高中通用技術二輪復習專題七 系統(tǒng)與設計 2011高考

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1、專題七系統(tǒng)與設計 知識框架 系統(tǒng)與設計 系統(tǒng)的含義 系統(tǒng)的含義 系統(tǒng)的基本特性 系統(tǒng)的分析 系統(tǒng)分析的基本方法 系統(tǒng)分析的一般步驟 系統(tǒng)的設計 系統(tǒng)分析的主要原則 簡單系統(tǒng)方案設計 系統(tǒng)的優(yōu)化 系統(tǒng)優(yōu)化的意義 影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素 復習要點 1．理解要素、部分、結構、功能之間的區(qū)別與聯(lián)系，了解構成系統(tǒng)具備的三個條件。 2．了解系統(tǒng)由哪些要素構成，有沒有子系統(tǒng)，其內在的關系如何，系統(tǒng)的功能是什么：在系統(tǒng)功能中，哪些要素或子系統(tǒng)在起主要的作用。 3．通過簡單的系統(tǒng)案例分析，理解系統(tǒng)的基本特性。理解系統(tǒng)

2、的整體性在系統(tǒng)基本特性巾的地位，區(qū)別系統(tǒng)的動態(tài)性與環(huán)境適應性的區(qū)別。 4．初步掌握系統(tǒng)分析的基本方法，了解系統(tǒng)分析的一般步驟，了解系統(tǒng)分析的主要原則。 5．通過簡單的系統(tǒng)設計分析，了解系統(tǒng)設計是在系統(tǒng)分析的基礎上．設計出滿足預定目標的系統(tǒng)的過程、了解系統(tǒng)設計應考慮的主要問題。了解系統(tǒng)設計的一般步驟。 6．了解簡單系統(tǒng)的方案設計所包含的幾個環(huán)節(jié)。 7．掌握系統(tǒng)優(yōu)化的概念，了解系統(tǒng)優(yōu)化的意義。 8．了解影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。 重點提示 1．系統(tǒng)的觀點一般包含下列幾個方面： (1)系統(tǒng)是一個整體，不是各個要素的簡單相加。 (2)系統(tǒng)的整體功能是

3、各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的。 (3)任何一個要素發(fā)生變化或出現(xiàn)故障，都會影響整體功能的發(fā)揮。 (4)系統(tǒng)的整體功能大于組成系統(tǒng)的各部分功能之和，即通常所說的：1+1>2。 (5)不能離開整體去分析系統(tǒng)的任何一個組成部分。 (6)系統(tǒng)的各要素之間或系統(tǒng)與部分之間的相互作用、相互聯(lián)系。 (7)任何系統(tǒng)都具有特定的功能。 (8)任何系統(tǒng)都是一個動態(tài)的系統(tǒng)，處在運動變化和發(fā)展之中。 (9)一個系統(tǒng)與其所處的環(huán)境之間通常都有物質、能量和信息的交換，外界環(huán)境的變化會引起系統(tǒng)特性的改變，并相應地引起系統(tǒng)功能和系統(tǒng)內各部分相互關系的變化。 2．動態(tài)性與環(huán)境適應性

4、的比較 動態(tài)性是系統(tǒng)本身的運動特性，強調自身運動變化，系統(tǒng)本身是引起系統(tǒng)變化的主要原因，動態(tài)性是系統(tǒng)中體現(xiàn)運動變化的永恒的規(guī)律；環(huán)境適應性強調的是外部環(huán)境對系統(tǒng)的影響，是外在因素促使內部變化，或者說由于外部的物質能量發(fā)生變化，系統(tǒng)被動地適應著周圍環(huán)境的變化。從這兩個方面可以看出，系統(tǒng)本身是運動的，同時也可以隨環(huán)境的變化而運動。動態(tài)性與環(huán)境適應性實際上是系統(tǒng)運動變化的兩種不同的方式。 3．系統(tǒng)分析的整體性與系統(tǒng)特性中的整體性 系統(tǒng)的整體性是指系統(tǒng)總是以一個整體的形式存在，而且總是發(fā)揮著整體的功能。盡管它是由各要素部分組成，但最后所表現(xiàn)的總是整體的特征。因此說整體性是系統(tǒng)本身的一個屬

