试验，试一试哪一种排列炒出来的土豆丝好吃。
必修2 第三章 《系统与设计》学习资料
学习目标：
⒈掌握系统的概念、系统的特性。
⒉能用系统分析的方法解决实际问题。
⒊知道系统优化的意义，掌握系统优化的一般性步骤。
⒋知道系统设计的基本原则，学会简单系统设计的基本方法。
⒌学做简单系统的方案设计。
学习材料：
同学们都知道，神舟六号飞船已经把聂海胜费俊龙送上太空，载人航天工程是一个很大的系统。它包括七大子系统：航天员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、着陆场系统。
人体是高级、精密的系统，主要有八大子系统：消化系统、呼吸系统、循环系统、运动系统、内分泌系统、泌尿系统和生殖系统。
一、系统概述
（一）系统的含义与分类
1.什么是系统
系统是由相互依存的若干个部分组成的，具有特定功能的有机整体。或者说，此贴视由相互依存、相互作用的若干元素构成的，并完成特定功能的统一体。
例：课本中的塑料大棚是系统，智能大楼是系统，一本书是系统，大到浩瀚的银河系，小到原子它们都是系统。
2.系统的分类
（1）自然系统和人造系统：人体系统是自然系统；人造地球卫星，桥梁（不包括天生桥）房舍等，属于人造系统。
由自然系统与人造系统复合的系统称为复合系统。如：城市系统、村落系统。
（2）实体系统和抽象系统。
（3）静态系统和动态系统：相对的
（4）开放系统和封闭系统
（5）系统的其他分类：简单系统与复杂系统黑色系统与白色系统。
由此可知构成系统的三要素：
（1）至少要有两个或两个以上的要素（或部分）；
（2）各要素之间互相联系、互相作用有一定的结构。
（3）系统的功能是组成要素所不具备的。
（二）系统的基本特性
1.整体性:系统的整体性也称为集合性，是系统的最基本属性。系统是一个整体，即具有整体的特性功能，目标和作用的有机整体。系统不是各元素的简单集合，也不是简单的数量相加。
系统要求它的局部服从整体，强调整体观点，整体目标和整体利益。
2.相关性：系统的相关性也称为关联性。构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此相关的。
3.目的性：系统的目的性也称为功能性，每个系统都具有特殊的功能。这是区别不同系统的主要标志。
4.系统适应性：
系统都存在于一定的环境之中，并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息的交换，系统必须适应外部环境的变化。
5.动态性：物质都是不断变化，因此系统是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。
（三）典型系统的认识
1.棚室环境系统 5.载人航天系统
2.智能化大楼系统 6.教室系统
3.人体系统 7.洗衣机系统
4.龙赛艇系统
二、系统的分析
⒈系统的思想
作为系统，它们都具有整体性、相关性、目的性和环境适应性。系统的这些基本特性就构成了系统的基本思想。
在前面典型系统中，就体现了运用系统的思想来分析处理问题。
⒉系统分析及其一般步骤
⑴什么是系统分析
⑵系统分析的基本方法
运用系统的思想和定性定量相结合的方法，对系统进行分析就是系统分析的基本方法。该方法包括以下三个阶段：
①阐明问题：分析的对象（系统）、系统的整体功能、系统的组成
②分析研究：系统内部机理，如洗衣机采用波轮方法旋转激起水流；系统内部各子系统的关联、配合；系统与其外部环境的关系；基本的定量分析。
③评价比较：系统性能、品质评价、系统运行效果评价、同类系统间比较。找出优劣。
⑶系统分析的一般步骤
⑷系统分析的主要原则
①整体性原则系统分析首先要着眼于子系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。
②科学性原则：系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具用说服力。
③综合性原则：
系统分析时还要注重总和性原则，要总和分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。
⒊学写简单的系统分析报告
简单的系统分析报告的内容包括：系统的分析过程，如功能、构成、特性的定性、定量分析说明；依据，如系统的内部关系，系统与外部环境关系的挖掘；结论和建议。如评价与小结。报告的形式不拘一格。
三、系统的优化
1.影响系统优化的因素：
首先，优化追求的目标适度。目标选得低，达不到优化。目标选得太高，脱离实际，实现不了，等于没优化。如修筑致富路，路的级别不能定的太高。
