北京市第二十四中學(xué)高中通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》3.2《_第1頁(yè)
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1、二十四中教學(xué)案例紙課題名稱(chēng)系統(tǒng)的分析(2課時(shí))課標(biāo) 要求通過(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)案例分析,理解系統(tǒng)的基本特性,初步掌握系統(tǒng)分析的基本方法。 理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義,能結(jié)合實(shí)例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素??季V 要求能運(yùn)用系統(tǒng)分析的基本方法對(duì)生活、學(xué)習(xí)、工作中遇到的問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)合理的分析,并提出優(yōu)化的方案。教學(xué)目標(biāo)(知識(shí)與能 力、過(guò)程與 方法、情感 態(tài)度價(jià)值觀)1 .知識(shí)與技能:1)通過(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)案例分析,理解系統(tǒng)的基本特性,初步掌握系統(tǒng)分析的基本方法。2)理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義,能結(jié)合實(shí)例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。2 .過(guò)程與方法:能運(yùn)用系統(tǒng)分析的基本方法對(duì)生活、學(xué)習(xí)、工作中遇到的問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)合理的分析,并提出優(yōu)化的方

2、案。3 .情感態(tài)度價(jià)值觀:樹(shù)立系統(tǒng)分析問(wèn)題的觀念,培養(yǎng)系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)。 提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng), 增強(qiáng)面對(duì)技術(shù)世界的信心以及個(gè)人、社會(huì)、環(huán)境的責(zé)任心。教學(xué)重點(diǎn)理解系統(tǒng)基本特性及系統(tǒng)優(yōu)化的意義,能結(jié)合案例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。教學(xué)難點(diǎn)系統(tǒng)分析的基本方法和系統(tǒng)優(yōu)化,能遷移到日常生活中,并靈活的運(yùn)用。教法 運(yùn)用為了充分的體現(xiàn)教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位,在教學(xué)中把知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)置于具體的情景中,通.過(guò)豐富的案例分析把平日的認(rèn)識(shí)從日常生活中提升到理性分析的思 維上。在教學(xué)中要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,由淺到深,由易到難,以回想一一分析一一歸納一一遷移為主線(xiàn),組織教學(xué)。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主探究式的學(xué)習(xí)方法,交流討論

3、、歸納,要有團(tuán)結(jié)合作的意識(shí)。明確技術(shù)離不開(kāi)生活。要想真正的把技術(shù)這一學(xué)科掌握好, 必須把學(xué)到的知識(shí)遷移到生活 實(shí)際中去,要帶著問(wèn)題走進(jìn)課堂,再?gòu)恼n堂中走進(jìn)社會(huì)、走進(jìn)生活的環(huán)境中。教學(xué)背景分 析(教材分 析、學(xué)生分 析)系統(tǒng)的分析是選自普逋高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)通用技術(shù)一一技術(shù)與設(shè)計(jì)2。本書(shū)主要學(xué)習(xí)系統(tǒng)分析的基本特征、基本方法,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,本節(jié)課是課標(biāo)的重點(diǎn)要求,是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ), 以系統(tǒng)分析的基本方法指導(dǎo)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高系統(tǒng)的有序性和整體運(yùn)行效果,這樣才能使系統(tǒng)設(shè)計(jì)獲得整體的最佳效益,通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生會(huì)了解技術(shù)設(shè)計(jì)的一些文化內(nèi)涵,能歸納技術(shù)設(shè)計(jì)中的一些思想和方法,并把它們遷移到

