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日照第一中学 技术与设计2 最 新 的理念最 活 的探究最 准 的预测 1 第一单元结构与设计 考纲 1 了解结构的含义 能从力学角度理解结构的概念和一般分类2 能结合1 2种简单的结构案例 分析结构是如何承受应力的 一般有拉力 压力 扭转力 剪切力 弯曲力等 3 通过技术试验分析影响结构的稳定性和强度的因素 并写出试验报告4 能确定一个简单对象进行结构设计 并绘制设计图纸 做出模型或原型5 能从技术和文化角度欣赏并评价典型结构设计的案例 2 第一单元结构与设计 一 常见结构的认识 一 结构 事物各组成部分之间的有序搭配和排列 P6 1 自然界 天体的结构地球的结构动物的结构植物的结构2 技术领域 汽车的结构微机的结构电脑主板的结构数字控床的结构3 社会领域 教育管理系统的结构课堂的结构文章诗歌的结构 3 第一单元结构与设计 一 常见结构的认识 二 结构与力 从力学角度来说 结构是指能承受一定应力的架构形态 它可以抵抗能引起形态和大小改变的力P6 1 内力 当一个结构受到外力作用时 内部质点之间的作用会发生改变 产生一种抵抗的力 2 应力 构件单位截面积上所承受的内力 P25应力达到一定极限值时 结构会被破坏 容许应力 N cm2N mm2 4 第一单元结构与设计 第一单元结构与设计 一 常见结构的认识 二 结构与力 3 构件的基本受力形式 拉力 物体所承受的拉拽力 压力 挤压物体的力 剪切力 两个距离很近 大小相等 方向相反 且作用于同一物体上的平行的力 扭转力 反方向向物体两端均匀施力 使物体发生扭转形变的力 弯曲力 作用于物体 使它产生弯曲的力 5 第一单元结构与设计 一 常见结构的认识 三 结构的类型P7 P9 1 实体结构 受力特点 外力分布在整个体积中 主要承受压力如墙壁 柱子 实心球等等2 框架结构 受力特点 支撑空间却不充满空间 通常是指结构体本身由细长的构件组成 如窗户 画框 房子的架构等等 3 壳体结构 受力特点 外力作用在结构体的表面上 如贝壳 头盔 汽车飞机的外壳等等 壳形结构是通过壳形来传递力和承受荷载 特别是当顶部受到压力时 它能将力均匀扩散 生活中很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构组合而成 称为组合结构 6 第一单元结构与设计 一 结构与稳定性 1 结构的稳定性 结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力 它是结构的重要性质之一 二 稳固结构的探析 P30结构具有阻碍翻到或移动的特性就是结构的稳定性 7 2 影响结构稳定性的主要因素 P30重心位置的高低 结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等 第一单元结构与设计 一 结构与稳定性 二 稳固结构的探析 1 结构的重心 重心越低 稳定性越好 结构重心所在点的垂线是否落在结构地面的范围内 落在就是稳定的 没有就是不稳定的 2 结构的底座 建筑 桥梁这类大型的固定结构 底座越大越坚实 稳定性越好 3 结构的形状 照相机的支撑架常使用三角架而不用其他形状 8 影响结构稳定性的各种因素是相互关联的 需要综合考虑多种因素来讨论结构的稳定性 第一单元结构与设计 二 稳固结构的探析 一 结构与稳定性 9 第一单元结构与设计 二 稳固结构的探析 二 结构与强度 1 结构的强度 是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力 用应力来衡量强度 2 影响结构强度的主要因素 P27结构的形状 使用的材料 构件之间的连接方式 结构的形状 三角形是框架结构中最基本的形状之一 它结实 稳定 所有材料最少 常见构件的截面形状 工字型 十字形 长方形 L形 圆形 U形 结构的链接方式 刚连接 铰连接 10 3 结构与功能 结构的变化可能导致功能的变化 第一单元结构与设计 一 稳固结构的探析 二 结构与强度 11 第一单元结构与设计 三 简单结构的设计 1 结构设计应考虑的主要因素P33 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 满足设计者的基本需要 符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求 安全因素 公众和使用者的审美需求 使用者的个性化需要 对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等 在结构设计中还有一些需要考虑的因素 材料 民俗文化 地域特点等 12 