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第四章发现与明确问题3.3系统的优化作为一个系统，通常会有这样或那样的问题。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、财力不是最小；或是某种性能不理想等等。因此系统需要改善，需要优化。我们做任何事情都希望达到最优的效果。如希望以最小的成本获取最大的利润，以最短的工期完成更多的工程量，以最少的能耗生产更多的产品，在单位面积上尽可能提高农业产量等。系统的优化鸟巢图片欣赏国家体育馆鸟巢原设计方案系统优化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。有一个农夫带着一条狼、一只羊和一筐白菜过河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，农夫只能带一样东西过河。你帮农夫解决问题？思考：1、农夫带着羊首先过河，农夫回来。2、农夫与狼过河，农夫与羊回来；3、农夫搬白菜过河，农夫回来；4、农夫与羊一起过河。请同学们阅读课本第三节的内容，找出下面问题的答案。1.系统优化的步骤。2.系统优化的影响因素。3.系统的优化有什么意义。思考：学习系统的优化有什么意义呢？系统优化的意义就是以最小的投入，获取系统的最佳效益或最佳功能。1、什么是系统的优化系统的优化是指在给定的条件（或约束）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）。【案例分析】北京航天桥附近居民的卧室距离阜石路高架桥直线距离不足30米，楼下还有公交车站。道路噪音严重影响居民的正常睡眠讨论：怎样改善噪音的污染，优化村民所处环境（系统）？选择合适的优化方法建造隔声墙生态型声屏障日本的隔音墙选择合适的优化方法给机器上足润滑油选择合适的优化方法公路两旁植树造林选择合适的优化方法加塞耳塞隔音？吸音？吸声原理是给声音留下个进入的通道（无数连接在一起的微小孔洞组成的通道，或者由数不清的纤维交织混在一起而形成数不清的细小缝隙）但是声音一旦进去就出不来了，由于通道太长，声音在里面钻来钻去，左右冲撞在这个过程总逐渐消耗掉能量，起到了吸音的作用。隔音原理隔音是利用质密的材料将声音隔绝于某个空间。隔声材料所具有的降噪作用叫做隔声性能，墙壁越厚材质越硬隔音性能就越好，相反材质疏松墙壁很薄隔音性能就差。吸音材料槽木吸音板孔木吸音板布艺吸音板木质扩散吸音板录音间或摄影棚内使用的活动墙板，通常一面为吸音材料，另一面为隔音及反射材料。其作用是减少录音间内各音源之串音，或利用墙板两面不同的吸音特性，调整音源的音质。修建隔音吸音墙：阻燃抗磨保温…...高度长度形状材料美观对未来的影响农作物种植系统的优化——农业间作套种目标：实现增产、增收，提高土地利用率。条件：农作物的生长特性(周期)、天气、气候等。手段：利用农作物生长的季节差、时间差，把相同或不同类的农作物套种在一起，有“麦、棉、瓜”，“麦、棉、菜”，“麦、瓜、棉、玉米”等多种模式供选择。某地区因地制宜地选择了“麦、瓜、棉、红薯”的套种模式，在正常天气条件下，按照套种的技术要求操作，夏季可收小麦（350~400）千克/亩，红薯2500千克/亩，无籽西瓜5000千克/亩，秋季产籽棉225千克/亩，平均每亩收入超过3000元，比原先提高了近五成。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？对于比较复杂的系统，人们对其特征了解不够，所以需要运用一定的数学手段描述它，进而找到合适的解决方案。案例：利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？Smax=50x+60y4x+6y≤60020x+18y≤400x≥8,y≥5设每周生产桌子X张，生产椅子Y张，则有：答案8张桌子,13张椅子,最大利润为1180元通用计算，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。3、最优化方法为使系统达到最优的目标而提出的求解方法称为最优化方法。系统优化的方法是多样的，有的运用数学模型求解，有的通过科学的估算、试验等方法实现。但无论运用怎样的优化方法，都需要经过若干次完善和验证，才能得出最优解或满意解。数学模型估算、试验最优解满意解完善、验证求解过程：最优化方法解决问题的一般步骤1、提出需要优化的问题和目标，收集有关资料和数据。2、分析影响系统优化的各种因素，确定变量，建立有关约束条件，建立求解最优化问题的有关数学模型，分析模型。3、选择合适的最优化方法。4、分析求解。5、最优解的验证和实施。【案例分析】装修施工的组织优化分析：根据装修的施工流程、资源利用、空间等要求进行分析，可以得到依次施工和平行施工两种方案，思考各自的特点。楼装修过程工期装修施工进度（周）369121518212427A水电3木工3油漆3B水电3木工3油漆3C水电3木工3油漆3■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■一、明确问题，设立目标施工项目：教学楼装修施工内容：教学楼A、B、C栋，需要水电、木工、油漆三个施工过程，每个施工过程需要3周时间目标：组织装修，使装修工期和资源利用最为合理。二、收集资料，制定方案方案一：按照施工要求，从A到B到C，依次进行施工。方案二：按照施工要求，A、B、C栋同时进行施工。方案三：按照施工要求，A、B、C栋进行流水施工。四、检验核实，确定方案根据分析，确定按照方案三进行施工。三、分析计算，评价比较选择出最佳方案：方案三施工特点方案三方案二方案一现场管理设备、材料施工队工期依此27周1投入少简单平行9周3投入多复杂流水15周1较多较简单小节：1.系统的优化的步骤（1）需要进行优化的问题。（2）选择合适的优化方法——优化的方略和筹谋。（3）验证与实施。2.影响系统优化的因素。（1）优化追求的目标要适度。（2）实施系统优化，总要有付出。（3）系统的优化是离不开条件的。（4）某些不确定的因素或者不可预见的因素也会影响系统的优化。3.系统优化的定量计算。练习【案例分析】在江边一侧有A、B两个工厂，它们到江边的距离分别是2km和3km，设两工厂沿江方向的距离是3.5km，现在要在江边修建一个码头，使得两厂的产品能够顺利过江，问码头应建在什么位置，才能使运输路线最短？码头？根据要求可画出下图，在江边DE上求一点C，使C到A、B两厂的距离之和为最短。数学模型为：Smin=AC+BC过A点作关于直线DE的对称点A1，连接A1B与DE相交于C，这一点既为所求的码头的地点。根据相似三角形原理，求得DC=1.4km，码头建在与A厂到江边垂直距离位置相距1.4km处，运输路线最短。如果22头牛吃33公亩牧场的草，54天后可以吃尽，17头牛吃28公亩牧场的草，84天可以吃尽，草每天以一定的速度不断的增长，那么要在24天内吃尽40公亩牧场的草，需要多少头牛？33X+54Y=54*2228X+84Y=84*17设牛每天的吃草量为1，每亩地的草量为X，草每天的增速为Y。X=11Y=1840*11+24*18=24*ZZ=351、王林家新买了一辆汽车，为了节省燃油，采取了下列系统优化措施，其中不正确的是（）A、合理使用汽车空调B、保持汽压合适C、每次加油时将油箱加满D、减少不必要的负载C2、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A3、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D4、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：①配备液晶电视；②配备公交车位置和到站时间的动态显示装置；③采用36伏安全电压；④减小站牌尺寸；⑤站牌上设置相应的盲文；⑥配备语音播报装置；⑦安装太阳能电池；⑧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：、、、。⑧③①②⑤⑥