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第四節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法（一） 學(xué)案
編寫(xiě)：王濤 審核：趙振鋒
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.通過(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例的分析，初步學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。
2.確定一個(gè)生活或生產(chǎn)中的簡(jiǎn)單對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。
【課前復(fù)習(xí)】
1.為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)，運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)系統(tǒng)加以周詳?shù)? 、 、 、 ，并在此基礎(chǔ)上 ，或 的過(guò)程，就是系統(tǒng)分析。
2.系統(tǒng)分析的一般步驟： 、 、 。
3.系統(tǒng)分析的主要原則： 、 、 。
4.系統(tǒng)的優(yōu)化，就是
。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化，就可以
。
5.系統(tǒng)優(yōu)化的基本原則：① ；② ；
③ ；④ 。
【課堂探究】
§問(wèn)題：
有一個(gè)農(nóng)夫帶一條狼、一只羊和一筐白菜過(guò)河。但是船很小，只夠農(nóng)夫帶一樣?xùn)|西過(guò)河。試解決。
總結(jié)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)是 。
一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題
系統(tǒng)設(shè)計(jì)既包含了對(duì)某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)本身的內(nèi)容，同時(shí)又需要運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法對(duì)其設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，因此除了遵守技術(shù)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程、原則和標(biāo)準(zhǔn)外，還特別強(qiáng)調(diào)：
1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的與要求。
理解：從系統(tǒng)的整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)為目的。
2、
理解：運(yùn)用系統(tǒng)的思想綜合考慮各部分之間的關(guān)聯(lián)、沖突問(wèn)題，注重各部分的橫向、縱向聯(lián)系。依據(jù)系統(tǒng)的基本特性，既要考慮當(dāng)前，也要考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)。
案例1：封殺三菱帕杰羅汽車事件 ，說(shuō)明了什么問(wèn)題？
相關(guān)材料：
經(jīng)組織專家分析和實(shí)驗(yàn)室鑒定，檢驗(yàn)檢疫部門認(rèn)定：日本三菱帕杰羅越野車Ｖ３１、Ｖ３３型在設(shè)計(jì)上存在嚴(yán)重問(wèn)題，車后部的"感載閥"在車內(nèi)坐上人并在顛簸的路上行駛時(shí)會(huì)壓低磨擦到后軸制動(dòng)油管，經(jīng)長(zhǎng)期反復(fù)磨擦，造成后軸制動(dòng)油管被嚴(yán)重磨損直至出現(xiàn)漏洞，使制動(dòng)液流出，造成剎車失靈。這是涉及行車安全的嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題！
