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（河南版）《技术与设计2》课文内容

第三章 系统及其设计

2019年版本

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第三节　系统设计

学习目标

1．初步学会简单系统设计的基本方法。

2．能结合实例分析影响系统优化的因素并进行系统优化。

大千世界，物质系统千变万化，虽有一定的规律可循，却难有一成不变的模式可供套用。系统的分析和设计建立在对该事物的内部规律、外部环境（条件）、实现功能等充分研究的基础上，是一个不断完善、不断改进、不断优化的过程。优化是系统设计所追求的永恒目标。

一、系统设计概述

（一）系统设计的步骤

1．分析系统设计要求

系统设计分析中，选定系统的总目标是分析的起点。表述目标要与客观实际相一致。目标要尽可能明确，因此要对所涉及系统的各种因素进行具体的调查与测定，如系统的环境，包括技术、经济、社会等外部条件，这些构成了对系统的约束。又如系统的资源，这是系统内部用来进行工作的手段，包括物质资源、信息资源与人力资源。

2．确定系统设计方案

系统是由很多要素组成的，要研究各要素的特点和作用及它们之间的作用方式，要把握住系统的结构，即要素的组织程序，还要把各要素的工作成果与系统整体的成果联系起来。具体进行方案设计时的思路有两种：一种思路是“从外向里”，这是从系统的外部关系出发找出其组成部分和层次构成的方法（图3.11a）。采用这种方法的好处是能保证方案与环境协调，设计方案达到要求的成功率较高；缺点是如果内部组成部分发生了难以协调的问题，则可能导致费用增加，甚至会迫使寻求方案的工作停止。当已经比较清楚地知道主要变化来自外部环境时，“从外向里”的优越性就体现出来了。另一种思路是“从里向外”，这是在划分完要素和组成部分以后，首先从组成部分的组合开始，形成层次构成，逐步向总体目标逼近，并使方案适合于环境的方法（图3.11b）。

a.从外向里   b.从里向外

图3.11 方案设计时的两种思路

在方案设计过程中和初步完成后要进行综合分析与评价。在实际工作时，往往需要设计出几种方案，对各方案进行评价，从中选择最优的方案加以确定。

3．系统方案的表达

方案表达形式多样，如表格、图形、符号、框图等，还可附加设计说明书（说明重点要素及相互之间的关系）。

案例分析

家庭电路系统的设计

某家庭有如表3.1所示的一些家用电器，试设计其电路系统。

表3.1 某家庭家用电器使用情况

【系统分析】

本例中该家庭共有七类家用电器，总电功率为2360W，要求各电器能够安全正常工作。一般家用电器的电源电压为220V。

【确定方案】

电表和总开关各作为一个要素，七类家用电器也各作为一个要素。

1．若该家庭的电表为15A，它允许的最大电功率P=UI=220×15=3300（W），因此总电功率为2360W的家用电器完全能够安全使用。可采取如图3.12所示的电路系统设计。

电源→电表→总开关

↓

电视机 电冰箱 洗衣机 空调 电熨斗 抽油烟机 照明电灯（4盏）

图3.12 家庭电路系统的设计（方案1）

2．若该家庭的电表为10A，它允许的最大电功率为P=UI=220×10=2200（W）。总电功率为2360W的家用电器超出了允许的最大电功率，如果仍按照图3.11设计，用电器将无法同时工作。要解决该问题，这里先研究一下各用电器的功率，不难发现其中有两个用电器功率较大，分别是空调（1400W）和电熨斗（300W）。家用电熨斗并不需要经常使用，家用空调主要是在夏季工作，如果将这两个用电器的使用时间错开，则家用电器的总电功率低于允许的最大电功率（2200W）。为实现这一功能，电路系统中需要增加一个双向开关进行控制。改进后的电路系统设计方案如图3.13所示。

电源→电表→总开关

↓

电视机 电冰箱 洗衣机 空调开否（否）→电熨斗 抽油烟机 照明电灯（4盏）

↓（是）

空调

图3.13 家庭电路系统的设计（方案2）

讨论：方案2是如何进行统筹兼顾的？

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实践与体验

厨房系统的设计

厨房（图3.14）是每个家庭中一个重要的组成部分，厨房本身要兼顾多个功能，同时要考虑整体布局以及各类管道等多种因素，厨房的设计是否合理决定了它的使用效果。图3.15是一间厨房的立体图，左上角是直径50mm的天然气管道，右上角是直径50mm的上水管道和直径100mm的下水管道。厨房中要放置灶台（800mm×500mm）、洗菜池（600mm×500mm）、双开门冰箱（783mm×710mm×1799mm），以及切菜台和橱柜等。

图3.14 家庭厨房

【设计要求】

1．不移动天然气和上下水管道的位置。

图3.15 厨房的立体图（单位：mm）

2．注意厨房用气、用电安全。

3．厨房设备的摆放能方便主人取放物品、洗菜、做饭。

4．能满足一人做饭的活动空间。

5．开关窗户方便。

【设计过程】

任务一：请同学们根据设计情景和设计要求，分析厨房系统中都有哪些要素，这些要素之间存在哪些相互影响和相互制约的关系？（提示：灶台应尽量靠近天然气管道；厨房内的布局受到房屋尺寸的制约等。）

任务二：请同学们根据设计要求，在厨房系统设计分析的基础上，进行厨房系统的设计。在平面图中标明灶台、洗菜池、冰箱的位置及长、宽尺寸，并设计出切菜台的尺寸，在相应的位置标明。

任务三：请同学们在任务二的基础上，设计出橱柜的合理位置和尺寸，并在平面图（图3.16）上标注出长和宽。

图3.16 厨房的平面图（单位：mm）

任务四：请同学们分析不同系统设计方案的优缺点是什么？应如何改进？