其次，实施系统优化，总要有付出，或称投入。希望取得效果（如经济效益）达到最大，而投入（如经费）最小。二看三比，称为效/耗（即效率/耗费）比。显然，效/耗比越大，就越接近或达到最优化。以修路实例而言，如效/耗比趋于最大，那么，修路就达到最优化。对此，在不同场合有不同提法，如性/耗（即性能/耗费）比、性/价（即性能/价格）比等。
再次，系统优化是离不开条件的。比如，修筑致富路，实测中心必须要勘测，调查，准备数据资料，使修出的路符合技术规范；要预算，校验，是为了准备修路所需要的人力、物力、财力等资源条件，条件欠缺的，要创造条件。条件是否具备直接影响优化。
最后，还应注意的是，某些不确定性的或不可预见的因素也会影响系统优化。因此在优化实施过程中，要及时调整计划与方法，回到优化之路。
2、最优化原则和步骤
⑴最优化原则：
①要定性和定量分析相结合的方法使系统最优化。这就是说，不仅要对系统进行科学的定性分析和决策，还要对系统进行准确的定量分析，并且将二者结合起来交替进行，使系统最优化。例如：在修筑致富路实例中，预算、校验都需要进行定量计算和分析。
②坚持系统整体的最优化。这就是说在处理优化过程中，在做优化决策时，要用好权衡的理念，权衡得与失，权衡当前与长远，权衡局部与整体。如舍卒保车，弃车保帅，正是为了对弈时的最终胜利。又如，在筑路工程中，通过增加少量的经费多投入一些人工从而获得修路的质量较大的提高或少占耕地。这样做，可以保证“致富”这个“整体”。
③不间断的寻求系统最优化。系统的发展具有阶段性，系统的最优化是相对的。例：由于受当前的需求和条件的约束，修出一条等级不太高的公路，就已经算是最优化了；待到真正富裕了原来修路不再能满足需求时，那么，我们在更高的路，以实现更高层次的最优化。新的系统不断替代旧的系统，新的优化不断出现。因此，在最优化的同时，要遵循系统的动态，观点，推动系统不断进步。
⑵最优化一般步骤：
①提出需要最优化的问题，收集有关资料和数据；
②确定变量，建立定量计算方程（有关数字模型如用线性规划解决问题）和有关约束条件；
③选择合适的最优化方法；
④解方程，校验解的最优性；
⑤实施。
四、系统的设计
⒈系统的设计
⑴系统设计应考虑的主要问题
①系统设计的目的与要求。系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优化为目的。
②系统各部分之间的相互联系与相互作用。系统设计要运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注意各部分的横向、纵向联系。依据系统的动态性、环境适应性，既要考虑当前，也要考虑长远。
③系统设计方案的优化。首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计。
⑵系统设计的一般步骤
系统设计的步骤主要包括：将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及相互关联，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。
五、本章练习题
1.“丢卒保车”“一招不慎，全盘皆输”是我们日常生活中的常用语言，它们说明了系统基本特性的（ ）
A.整体性 B.相关性 C.动态性 D.目的性
2.自行车是由若干主要部件组成的，这些部件相互联系，相互作用，形成了自行车，可以代步的功能。其中任何一个主要部件出现问题，都有可能导致自行车无法正常工作。这说明了系统的什么特性？试说明车把、车蹬，链轮和链条，前后车轮，车闸等的作用？
（提示：说明自行车是由几大部分组成，几大部分相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约，自行车是一个具有特定功能的有机整体。
车把：控制自行车的方向。脚蹬：将人脚踩的力传递到链条上。链轮和链条：将动力传递到后轮，驱动自行车行走。前后车轮：车轮的滚动带动自行车整体行进，承受人和车的重力。车闸：控制自行车的速度。）
3．自行车在下列情况下，可能导致什么后果？
（1）车闸与车圈结合部位的橡皮筋松了。（容易导致刹车不灵）
（2）车把的固定螺钉松了。（可能使自行车的方向把不准，酿成事故）
（3）链条断了。（使自行车无法行进）
（4）车轮的辐条断了几根。（容易使车圈受力不均而变形，增大摩擦阻力）
4．一堆沙子、钢筋、水泥等材料散放在一起没什么意义，但是如果将它们按照一定的结构形式造成一座桥梁，就具有了交通的功能，这个案例说明系统最基本的特性是（ ）
A．目的性 B．动态性 C．整体性 D．适应性
5．下列说法错误的是（ ）
A．系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优化为目的
