第三单元 系统与设计
第四节 系统设计的基本方法
学习目标：
1、什么是系统设计？ 2、系统设计的基本原则有哪些？ 3、系统设计应考虑的主要问题有 哪些？ 4、系统设计的一般步骤是什么？
一、系统设计的定义
我们每个人都会在日常生活中遇到系统 设计，系统设计运用的案例比比皆是。如：
连锁店的货物配送系统 远程视频会议系统 企业资产的管理设计系统 室内装修设计 假期旅游行程设计 个人形象设计 ……
简易教室系统组成和层次结构
简易教室系统
教室平面
保温
通风
采光
防火子系统
疏散
教室平面设计
• 教室平面的形状、朝向问题、教室面积如何确定、 教室门窗如何设计、桌椅、讲台的摆放等。
学生最大人数、桌、凳所占面积
面积的预估 教室平面设计 各部分位置的确定 排、行、桌、凳之间空隙 估算教室前面的面积 班级必备物品
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小结
可见，系统设计就是 把设计对象看作一个完整 的系统，对系统各元素进 行分析与综合，使系统内 部协调一致，并使系统与 环境相互协调，以获程
都江堰工程是中国古代人民治 水的智慧结晶。始于战国初期，在 公元前250年，由秦蜀郡太守李冰 父子在前人治水的基础上，率民众 基本完成。 都江堰工程巧妙利用地形、地 势和表面地质条件，就地取用卵石、 竹、木材，顺势引导水流。工程由 三大主体工程和120个附属渠堰工 程组成。
系统设计的一般步骤为：
（1）将系统分解为若干子系统； （2）确定各子系统的目标、功能及其相互关系； （3）对子系统进行技术设计和评价； （4）对系统进行总体设计和评价。
可以概括为“总——分——总”。就是当我们要设 计一个系统对象时，可以先将对象分解为一个子系统， 分析和确定各个子系统的目标、功能以及它们之间的 相互关系和结构组成，然后单独对每个子系统进行技 术设计、评价及优化，然后对由完成的子系统作为构 件的系统整体进行总体技术设计和评价。
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系统设计应考虑的主要问题
• 系统设计的目的与要求 • 系统各部分之间的相互联系与相互作
用
• 系统设计方案的优化
三、系统设计应考虑的主要问题
§问题： 最近，王丹家的楼梯灯坏了，她每晚从学校回来，走在黑洞洞的 楼梯里，什么都看不见。为此，她想用学过的知识，设计并制作一 只简易的手电筒。
系统设计应考虑的主要问题： （1）系统设计的目的与要求
教室疏散系统
• 前后门设计
• 安全通道
【感悟提升】
在教室平面设计中： • 1.教室平面图的形状为什么采用长方形？ • 2.教室为什么选取坐北朝南的朝向？ • 3.为什么设计的窗户南面的宽、北面的窄? • 4.门为什么安装在教室的一头？ • 5.教室平面图的长与宽应怎样确定？根据是什么？ • 6.如果考虑学生实际人数可能超出了原先估计的最 大人数这一因素,你认为应怎样改动设计图纸?改动 过程应该如何进行? • 7.在教室保温设计中还有什么好办法，可以起到保 温和隔热作用？如果有，可在教材图3-15中作出标 记。 • 8.除了保温之外，对于教室的其他性能，如采光、 通风安全等，你还有哪些设想？
问题探讨：筑路工程的系统设计
为坐落在山里的 村庄策划一个筑 路工程设计方案， 需要筹划：资金 分配、人员调配、 地质勘探、路向 选择、材料购置、 施工进度等。 从系统设计的思 路出发，怎样理 顺这些关系？
【参考答案】
（1）要实现筑路工程的总体目标是：经济、快速、安全、方便 地选择路向。 （2）进行地质勘探，哪些路段适合筑路，哪些路段不适合筑 路，哪些地段适合架桥，哪些地段要避开耕地。
室内装修设计案例展示
本方案为88平米两室两厅设计 。业主为一对年轻夫妇，设计师针对上 班族的业主，采用了简约明朗的线条，将空间合理的分隔。一起来看看设 计师是怎么为她量身打造这套房间的！
系统设计： 对需设计的系统进行调查分析、 筹划研究、评价实施、运行改善等， 直到完成一个能协调工作的实际系统 的过程。
u : 水喷射速度（相对速度）
三、水火箭的设计
5、系统的评价和改进
通过发射火箭检 验，对其安全性、功 能性等方面进行评价。 并尝试更好的改进效 果。
系统设计的基本方法：
• • 1、确定系统设计的总体目的要求 2、基本的设计分析： （1）系统设计的约束条件（系统设计的条件、外部环境等） （2）系统内部组分之间、系统与外部环境之间相互联系及制 约关系 3、系统的设计 （1）子系统设计及功能确定 （2）系统总体技术设计 4、系统的优化 （1）分析影响系统优化的主要因素，提高系统的整体运行 效果
方案B
选择元器件为发光二极管及干电池、金属筒等，其他步骤参照方案A。
方案C
设计一个自发电手电筒。 采用发电机代替干电池进行供电。手电筒系统由以下几部分组成： 手柄→ 齿轮组→ 发电机→ 小电珠 用手摇动手柄，使齿轮的转速加快，带动一个由电磁铁和线圈组成的发 电机旋转，线圈在磁场中转动时将机械能转化为电能，输出电流，使 小电珠发光。
理解：从系统的整体出发，以系统整体功能的最优为目的。 不同行业的系统设计有着不同的技术要求。
