1、國(guó)家體育館鳥巢原設(shè)計(jì)方案,鳥巢圖片欣賞,我們做任何事情都希望達(dá)到最優(yōu)的效果。作為一個(gè)系統(tǒng)，通常會(huì)有這樣或那樣的問(wèn)題。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、財(cái)力不是最小；或是某種性能不理想等等。因此系統(tǒng)需要改善，需要優(yōu)化。,系統(tǒng)的優(yōu)化,思考：系統(tǒng)的優(yōu)化有什么意義呢？ 系統(tǒng)優(yōu)化的意義就是以最小的投入，獲取系統(tǒng)的最佳效益或最佳功能。,1、什么是系統(tǒng)的優(yōu)化,系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給定的條件（或約束）下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標(biāo)值達(dá)到最大化（或最小化）。,【案例分析】：浙江天臺(tái)縣高速噪音超標(biāo)80%，66戶村民告上法庭 “6年來(lái)，他們最大的愿望就是睡個(gè)安穩(wěn)覺(jué)”；高速公路越來(lái)越忙，就是

2、聲音大得受不了；天臺(tái)66戶村民狀告上三高速；新的問(wèn)題需要我們智慧的回應(yīng)和解答。 核心事件：上三高速建成通車已有6年，6年來(lái)車流日增，在接近高速天臺(tái)出口處，距離高速公路10米左右就有一排民房，這就是天臺(tái)縣橋下村。村民說(shuō)，高速上車來(lái)車往的聲音太大了，這幾年來(lái)他們最大的愿望是能睡個(gè)安穩(wěn)覺(jué)。于是，他們將高速公路公司告上法庭。天臺(tái)縣橋下村位于上三高速天臺(tái)出口處，一共有250戶人家，房子多是80年代造的。 2000年底，上三高速公路通車，剛好在橋下村旁邊經(jīng)過(guò)。,五六十戶村民的家，與高速公路的距離在50米以內(nèi)，最近的距離才10米。車輛增多產(chǎn)生的噪音讓大家越來(lái)越無(wú)法忍受。陳立廣家是一棟2層小樓，最外面的窗戶距

3、高速公路10米左右。,類標(biāo)準(zhǔn)適用于以居住、文教機(jī)關(guān)為主的區(qū)域。 類標(biāo)準(zhǔn)適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)及商業(yè)中心區(qū) 類標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)區(qū)。 類標(biāo)準(zhǔn)適用于交通干線道路兩側(cè)區(qū)域。,噪音的危害,190分貝 導(dǎo)致死亡 140分貝 歐盟界定的導(dǎo)致聽力完全損害的最高臨界點(diǎn) 139分貝 卡卡、梅西球迷的吶喊聲 130分貝 火箭發(fā)射的聲音 125分貝 噴氣式飛機(jī)起飛的聲音 120分貝 在這種環(huán)境下呆超過(guò)一分鐘即會(huì)產(chǎn)生暫時(shí)耳聾 110分貝 螺旋漿飛機(jī)起飛聲音、搖滾音樂(lè)會(huì)的聲音 105分貝 永久損聽覺(jué) 100分貝 氣壓鉆機(jī)聲音、壓縮鐵錘捶打重物的聲音 90分貝 嘈雜酒吧環(huán)境聲音、電動(dòng)鋸鋸木頭的聲音 85分貝及以下 不會(huì)

4、破壞耳蝸內(nèi)的毛細(xì)胞 80分貝 嘈雜的辦公室、高速公路上的聲音 75分貝 人體耳朵舒適度上限 70分貝 街道環(huán)境聲音 50分貝 正常交談聲音 20分貝 竊竊私語(yǔ),1、問(wèn)題車道附近車流污染嚴(yán)重 影響附近人群健康，消除或減輕噪音污染成為優(yōu)化學(xué)校等大環(huán)境系統(tǒng)的重要課題。,選擇合適的優(yōu)化方法,討論： 怎樣改善噪音的污染，優(yōu)化村民所處環(huán)境（系統(tǒng)）？,選擇合適的優(yōu)化方法,減小噪音原則： 一、 聲源處減弱 二、傳播過(guò)程中減弱 三、接收處減弱,1、密閉聲源，在聲源處建造隔聲墻，防止噪聲直接向外傳播。 2、給機(jī)器上足潤(rùn)滑油，即防止產(chǎn)生噪音，又能保護(hù)機(jī)器。 3、加強(qiáng)綠化，在繁雜的公路兩旁植樹造林，形成屏障。 4、給

5、添置隔音設(shè)施。 5、在耳朵處加塞隔音裝置，如好的耳塞。,選擇合適的優(yōu)化方法,建造隔音墻,問(wèn)題： 1、隔音墻的高度、長(zhǎng)度如何考慮？ 2、隔音墻的墻體結(jié)構(gòu)、外形怎么考慮？ 3、隔音墻墻體選用何種材料？ 4、隔音墻改善噪音效果如何評(píng)價(jià)？,1、隔音墻的高度、長(zhǎng)度如何考慮？,隔音墻的隔音效果，高度與長(zhǎng)度是兩個(gè)關(guān)鍵，隔音墻只要能阻隔道路和受體的視線，至少就能減少5分貝的音量，而且每增加1米，能減少1.5分貝。,1、隔音墻的高度、長(zhǎng)度如何考慮？,而長(zhǎng)度方面，不能跟受體的寬度剛剛好，必須與最近受體的垂直距離為準(zhǔn)，向左右兩邊延伸4倍距離的長(zhǎng)度，才能防止聲音從兩端流進(jìn)受體。,隔音墻的墻體結(jié)構(gòu)、外形怎么考慮？,單側(cè)