B．系统是一个整体，它是各个要素（部分）的简单相加
C．系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问题，考虑各种主要变化因素及其相互的影响，全面地思考和解决问题
6．飞机在空中飞行时，时常看到大气对流的影响而产生颠簸，当飞机的检测装置接收到这一信号后，经过控制器的调节，能在很短的时间内调整好飞行状态，克服大气对流对飞机飞行的影响，保持平衡飞行。这个现象说明了系统的什么基本特征？（ ）
A．整体性 B．相关性 C．环境适应性 D．动态性
7．在下列关于系统相关性的理解中，你认为正确的是（ ）
A．一个系统往往存在多个目标，这些目标还常常不一致，需要进行协调。
B．系统通常都是由若干部分组成的。
C．系统各组成元素之间，部分和整体之间不进相互关联、相互作用，而且任何一个组成部分发生变化，都会影响其它部分和整体任务的完成。
D．系统包含子系统，它又是更大系统的子系统。
8.2003年10月我国自行研制的载人飞船“神舟五号”飞入太空。飞船和运载火箭共有几百个零部件，这些零部件本身都很一般，但它们按照一定的结构组合在一起就构成了性能优异的航天飞船，从而体现了系统的（ ）
A．动态性 B.目的性 C.整体性 D.相关性
9.合金钢材料中，碳含量的高低影响着钢的强度、硬度和韧性，从而影响钢的耐磨性。碳含量高则硬度高，韧性差；碳的含量低则硬度低，耐磨性差。这反映了系统的什么基本特性（ ）
A.相关性 B.环境适应性 C.动态性 D.整体性
10.台式计算机的CPU上安装的小风扇有时转的快，有时转的慢，这个现象说明了系统的什么基本特性（ ）
A.整体性 B.相关性 C环境适应性 D.动态性
11.黑色系统是指（ ）
A.全部由黑色的材料组成的系统 B.信息完全明确的系统
C.在夜晚生产制造出的系统 D.信息不完全明确的系统
12.“泰坦尼克”号游轮，在当时该游轮各项技术性能是世界最先进的。但是为什么触冰后全沉没？请从系统的结构的角度理解，它主要反映了系统的什么基本特性（ ）
A.整体性 B.相关性 C目的性 D.环境适应性
13.“系统论”是研究的一般模式、结构和规律的学问，“系统论”是一门跨学科的很横断科学是由哪位科学家创立的？（ ）
A.马克思 B.霍尔 C.贝塔郎菲 D.维纳
14.填空：
（1）系统工程的霍尔三维结构是指在运用系统工程时从三个侧面来考虑问题的方法。第一个侧面叫__________维，第二个侧面叫_________维，第三个侧面叫_________维。
（2）系统作为黑箱，通过对_________与_________关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。
15.系统分析的目的是（ ）
A.为了减少实验的失败 B.为了减少系统内子系统的要素
C.为了减少设计决策的风险 D.为了减少设计过程的不确定因素
16.走钢丝的人手上拿着一根长棒的目的是（ ）
A.美观 B.重心低 C.保护 D.支撑
17.法国雕塑家罗丹给巴尔扎克雕像，人们都说双手太逼真，罗丹听到后就砍去双手，这一行为给你怎样的启示？
（罗丹砍去雕塑双手的目的在于使人们注意雕塑的整体，而不会再去注意这双手。这给我们一个启示：做任何事情，都要重视系统的整体性，必要的时候，要舍得抛弃部分而保存整体。）
18.“木桶理论”认为，木桶的盛水量取决于最短的那块木板的长度。请用系统分的观点解释。
（提示：木桶有若干块木板组成，若把木桶看做一个整体，每块木板就是部分，“木桶理论”实际上反映了系统的部分与整体的关系，部分影响整体）
19.构成系统必须具备哪三个条件？
20.某村，人力兴旺，资源充足，但不富裕。经分析发现，由于交通闭塞，本地的资源优势不能输出利用，外地的新技术，新物流也难以输入本村，严重影响了本村脱贫致富。假如你是村长，怎样为本村筑好一条致富路？
（提示：首先，根据本地区的地理情况，拟定几条修路的路线，然后，权衡当前的需求与将来发展的因素，结合筹集到的人力，物力和财力的情况制定出具体的修路方案。
为保证方案切实可行，须做好以下几方面的工作：
①勘测：调查本村附近已有公路的方位与距离，预测筑路可能遇到的山水路障，收集资料和数据
②预算：根据勘测选定的筑路路线，路长，预算出修筑路基、路面、穿山开洞，修筑桥梁等工程需要的a土方量、石方量；b筑路器材种类和数量；c人力数量；d经费数。
③选择合适的筑路方法和计划：筑路的方法很多，如从这一端开始向另一端推进；或分段同时推进，再对接；或边开通隧道，建桥梁，边修路。不同的方法和计划，需同时投入的人力多少是不一样的，效率也不一样。采用什么方法和计划好，要根据本村人力、物力、财力可能到位情况综合考虑后确定。）