第一单元结构与设计 三 简单结构的设计 2 简单结构设计案例要求 P33设计项目设计要求设计分析设计方案呈现草图 如 设计相框垃圾桶鞋柜衣架笔筒 13 第一单元结构与设计 四 精典结构欣赏 赏析结构设计作品 可从技术与文化两个角度进行 P36 1 技术的角度主要有 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 2 文化的角度主要有 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 14 盖里椅 15 功能 在使用功能上 盖里椅具有其他椅子相同的功效 唯一的缺点是没有扶手 而且椅子面过于平直 坐久了人会觉得不舒服 结构设计 盖里椅结构上简洁大方 线条明快 有流动感 占地面积小 却十分平稳 但椅子的旋转性差 不能随意转动使得它灵活性也差 制造技术 盖里椅要达到整体统一的完美线条和弯曲效果 还要考虑到重心的位置高低和椅子承受能力的大小 对制造来说 是一次挑战 审美 盖里椅的结构传达出一种盘旋上升 奋发向上的精神 具有雕塑般的美感和强烈的时代气息 形成了优雅的浪漫主义设计风格 16 17 18 第二单元流程与设计 考纲 1 了解流程的涵义及其对生产生活的意义 2 通过对典型的工作流程和生产工艺流程案例的分析 理解流程中的时序和环节的意义 学会阅读简单流程图 3 能分析流程设计中应考虑的基本因素 并画出流程设计的框图 4 能解释流程的改进与设备 材料之间的关系 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 5 能对生活 生产中的简单现象进行流程的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 或流程的改进方案的优越之处 19 第二单元流程与设计 一 生产和生活中的流程P39 1 时序 时间上的先后顺序就是时序 时序体现了具体活动内容的先后关系 在这种先后关系中 有些步骤之间的时序是可以颠倒的 不些不可颠倒 2 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 切种 布种 掩种环节 冲片和印片环节等 环节一个相对的概念 依据问题的性质的不同和不同人的理解 环节的划分可能有所不同 3 流程 是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序 可以把流程理解为为了一定的目标去做事情的顺序 任何流程都反映了一定的时序 体现出一定的环节 20 第二单元流程与设计 一 生产和生活中的流程 4 流程的表达 流程图 P55依据流程的性质及人们的表达习惯 流程图有文字表达 表格表达 图示表达 模型表达 动画演示等 用箭头 数字序号 用时间等表达时序 流程图的序号或方框反应了环节 工序的具体情况 21 第二单元流程与设计 一 生产和生活中的流程 生活与流程 科学合理的流程 可以指导我们正确地做事 提高工作和学习的效率 是我们的生活变得有序 合理 为我们的安全提供保障 例洗衣 煮饭与烧菜的流程安排 碘盐和味精佐料的加放流程 青霉素注射流程等 5 流程的分析P40 P53 22 生产与流程 运用科学合理的流程可以有效地组织生产 提高生产效率 保证产品质量 保证安全生产 保护环境等 流程中工序的作业方式 串行和并行 上一道工序完成之后才能进入下一道工序 串行 几项工作同时进行 并行 并行投入较大 第二单元流程与设计 一 生产和生活中的流程 5 流程的分析 23 第二单元流程与设计 一 生产和生活中的流程 5 流程的分析 简单流程图的识读 识读流程图的要点 找流程的环节 明确每个环节的功能和作用 弄清流程中时序的体现与特征 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 24 第二单元流程与设计 二 流程的设计 1 流程设计的基本要求 设计一个流程首先要明确流程要实现的具体目标对于生活方面的流程设计 主要考虑 节省时间 2 提高工作效率 3 提高工作质量对于生产活动的流程设计 主要考虑 提高效率 提高质量 节省资源 安全生产 提高经济效益 提高管理水平 7 其它 环保等等 25 第二单元流程与设计 二 流程的设计 2 流程设计中的基本因素 P55生产活动中的流程设计的基本因素主要有材料 工艺 设备 人员 资金和环境等 不同行业的流程设计中考虑的基本因素各有差异 流程设计要依据事物内在属性和客观的变化规律 科学地设计时序和环节 以达到设计目标 26 第二单元流程与设计 二 流程的设计 3 流程设计的步骤 P62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 27 