5、性，是系統(tǒng)各要素構成的整體的意義指向，更多的側重于系統(tǒng)產生的效果。系統(tǒng)分析是對系統(tǒng)進行科學決策時的一種方法，整體性原則就是要求我們用整體而不是孤立的觀點看問題。 4．系統(tǒng)優(yōu)化的方法與方案 在系統(tǒng)優(yōu)化中，目標函數(shù)：給定一個“函數(shù)”F(x)，以及自變量x應滿足的一定條件，求x取怎樣的值時，F(xiàn)(x)取得最大值或最小值。通常，稱F(x)為目標函數(shù)，x應滿足的條件為約束條件。從系統(tǒng)優(yōu)化層面上來說，即是實現(xiàn)目標與限制條件之間的函數(shù)關系式。在多數(shù)技術設計中，需要對這個目標函數(shù)進行周密的運算，找出最合理的方法和方案。 約束條件：對目標函數(shù)產生影響而非人為調節(jié)的限制條件。 例題解析 【例1】下

6、列關于系統(tǒng)要素與系統(tǒng)功能的敘述，正確的是( ) A．要素的功能決定系統(tǒng)的功能 B．系統(tǒng)的功能決定要素的功能 Ｃ．要素的變化引起系統(tǒng)的功能變化 D．系統(tǒng)功能發(fā)生變化，要素必然變化 （分析）本題考查要素與系統(tǒng)的關系。系統(tǒng)是由要素構成的，要素是構成系統(tǒng)的最主要的元素。系統(tǒng)是一個整體，它不是各個要素的簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的。系統(tǒng)的任何一個要素發(fā)生變化時，都會影響其他要素的發(fā)揮，同時影響系統(tǒng)的整體功能。答案：C 【例2】機器零件的胡亂堆積構不成機器系統(tǒng)，只有當它們按照一定的裝配關系組合起來時，才能構成機器系統(tǒng)。這表明了系統(tǒng)的(

7、 ) A．整體性 B．動態(tài)性Ｃ．結構性 D．相關性 （分析）本題考查“系統(tǒng)的基本特性”。系統(tǒng)是一個整體，它不是各個要素的簡單相加，而是按照一定的關系組合成的一個整體．系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下所沒有的。而相關性是強調各要素之間及系統(tǒng)和要素之間的相互作用、相互聯(lián)系。答案：A 【例3】小張發(fā)現(xiàn)自己騎車特別費力。于是，他對自行車系統(tǒng)的各組成部分進行分析與研究，從車圈到輪胎，從鏈輪到腳蹬，最后排除了故障。下列選項與上面的案例無關的是( ) A．小張考慮到系統(tǒng)的整體性 B．小張對系統(tǒng)進行了整體性分析 Ｃ．小張對自

8、行車系統(tǒng)進行了優(yōu)化 D．小張進行了系統(tǒng)設計 （分析）本題考查系統(tǒng)的特性、系統(tǒng)分析的主要原則及系統(tǒng)的優(yōu)化等內容。系統(tǒng)的整體性表示系統(tǒng)的最基本特性，它不是各個要素之和，系統(tǒng)的整體性是各要素所沒有的。由于系統(tǒng)存在著整體性，于是就出現(xiàn)了系統(tǒng)的整體分析方法。對系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給定的條件下，根據系統(tǒng)的優(yōu)化的目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大化。本案例應該說與系統(tǒng)設計無關。答案：D 搖手 【例4】趙偉在家里看見母親在陽臺上曬衣服很不方便，就決定用自己學過的知識設計一個升降式晾衣架。他查閱資料，又對商店里的成品進行分析研究，最后采用圖所示的設計圖。請你用系統(tǒng)分析的方法來分析