為確保人身安全，根據(jù)《中華人民共和國(guó)進(jìn)出口商品檢驗(yàn)法》及其實(shí)施條例和《進(jìn)口商品安全質(zhì)量許可制度實(shí)施細(xì)則》的規(guī)定，特公告如下：
1）自公告之日起，吊銷日本三菱帕杰羅V31、V33越野車的進(jìn)口商品安全質(zhì)量許可證書(shū)(證書(shū)號(hào)：97MV 2491和99MV7582)，禁止其進(jìn)口。
2）為確保安全，所有三菱帕杰羅V31、V33應(yīng)盡快去三菱汽車特約維修站檢修并更換后制動(dòng)油管，凡未經(jīng)檢修并更換改進(jìn)設(shè)計(jì)的制動(dòng)油管的日本三菱帕杰羅V31、V33越野車暫停使用。
3）日本三菱公司提供了44家為三菱帕杰羅V31、V33越野車用戶免費(fèi)檢修并更換后制動(dòng)油管的特約維修站地址。
這一事件說(shuō)明：
3、
理解：從系統(tǒng)整體考慮優(yōu)化，統(tǒng)籌兼顧，再在此基礎(chǔ)上完善各個(gè)部分的設(shè)計(jì)。
案例2：核電站為什么要建配套工程抽水蓄能電站？
相關(guān)資料：
大亞灣核電站與廣州抽水蓄能電站系統(tǒng)工程
廣州抽水蓄能電站是為大亞灣核電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而配套建設(shè)的電站，因?yàn)?，發(fā)電設(shè)備只有在較穩(wěn)定的滿負(fù)荷或接近滿負(fù)荷下運(yùn)行才是經(jīng)濟(jì)、安全，可靠的．但實(shí)際用戶用電每日部出現(xiàn)高峰和低谷，這就需要發(fā)電、供電設(shè)備不斷調(diào)整頻率和工作狀況．大型抽水蓄能電站就是一種配合主電站而建立的一種水蓄能發(fā)電站．它既是抽水站又是發(fā)電站，電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)，利用剩余電力把下水庫(kù)的水抽到上水庫(kù)，將電能變成水的勢(shì)能蓄積起來(lái)，當(dāng)用電高峰時(shí)，上水庫(kù)水（本站最大水頭為535米）推動(dòng)蓄能電站水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，通過(guò)500千伏出線并入廣東電網(wǎng)，電站綜合效率為76%．
核電站容量大，總成本低，自動(dòng)化程度高，高科技含量高，最適合穩(wěn)定負(fù)荷工作，因而抽水蓄能電站與核電站的配套運(yùn)行既科學(xué)又經(jīng)濟(jì)。
這一事件說(shuō)明：
馬上行動(dòng)：筑路工程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為坐落在山里的村莊策劃一個(gè)筑路工程設(shè)計(jì)方案，需要籌劃：資金分配、人員調(diào)配、地質(zhì)勘探、路向選擇、材料購(gòu)置、施工進(jìn)度等。
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路出發(fā)，怎樣理順這些關(guān)系？
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟
§問(wèn)題：
最近，王丹家的樓梯燈壞了，她每晚從學(xué)校回來(lái)，走在黑洞洞的樓梯里，什么都看不見(jiàn)。為此，她想用學(xué)過(guò)的知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作一只簡(jiǎn)易的手電筒。
總結(jié)：
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟為：
（1） ；
（2 ；
（3） ；
（4） 。
內(nèi)涵解讀：
可以概括為“總——分——總”。就是當(dāng)我們要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)對(duì)象時(shí)，可以先將對(duì)象分解為一個(gè)子系統(tǒng)，分析和確定各個(gè)子系統(tǒng)的目標(biāo)、功能以及它們之間的相互關(guān)系和結(jié)構(gòu)組成，然后單獨(dú)對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)及優(yōu)化，然后對(duì)由已完成的子系統(tǒng)作為構(gòu)件的系統(tǒng)整體進(jìn)行總體技術(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。