6、直板式； 雙側(cè)直板式： 帶折檐式：屏障內(nèi)側(cè)加襯吸聲結(jié)構(gòu)。隔聲效果好，保護(hù)的范圍比直板式的大； 全封閉式：用于向空間發(fā)展的居民區(qū)穿越高層建筑群的公路上，隔聲效果25dB，保護(hù)面積可以覆蓋整個(gè)居民區(qū)，但造價(jià)較高。 生態(tài)隔音墻：傳統(tǒng)的聲障墻常用的材料有金屬板、玻璃板、混凝土板、木板和塑料板等。這類剛性的、表面平滑的聲障墻，隔音效率一般都較差，只25分貝。為了提高其隔音效率，常用的方法是將其表面加糙(如將表面加工成“破碎形狀”)，或采用粗糙的“木材混凝土”等措施。采取這些改進(jìn)措施之后, 聲障墻的效率可提高30%50%， 即隔音效率可達(dá)7分貝左右。,3、隔音墻墻體選用何種材料？,聲屏障的地上部分即屏蔽層

7、可采用磚墻、薄鋼板、鋁合金、玻璃鋼、聚碳酸脂塑料等耐老化，抗腐蝕材料；聲屏障的地下部分即基礎(chǔ)則以混凝土及鋼材為主。 為了有效的阻止噪聲穿過(guò)隔音墻，聲屏障的材料必須堅(jiān)硬且具有一定的密度（最少20公斤/平方米）。,3、建隔音墻的技術(shù)要點(diǎn) 具體測(cè)量噪音程度。 建立隔音墻防噪音的數(shù)學(xué)模型及墻體參數(shù)關(guān)系條件，求其數(shù)學(xué)解。 要做到投入最小、效果最好。 驗(yàn)證試驗(yàn)。如計(jì)算機(jī)仿真 4、實(shí)施優(yōu)化 墻體結(jié)構(gòu)與材料，與上面的定量計(jì)算相關(guān)。 美觀。 效果。,高速公路隔音墻,高架路上的隔音墻,日本的隔音墻,系統(tǒng)優(yōu)化的意義,修建隔音墻，以較小的投入，獲得了好的治理噪音污染的效益，使社會(huì)環(huán)境大系統(tǒng)的整體得以優(yōu)化。 系統(tǒng)被改善

8、了，就是系統(tǒng)被優(yōu)化了。獲得系統(tǒng)的最佳效益或最佳功能，就是系統(tǒng)優(yōu)化的意義。,改善學(xué)校周邊環(huán)境,思考：我校周邊環(huán)境現(xiàn)狀是什么，哪些需要改進(jìn)？,改善學(xué)校周邊環(huán)境,1、學(xué)校附近有車道，噪音污染較嚴(yán)重。 2、學(xué)校周圍的無(wú)證攤販多，占道經(jīng)營(yíng)。 3、交通設(shè)施不完善 (無(wú)公交站、缺紅綠燈、斑馬線) 亂停車（接送學(xué)生車輛，社會(huì)車輛） 4、校園面積小，開展活動(dòng)不方便。,周邊環(huán)境的情景特征,分組討論： 根據(jù)我校實(shí)際， 提出改善的方案,思考 我校設(shè)有一個(gè)學(xué)生食堂，近兩年，隨著學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，就餐人數(shù)隨之增加，每到中午就餐時(shí)間，學(xué)生們排著長(zhǎng)隊(duì)等待就餐。 如何減少學(xué)生就餐排隊(duì)時(shí)間？請(qǐng)?zhí)岢鼋鉀Q這一問(wèn)題的幾種方案，運(yùn)用系

9、統(tǒng)分析方法選擇一種經(jīng)濟(jì)、最有效可行、最容易實(shí)現(xiàn)的辦法。,從中選擇方案，制定最適宜方案,1:增加窗口和食堂人員 2:分時(shí)段就餐 3:增加一個(gè)食堂 4:增加食堂的面積 5:提前分發(fā)好飯菜 6:提倡學(xué)生回家吃 7:增加就餐座位 8:提供飯盒打包 9:學(xué)生兩人一組,分工合作 10:分批到兩個(gè)食堂就餐 11:外賣服務(wù) 12:限制就餐時(shí)間(15分鐘) 13:提高食堂人員素質(zhì) 14:送餐上門服務(wù),二、假如你是村長(zhǎng)：怎樣為本村筑好一條致富路 影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素,1、系統(tǒng)優(yōu)化的一般性步驟 需要進(jìn)行優(yōu)化的問(wèn)題 交通閉塞 選擇合適的優(yōu)化方法優(yōu)化方略與籌謀 修路 勘測(cè) 預(yù)算 選擇合適的筑路方法和計(jì)劃（根據(jù)本村的人力、