9、此晾衣架，指出不足之處，提出優(yōu)化的方法． [提示]圖示的升降式晾衣架是一個系統(tǒng)，主要由三個部分組成：動力部分(搖手)、傳動部分(繩索與滑輪)、目標部分(兩根曬衣桿)。這三個部分組成一個晾衣架是有欠缺的，至少還缺少另外一個部分：制動部分。如果沒有制動部分，那么，晾衣架就根本無法懸在空中。另外，當搖手一搖時，兩根曬衣桿同時升降，這在操作上存在嚴重缺陷的。因此，還必須考慮兩根曬衣桿分開控制。要在整體上實現(xiàn)功能的優(yōu)化，在設計的時候必須充分考慮其科學性與實用性，可以進行以下幾個方面的優(yōu)化處理： (1)制動部分應該與搖手連在一起．采用一種既操作方便、靈活，又容易實現(xiàn)控制的結構。而搖手應該是折疊

10、式的，而且是內置式的結構。(如圖所示) (2)采用兩桿分別控制，所以用兩個搖手來分別控制。 (分析)本題主要考查學生是否能用系統(tǒng)分析的方法來進行具體的分析，讓學生了解系統(tǒng)分析法是怎樣進行分析，同時，還必須有理論聯(lián)系實際的能力，實現(xiàn)具體的優(yōu)化。系統(tǒng)分析的方法，其實就是用整體的聯(lián)系的觀點分析系統(tǒng)，發(fā)揮系統(tǒng)功能，實現(xiàn)系統(tǒng)目標的分析方法。如果要分析某個系統(tǒng)，就必須了解該系統(tǒng)的整個工作過程，了解實現(xiàn)其功能過程中可能會產生什么情況。 自主練習 一、基本題 1．臺燈是一個系統(tǒng)．它由燈泡、支撐架、燈罩、開關、底座等五個部分組成。其中燈泡不能被稱為系統(tǒng)的( ) A．環(huán)節(jié) B．子

11、系統(tǒng)Ｃ．部分 D．要素 2．盡管杭州的道路建設年年有大的投入，但是，隨著私家車的不斷增加，杭州的道路反而變得越來越擁擠了。市政府對整個交通系統(tǒng)進行分析后，決定建設地鐵．下列說法正確的是 ( ) A．有了地鐵就能對交通系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化 B．因為地鐵速度快。才實現(xiàn)對交通系統(tǒng)的優(yōu)化 C．因為地鐵在地下運行，才實現(xiàn)對交通系統(tǒng)的優(yōu)化 D．必須與其他交通工具及基礎設施配套，才能實現(xiàn)優(yōu)化 3．每個系統(tǒng)都由兩個或兩個以上的要素構成，而每個要素之問都有相關性。下列對系統(tǒng)相關性的理解．正確的是( ) A．各要素在系統(tǒng)的地位平等 B．各要素在系統(tǒng)的作系統(tǒng)的作用相

12、同 C．各要素對系統(tǒng)整體功能的影響相似 D．各要素對系統(tǒng)的作用不同，但相互影響 4．阿基米德式螺旋抽水機是古希臘科學家阿基米德在公元前3世紀為了將水從大船的船艙中排出而發(fā)明的。這個系統(tǒng)屬于( ) A．自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng) B．實體系統(tǒng)和抽象系統(tǒng) C．自然系統(tǒng)和社會系統(tǒng) D．人造系統(tǒng)和實體系統(tǒng) 5．系統(tǒng)論的創(chuàng)立者是( ) A．美國科學家維納 B．美國數(shù)學家申農 Ｃ．美籍生物學家貝塔朗菲 D．美籍數(shù)學家馮-諾依曼 6．下列成語其含義與整體性無關的是( ) A．盲人摸象 B．只見樹木，不見森林 C．頭痛醫(yī)