4、日常的生活中解決問(wèn)題,這樣有助于減少處理問(wèn)題過(guò)程中的盲目性,并能學(xué)會(huì)對(duì)事件的理性分析和科學(xué)決策。通過(guò)上節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)涵已經(jīng)有了初步的了解,再加上以前所學(xué)內(nèi)容和生活經(jīng)驗(yàn),涉入本節(jié)課的難度不是很大。課前準(zhǔn)備典型案例及圖片的搜集,課件制作。一)引入復(fù)習(xí):系統(tǒng)的基本特性有那些?整體性、相關(guān)性、目的性、動(dòng)態(tài)性、環(huán)境適應(yīng)性過(guò)渡:在日常生活中,每個(gè)人都會(huì)面臨選擇、面臨決策,那么決策方法有那些呢?決策方法有經(jīng)驗(yàn)決策和科學(xué)決策;系統(tǒng)分析是一種科學(xué)決策的方法。第二節(jié)系統(tǒng)的分析二)新課教學(xué):1 .什么是系統(tǒng)分析:為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo),運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾臁⒎治?、比較、試驗(yàn),并

5、在此基礎(chǔ)上擬定一套有效處理步驟和程序,或?qū)υ瓉?lái)的系統(tǒng)提出改進(jìn)方案的過(guò)程,就是系統(tǒng)分析。系統(tǒng)分析的顯著特點(diǎn):是完整地而不是零星地處理問(wèn)題,考慮各種主要變化因素及其相互的影響,全面地思考和解決完問(wèn)題。案例分析:漢字激光照排系統(tǒng)系統(tǒng)思考:在漢字照排方案的決策中, 系統(tǒng)的整體目標(biāo)是什么?你認(rèn)為王選進(jìn)行決策的依教學(xué)過(guò)程據(jù)主要有哪些?1 1) 一是漢字字型信息量大,要解決字型信息量壓縮的問(wèn)題;二是漢字的字型信息壓縮后存入計(jì)算機(jī),需要將其快速還原和輸出。2 2)采取跨越式發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn),跨過(guò)第二代和第三代照排系統(tǒng),直接研制第四代激光照排系統(tǒng)。講解本案例主要是讓學(xué)生明白到漢字激光照排對(duì)我國(guó)印刷、出版、傳媒等眾

6、多部門(mén)的重要性,同時(shí)也讓學(xué)生知道本項(xiàng)技術(shù)是我國(guó)的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。3 .系統(tǒng)分析的一般步驟:系統(tǒng)分析的出發(fā)點(diǎn)為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能, 目的是尋求解決問(wèn)題的最佳決策, 而生 產(chǎn)和生活中的一些問(wèn)題,往往存在著許多相互關(guān)聯(lián)和一些不確定的因素,所以最佳決策只是在若干方案中尋求的相對(duì)令人滿(mǎn)意的方案。系統(tǒng)分析的一般步驟可以描述為:明確問(wèn)題,設(shè)立目標(biāo)一收集資料,制定方案一分析計(jì)算,評(píng)價(jià)比較一檢驗(yàn)核實(shí),作出決策明確問(wèn)題,設(shè)立目標(biāo):明確要研究問(wèn)題的性質(zhì)和范圍,提出所要達(dá)到的目標(biāo),明確約束條件。收集資料,制定方案:收集相關(guān)資料,制定解決問(wèn)題的各種備選方案,預(yù)計(jì)可能產(chǎn)生的各種結(jié)果。分析計(jì)算,評(píng)價(jià)比較:對(duì)

7、資料和數(shù)據(jù)做必要的計(jì)算,進(jìn)行各子系統(tǒng)的分析,再進(jìn)行系統(tǒng)的整體分析,將各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)比,選擇最佳方案。檢驗(yàn)核實(shí),作出決策:如果對(duì)制定的方案不滿(mǎn)意,還可按上述程序反復(fù)進(jìn)行,直到獲的滿(mǎn)意為止。案例分析:田忌賽馬思考:1)田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案?2)孫臏所出的主意,為什么能使田忌贏了齊王?田忌賽馬戰(zhàn)國(guó)時(shí)代,齊王常與他的大將田忌賽馬,雙方約定每場(chǎng)各出一匹馬,分三場(chǎng)進(jìn)行比賽。齊王的馬有上、中、下三等,田忌的馬也有上、中、下三等,但每一等都比不上齊王同等的馬,于是田忌屢賽屢輸。一日,田忌的賓客、 對(duì)軍事頗有研究的孫臏給田忌出了一個(gè)主意,結(jié)果以二比一贏了齊王。在以上各方案中,齊王與田忌的賽馬