21.阿波罗登月计划总负责人韦伯博士认为，我们没有使用一项别人没有的技术。阿波罗登月飞船的每件东西都是原来已有的科学技术短程的物化，都有其特殊的功能，但就其单项技术来说，它的任何一个部件都不具有上天的功能，然而登月飞船却具有了宇宙飞船的功能。请你根据所学的系统知识，谈谈你对这段话的理解。
（提示：此例主要说明了系统的整体性，即系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下没有的，系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。）
22.A地区有山有水有湖泊，就是耕地面积少。20世纪50年代以来，他们的做法是毁林开荒，开湖放水，围湖造田，并在湖水的源头兴建水库，扩大水浇地面积，一时间，粮食生产上去了，但却带来了一系列灾难，由于毁林开荒，乱砍滥伐造成水土流失严重，每年有大量泥沙流入湖中，由于围湖造田，开湖放水，使得湖面缩小，湖水减少，而这些变化又引起这个地区气候恶化，近30年发生了三次大旱灾，每次都造成大批庄稼旱死，粮食大幅度减产，近些年，这一地区才又开始退耕还林，保湖蓄水。
B地区农村的人们耕地也比较少，他们通过调整农业结构，开发低丘缓坡，在那里建立各种经济林基地，如在山坡上种植青枣，板栗等，有的还实行林粮间作，使荒山野岭变成了绿色园林，这样，不仅农业生产上去了，而且还绿化了山区，改善了环境。
请同学们用系统的方法分析以上两个案例中做法的优缺点以及用到了系统的哪些特性。
（提示：A地区的失误在于没有考虑到毁林开荒和围湖造田对生态系统和环境的影响，没有考虑子系统各要素组成新的系统整体所产生的不良功能。
B地区农业经济走上了良性发展的道路，从系统观点看，就是因为他们从系统整体性出发，从全局和长远利益出发，注意了建设经济林与发展农业生产，保护生态环境和繁荣城乡，注意了各要素组合成新的系统以后所产生的新的整体功能。）
23.普通高中的课程体系是包括“语言与文学”、“数学”、“人文与社会”、“科学”、“技术”、“艺术”、“体育与健康”、“综合实践活动”等8个学习领域组成的整体。其中每个领域都具有特定的功能。例如，数学是一门研究客观事物的空间形式和数量关系的科学，它为自然科学和社会科学的研究提供不可或缺的定量分析方法，同时，数学对于培养人们的逻辑思维有着重要的作用，以至于有人说数学是思想的体操。又如，艺术使用形象来反应现实但比现实更具有典型性的意识形态（包括文学、音乐、绘画、影视等），提高艺术修养对于陶冶人的道德情操丰富精神文化生活，增进人际交往有着其它学习领域不可替代的作用。总之，提供上述8个领域的学对于提升人的整体素质都是十分重要的。
用系统优化的方法设计一个合理安排各科学习的方案，以利于提高自己的整体素质。
24.日本丰田董事长——奥田硕曾讲过“只有那些能够自如的应对经营环境的变化，不断进行自我变革的企业才能超越时代保持住自身的优势。”试用系统特性分析之。
25.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4㎡木板及20小时，制作一只椅子需6㎡木板几及18小时的工时，每周能拥有的木材板料是600㎡，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，并假定所有产品都能够销售出去。那么，该厂每周生产桌子和椅子的数量分别为多少时获得的利润最大？
（提示：用数学方法，设利润为Smax，桌子x张，椅子y张，由题意列式：
Smax=50x+60y
20x+18y≤400
x≥8
y≥5
4x+6y≤600
由题意可看出，x取最小，y取最大，Smax为最大
即x=8，y=13，Smax=1180元
26.如图：甲乙为产粮基地，ABC为国家粮库，运费及各粮库能存粮食，如图：问如何调运粮食，使运费最省？
（提示：设好参数列式：
x1+x2+x3=35
y1+y2+y3=80
x1+y1=25
x2+y2=50
x3+y3=40
S=5x1+2x2+3x3+3y1+7y2+4y3
从题意中可以看出某些信息，最后可得Smin=175万元）
27.简单系统的设计
（1）手电筒照明供电系统的设计
（2）室内住宅电器系统的设计
（3）教室系统的设计
（提示：搞系统设计要按照设计要求进行设计分析，定出设计方案，最后方案实施。）
必修二 《第四章 控制与设计》学习材料
学习目标和要求：
⒈ 积极观察生活，能从生活中所遇到的和所观察到的事物中识别各种受控现象和受控过程，理解控制的含义。
⒉ 能够分析典型的案例，了解手动控制和自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