第二单元流程与设计 二 流程的设计 4 学画流程设计的框图 画流程设计框图的一般方法 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 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 28 第二单元流程与设计 三 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 1 流程优化的目的 P60提高工作效率 降低成本 降低劳动强度 节约能耗 减少环境污染 保证安全生产等 29 第二单元流程与设计 三 流程的优化 2 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 30 3 流程优化的条件 P60 1 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 在流程中就会安排两次漂洗 2 外部条件 设备和工艺水平的提高和完善 比如只有在具备锻压设备时 才能将法兰盘的加工改为少量切削加工 3 人员技术水平的提高 第二单元流程与设计 三 流程的优化 31 第三单元系统与设计 考纲 1 能从应用的角度理解系统的含义2 通过简单的系统案例分析 理解系统的基本特性 初步掌握系统分析的基本方法 3 理解系统优化的意义 能结合案例分析影响系统优化的因素4 通过简单的系统设计案例分析 初步学会简单系统设计的基本方法5 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 32 第三单元系统与设计 一 系统的结构 1 系统的概念 P74由相互联系 相互作用 相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体 称为系统 案例分析 自行车系统 33 第三单元系统与设计 一 系统的结构 2 构成系统 必须具备三个条件 第一 至少要有两个或者两个以上的要素 部分 才能组成系统 第二 要素 部分 之间相互联系 相互作用 按照一定方式形成一个整体 第三 这个整体具有的功能是各个要素 部分 的功能中所没有的 34 第三单元系统与设计 一 系统的结构 2 构成系统 必须具备三个条件 第一 至少要有两个或者两个以上的要素 部分 才能组成系统 第二 要素 部分 之间相互联系 相互作用 按照一定方式形成一个整体 第三 这个整体具有的功能是各个要素 部分 的功能中所没有的 35 第三单元系统与设计 一 系统的结构 3 系统的类型 P74 1 自然系统和人造系统 如生态系统 人体系统是自然系统 如计算机系统和机械传动系统是人造系统 2 实体系统和抽象系统 生物系统 机械系统是实体系统 抽象系统是非实物形态的 如哲学系统 计算机操作系统是抽象系统 静态系统和动态系统开放系统和封闭系统 36 4 系统的基本特性 P84系统的基本特性主要有整体行 相关性 目的性 动态性和环境适应性等 第三单元系统与设计 一 系统的结构 这些特性都体现了一定的思想与方法 结合课本相关案例 学会运用系统的基本特性 分析身边的系统特别是P76 P84页案例分析 37 第三单元系统与设计 4 系统的基本特性 1 整体性 是系统最基本的特性 也是观察和分析系统最基本的思想和方法 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 部分 在孤立状态下所没有的 系统任何一个要素 部分 发生变化或出现故障时 都会影响其他要素 部分 或整体功能的发挥 系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和 一 系统的结构 38 第三单元系统与设计 4 系统的基本特性 2 相关性 是指组成系统的各要素之间或系统整体与部分之间的相互作用 相互联系 碳含量与合金钢材料的整体性能的相关性梁的跨度与梁的厚度之间的关系 3 目的性 任何系统都具有某种目的 都要实现一定的功能 这正是区别不同系统的标志 对于复杂的系统 目标有多个 往往用一个指标体系来描述系统的目标 一 系统的结构 39 第三单元系统与设计 4 系统的基本特性 4 动态性 任何系统都是一个动态的系统 处在运动变化和发展之中 5 环境适应性 系统只有具有对环境的适应能力 才能保持和恢复系统原有的特性 春捂秋冻电冰箱放合适的位置飞机在空中适应环境的飞行 一 系统的结构 40 二 系统的分析 1 系统分析及其目的 系统分析是指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考察 分析 比较 试验 并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序 