8、結(jié)局有以3: 0贏的,也有以2: 1贏的,但只有 3一種情況是田忌以2: 1取勝于齊王的,孫臏正是把這種方案推薦給了田忌,就是上述方案(3)。教師:作為一個(gè)系統(tǒng),通常就會(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。在現(xiàn)實(shí)生活中,由于受環(huán)境和條件的限制,不可能找出一切方案,也不可能對(duì)所有方 案進(jìn)行全面比較,漫無(wú)邊際地去研究所有方案,無(wú)論在時(shí)間上還是人力上都急據(jù) 令金 & &叁心 感卻金叁10不允許,運(yùn)用科學(xué)的方法就更為重要,缺乏資料,缺少對(duì)資料的科學(xué)計(jì)算和分析,只靠拍腦袋無(wú)法尋找到最優(yōu)方案。田忌賽馬

9、能轉(zhuǎn)敗為勝的主要原因:田忌賽馬能轉(zhuǎn)敗為勝與馬、 孫臏、田忌、齊威王這四個(gè)因素有關(guān), 他們是缺一不可的。但主要是由于孫臏的原因。1:明確問(wèn)題,設(shè)立目標(biāo)問(wèn)題:跑馬比賽,目標(biāo):取得比賽勝利,約束條件:三匹馬參加比賽,每匹馬比賽一次。2:收集資料,制定方案田忌的賽馬共有6種方案:田忌齊士田忌齊士(1)上馬:上馬(2)上馬:上馬中馬:中馬中馬:卜馬下馬: 下馬下馬:中馬(3)上馬:中馬(4)上馬:中馬中馬:下馬中馬:上馬下馬: 上馬卜馬:卜馬(5)上馬: 下馬(6)上馬: 卜馬中馬:上馬中馬:中馬下馬:中馬下馬: 上馬3:檢驗(yàn)核實(shí),作出決策各種方案的比賽結(jié)果:4:分析計(jì)算,評(píng)價(jià)比較選擇合適的馬的出場(chǎng)順序

10、。過(guò)渡:運(yùn)用系統(tǒng)分析的方法處理具體問(wèn)題時(shí)要遵循系統(tǒng)分析的主要原則。3 .系統(tǒng)分析的主要原則整體性原則、科學(xué)性原則、綜合性原則三個(gè)主要原則。系統(tǒng)分析首先著眼于系統(tǒng)整體,要先分析整體,在分析部分;先看全局,后看局部; 先看全過(guò)程,再看某一階段;先看長(zhǎng)遠(yuǎn),再看當(dāng)前。案例分析:丁謂修復(fù)皇宮想一想丁謂修復(fù)皇宮的方案為什么會(huì)成為我國(guó)古代運(yùn)用系統(tǒng)思想和方法的著名范例?本案例是講解系統(tǒng)整體性的一個(gè)著名案例,丁謂運(yùn)用了系統(tǒng)分析的基本方法。首先 著眼于系統(tǒng)整體,要先分析整體,再分析部分;先看全局,后看局部;先看全過(guò)程, 再看某一階段;先看長(zhǎng)遠(yuǎn),再看當(dāng)前。把燒磚、運(yùn)輸建筑材料和處理廢墟三項(xiàng)繁重的工程任務(wù)看成一個(gè)整體

