高中通用技术学考复习技术与设计2第三章系统及其设计教学课件

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一、系统及其特性考点一认识系统及其构成(1)概念:系统是由相互联系、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。(2)构成系统必须具备的三个条件:①至少要有两个或两个以上的要素(部分)。②要素(部分)之间互相联系、互相作用,按照一定方式形成一个整体。③整体具有的功能是各个要素(部分)的功能中所不具备的。系统有大有小,有复杂有简单。对于大型的复杂系统,根据需要,按照一定的标准可划分为若干子系统。
考点二系统的基本特性(1)整体性侧重于“部分影响整体”和“整体发挥着特有的功能”。整体性是系统的最基本的特性,也是观察和分析系统最基本的思想和方法。【名师点拨】 如何理解系统整体性?(1)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。(2)系统的任何一个要素(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。(3)系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。(4)不能离开整体去分析系统中的任何一个组成部分。
(2)相关性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。侧重于“部分与部分之间的关联”。(3)目的性(功能)任何系统都服务于某种目的,都要实现一定的功能,这是区别不同系统的标志。(4)动态性(更新)任何事物都是不断变化的,系统都是动态的,处在运动变化和发展之中。
(5)环境适应性(自适应)一个系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换。外界环境的变化会引起系统特性的改变,并相应地引起系统功能和系统内各部分相互关系的变化。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。
二、系统分析与设计考点一探究系统分析的一般过程和基本方法(1)什么是系统分析?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,并在此基础上拟定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,就是系统分析。(2)系统分析的一般过程
(3)系统分析方法——建模数学模型:用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型,称为数学模型。人们将现实世界中的原型抽象概括成数学语言,运用已有数学方法分析求解,得出结论。框图模型:用一个个封闭的小框图代表系统的各个要素或子系统,在框图内或框图边注明要素或子系统的名称,按照系统的结构模式把它们排列安置于适当位置,用无向线段或有向线段把这些小框图连接起来,以表示系统的基本结构框架,再用无向线段或有向线段表示系统与环境的联系,这样形成的图形就叫系统的框图模型。
(4)系统分析的主要原则①整体性原则系统分析首先要着眼于系统整体,要先分析整体,再分析部分;先看全局,后看局部;先看全过程,再看某一阶段;先看长远,再看当前。例:田忌赛马、丁谓修复皇宫、街道各部门施工。②科学性原则系统分析一方面要有严格的工作步骤,另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析,使决策的过程和结果更具有说服力。例:种稻“三三进九不如二五一十”。
③综合性原则系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时,应将目标排出优先次序,首先实现最优先的目标,然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。这就需要综合分析,统筹兼顾,不可顾此失彼,因小失大。例:孝襄高速公路、都江堰水利工程、埃及阿斯旺水坝。
考点二体验简单系统设计的过程系统设计是在系统分析的基础上,设计出满足预定目标的系统的过程。它既包含了对某个系统进行设计本身的内容,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和设计。(1)系统设计应考虑的主要问题系统设计的目的与要求:系统设计要从整体出发,以系统整体功能的最优为目的。系统各部分之间的相互联系与相互作用:系统设计要运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突,注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的动态性、环境适应性,既要考虑当前,也要考虑长远。
(2)系统设计的一般步骤系统设计的步骤主要包括: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、系统设计的优化与实现考点一优化系统设计的方案系统设计的实现是在系统设计分析的基础上,对所提出的多个方案进行比较、权衡和优化,最终形成满足预定目标的最佳系统及其物化的过程。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)。影响系统优化的因素是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。
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。
考点二实现校园雨水收集与利用系统的设计方案一般情况下,系统设计的实现应包括设计方案的呈现和模型或原型的制作与测试。模型或原型的制作与测试包括实物模型的设计,加工图纸、加工材料和工艺的选择,加工制作过程及模型的最终呈现等,对模型的测试是对系统进行总体技术设计评价。评价有多种形式,对于实体系统设计而言,就需要对模型或原型进行实际运行测试和评价。
典例1(2018·11月浙江选考)下列关于系统的说法不正确的是(　　)A.系统分析要遵循三个主要原则B.影响系统优化的因素不可人为调节C.系统始终处在运动变化和发展之中D.系统包含两个或两个以上的要素(或部分)