⒊ 通过案例分析，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用，熟悉反馈环节的作用。
⒋ 通过案例分析，找出并分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素，了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。
⒌ 结合一定的案例，了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，划出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计方案。
⒍ 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置，或根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。
（导入）：
我国古代有一种靠风力来推动的风磨，当风力强的时候，磨盘就转得快，当风力弱的时候，磨盘就转得慢。那么，怎样才能根据风力的大小，往磨盘上添加谷物呢？对此，人们设计了一个漏斗：当风磨转动慢的时候，这个漏斗会自动地缩小漏口，使少量的谷物流进磨盘；当风磨转动快的时候，这个漏斗会自动地张大漏口，让较多的谷物流进磨盘。
这个巧妙的漏斗在今天看来，是一个古老的控制装置，体现了人们认识并利用控制现象的久远。事实上，控制并不是人类的天外来客，它渗透在我们生产和生活的方方面面。理解控制、善于控制，已经成为我们每个人日常生活中不可或缺的基本能力。
一、控制及控制系统
1 控制
人们根据自己意愿或目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制（control）。这里所说的手段就是控制技术。如：射手通过瞄准使箭射中靶心；人们通过电冰箱获得适当的温度，使食物能够长期存放；先进的生产流水线通过计算机的指挥实现自动化生产等。
注意：理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如：在人力三轮车转弯过程中的方向控制问题中，其控制的对象就是人力三轮车，控制的目的是为了改变三轮车行驶的方向，控制的手段是骑车人通过双手转动车把，改变前轮的方向并带动后轮。
2 控制的分类：
（1）从控制过程中人工干预的情形来分：人工控制、自动控制。
A 人工控制：控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。如：人工纺纱、普通自来水龙头、掀按钮打开电灯、拖地清洁地板、驾驶汽车等
B 自动控制：是指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确的按照期望的方向进行。如：数控机床、饮料自动装罐生产线，花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换、通过电视更换节目频道、联合收割机割麦子等。
（2）按照执行部件的不同分为：
A 机械控制：普通水龙头、电饭煲等
B 气动控制：化工生产中常见的气动阀门、公共汽车车门开关控制等
C 液压控制：建筑工地打桩机、修理汽车用的液压千斤顶等
D 电子控制：电子计算器、家用电冰箱、自动门和汽车自动变速器的电子控制装置等
3 控制系统
一般的控制过程都有一个输入和一个输出。任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。控制系统通常分为开环控制系统（open loop control system）和闭环控制系统（closed loop control system）两种。
简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节与比较环节。
二、开环控制
⒈ 开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。如：十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、自动门的控制系统、家用高压锅等。
⒉ 开环控制系统的方框图
在系统控制中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号的传递方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。
⒊ 开环控制系统特征：
系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。
三、闭环控制