13、腳，腳痛醫(yī)頭 D．見風使舵 7．認為“系統(tǒng)要素好，整體性能一定好，以局部說明整體”的機械論觀點違反了系統(tǒng)的( ) A．整體性原則 B．目的性原則 C．相關性原則 D．功能性原則 8．水分子也可以看成一個系統(tǒng)，而水分子的性質與H、O的性質不同。這說明( ) A．系統(tǒng)要素之間相互影響 B．要素的性質影響系統(tǒng)整體 Ｃ．整體的性質不是要素所具備的 D．要素的性質可以分析出整體的性質 9．系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素組成的具有特定功能的有機整體，它與系統(tǒng)外環(huán)境的關系是( ) A．

14、環(huán)境適應系統(tǒng)的變化 B．環(huán)境決定系統(tǒng)的變化 Ｃ．系統(tǒng)決定環(huán)境的變化 D．系統(tǒng)適應環(huán)境的變化 10．計算機鼠標是一個完整的系統(tǒng)。下列敘述中，不作為鼠標構成系統(tǒng)的條件的是( ) A．內部由電路及光電感應傳感器等要素構成 B．有具體鼠標的功能 Ｃ．鼠標內部的要素都是相互關聯(lián)的 D．鼠標的外形設計符合人機關系 11．進行系統(tǒng)分析的出發(fā)點是為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能，目的是( ) A．了解系統(tǒng)結構 B．明白系統(tǒng)的原理 Ｃ．熟悉系統(tǒng)的運行過程 D．尋求最佳決策 12．一般來說，進行系統(tǒng)分析

15、的初始環(huán)節(jié)是( ) A．收集資料，制訂方案 B．分析計算．評價比較 Ｃ．明確問題，設立目標 D．檢驗核實．作出決策 13．某包裝公司為某一個產品設計紙箱，在決定紙箱的大小、厚度、材質時．需研究各個方面的因素：產品的自重與外形特征，產品的濕度及抗壓性要求，產品的存放、搬運要求．集裝箱空間的適配，產品的制造特點，成本及國家的一些技術規(guī)范，等等。如果我們把設計紙箱作為一個系統(tǒng)工程，那么這個研究過程稱為( ) A．系統(tǒng)的認識 B．系統(tǒng)的優(yōu)化 C．系統(tǒng)的分析 D．系統(tǒng)的設計 14．下列針對汽車發(fā)動機起動系統(tǒng)的說法，錯誤的是( ) A．起動系統(tǒng)具有

16、系統(tǒng)的所有特性 B．整體性是起動系統(tǒng)的重要特性 C．組成起動系統(tǒng)的各部分是相關的 D．起動系統(tǒng)的環(huán)境適應性就是動態(tài)性 15．分析題笛卡兒方法論的主要觀點是把復雜的問題分割成若干個簡單的問題進行分析處理。他的理論對西方近代科學的飛速發(fā)展起到了巨大的促進作用。但直到阿波羅號登月工程的實施，科學家才發(fā)現(xiàn)，有的復雜問題無法分解，必須以復雜的方法來對待，因此導致系統(tǒng)工程的創(chuàng)生。請你用系統(tǒng)的觀點分析，笛卡兒的方法論主要違背了系統(tǒng)理論中的什么原則。 二、拓展題 16．時鐘由于運行時間久，內部齒輪磨損，動力不足，就會產生報時的偏差。這說明系統(tǒng)是（ ) A．動態(tài)的

17、B．綜合的Ｃ．適應環(huán)境 D．穩(wěn)定的 17．時鐘結構中的任何一個齒輪的損壞都會影響時鐘的正常功能，這說明( ) A．要素決定系統(tǒng) B．要素發(fā)生變化．影響整體功能 C．系統(tǒng)是各要素之和 D．整體功能大于各要素功能之和 18．某公司為了節(jié)約能源，計劃設計一個在冬天能夠供熱而在夏天能降溫的地熱泵技術系統(tǒng)，如圖。該系統(tǒng)主要由地熱泵、地下管道、冷熱輸出器及控制器組成。該公司在設計中不需要首先考慮的是( ) A．查閱國外地熱泵技術系統(tǒng)的相關資料 B．實現(xiàn)熱泵技術的可行性 C．