答案 B　解析 选项A、C、D描述均正确,选项B影响系统优化的因素是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。故B错误。
典例2(2020·7月浙江学考)如图所示为我国首座“超级镜子电站”。在控制系统中植入了太阳运动轨迹程序,当系统运行时,根据太阳的位置信息,由减速机自动调整反射镜角度,使太阳光时时反射到集热器上,对熔盐进行加热,其中一部分热熔盐通过蒸汽发生器产生蒸汽进行发电,另一部分热量存储在熔盐罐中供日落后发电使用。从系统的角度分析,下列说法中不正确的是(　　)
A.能经受风沙、冰雹等极端天气考验,有较好的环境适应性B.部分反射镜损坏,集热器吸收到的能量减少,体现了系统的整体性C.太阳的位置改变,反射镜角度跟随改变,体现了系统的相关性D.工程师经过大量数据测定和科学计算,将太阳运动轨迹程序植入控制系统,体现了系统分析的科学性原则
答案 C　解析 A选项显然正确。整体性的理解之一是系统的任何一个要素发生变化或故障时,都会影响其他要素或整体功能的发挥,所以B正确。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。太阳位置改变,反射角度跟随改变,不能体现相关性,所以C错误。工程师经过大量数据测定和科学计算,将太阳运动轨迹程序植入控制系统,使反射镜角度跟随改变,是为了尽可能多地接受太阳照射,提高效率,体现了科学性原则,D正确。
典例3(2020·1月浙江学考)如图所示是浇铸机结晶器钢水液位控制系统示意图。浇铸时,中间包连续向结晶器浇注钢水,钢水在结晶器内冷却结晶后被拉坯装置拉出形成钢坯。结晶器内钢水液位的稳定和高低直接影响钢坯的质量和产量。钢水液位波动引起电涡流传感器与液面之间的间隙产生变化,从而引起电涡流信号变化,液位仪根据信号的大小计算出实际液位,送给PLC与液位设定值比较,PLC根据比较差值通过驱动器控制电动缸运动,带动塞棒升高或降低,改变中间包浇注口的大小,调节流入结晶器内钢水的流量,从而使液位稳定在一定范围内。
下列关于该系统的分析中,不恰当的是(　　)A.该系统可分为液位检测子系统和浇注流量控制子系统B.各子系统单独工作,都不能实现液位控制的功能,体现了系统的整体性C.设计该系统时,要从整体出发,以系统整体功能的最优为目的D.选择液位仪时,既要考虑电涡流传感器,又要考虑液位显示器等,体现了系统分析的综合性原则
答案 D　解析 系统的知识点主要在五个基本特性及三个分析原则,它们之间的概念区分要清晰。本题中液位仪的选择要考虑与其相关联的部件,说明系统的要素之间是相互关联的,体现相关性,但系统分析没有相关性原则,综合性原则是考虑多个功能,统筹兼顾而不是考虑多个组成部分,选项D错误。
1.(2019·10月浙江学考)如图是一款自发电手电筒,按压手柄,齿轮组带动发电机发电,使小灯珠发光。下列关于该系统设计的分析不正确的是(　　)
A.可将手电筒分为供电子系统和照明子系统B.子系统内元器件的选择要相互匹配C.供电子系统中设置储能元件,减少发电机对照明子系统的影响D.小灯珠与发电机属于两个不同的子系统,选择小灯珠时可以不考虑发电机的参数
答案 D　解析 各子系统之间是相互影响的,选择小灯珠时需要考虑发电机的参数,故D选项不正确。
2.(2018·4月浙江选考)堪称全球最长、创意最独特的港珠澳大桥,主体由桥梁、海底隧道和人工岛组成。大桥的设计釆取了一系列优化措施,下列措施中,以提高大桥安全性为目标的是(　　)
A.大桥在伶仃西航道和铜鼓航道段采用海底隧道方案,不影响通航B.设计了中华白海豚观赏区和海上观景平台C.在珠澳人工岛上设有大型停车场,以缓解澳门本岛的交通压力D.人工岛周围投放石头形成斜坡,如果船太靠近就会搁浅
答案 D　解析 采用海底隧道是为了满足通航的需要;设计了中华白海豚观赏区和海上观景平台是为了满足人们观景的目的;在珠澳人工岛上设有大型停车场,是为了缓解澳门本岛的交通压力;人工岛周围投放石头形成斜坡,如果船太靠近就会搁浅,是为了避免船只撞击使人工岛受损,由于人工岛是整个大桥系统中的一部分,提高人工岛的安全也就是提高大桥系统的安全。
3.(2019·6月浙江学考)下列说法中正确的是(　　)A.孝襄高速公路建设过程中,综合考虑建设成本、生态保护等目标,体现了系统分析的整体性原则B.丁谓修复皇宫所采用的解决方案,使烧砖、运输建材和处理废墟任务协调起来,一举三得,体现了系统分析的科学性原则C.高铁技术是多种学科,多方面知识共同作用的结果,体现了系统分析的综合性原则D.农业间作套种的技术水平、田间管理等是农作物种植增产增收的影响因素
答案 D　解析 题目考查系统分析主要有三个原则。整体性原则,首先着眼于系统整体,要先分析整体,再分析部分;先看全局,后看局部;先看全过程,再看某一阶段;先看长远,再看当前。B选项丁谓修复皇宫体现了系统分析的整体性原则。C选项高铁技术是多种学科多方面知识共同作用的结果,体现了技术的综合性而非系统分析的综合性原则。综合性原则,系统分析总是为实现系统目标服务的,应将目标排除优先次序,首先选取最优先的目标,这就需要综合分析、统筹兼顾、不可顾此失彼。A选项孝襄高速公路建设体现了系统分析的综合性原则。D选项说法正确。
4.(2021·浙江模拟)如图所示为一款会议平板,集手写平板、音响、电脑、投影仪、电视、广告机为一体。使用WiFi无线传输技术,轻松“连接”手机、电脑等进行多媒体内容的传输、解析、展示。从系统的角度分析下列说法正确的是(　　)
A.内置安卓系统,需要不断的升级,体现了系统的动态性B.融合高清显示、人机交互、多媒体信息处理和网络传输等多项技术,体现了系统分析的综合性原则C.能替代广告机演示广告图片,也能替代投影仪,赋予PPT更好的演示效果,体现了系统的相关性
D.WiFi无线传输技术是该系统优化的影响因素
5.旅客出行时手机电量耗尽是一件非常烦恼的事情,如图是某公司研制的给手机充电的“手机加油站”,安装在各车站、码头、机场等公共场所。请针对该“手机加油站”回答以下问题:(1)为了适应旅客各种手机充电接口,合理的措施是　　　　(从下列措施中选择一项,将序号填写在“　　　　”处)。 ①增加供电接口数量与种类;②增加“手机加油站”的数量与种类;③规定旅客使用特定充电接口的手机。
(2)为了加强“手机加油站”管理,仅供付费的旅客使用,合理的措施是　　　　(从下列措施中选择两项,将序号填写在“　　　　”处)。 ①出售充电卡,旅客刷卡后可以使用;②釆用红外线检测装置,检测到是缴费的旅客才能使用;③釆用硬币识别,投币后才能使用;④“手机加油站”定时开放。