⒈ 含义：把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。如：电冰箱的温度控制系统、交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统等
⒉ 闭环控制系统方框图
上图中，检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端；是比较器，它将所给量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令。执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。
3． 闭环控制系统的特征
在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。
4 闭环控制系统的干扰与反馈
干扰因素和反馈是闭环控制系统中的两个重要的核心概念，闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定的
（1）干扰：在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。在干扰中我们需要注意以下几点：
第一，来源问题。有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车行驶速度变化的自然风等；
有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。
第二，数量问题。在控制系统中，干扰因素可能是一个，也可能是若干个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素。
第三，处理问题。控制系统在工作中必须克服干扰，使被控量稳定。如空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器检测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。
第四，利用问题。在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的。而在有些情况下却可以利用干扰因素实现某种目的。如在军事演习中，红方利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。但在生产生活中，我们需要以谨慎、严谨的态度对待干扰因素的利用。
（2）反馈：
A 定义：在控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。
B 反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。如普通电水壶将水加热至沸腾时，需要人工关闭电源，而自动电水壶具有当水沸腾时自动切断电源的功能，这就是利用反馈方法实现自动控制的结果。
四、开环控制系统与闭环控制系统的比较
⒈ 开环控制系统输入量到输出量之间的信号是单向传递的，它对输出量的控制精度较低，但它具有结构简单、成本低、容易实现等优点。
⒉ 闭环控制系统的输入量和输出量之间还有一个反馈环节，它们形成了一条闭合回路。它对输出量的控制精度较高，但它结构复杂、成本高，主要用在要求较高精度和高可靠性的控制中。
五、简单控制系统的设计与实施
⒈ 控制系统设计的一般思路
⑴ 要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要到达的目的是什么，所要控制的对象是什么，被控对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主要干扰因素有哪些，选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、易于实现，如何选择设备和元件等等。
⑵ 设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求以及经济条件的可行性而定。在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式；一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素；被控量和控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控制的、对抑制干扰因素和保持系统稳定有明显作用的量；执行器、检测器的选择一是要根据被控量和控制量的需求，二是要根据控制的条件进行。总之，能达到控制的目的，采用易于实现的控制方式，降低控制成本，减少对环境的负面影响等，是我们进行控制系统设计必须考虑的基本问题。
