2、简单系统的设计的实现

系统设计多用于比较复杂的社会系统工程、经济系统工程、规划系统工程、生态系统工程、能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工程、工业及企业系统工程、军事系统工程等方面。为了方便理解系统设计的方法和过程，现通过以下简单的设计项目来说明如何进行简单系统的设计。

案例分析

手电筒照明供电部分的设计

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。下面是她的设计过程。

设计要求：可照明的手电筒，携手方便，使用安全。

设计分析：

1、可把手电筒照明供电部分分为照明和供电两个子系统。照明子系统的要素是灯泡、导线，供电子系统的要素是电源和开关。

2、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。

3、选择合适的元器件，使它们相互匹配，并能达到设计要求。

设计方案：

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。

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。

方案制作：

方案C不需要使用干电池，所以对环境不产生污染。王丹同学决定采用方案C制作一只手电筒。

王丹利用发电机与电动机工作过程相反的原理，大胆地提出设想：当给玩具电动机输入动力使它旋转时，电动机中的线圈在磁场中切割磁感线，能不能输出电流呢？为此，她设计并动手做了一个简单的小试验。

试验目的：测试玩具电动机能否改装为发电机。

试验准备：玩具电动机、小电珠、粗棉线。

试验过程：

（1）在电动机相应的接口上连接一个小电珠。

（2）在电动机的转轴上绕十几圈棉线。

（3）用力快速抽动棉线，使电动机的转子迅速转动，观察小电珠是否发光，如图所示。

试验总结：当外力使电动机转子迅速旋转时，转子线圈中产生感生电流，小电珠发光。由此可见，玩具电动机经改装后可以发电。

试验获得成功后，王丹同学开始动手制作“自发电手电筒”。为了使小电珠持续发光，她用带手摇柄的齿轮箱代替用手抽动棉线。当摇动手柄时，经齿轮箱变速后，带动玩具电动机转子高速转动，从而使小电珠能够持续发光。

由手柄、传动装置、发电机、小电珠组成的照明系统——一只能发光、可携带、无须电池的手电筒就制作成功了。

思考

1、王丹同学在设计和制作时可能会遇到哪些问题？如何解决？

2、你能想出其他的设计方案，或对上述三个设计方案中的一个进行改进吗？