10、物力、財(cái)力） 驗(yàn)證與實(shí)施 條件校驗(yàn) 實(shí)話與調(diào)整,確定路線,確定土石方量、器材種類與數(shù)量、人力、經(jīng)費(fèi),校驗(yàn)人力、物力、財(cái)力是否具備。合理分配，節(jié)約資源，促使優(yōu)化指標(biāo)和約束條件得以滿足。,及時(shí)調(diào)整，計(jì)劃與施工，再進(jìn)入優(yōu)化進(jìn)程。,優(yōu)化追求的目標(biāo)要適度。 系統(tǒng)優(yōu)化離不開條件，條件是否具備直接影響優(yōu)化。 某些不確定的或不可預(yù)見(jiàn)的因素也會(huì)影響系統(tǒng)的優(yōu)化。 希望投入最小，而取得的效益最大。,影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素：,最優(yōu)化方法解決問(wèn)題的一般步驟,1、提出需要優(yōu)化的問(wèn)題和目標(biāo)，收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)。 2、分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的各種因素，確定變量，建立有關(guān)約束條件，建立求解最優(yōu)化問(wèn)題的有關(guān)數(shù)學(xué)模型，分析模型。 3、選擇合

11、適的最優(yōu)化方法。 4、分析求解。 5、最優(yōu)解的驗(yàn)證和實(shí)施。,案例： 利潤(rùn)問(wèn)題,某家具廠要安排一周的生產(chǎn)計(jì)劃，產(chǎn)品是桌子和椅子。制作一張桌子需4m2木板及時(shí)性20小時(shí)的工時(shí)，制作一只椅子需6m2木板及18小時(shí)的工時(shí)，每周能擁有的木板是600m2，可利用的工時(shí)是400小時(shí)；每張桌子的利潤(rùn)是50元，每只椅子的利潤(rùn)是60元。按合同每周至少要交付8張桌子和5只椅子，并假定所有的產(chǎn)品都能夠銷售出去。 問(wèn)：該廠每周生產(chǎn)桌子和椅子的數(shù)量分別是多少時(shí)，能獲得最大利潤(rùn)？,Smax=50 x+60y 4x+6y600 20 x+18y400 x8, y5,設(shè)每周生產(chǎn)桌子X(jué)張，生產(chǎn)椅子Y張，則有：,答 案,8張桌子,

12、13張椅子,最大利潤(rùn)為1180元 通用計(jì)算，我們得到的就是最優(yōu)解，按每周8張桌子、13張椅子的方案生產(chǎn)就可以獲得最大的利潤(rùn)，像這種系統(tǒng)優(yōu)化叫做系統(tǒng)最優(yōu)化。,【案例分析】在江邊一側(cè)有A、B兩個(gè)工廠，它們到江邊的距離分別是2km和3km，設(shè)兩工廠沿江方向的距離是3.5km，現(xiàn)在要在江邊修建一個(gè)碼頭，使得兩廠的產(chǎn)品能夠順利過(guò)江，問(wèn)碼頭應(yīng)建在什么位置，才能使運(yùn)輸路線最短？,碼頭？,根據(jù)要求可畫出下圖，在江邊DE上求一點(diǎn)C，使C到A、B兩廠的距離之和為最短。,數(shù)學(xué)模型為： Smin=AC+BC,過(guò)A點(diǎn)作關(guān)于直線DE的對(duì)稱點(diǎn)A1，連接A1B與DE相交于C，這一點(diǎn)既為所求的碼頭的地點(diǎn)。 根據(jù)相似三角形原理，

13、求得 DC=1.4km，碼頭建在與A廠到江邊垂直距離位置相距1.4km處，運(yùn)輸路線最短。,如果22頭牛吃33公畝牧場(chǎng)的草，54天后可以吃盡，17頭牛吃28公畝牧場(chǎng)的草，84天可以吃盡，草每天以一定的速度不斷的增長(zhǎng)，那么要在24天內(nèi)吃盡40公畝牧場(chǎng)的草，需要多少頭牛？,設(shè)牛每天的吃草量為1，每畝地的草量為X，草每天的增速為Y。,X=11 Y=18,40*11+24*18=24*Z,Z=35,【案例分析】裝修施工的組織優(yōu)化 分析：根據(jù)裝修的施工流程、資源利用、空間等要求進(jìn)行分析，可以得到依次施工和平行施工兩種方案，思考各自的特點(diǎn)。,一、明確問(wèn)題，設(shè)立目標(biāo),施工項(xiàng)目：教學(xué)樓裝修,施工內(nèi)容：教學(xué)樓A、B、C棟，需要水電、木工、油漆三個(gè)施工過(guò)程，每個(gè)施工過(guò)程需要3周時(shí)間,目標(biāo)：組織裝修，使裝修工期和資源利用最為合理。,二、收集資料，制定方案,方案一：按照施工要求，從A到B到C，依次進(jìn)行施工。,方案二：按照施工要求，A、B、C棟同時(shí)進(jìn)