⑶ 控制系统的设计方案，还包括画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸、撰写设计说明书等。
注意：根据不同的设计需求，应该有对应的设计目标，要借鉴来自各方面的先进经验，同时要有自己的设计创意。
例：电热毯设计，应有若干层发热绒和包覆层，控制器要实现调温、定时、过热熔断保护、过热控制保护和精确温控等。要保证安全措施到位、工作稳定可靠，在此基础上实现减少成本、舒适美观、降低能耗等指标。
⒉ 简单设计案例
⑴ 开环控制系统设计：整个过程设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。
例：电吹风机控制系统的设计：
a设计分析：被控对象是电吹风装置，被控量是风的速度和温度，控制量是电机的电压，干扰因素是房间温度、电源电压的波动等。
b电吹风的控制过程：电吹风是要将其内部电热丝的热量通过一个小电风扇扩散出去。
c框图：
有了框图，画出必要的电器线路图，选择适当型号的元件和配件，进行组装、调试。
⑵ 闭环控制系统设计：
一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。
控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。
闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
例：抽水马桶水箱的自动控制系统设计：
a设计分析：被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进水量）水箱水位的高度与进水量之间呈线性关系。
b控制过程：拨动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。
c框图：
六、本章练习题目
⒈ 下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ ）
A．电冰箱的温度控制
B．计算机的CPU上的风扇的转速控制
C．现代化农业温室的温度控制
D．红绿灯定时控制系统
⒉ 下列不属于开环控制系统的是（ ）
A．自动门 B．电动声控灯 C．自动烘干机 D．电饭锅温控系统
⒊ 下列控制系统中属于自动控制系统的是（ ）
A．按钮开关控制 B．普通自来水龙头
C．花房恒温度控制 D．汽车驾驶
⒋ 理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如，导弹控制系统控制的是导弹与目标之间的距离，目的是要击中目标（距离为零），分析这个控制系统，其控制的对象是（ ）
A．人 B．目标 C．计算机 D．导弹
⒌ 电冰箱工作温度设定在一定的范围值，当箱内温度变化超过设定的范围值时，热敏电阻的阻值也相应地变化，通过热敏电阻的变化，电流经过三极管放大器的放大，带动继电器，控制压缩的启动，实现电冰箱的温度控制。温度的变化量是（ ）
A．输入量 B．输出量 C．控制量
⒍ 在电冰箱的温度控制系统中，下列情况不属于影响其温度控制的干扰因素的是（ ）
A．开电冰箱门 B．电冰箱所在房间的温度从20摄氏度变到32摄氏度
C．将热菜或热饭放入电冰箱中 D．在电冰箱外放一盆冷水
⒎ 人们首先发现了什么问题而发明了电冰箱（ ）
A．冰箱可以制作冰激凌 B．低温可以保险
C．冰箱可以制作冰水 D．冰箱可以冰镇啤酒
8 判断题及填空
⑴ 李明学习时，用手去调节台灯的亮度，这种控制属于自动控制。 （ ）
⑵ 系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生直接影响的控制系统称为闭环控制系统。（ ）
⑶ 大年三十晚，王小军在家忙于帖对联，第一次粘稳时发现对联下端明显偏向左边，第二次经过调整后，发现对联虽比上次有明显好转，但对联下端仍有些偏向左边，第三次调整后，发现对联上下已对齐。王小军这一行为已构成一个反馈的闭环控制系统。 （ ）
⑷ 控制系统的__________不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
9 在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素？系统是如何克服干扰使炉温稳定在一定范围的？
答：可能的干扰有：打开炉门，放入或取出东西；外界温度的变化；电压的变化等。采取的办法是利用闭环控制。利用一个温度传感器，及时检测温度的变化，然后根据检测的结果控制开关的状态：当温度高时就切断开关，当温度低时就接通开关加热。