18、系統(tǒng)的科學性 D．系統(tǒng)裝置進行技術試驗 19．新研制的汽車下線后，必須用檢測系統(tǒng)進行完整的檢測。該檢測系統(tǒng)是指( ) A．管理部 B．技術部門Ｃ．檢測設備 D．檢測流程 20．“二戰(zhàn)”期間，美軍的運輸船要通過日軍控制的海域，有被日本空軍擊沉的危險。如果在運輸船上時裝高射炮，可以使日軍的飛機不敢低空飛行，從而有效降低被擊沉的可能性，但由于加裝高炮后會使每艘船的運輸量減少，客觀上運輸船通過該海域的頻次不得不增多，這義將增加被擊沉的可能性。這個事例可以說明，系統(tǒng)優(yōu)化的實現(xiàn)需要( ) A．減少約束條件 B．降低目標函數(shù) C．降低影響因素

19、D．綜合各種因素 2l．評價題某中學生對自己家里的分離式水龍頭(注：此水龍頭主要用在公共場所，水龍頭的旋扭部分與閥門部分可以隨意分開，如圖)進行仔細的觀察、分析、研究后．結合掛鎖與鑰匙的結構特點(鎖開時不能取出鑰匙，鎖合時才能取出鑰匙)，發(fā)明了“鎖式活動水龍頭”。這種水龍頭突出的優(yōu)點是：當拔出旋鈕時水龍頭必然關閉水閥，如果正常使用時，則旋鈕無法與龍頭分離。這種設計有效地解決了因為停水時不知道閥門是否關閉(旋扭已經被取下)而造成大量水的浪費。 請結合系統(tǒng)的“整體性、相關性和目的性’’三個特性對該“鎖式活動水龍頭”系統(tǒng)進行評價。 22．分析題從掛鎖這個系統(tǒng)實例，來分析系統(tǒng)的整

20、體性、相關性、目的性、動態(tài)性和環(huán)境適應性五個基本特性。 【資料】鐵掛鎖主要是由鎖芯、彈子、鎖舌、鑰匙構成。鎖芯和鎖體之間有一排等徑的小孔，每個小孔中裝有兩只彈子，上面加彈簧。當鑰匙插入時，每個孔中的兩個彈子正好分在鎖芯和鎖體之間的結合面兩邊，從而帶動鎖舌滑動，鎖也就打開了。當鑰匙拔出或插入別的鑰匙時．彈子在彈簧和鑰匙的作用下參差不齊地穿插在鎖芯和鎖體之間的結合面上，因此，鎖芯不能轉動，鎖也就打不開了。所有的彈子只要有一個蹩在鎖芯和鎖體之間的結合面上，鎖就打不開。 23．巴蜀中學李雙江、陳力維兩位同學在第22屆重慶市青少年科技創(chuàng)新大賽中展出了“交通

21、信號夜間工作系統(tǒng)”，如圖。發(fā)明者認為，深夜里信號燈的“黃閃”，車輛和行人都可以通過．對雙方都不安全。而他們設計的系統(tǒng)，就是在紅綠燈前一定距離的路面上安裝地感線圈的同時，在斑馬線兩邊裝上紅外線探頭。紅外線探頭的作用就是感應是否有人在等待通過紅綠燈。當?shù)馗芯€圈感應到有車輛過來時，如果紅外線探頭也感應到有人在等待通過紅綠燈．它便會通過電路等設施，將信號傳輸?shù)郊t綠燈，此時便會亮起紅燈，并響起“請快速通過”的語音提示。而紅燈亮的時間會根據斑馬線的長短來設定。如果沒有人等待通過，車輛就會在紅綠燈下“暢通無阻”。請簡要對該系統(tǒng)進行分析，指出該系統(tǒng)在具體控制過程中的不足．從而提出新方案對該系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。