或对原有的系统提出改进方案的过程 目的 寻求解决问题的最佳决策 系统分析可以减少决策的失误 第三单元系统与设计 41 2 系统分析的一般步骤 二 系统的分析 第三单元系统与设计 1 明确问题 设立目标 2 收集资料 制定方案 3 分析计算 评价比较 4 检验核实 作出决策 田忌赛马 42 二 系统的分析 第三单元系统与设计 3 系统分析的主要原则 系统分析应遵循整体性原则 丁谓修复皇宫 科学性原则 三三进九不如二五一十 综合性原则 孝襄高速公路 43 丁谓研究了工程之后 制订了这样的施工方案 首先 从施工现场向外挖了若干条大深沟 把挖出来的土作为施工需要的新土备用 于是就解决了新土问题 第二步 从城外把汴水引入所挖的大沟中 于是就可以利用木排及船只运送木材石料 解决了木材石料的运输问题 最后 等到材料运输任务完成之后 再把沟中的水排掉 把工地上的垃圾填入沟内 使沟重新变为平地 挖沟 取土 引水入沟 水道运输 填沟 处理垃圾 丁谓修复皇宫 44 有人整天逛商场买衣服 花的钱很多 便利的东西买得不少 可是高档的 合身的衣服却很少 有人2年买一次高档衣服 一穿10年 10年可买5件高档衣服 有人赌博 赢得次数多 但赢得钱很少 有人赢得次数少 但赢得钱很多 有的人论文很多 国家级核心刊物的1篇没有 有人2年写1篇 10年发表4篇 中国的大学很多 进入世界前100名的很少 有的国家的大学很少 进入世界前100名的很多 有的学校校长很多 班子威信不高 有的学校校长很少 学校社会声誉却很高 有的人吃饭次数多 但不肥胖 有的人吃饭次数少 但却肥胖 而且有 三高 有的人整天很忙 跑路时还在系裤带子 回头一看 不知自己做了什么 有的人很从容 硕果却累累 有的人活了很长时间 许多人却不知道他对社会 他人有什么贡献 有的人活的时间很短 许多人永远在怀念他 有的人一生娶很多的老婆 结果真心的一个没有 有的人一生只有一个老婆 却真诚相爱到永远 有的人说得很多 许多人都不知道讲了什么 有的人说得很少 发展是硬道理 但知道的人很多 三三进九不如二五一十 45 孝襄高速公路 金角银边 缀明珠 孝襄高速公路是我国西部开发大通道银川至武汉高速公路的重要一段 起点位于京珠高速公路孝南区盛家湾 途经孝感 随州 襄樊等10个市的29个乡镇 终点接襄十与襄荆高速公路襄阳县郜营互通 全长243公里 采用双向4车道 沥青混凝土路面 设计行车速度120公里每小时 项目总投资72亿元 其中世界银行贷款2 5亿美元 工程于2002年11月动工建设 2005年9月30日通车 提前了8个月建成通车 46 4 系统优化的目的 P89系统的优化是指在给定的条件 或约束条件 下 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 最小的成本 最大的利润 最短的工期 更多的工程量 最少的能耗 更多的产品 单位面积土地 更高的农业产量 案例 农业间作套种 家具利润问题等 二 系统的分析 第三单元系统与设计 47 5 影响系统优化的因素 指对系统的目标函数产生显著影响 并且可以人为调节的因素 几个关键字 优化目标 目标函数 约束条件 不能人为调节 影响因素 可人为调节 二 系统的分析 第三单元系统与设计 48 二 系统的分析 第三单元系统与设计 5 系统最优化的方法 使系统达到最优的目标而提出的求解方法 要求 综合案例 分析系统优化的实现 数学模型 最优解 科学估算 试验 满意解 49 三 系统的设计 第三单元系统与设计 1 系统设计的目的 方法与过程 P95 系统设计的目的与要求 系统设计要从整体出发 以系统的整体最优为目的 不同行业的系统设计有着不同的技术要求 系统各部分之间的相互联系与相互作用 运用系统的思想充分考虑各部分之间的相互关联 冲突问题 注重各部分之间的横向 纵向联系 依据系统的动态性和环境适应性 考虑当前和长远 系统设计方案进行优化 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 50 2 系统设计的一般步骤 系统设计的步骤包括 将系统分解为若干子系统 确定各子系统的目标 功能及其相互关系 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 三 系统的设计 第三单元系统与设计 51 三 系统的设计 第三单元系统与设计 3 简单系统的设计 了解系统设计应解决的主要问题和基本的设计过程 写出系统设计或系统优化设计的书面方案 包括必要的设计草图以及量化数据 案例 手电筒照明供电部分的设计 52 三 系统的设计 第三单元系统与设计 案例分析 手电筒照明部分的设计设计要求 可照明的手电筒 携带方便 使用安全设计分析 1 可把手电筒照明供电部分分为照明和供电两个子系统 