【課后拓展】
生態(tài)房屋綠色住宅長(zhǎng)啥樣 生態(tài)節(jié)能全自動(dòng)
提要：每年10月的第一個(gè)星期一是國(guó)際住房日。如今關(guān)于住房的概念是層出不窮：“生態(tài)房屋”“綠色住宅”……與此同時(shí)，人們對(duì)“住”的要求也越來(lái)越高。
未來(lái)房屋之：生態(tài)樓
你希望住上這樣的住宅嗎？
室內(nèi)一旦人數(shù)增多，二氧化碳含量上升，空氣渾濁，傳感器會(huì)自動(dòng)“通知”排風(fēng)窗開(kāi)窗戶通風(fēng)；大樓中庭屋頂?shù)木薮笸该鞑Ａ齑案鶕?jù)陽(yáng)光強(qiáng)度自動(dòng)開(kāi)關(guān)，任意變換開(kāi)啟角度，盡量把陽(yáng)光均勻地分散到各個(gè)角落；外墻穿上4種外墻保溫體系“保暖內(nèi)衣”，樓內(nèi)四季如春，節(jié)能65%-70%……
未來(lái)房屋之：太空屋
一座為保護(hù)南極環(huán)境而設(shè)立的太空屋——Neumayer-III，由歐洲航天局基于太空技術(shù)設(shè)計(jì)成功，并有可能成為新的德國(guó)南極站。它采用太空技術(shù)；優(yōu)越性非常突出，無(wú)論從安全、環(huán)保方面還是建筑成本，都采用了目前建筑技術(shù)革新中的前沿科技。同時(shí)，“太空屋”構(gòu)想的實(shí)現(xiàn)也為人類的建筑居住技術(shù)提供了一種新的思維方式，其運(yùn)用將越來(lái)越廣泛，并有可能在不久的將來(lái)逐步取代現(xiàn)有傳統(tǒng)住宅。
材料：采用歐洲宇航局應(yīng)用于航天飛船、天線和太陽(yáng)能板上的材料技術(shù)，這種材料不僅輕，而且韌度和抗熱、抗寒能力都非常突出。試驗(yàn)證明，它可以更好地抵御地震的襲擊，減少地震、狂風(fēng)暴雨可能造成的損失。具體到南極站的應(yīng)用上，“太空屋”的輕型設(shè)計(jì)可以使它承受每年深達(dá)1米的降雪量而不會(huì)陷入冰雪中，同時(shí)，也大大方便了日后的移除工作。
結(jié)構(gòu)：采用以支柱支撐的球體結(jié)構(gòu)，房屋主體并不直接與地面接觸。當(dāng)它伸出支柱把自身支撐起來(lái)時(shí)，它就和底下的任何運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)了，無(wú)論是大風(fēng)還是地震都不能輕易撼動(dòng)它。
系統(tǒng)：自給自足。它采用了高效能太陽(yáng)能動(dòng)力和先進(jìn)的循環(huán)水及凈化水的系統(tǒng)。另外一個(gè)設(shè)想還在計(jì)劃中，那就是設(shè)立一個(gè)可以清除空氣中亞微米級(jí)的致病粒子的系統(tǒng)。
安全：采用有為太空艙使用的高度防火材料；還有一種薄層狀的“聚合物”：一種覆有金屬層的塑料薄片，它可以放置到“太空屋”的任何部位以防止雷擊。
未來(lái)房屋之：零能耗
英國(guó)倫敦南部出現(xiàn)一個(gè)“未來(lái)之家”工程，他是英國(guó)首個(gè)完整的生態(tài)村，現(xiàn)在則有約250人居住在生態(tài)村100套公寓和住房?jī)?nèi)。建筑設(shè)計(jì)師們的理想是實(shí)現(xiàn)社區(qū)的“零耗能”。
通風(fēng)排氣：五顏六色的漏斗形狀的建筑不僅是用來(lái)展示的，而且是整個(gè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)BedZED生態(tài)村的建筑師比爾·杜斯特說(shuō)：“它們是以風(fēng)為動(dòng)力的自然通風(fēng)煙囪。一個(gè)煙囪將房屋內(nèi)的廢氣排出，而其他的煙囪則將新鮮空氣吸進(jìn)來(lái)。再結(jié)合其他高科技設(shè)備，這便會(huì)保證房屋無(wú)論春夏秋冬哪個(gè)季節(jié)都能保持舒適的溫度?！?br/>能源利用：組合熱力發(fā)電站用木材廢物發(fā)電
發(fā)電的具體過(guò)程是：首先，碎木材片從儲(chǔ)藏區(qū)自動(dòng)流入干燥機(jī)，然后再?gòu)母稍餀C(jī)進(jìn)入氣體發(fā)生器，在受限空氣流里加熱后，通過(guò)氣化過(guò)程轉(zhuǎn)化為含有氫、一氧化碳和甲烷的可燃?xì)怏w。氣體在凈化、冷卻以及與空氣混合后，通過(guò)火花點(diǎn)火引擎進(jìn)入一臺(tái)能發(fā)電的發(fā)生器，產(chǎn)生電能。