22、 專題七系統(tǒng)與設計 1 A 2 D 3 D 4 D 5 C 6 D 7 A8 C 9 D l0 D l1D 12 C13 C 14 D l5.笛卡爾的方法論主要觀點是把復雜的問題分割成若干簡單的問題進行分析處理，他這種理論主要違背系統(tǒng)論中的：(1)整體性原則：系統(tǒng)分析首先著眼于系統(tǒng)整體要先分析整體，再分析部分。把組成系統(tǒng)的各要素分析，也就無視系統(tǒng)的最大性質：整體性的存在、 (2)相關性原則：系統(tǒng)的各要素是相互聯(lián)系，相互影響．相互制約的，如果拋開系統(tǒng)的相關性，那么也

23、就無法得到系統(tǒng)的統(tǒng)一性．笛卡兒把復雜問題分割成若干簡單問題，就無視這種相關性的存在。 (3)科學性原則：把-一個整體分成若干個簡單部分，這種貌似簡單實質是機械的方法完全沒有科學性。系統(tǒng)論認為，要素之和大于整體；系統(tǒng)的功能是各要素所沒有的。 16. A 17. B 18. D 19．C 20. D 21．鎖式活動水龍頭是一個系統(tǒng)。對一個系統(tǒng)的評價。必然需要從系統(tǒng)實現(xiàn)的功能情況，系統(tǒng)本身的運行情況來分析。根據題意，該中學生對原來的分離式水龍頭進行了優(yōu)化設計，使功能更適合實際的需要。應該說，該系統(tǒng)已經解決了“因為停水時不知道閥門是否關閉(旋扭已經被取下)而造成大

24、量水浪費”的系統(tǒng)優(yōu)化目標，而且操作簡單，切實可行，想法新穎，制作方便，易把設計轉變?yōu)楫a品。 22．鐵掛鎖是一個完整的系統(tǒng)，從這個系統(tǒng)中，我們可以完整的得到系統(tǒng)的五個基本特性。 (1)整體性：鐵掛鎖由鎖芯、彈子、鎖舌、鑰匙等要素構成，鐵掛鎖的功能是各要素所沒有的。而系統(tǒng)的任何一個要素發(fā)生變化或出現(xiàn)故障，都將影響系統(tǒng)功能的發(fā)揮。 (2)相關性：相關性表現(xiàn)的是各要素之間是相互關聯(lián)的。像鎖芯、彈子、鎖舌、鑰匙是相互關聯(lián)互相影響的。 (3)目的性：該系統(tǒng)的目標就是實際“鎖”的功能。 (4)動態(tài)性：隨著時間的推移，鎖的性能將受到影響，功能也受到影響。 (5)環(huán)境適應性：外界環(huán)境的條件的變化，會

25、引起系統(tǒng)功能的變化。如在高溫與低溫的條件下，鎖的功能受到了很大的影響。 23．系統(tǒng)分析：該系統(tǒng)屬于一個控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的目標是：當?shù)馗芯€圈感應到有車輛過來，同時紅外線探頭也感應到有人在等待通過信號燈時，它便會通過電路等設施，將信號傳輸?shù)叫盘枱?，此時便會亮起紅燈，并響起“請快速通過”的語音提示。這樣就實現(xiàn)了行人能安全通過人行道。如果地感線圈感應到車輛而紅外線沒有感應到人通過時，則信號燈保持為綠燈，保證車輛順利通過。該系統(tǒng)由四個部分組成：信號感覺器、信號分析器、信號傳輸器及信號執(zhí)行器。該系統(tǒng)的控制的不足：紅燈亮的時間根據斑馬線的長短來設定。系統(tǒng)的優(yōu)化：紅外線探頭在設計的時候，當探測到有人進來的時候，必須在另一端或同一端檢測到人已經不在斑馬線上，才允許信號燈亮綠燈，讓車輛通過。 內容總結 （1）專題七系統(tǒng)與設計 知識框架 復習要點 1．理解要素、部分、結構、功能之間的區(qū)別與聯(lián)系，了解構成系統(tǒng)具備的三個條件 （2）這表明了系統(tǒng)的( ) A．整體性 B．動態(tài)性Ｃ．結構性 D．相關性 （分析）本題考查“系統(tǒng)的基本特性” （3）16. A 17. B 18. D 19．C 20. D 21．鎖式活動水龍頭是一個系統(tǒng)