照明子系统的要素是灯泡 导线 供电子系统的要素是电源和开关 2 手电筒的功能取决于它的各个要素组成 电源通过导线的连接驱动灯泡发光 这些要素缺少任何一个 手电筒都不能正常工作 3 选择合适的元器件 使它们相互匹配 并能达到要求 53 方案A 1 设计一个简单的电路 画出电路图 2 根据电路图 选择元器件 如灯泡 干电池 导线等 并连接电路 3 通过控制开关 使灯泡发光 方案B选择元器件为发光二极管及干电池 金属筒等 其它步骤参照方案A 方案C设计一个自发手电筒不需要干电池 不会对环境造成污染 54 55 56 第三单元系统与设计 一 系统的结构 3 系统的类型 P74 1 自然系统和人造系统 如生态系统 人体系统是自然系统 如计算机系统和机械传动系统是人造系统 2 实体系统和抽象系统 生物系统 机械系统是实体系统 抽象系统是非实物形态的 如哲学系统 计算机操作系统是抽象系统 静态系统和动态系统开放系统和封闭系统 57 4 系统的基本特性 P84系统的基本特性主要有整体行 相关性 目的性 动态性和环境适应性等 第三单元系统与设计 一 系统的结构 这些特性都体现了一定的思想与方法 结合课本相关案例 学会运用系统的基本特性 分析身边的系统特别是P76 P84页案例分析 58 第三单元系统与设计 4 系统的基本特性 1 整体性 是系统最基本的特性 也是观察和分析系统最基本的思想和方法 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 部分 在孤立状态下所没有的 系统任何一个要素 部分 发生变化或出现故障时 都会影响其他要素 部分 或整体功能的发挥 系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和 一 系统的结构 59 第三单元系统与设计 4 系统的基本特性 2 相关性 是指组成系统的各要素之间或系统整体与部分之间的相互作用 相互联系 碳含量与合金钢材料的整体性能的相关性梁的跨度与梁的厚度之间的关系 3 目的性 任何系统都具有某种目的 都要实现一定的功能 这正是区别不同系统的标志 对于复杂的系统 目标有多个 往往用一个指标体系来描述系统的目标 一 系统的结构 60 第三单元系统与设计 4 系统的基本特性 4 动态性 任何系统都是一个动态的系统 处在运动变化和发展之中 5 环境适应性 系统只有具有对环境的适应能力 才能保持和恢复系统原有的特性 春捂秋冻电冰箱放合适的位置飞机在空中适应环境的飞行 一 系统的结构 61 二 系统的分析 1 系统分析及其目的 系统分析是指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考察 分析 比较 试验 并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序 或对原有的系统提出改进方案的过程 目的 寻求解决问题的最佳决策 系统分析可以减少决策的失误 第三单元系统与设计 62 2 系统分析的一般步骤 二 系统的分析 第三单元系统与设计 1 明确问题 设立目标 2 收集资料 制定方案 3 分析计算 评价比较 4 检验核实 作出决策 田忌赛马 63 二 系统的分析 第三单元系统与设计 3 系统分析的主要原则 系统分析应遵循整体性原则 丁谓修复皇宫 科学性原则 三三进九不如二五一十 综合性原则 孝襄高速公路 64 丁谓研究了工程之后 制订了这样的施工方案 首先 从施工现场向外挖了若干条大深沟 把挖出来的土作为施工需要的新土备用 于是就解决了新土问题 第二步 从城外把汴水引入所挖的大沟中 于是就可以利用木排及船只运送木材石料 解决了木材石料的运输问题 最后 等到材料运输任务完成之后 再把沟中的水排掉 把工地上的垃圾填入沟内 使沟重新变为平地 挖沟 取土 引水入沟 水道运输 填沟 处理垃圾 丁谓修复皇宫 65 有人整天逛商场买衣服 花的钱很多 便利的东西买得不少 可是高档的 合身的衣服却很少 有人2年买一次高档衣服 一穿10年 10年可买5件高档衣服 有人赌博 赢得次数多 但赢得钱很少 有人赢得次数少 但赢得钱很多 有的人论文很多 国家级核心刊物的1篇没有 有人2年写1篇 10年发表4篇 中国的大学很多 进入世界前100名的很少 有的国家的大学很少 进入世界前100名的很多 有的学校校长很多 班子威信不高 有的学校校长很少 学校社会声誉却很高 有的人吃饭次数多 但不肥胖 有的人吃饭次数少 但却肥胖 而且有 三高 有的人整天很忙 跑路时还在系裤带子 回头一看 不知自己做了什么 有的人很从容 硕果却累累 有的人活了很长时间 许多人却不知道他对社会 他人有什么贡献 有的人活的时间很短 许多人永远在怀念他 有的人一生娶很多的老婆 