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第四章第四章 发现与明确问题发现与明确问题3.3 3.3 系系统的的优化化 作作为一个一个系系统，通常会有，通常会有这样或那或那样的的问题。如：。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、效果不佳；或是投入的人力、物力、财力不是最小；力不是最小；或是某种性能不理想等等。因此系或是某种性能不理想等等。因此系统需要需要改善改善，需要，需要优化化。我我们做任何事情都希望达到做任何事情都希望达到最最优的效果。如希的效果。如希望以最小的成本望以最小的成本获取最大的利取最大的利润，以最短的工期完，以最短的工期完成更多的工程量，以最少的能耗生成更多的工程量，以最少的能耗生产更多的更多的产品，品，在在单位面位面积上尽可能提高上尽可能提高农业产量等。量等。系统的优化2鸟巢图片欣赏3国家体育馆鸟巢原设计方案系统优化4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，取消了可开启屋盖、扩大了屋顶开孔的优化方案后，减少用钢量1.2万吨造价减少了约4亿元。5 有一个有一个农农夫夫带带着一条狼、一着一条狼、一只羊和一筐白菜只羊和一筐白菜过过河。如果没河。如果没有有农农夫看管，夫看管，则则狼要吃羊，羊狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，要吃白菜。但是船很小，农农夫夫只能只能带带一一样东样东西西过过河。你帮河。你帮农农夫解决夫解决问题问题？思考：思考：6v1 1、农夫夫带着羊首先着羊首先过河，河，农夫回来。夫回来。v2 2、农夫与狼夫与狼过河，河，农夫与羊回来；夫与羊回来；v3 3、农夫搬白菜夫搬白菜过河，河，农夫回来；夫回来；v4 4、农夫与羊一起夫与羊一起过河。河。7请同学同学们阅读课本第三本第三节的内容，找出下面的内容，找出下面问题的答案。的答案。1.系系统优化的步化的步骤。2.系系统优化的影响因素。化的影响因素。3.系系统统的的优优化有什么意化有什么意义义。8思考：学思考：学习习系系统统的的优优化有什么意化有什么意义义呢呢？系系统优统优化的意化的意义义就是就是以最小的投入，以最小的投入，获获取系取系统统的最佳效益或最佳功能的最佳效益或最佳功能。111 1、什么是系、什么是系统统的的优优化化 系系统的的优化是指在化是指在给定的条件定的条件（或（或约束）下，根据系束）下，根据系统的的优化化目目标，采取一采取一定的手段和方法定的手段和方法，使系，使系统的的目目标值达到达到最大化最大化（或最小化）。（或最小化）。12【案例分析案例分析】北京航天北京航天桥附附近居民的卧室近居民的卧室距离阜石路高距离阜石路高架架桥直直线距离距离不足不足30米，楼米，楼下下还有公交有公交车站。道路噪音站。道路噪音严重影响居民重影响居民的正常睡眠的正常睡眠131415讨论：怎样改善噪音的污染，优化村民所处环境（系统）？16选择合适的优化方法建建造造隔隔声声墙17生生态型声屏障型声屏障18日本的隔音墙19选择合适的优化方法给机器上足机器上足润滑油滑油20选择合适的优化方法公公路路两两旁旁植植树造造林林21选择合适的优化方法加加塞塞耳耳塞塞22隔音隔音？吸音？吸音？23吸声原理吸声原理v是是给声音留下个声音留下个进入的通道（无数入的通道（无数连接在一起的微小孔洞接在一起的微小孔洞组成的通道，或成的通道，或者由数不清的者由数不清的纤维交交织混在一起而形混在一起而形成数不清的成数不清的细小小缝隙）但是声音一旦隙）但是声音一旦进去就出不来了，由于通道太去就出不来了，由于通道太长，声，声音在里面音在里面钻来来钻去，左右冲撞去，左右冲撞 在在这个个过程程总逐逐渐消耗掉能量，起到了吸消耗掉能量，起到了吸音的作用。音的作用。24隔音原理隔音原理v隔音是利用隔音是利用质密的材料将声音隔密的材料将声音隔绝于于某个空某个空间。隔声材料所具有的降噪隔声材料所具有的降噪作用叫做隔声性能，作用叫做隔声性能，墙壁越厚材壁越厚材质越越硬隔音性能就越好，相反材硬隔音性能就越好，相反材质疏松疏松墙壁很薄隔音性能就差。壁很薄隔音性能就差。25吸音材料吸音材料v槽木吸音板槽木吸音板v孔木吸音板孔木吸音板v布布艺吸音板吸音板v木木质扩散吸音板散吸音板 26v录音音间或或摄影棚内使用的活影棚内使用的活动墙板，通常一面板，通常一面为吸音材料，吸音材料，另一面另一面为隔音及反射材料。其作隔音及反射材料。其作用是减少用是减少录音音间内各音源之串音，内各音源之串音，或利用或利用墙板两面不同的吸音特性，板两面不同的吸音特性，调整音源的音整音源的音质。