10 举例说明控制的重要作用及意义。
答：汽车发动机失控，造成飞车；人类对某些疾病失去控制，给人类带来威胁；生活中，煮饭失去控制，烧焦或煮不熟。
11 如图：
图中是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答下列问题。
⑴声控灯的优点有哪些？
⑵如果声控灯的附近并没有来人，而出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，灵敏度高的声控灯也会应声而亮。为避免这种情况你有什么好办法？
⑶画出声控灯的系统框图。
答案提示：
⑴ 关键词：方便、节电
用墙上的开关去开灯或关灯，已是习以为常的事。但是，在一个黑暗的走廊里用手摸索着寻找电灯开关很费事，对外来的生人更是难事；另外，人走了不关灯是常有的事，形成长明灯，浪费电力。
声控灯具有特殊功能与应用。比如，在公共楼道里安装声控灯既方便又省电。
所谓方便是指来到楼道里的人，只需发出一定量的声响（如咳嗽一声，排一下掌，跺一下脚）电灯就会自动点亮，而无需去找墙上的手操开关。所谓节电是指过了一小段时间，电灯又会自动熄灭，没有人的时候，电灯处于熄灭状态，不会出现长明灯。
把传感器的灵敏度调小一点。
12 开环控制系统可用下面方框图来描述。
试列举出几种常见的开环控制系统。
答：⑴水泵抽水控制系统
⑵普通家用电饭煲的煮饭控制
接通电源（输入） 电饭煲 电热盘 饭熟保温
⑶遥控器控制电视系统
⑷ 骑自行车加速的控制
⑸
13 闭环控制系统可用下面方框图来描述。试列出常见的闭环控制系统。
答：⑴游泳池水位控制。
⑵篮球比赛运动员投篮工作过程
⑶水箱水位控制
⑷人体温度控制系统
补充材料
功能模拟方法和黑箱方法是控制论的主要方法。
功能模拟法以功能和行为的相似为基础，用模型模拟原型的功能和行为的方法。它为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。如：猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的，但二者的内部结构和物理过程是截然不同的。再如：在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。
黑箱方法是把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统的输入与输出关系的研究进而推断出系统内部结构及其功能的方法。在生活中有时我们需要认识对象的内部无法打开或不便打开时这时我们可以通过观测和考察它的输入与输出的关系来推测其内部的特性和功能，如：中医看病通过“望闻问切”来了解病人的病况，最后对病情作出判断。再如：夏天买西瓜可以通过看瓜形、看瓜色、听瓜声、测弹性来判断西瓜的生熟。这些事例都没有打开事物直接观看内部结构，而是通过观察外部或试验等方法来认识事物的。
结构设计
功能
成本
强度
稳定性
美观
……
安全
寿命
人的个性化需要
阳台地板
。。
支撑阳台的梁
·○·○·○·○·○·○·○·○·○·○·○·○
选择与设定
注水
洗涤(12min)
注水
漂洗
排水
脱水
排水
脱水
加洗衣粉
注水
漂洗
排水
脱水
一次洗涤
一次漂洗
二次漂洗
N2、H2
原料气制取
净化
压缩
高温、高压合成
分离
液氨
望诊
问诊
闻诊
切诊
处方
确定目标，明确任务
分析基本因素
明确主要事项
确定环节和时序
修改方案
列出流程图
结束
是否达到要求
否
是
流程设计步骤（与设计的过程相联系）
N2、H2
原料气制取
净化
压缩
高温、高压合成
分离
液氨
播种、育秧
栽（插）秧
除草、施肥、水管理
归仓、留种
收割 / 收获
确定建房类型、间数、格局、占地面积、施工期限；申报有关部门。
按计划筹备资金、准备材料与人力
视平房或楼房的不同，对地基要求不同
若要建楼房，还要加铺层间预制板
计划
筹备
打地基
筑墙
上梁
建盖
上门窗
内外装修
验收
升压
远距离输送
降压
发电
用电
发电
远距离输送
用电
B
A
C
D
15
11
10
18
14
13
12
9
下 料
印刻
钻孔
检查
填单
记账
存单
付款
报数
记账
付款
备料
出锅
放土豆丝
放葱姜片
点火加热油
明确问题、设立目标
分析计算、评价比较
检验核实、做出决策
收集资料、制定方案
温度
内锅
带动
自行车
传动系统
脚踩的力
后轮
加速运动
操纵
110控制中心
报警控制器
110报警
警员系统
出车处理

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