结果真心的一个没有 有的人一生只有一个老婆 却真诚相爱到永远 有的人说得很多 许多人都不知道讲了什么 有的人说得很少 发展是硬道理 但知道的人很多 三三进九不如二五一十 66 孝襄高速公路 金角银边 缀明珠 孝襄高速公路是我国西部开发大通道银川至武汉高速公路的重要一段 起点位于京珠高速公路孝南区盛家湾 途经孝感 随州 襄樊等10个市的29个乡镇 终点接襄十与襄荆高速公路襄阳县郜营互通 全长243公里 采用双向4车道 沥青混凝土路面 设计行车速度120公里每小时 项目总投资72亿元 其中世界银行贷款2 5亿美元 工程于2002年11月动工建设 2005年9月30日通车 提前了8个月建成通车 67 4 系统优化的目的 P89系统的优化是指在给定的条件 或约束条件 下 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 最小的成本 最大的利润 最短的工期 更多的工程量 最少的能耗 更多的产品 单位面积土地 更高的农业产量 案例 农业间作套种 家具利润问题等 二 系统的分析 第三单元系统与设计 68 5 影响系统优化的因素 指对系统的目标函数产生显著影响 并且可以人为调节的因素 几个关键字 优化目标 目标函数 约束条件 不能人为调节 影响因素 可人为调节 二 系统的分析 第三单元系统与设计 69 二 系统的分析 第三单元系统与设计 5 系统最优化的方法 使系统达到最优的目标而提出的求解方法 要求 综合案例 分析系统优化的实现 数学模型 最优解 科学估算 试验 满意解 70 三 系统的设计 第三单元系统与设计 1 系统设计的目的 方法与过程 P95 系统设计的目的与要求 系统设计要从整体出发 以系统的整体最优为目的 不同行业的系统设计有着不同的技术要求 系统各部分之间的相互联系与相互作用 运用系统的思想充分考虑各部分之间的相互关联 冲突问题 注重各部分之间的横向 纵向联系 依据系统的动态性和环境适应性 考虑当前和长远 系统设计方案进行优化 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 71 2 系统设计的一般步骤 系统设计的步骤包括 将系统分解为若干子系统 确定各子系统的目标 功能及其相互关系 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 三 系统的设计 第三单元系统与设计 72 三 系统的设计 第三单元系统与设计 3 简单系统的设计 了解系统设计应解决的主要问题和基本的设计过程 写出系统设计或系统优化设计的书面方案 包括必要的设计草图以及量化数据 案例 手电筒照明供电部分的设计 73 三 系统的设计 第三单元系统与设计 案例分析 手电筒照明部分的设计设计要求 可照明的手电筒 携带方便 使用安全设计分析 1 可把手电筒照明供电部分分为照明和供电两个子系统 照明子系统的要素是灯泡 导线 供电子系统的要素是电源和开关 2 手电筒的功能取决于它的各个要素组成 电源通过导线的连接驱动灯泡发光 这些要素缺少任何一个 手电筒都不能正常工作 3 选择合适的元器件 使它们相互匹配 并能达到要求 74 方案A 1 设计一个简单的电路 画出电路图 2 根据电路图 选择元器件 如灯泡 干电池 导线等 并连接电路 3 通过控制开关 使灯泡发光 方案B选择元器件为发光二极管及干电池 金属筒等 其它步骤参照方案A 方案C设计一个自发手电筒不需要干电池 不会对环境造成污染 75 76 77 第四单元控制与设计 1 理解控制的含义及其在生产和生活中的应用2 分析典型的案例 了解手动控制 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 3 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 执行器等环节的作用 熟悉反馈环节的作用 4 能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素 并作分析 5 了解简单的被控制对象的基本特征 能确定被控量 控制量 画出控制系统的方框图 并形成初步的控制设计的方案 考点 78 第四单元控制与设计 一 控制手段与应用 1 控制的含义 人们按照自己的意愿或目的 通过一定的手段 使事物向期望的目标发展 这就是控制 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采取什么控制手段 例如 人力三轮车转弯过程中的方向控制问题 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 1 控制的手段 79 第四单元控制与设计 一 控制手段与应用 1 控制的手段 