27修建隔音吸音修建隔音吸音墙：阻燃：阻燃抗磨抗磨保温保温.v高度高度v长度度v形状形状v材料材料v美美观v对未来的影响未来的影响28农作物种植系作物种植系统的的优化化农业间作套种作套种v目目标：实现增增产、增收，提高土地利、增收，提高土地利用率。用率。v条件：条件：农作物的生作物的生长特性特性(周期周期)、天气、气候等。天气、气候等。v手段：利用手段：利用农作物生作物生长的季的季节差、差、时间差，把相同或不同差，把相同或不同类的的农作物套种作物套种在一起，有在一起，有“麦、棉、瓜麦、棉、瓜”，“麦、麦、棉、菜棉、菜”，“麦、瓜、棉、玉米麦、瓜、棉、玉米”等等多种模式供多种模式供选择。29v某地区因地制宜地某地区因地制宜地选择了了“麦、瓜、麦、瓜、棉、棉、红薯薯”的套种模式，在正常天气的套种模式，在正常天气条件下，按照套种的技条件下，按照套种的技术要求操作，要求操作，夏季可收小麦（夏季可收小麦（350400）千克）千克/亩，红薯薯2500千克千克/亩，无籽西瓜，无籽西瓜5000千克千克/亩，秋季，秋季产籽棉籽棉225千千克克/亩，平均每，平均每亩收入超收入超过3000元，元，比原先提高了近五成。比原先提高了近五成。30思考：了解了影响系统优化的因素之后，我们如何进行优化呢？对于比于比较复复杂的系的系统，人，人们对其特征其特征了解不了解不够，所以需要运用一定的，所以需要运用一定的数学手段数学手段描述它，描述它，进而找到合适的解决方案而找到合适的解决方案。31案例：案例：利利润问题润问题 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4m2木板及时性20小时的工时，制作一只椅子需6m2木板及18小时的工时，每周能拥有的木板是600m2，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，并假定所有的产品都能够销售出去。问：该厂每周生产桌子和椅子的数量分别是多少时，能获得最大利润？32Smax=50 x+60y4x+6y60020 x+18y400 x8,y5设每周生每周生产桌子桌子X张，生生产椅子椅子Y张，则有：有：33答答 案案v8张桌子,13张椅子,最大利润为1180元v通用计算，我们得到的就是最优解，按每周8张桌子、13张椅子的方案生产就可以获得最大的利润，像这种系统优化叫做系统最优化。343 3、最、最优优化方法化方法 为为使系使系统统达到最达到最优优的目的目标标而提出的求解方法而提出的求解方法称称为为最最优优化方法化方法。系系统优统优化的方法是多化的方法是多样样的，有的运用的，有的运用数学模型数学模型求解求解，有的通，有的通过过科学的估算、科学的估算、试验试验等等方法方法实现实现。但无但无论论运用怎运用怎样样的的优优化方法，都需要化方法，都需要经过经过若干次若干次完善和完善和验证验证，才能得出最，才能得出最优优解或解或满满意解。意解。35数学模型估算、试验最优解满意解完善、验证求解求解过程程：36最最优化方法解决化方法解决问题的一般步的一般步骤1 1、提出需要、提出需要优化的化的问题和和目目标，收集有收集有关关资料料和数据。和数据。2 2、分析分析影响系影响系统优化的化的各种因素各种因素，确定确定变量量，建立有关，建立有关约束束条件条件，建立求解最，建立求解最优化化问题的有关的有关数学模型数学模型，分析模型。，分析模型。3 3、选择合适的最合适的最优化方法。化方法。4 4、分析求解。、分析求解。5 5、最、最优解的解的验证和和实施施。37【案例分析】装修施工的【案例分析】装修施工的组织优组织优化化分析：根据装修的施工流程、分析：根据装修的施工流程、资资源利用、空源利用、空间间等要等要求求进进行分析，可以得到行分析，可以得到依次施工和平行施工依次施工和平行施工两种方两种方案，思考各自的特点。案，思考各自的特点。38楼楼装修装修过程程工期工期装修施工装修施工进度（周）度（周）369121518212427A水水电3木工木工3油漆油漆3B水水电3木工木工3油漆油漆3C水水电3木工木工3油漆油漆3 39一、明确一、明确问题，设立目立目标施工施工项目：教学楼装修目：教学楼装修 施工内容：教学楼施工内容：教学楼A、B、C栋，需要水，需要水电、木工、油漆三、木工、油漆三个施工个施工过程，每个施工程，每个施工过程需要程需要3周周时间目目标：组织装修，使装修工期和装修，使装修工期和资源利用最源利用最为合理。合理。二、收集二、收集资料，制定方案料，制定方案方案一：按照施工要求，从方案一：按照施工要求，从A到到B到到C，依次，依次进行施工。行施工。方案二：按照施工要求，方案二：按照施工要求，A、B、C栋同同时进行施工。