（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用
理解：运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突 问题，注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的基本特 性，既要考虑当前，也要考虑长远。
（3）系统设计方案的优化
理解：从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上 完善个部分的设计。
采暖：火墙
• 火墙是利用炉灶的烟气通过立砖砌成的空 心短墙采暖的设备，和火炕类似，是北方 传统民居被动式节能的一种方式，在冬季 利用使用灶炉产生的热量来升高室内温度。
教室通风系统
• 对开窗户
• 吊扇
教室采光系统
• 对开窗户
• 日光灯
教室防火系统
• 墙体采用不易燃烧的材料制成
• 安装自来水系统
通过调查研究，收集相关资料
(1)外部环境分析： 受力状况：重力、空气动力、空气阻力 天气状况：风向、风速、雨、雪等因素 地理环境：发射点位置高度、目标点高度 （2）飞行原理分析
动量守恒定律、弹道理论
三、水火箭的设计
3、初步设计方案
箭体子系统 水 火 箭 总 系 统 壳体 箭头 箭翼
动力舱 水 加压空气 喷嘴（胶塞、气门） 降落伞
内涵解读： 系统的设计
对某个系统进行技术设计
系统设计
系统地设计
运用系统的思想和方法进行设计
二、系统设计的原则
系统设计既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容，同 时又需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设 计。因此除了遵守技术设计的一般过程、原则和标准外，还 特别强调：
1、以实现系统整体效果最优为目的。 2、设计好系统的每个元素和子系统
（3）选择筑路技术方案，不同的地段实施不同技术方案，如 公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。 （4）进行资金合理的分配。
（5）考虑工期、人员、材料安排方案，合理安排人员，各段 工程同时进行，实行并行施工，在不增加总资金的情况下，降 低材料成本，减少材料的浪费，就近取材，就地取材，选择合 理路线购置材料。 在不增加过多人工的前提下，提高工程进 度，提高劳动生产率。
二、修建希望小学教室设计简介 图中为一所农村小学 的教室，他们想增建 一间教室。主要功能 提供教与学的场所。 如果你是一位系统设 计师，你需要考虑哪 些方面的问题？
如果你就是一位系统设计师，你将怎 样做？
• （阅读课本P95-P98）讨论交流： • 1.从系统论的角度考虑如果建一间教室要考虑哪 些问题？哪些问题是最重要和紧迫的，哪些是属 于改善和优化的环节？ • 2.教室平面设计的分析。教室的面积怎样预估? 怎样确定？ • 3.教室的保温设计。平房耗散热量的规律是什么？ 保温隔热的方法有哪些？从保温的角度对室体有 哪些设计要求？从保温的角度对门窗有哪些设计 要求？ • 4.如果在东北建教室还要考虑哪些问题？
教室未来发展规划、周边绿化、 经费来源、方案优化、公示并 征集意见等其他问题……
三、水火箭的设计
三、水火箭的设计
1、确定系统设计的总体目的要 求 设计一个利用废弃饮 料瓶制作的气压式喷水式 推进“火箭”
用600ml的饮料瓶做 动力舱，竖直升高高度大 于5米，射程大于20米
三、水火箭的设计
2、基本设计分析
2、系统总体技术设计
手电筒的功能取决于它的各个组成要素，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。选择 合适的元器件，使它们相互匹配，并能达到设计要求。
（三）系统的优化
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，并搭接电路。 （3）通过控制开关，使灯泡发光。
绝热：岩棉
• 又称岩石棉、是矿物棉的一种。以天然岩石及矿 物等为原料。 • 1、绝热性能：绝热性能好是岩棉、矿渣棉制品 的基本特性。 • 2、燃烧性能：岩棉、矿渣棉制品的燃烧性能取 决于其中可燃性粘接剂的多少。 • 3、隔音性能：岩棉、矿渣棉制品具有优良的隔 音和吸声性能，其吸声机理是这种制品具有多孔 性结构，当声波通过时，由于流阻的作用产生摩 擦，使声能的一部分为纤维所吸收，阴碍了声波 的传递。
动力子系统
回收子系统
连接子系统
用于多级火箭
发射子系统
发射器 发射轨道 辅助设施（打气筒）
三、水火箭的设计
4、系统的优化
通过对影响火箭飞行的主要因 素分析，进行优化
(1)原理：影响最大的是 刚喷完水时的速度 （2）发射角度对飞行距离 和高度的影响
m v u ln m0 v : 水火箭在刚喷完水时的速度 m0 : 水火箭开始飞行时质量 m : 水火箭在水刚喷完时的质量
四、系统设计的一般步骤
§问题： 最近，王丹家的楼梯灯坏了，她每晚从学校回来，走在黑洞洞 的楼梯里，什么都看不见。为此，她想用学过的知识，设计并制 作一只简易的手电筒。 （一）设计目的与要求 一只简易的手电筒：可照明，携带方便，使用安全。