2 控制的分类 从控制过程中人工干预的情形来分 控制有人工控制和自动控制 有无人直接参与 按照执行部件的不同 控制可分为机械控制 气动控制 液压控制 电子控制等 当然 在很多控制事例中 控制的手段又可以是综合的 80 第四单元控制与设计 一 控制手段与应用 2 控制的应用 控制应用到生活中 提高了人们的生活质量 空调对房间温度的控制是房间温度适宜 自动取款机缩短取款时间 自动水龙头等 生产中往往需要对温度 湿度 压力 速度及加工动作等进行控制 控制在生产中得到了极为广泛的应用 提高质量和生产效率 减轻劳动强度 81 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 1 控制系统 任何一种控制的实现 都要通过若干个环节 这些环节就构成了一个系统 称为控制系统 控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系 控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统 82 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 83 2 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 对于开环控制系统 通常可以用下面的方框图来描述 控制量输入量 控制器 执行器 被控对象 输出量 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 84 输入量即控制系统的给定量 如游泳池进水设定时间 输出量 被控量 即控制系统所要控制的量 也是控制系统的输出信号 如游泳池的水位被控对象即控制系统系统中所要求的装置或生产过程 如游泳池执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件 如进水阀门控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件 如控制电路 控制量即执行器的输出信号 如流过阀门的水量 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 2 开环控制系统 85 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 2 开环控制系统 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 电子门铃 自动门 宾馆自动叫醒服务等 86 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 2 开环控制系统 87 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 2 开环控制系统 88 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 3 闭环控制系统 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 从反馈来看 闭环控制系统是指在把输出端和输入端之间存在反馈回路 输出量对控制过程产生影响的控制系统 89 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 3 闭环控制系统 闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量 输出量 的偏差 检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端 90 第四单元控制与设计 二 控制系统的工作过程与方式 91 三 闭环控制系统的干扰与反馈 第四单元控制与设计 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 有的干扰因素是由于环境造成的 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 在控制系统中 干扰因素可能有一个 也可能有若干个 控制系统在工作过程中必须克服干扰 使被控量稳定 有些情况下可以利用干扰达到某种目的 1 干扰因素 92 三 闭环控制系统的干扰与反馈 第四单元控制与设计 2 反馈 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 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 普通电水壶自动电水壶 93