行施工。方案三：按照施工要求，方案三：按照施工要求，A、B、C栋进行行流水施工流水施工。40四、四、检验核核实，确定方案，确定方案根据分析，确定按照方案三根据分析，确定按照方案三进行施工。行施工。三、三、分析分析计算，算，评价比价比较选择出最佳方案：方案三出最佳方案：方案三施工特点施工特点方案三方案三方案二方案二方案一方案一现场管理管理设备、材料、材料施工施工队工期工期依此依此27周周1投入少投入少简单平行平行 9周周3投入多投入多复复杂流水流水15周周1较多多较简单41小小节：1.系系统的的优化的步化的步骤（1）需要）需要进行行优化的化的问题。（2）选择合适的合适的优化方法化方法优化的方略和筹化的方略和筹谋。（3）验证与与实施。施。422.影响系影响系统优化的因素。化的因素。（1）优化追求的目化追求的目标要适度。要适度。（2）实施系施系统优化，化，总要有付出。要有付出。（3）系）系统的的优化是离不开条件的。化是离不开条件的。（4）某些不确定的因素或者不可）某些不确定的因素或者不可预见的因素也会的因素也会影响系影响系统的的优化。化。3.系系统优化的定量化的定量计算。算。43v练习44【案例分析案例分析】在江在江边一一侧有有A、B两个工两个工厂，它厂，它们到江到江边的距离分的距离分别是是2km和和3km，设两工厂沿江方向的距离是两工厂沿江方向的距离是3.5km，现在要在江在要在江边修建一个修建一个码头，使得两厂的，使得两厂的产品能品能够顺利利过江，江，问码头应建在什么建在什么位置，才能使运位置，才能使运输路路线最短？最短？码头？45 根据要求可画出下根据要求可画出下图，在江，在江边DEDE上求一点上求一点C C，使，使C C到到A A、B B两厂的距离之和两厂的距离之和为最短。最短。数学模型数学模型为：Smin=AC+BC46过A A点作关于直点作关于直线DEDE的的对称点称点A1A1，连接接A1BA1B与与DEDE相交于相交于C C，这一点既一点既为所求的所求的码头的的地点。地点。根据相似三角形原理，求得根据相似三角形原理，求得 DC=1.4kmDC=1.4km，码头建在与建在与A A厂到江厂到江边垂直距离位置相距垂直距离位置相距1.4km1.4km处，运，运输路路线最短。最短。47v如果如果22头牛吃牛吃33公公亩牧牧场的草，的草，54天后可以天后可以吃尽，吃尽，17头牛吃牛吃28公公亩牧牧场的草，的草，84天可以天可以吃尽，草每天以一定的速度不断的增吃尽，草每天以一定的速度不断的增长，那么要，那么要在在24天内吃尽天内吃尽40公公亩牧牧场的草，需要多少的草，需要多少头牛牛？33X+54Y=54*2228X+84Y=84*17设牛每天的牛每天的吃草量吃草量为1，每每亩地的草地的草量量为X，草每，草每天的增速天的增速为Y。X=11Y=1840*11+24*18=24*ZZ=35481、王林家新、王林家新买了一了一辆汽汽车，为了了节省燃油，采取了下列系省燃油，采取了下列系统优化措施，其中不正确的是（化措施，其中不正确的是（）A、合理使用汽、合理使用汽车空空调B、保持汽、保持汽压合适合适C、每次加油、每次加油时将油箱加将油箱加满D、减少不必要的、减少不必要的负载C49 2、系统优化的意义（）。A获取系统的最佳效益或最佳功能B改善系统的环境C调整系统的结构D改变系统的特征A503、某电动助动车生产企业为了提高产品的竞争力，对助动车各个部分全面分析和优化，下面不是以提高使用性能为优化目标的措施是（）A增加太阳能电池板，利用太阳能充电B优化零部件的加工工艺，提高生产效率C优化传动系统，以节省用电、提高速度D应用人机工程学原理改进座垫、脚踏板的设计，提高骑行时的舒适度D51v4、某城市为了提升其形象，将公交车站牌与其它影音设备结合，组成智能化公交车站信息装置，如图所示，该装置中采取了以下优化措施：配备液晶电视；配备公交车位置和到站时间的动态显示装置；采用36伏安全电压；减小站牌尺寸；站牌上设置相应的盲文；配备语音播报装置；安装太阳能电池；外壳采用圆角设计。请对公交车站信息装置的优化措施进行分析，回答以下问题（在处填写合适措施的编号）：（1）以安全为目标的优化措施是：、。（2）以提高信息交互效率为优化措施是：、。52此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！此课件下载可自行编辑修改，此课件供参考！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！部分内容来源于网络，如有侵权请与我联系删除！
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