生態(tài)村每一間朝陽(yáng)溫室都安裝有太陽(yáng)能電池板。由于風(fēng)輪機(jī)有噪音，再加上對(duì)整體環(huán)境有影響，生態(tài)村就沒(méi)有使用風(fēng)輪機(jī)。另外，考慮到當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，使用太陽(yáng)能發(fā)電極不可靠，因此設(shè)計(jì)者并沒(méi)有使用太陽(yáng)能電池板發(fā)電，而是讓它們?yōu)樯鷳B(tài)村的電車和滑行車提供電力。建筑設(shè)計(jì)者希望BedZED生態(tài)村需要的所有能量都來(lái)自再生能源而不是礦物燃料。
房屋供暖：BedZED沒(méi)有任何天然氣中央暖氣系統(tǒng)，所有房屋都采用高質(zhì)量的絕緣材料，保證冬天住房的舒適溫度。同時(shí)，為了保證高度的絕緣性，墻里面還加入了大量礦毛絕緣纖維，保證吸收的熱量在5天內(nèi)不會(huì)消散。為了盡可能多地吸收熱量，BedZED生態(tài)村的房屋全部安裝了三層玻璃。此外，BedZED生態(tài)村所有的墻全部用巨大的水泥塊砌成。
未來(lái)房屋之：綠色住宅
美國(guó)建筑師最近利用節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)出新型“綠色住宅”，為住戶更有效利用能源提供可能。美國(guó)能源局最新調(diào)查顯示，美國(guó)有三分之一的能源用于家庭與商業(yè)建筑，并且多半用于取暖和制冷。為了節(jié)省能源，有關(guān)建筑設(shè)計(jì)人員從材料選擇到設(shè)施利用進(jìn)行了一系列革新，最終設(shè)計(jì)出會(huì)自動(dòng)提供能源的“綠色住宅”。
據(jù)報(bào)道，這套“綠色住宅”分為上下兩層。房屋構(gòu)造獨(dú)特，設(shè)施精巧別致。炎炎的夏日，用戶可以不必開(kāi)空調(diào)——顯眼的大扇窗戶向外搖擺，隨時(shí)捕捉吹至而來(lái)的南風(fēng)；同時(shí)敞開(kāi)的天窗能夠驅(qū)散停滯的熱流。而在寒冷的冬天，全新的材料又讓住宅洋溢著暖意：軟木與混凝土配置砌成的外墻與外界隔絕；氣體壁爐讓家里熱流無(wú)限循環(huán)；而無(wú)箱加熱設(shè)備則會(huì)讓水龍頭自動(dòng)提供熱水。整套房屋的建筑材料也非常利于環(huán)保。
　　未來(lái)房屋之：實(shí)時(shí)景象
水晶球屋不是用來(lái)住的，它更像傳說(shuō)中的魔力水晶球。
這種名為“圓形屋”的新型圓形建筑就像一個(gè)有魔力的水晶球，只不過(guò)它對(duì)你展現(xiàn)的是另一個(gè)城市的實(shí)時(shí)景象。設(shè)想一下，清新的早晨，在你上班的路上，你會(huì)從悉尼歌劇院前經(jīng)過(guò)并向來(lái)往的游客熱情問(wèn)候；迷人的傍晚，回家的路上，你會(huì)和盧浮宮前巡邏的警察點(diǎn)頭致意。如果“圓形屋”公司的宏偉計(jì)劃能夠?qū)崿F(xiàn)，這個(gè)夢(mèng)想將變成事實(shí)。他們?cè)O(shè)計(jì)的一種叫做“圓形屋”的圓形建筑有3米高，直徑7米，一個(gè)高質(zhì)量高清晰度的360度全景影音系統(tǒng)環(huán)繞在它外部，實(shí)現(xiàn)面對(duì)面的交流。這個(gè)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)地展現(xiàn)另一個(gè)建筑周圍的景象，包括圖像和聲音。
“最令人興奮的是這種建筑可以實(shí)時(shí)傳遞對(duì)方城市的影音和聲音，而且非常逼真，”一位研究人員在談?wù)摗皥A形屋”的前景時(shí)這樣說(shuō)，“想想看，如果你和情人遠(yuǎn)隔兩地，你們分別站在兩個(gè)這樣的建筑前面，不但能看到對(duì)方的面容，還能聽(tīng)見(jiàn)對(duì)方的聲音。當(dāng)然了，你們甚至可以親吻，因?yàn)槲覀兊脑O(shè)計(jì)目的就是要拉近人與人之間的距離?！?/p>

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