系统的优化

国家体育馆鸟巢原设计方案鸟巢图片欣赏我们做任何事情都希望达到最优的效果。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。系统的优化思考：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】：浙江天台县高速噪音超标80%，66户村民告上法庭“6年来，他们最大的愿望就是睡个安稳觉”；高速公路越来越忙，就是声音大得受不了；天台66户村民状告上三高速；新的问题需要我们智慧的回应和解答。核心事件：上三高速建成通车已有6年，6年来车流日增，在接近高速天台出口处，距离高速公路10米左右就有一排民房，这就是天台县桥下村。村民说，高速上车来车往的声音太大了，这几年来他们最大的愿望是能睡个安稳觉。于是，他们将高速公路公司告上法庭。天台县桥下村位于上三高速天台出口处，一共有250户人家，房子多是80年代造的。2000年底，上三高速公路通车，刚好在桥下村旁边经过。五六十户村民的家，与高速公路的距离在50米以内，最近的距离才10米。车辆增多产生的噪音让大家越来越无法忍受。陈立广家是一栋2层小楼，最外面的窗户距高速公路10米左右。•Ⅰ类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。•Ⅱ类标准适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区•Ⅲ类标准适用于工业区。•Ⅳ类标准适用于交通干线道路两侧区域。噪音的危害•190分贝导致死亡•140分贝欧盟界定的导致听力完全损害的最高临界点•139分贝卡卡、梅西球迷的呐喊声•130分贝火箭发射的声音•125分贝喷气式飞机起飞的声音•120分贝在这种环境下呆超过一分钟即会产生暂时耳聋•110分贝螺旋浆飞机起飞声音、摇滚音乐会的声音•105分贝永久损听觉•100分贝气压钻机声音、压缩铁锤捶打重物的声音•90分贝嘈杂酒吧环境声音、电动锯锯木头的声音•85分贝及以下不会破坏耳蜗内的毛细胞•80分贝嘈杂的办公室、高速公路上的声音•75分贝人体耳朵舒适度上限•70分贝街道环境声音•50分贝正常交谈声音•20分贝窃窃私语1、问题——车道附近车流污染严重影响附近人群健康，消除或减轻噪音污染成为优化学校等大环境系统的重要课题。选择合适的优化方法讨论：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•减小噪音原则：一、声源处减弱二、传播过程中减弱三、接收处减弱1、密闭声源，在声源处建造隔声墙，防止噪声直接向外传播。2、给机器上足润滑油，即防止产生噪音，又能保护机器。3、加强绿化，在繁杂的公路两旁植树造林，形成屏障。4、给添置隔音设施。5、在耳朵处加塞隔音装置，如好的耳塞。选择合适的优化方法建造隔音墙•问题：•1、隔音墙的高度、长度如何考虑？•2、隔音墙的墙体结构、外形怎么考虑？•3、隔音墙墙体选用何种材料？•4、隔音墙改善噪音效果如何评价？1、隔音墙的高度、长度如何考虑？•隔音墙的隔音效果，高度与长度是两个关键，隔音墙只要能阻隔道路和受体的视线，至少就能减少5分贝的音量，而且每增加1米，能减少1.5分贝。1、隔音墙的高度、长度如何考虑？•而长度方面，不能跟受体的宽度刚刚好，必须与最近受体的垂直距离为准，向左右两边延伸4倍距离的长度，才能防止声音从两端流进受体。隔音墙的墙体结构、外形怎么考虑？•单侧直板式；•双侧直板式：•带折檐式：屏障内侧加衬吸声结构。隔声效果好，保护的范围比直板式的大；•全封闭式：用于向空间发展的居民区穿越高层建筑群的公路上，隔声效果25dB，保护面积可以覆盖整个居民区，但造价较高。•生态隔音墙：传统的声障墙常用的材料有金属板、玻璃板、混凝土板、木板和塑料板等。这类刚性的、表面平滑的声障墙，隔音效率一般都较差，只2～5分贝。为了提高其隔音效率，常用的方法是将其表面加糙(如将表面加工成“破碎形状”)，或采用粗糙的“木材混凝土”等措施。采取这些改进措施之后,声障墙的效率可提高30%～50%，即隔音效率可达7分贝左右。3、隔音墙墙体选用何种材料？•声屏障的地上部分即屏蔽层可采用砖墙、薄钢板、铝合金、玻璃钢、聚碳酸脂塑料等耐老化，抗腐蚀材料；声屏障的地下部分即基础则以混凝土及钢材为主。•为了有效的阻止噪声穿过隔音墙，声屏障的材料必须坚硬且具有一定的密度（最少20公斤/平方米）。3、建隔音墙的技术要点⑴具体测量噪音程度。⑵建立隔音墙防噪音的数学模型及墙体参数关系条件，求其数学解。⑶要做到投入最小、效果最好。⑷验证试验。如计算机仿真4、实施优化⑴墙体结构与材料，与上面的定量计算相关。⑵美观。⑶效果。高速公路隔音墙高架路上的隔音墙日本的隔音墙系统优化的意义•修建隔音墙，以较小的投入，获得了好的治理噪音污染的效益，使社会环境大系统的整体得以优化。•系统被改善了，就是系统被优化了。获得系统的最佳效益或最佳功能，就是系统优化的意义。改善学校周边环境思考：我校周边环境现状是什么，哪些需要改进？改善学校周边环境•1、学校附近有车道，噪音污染较严重。•2、学校周围的无证摊贩多，占道经营。•3、交通设施不完善⑴(无公交站、缺红绿灯、斑马线)⑵乱停车（接送学生车辆，社会车辆）•4、校园面积小，开展活动不方便。周边环境的情景特征分组讨论：根据我校实际，提出改善的方案•思考•我校设有一个学生食堂，近两年，随着学校办学规模的扩大，就餐人数随之增加，每到中午就餐时间，学生们排着长队等待就餐。•如何减少学生就餐排队时间？请提出解决这一问题的几种方案，运用系统分析方法选择一种经济、最有效可行、最容易实现的办法。从中选择方案，制定最适宜方案•1:增加窗口和食堂人员2:分时段就餐3:增加一个食堂4:增加食堂的面积5:提前分发好饭菜6:提倡学生回家吃7:增加就餐座位8:提供饭盒打包9:学生两人一组,分工合作10:分批到两个食堂就餐11:外卖服务12:限制就餐时间(15分钟)13:提高食堂人员素质14:送餐上门服务二、假如你是村长：怎样为本村筑好一条致富路——影响系统优化的因素1、系统优化的一般性步骤⑴需要进行优化的问题交通闭塞⑵选择合适的优化方法——优化方略与筹谋修路勘测预算选择合适的筑路方法和计划（根据本村的人力、物力、财力）⑶验证与实施条件校验实话与调整确定路线确定土石方量、器材种类与数量、人力、经费校验人力、物力、财力是否具备。合理分配，节约资源，促使优化指标和约束条件得以满足。及时调整，计划与施工，再进入优化进程。①优化追求的目标要适度。②系统优化离不开条件，条件是否具备直接影响优化。③某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。④希望投入最小，而取得的效益最大。影响系统优化的因素：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：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。【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=35【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。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。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■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■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施工27周1投入少简单平行施工9周3投入多复杂流水施工15周1较多较简单思考优点：（1）工期____（2）需要水电、木工和油漆各____个装修队同时工作。（3）相对于平行施工的方式,这种方式在施工时间内投入的人力、施工设备、材料____。在这一优化的案例中，影响优化的主要因素有哪些？如：施工时间、装修队和设备的数量等