11、中的相關(guān)部分,加以協(xié)調(diào)處理,從而找到獲得最佳效果的方案,節(jié)省了大量勞力、費(fèi)用和時(shí)間 ,一舉三得。馬上行動(dòng):p079請(qǐng)分析這一事件的問(wèn)題所在,你認(rèn)為怎樣處理更為合理?2)科學(xué)性原則系統(tǒng)分析一方面要有嚴(yán)格的工作步驟,另一方面盡可能地運(yùn)用科學(xué)方法和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行定量分析,使決策的過(guò)程和結(jié)果更具說(shuō)服力。閱讀:優(yōu)選法華羅庚院士他是中國(guó)解析數(shù)論、 典型群、矩陣幾何學(xué)、自守函數(shù)論與多復(fù)變函數(shù)論等很多方面研 究的創(chuàng)始人與開(kāi)拓者。優(yōu)選法是快速尋找最佳方案的科學(xué)方法。具體的優(yōu)選法有很多,如黃金分割法、分?jǐn)?shù)法、對(duì)分法等。黃金分割法也稱(chēng)0.618法?!包S金分割”具有很高的使用價(jià)值,其中最著名的例子就是優(yōu)選學(xué)中的“0.6

12、18”法,該方法于70年代在我國(guó)得以推廣,并取得了很大的成就。在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中, 科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄍ苡惺掳牍Ρ?。在?jīng)濟(jì)、金融中已得到廣泛應(yīng)用,形成“用科學(xué)的方法指導(dǎo)實(shí)踐,在實(shí)踐中驗(yàn)證科學(xué)”的良性循環(huán)。我國(guó)著名數(shù)學(xué)家華羅庚在應(yīng)用 優(yōu)選法應(yīng)用做出杰出貢獻(xiàn)。(1) “兩面針”牙膏:采用優(yōu)選法科學(xué)生產(chǎn)大幅度降低鋁材消耗,每年節(jié)約鋁材幾噸;結(jié)果打了 3年漂亮仗.(2)著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授在他晚年時(shí),在全國(guó)講學(xué),介紹他的優(yōu)選法。當(dāng)時(shí)廣東有5個(gè)水泥廠,經(jīng)過(guò)優(yōu)選法的改良, 生產(chǎn)出6個(gè)水泥廠的產(chǎn)量,少建 1個(gè)水泥廠,這 個(gè)貢獻(xiàn)就很大。這就是說(shuō)知識(shí)、健康帶來(lái)的財(cái)富,可以估算的和不可估算的都是很巨 大的。(3

13、)優(yōu)選法使得新西蘭培育出世界上最好的肉牛和奶牛。為了發(fā)展羊毛和肉類(lèi)生產(chǎn),新西蘭采用先進(jìn)的培育技術(shù),改進(jìn)當(dāng)?shù)匮蛑坏钠贩N,使其具有國(guó)外引進(jìn)種群的特殊優(yōu) 點(diǎn).如在煉鋼時(shí)需加入某種元素來(lái)增加鋼材強(qiáng)度,若將試驗(yàn)點(diǎn)取在這一元素用量區(qū)間的0.618處,獲得理想用量的試驗(yàn)次數(shù)將大大減少。實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)一個(gè)因素的問(wèn)題,用優(yōu)選法做16次試驗(yàn),就可達(dá)到“對(duì)分法”做2000余次試驗(yàn)的效果。3)綜合性原則注重研究系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系和相互作用,既注重研究各部分間的橫向聯(lián)系, 也注重研究各部分間的縱向關(guān)系。系統(tǒng)分析總是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)服務(wù)的,應(yīng)將目標(biāo)排除優(yōu)先次序, 首先選取最優(yōu)先的目標(biāo),然后盡可能在不損害第一目標(biāo)的前提下

14、完成下一個(gè)目標(biāo),這就需要綜合分析、 統(tǒng)籌兼顧、不可顧此失彼。系統(tǒng)分析還需要考慮設(shè)計(jì)方案出臺(tái)所帶來(lái)的后果。(例建廠后帶來(lái)的環(huán)境污染、生態(tài)平衡破壞、水土流失)某些情況下,綜合若干方案的優(yōu)點(diǎn),會(huì)取得意外效果。(例中西醫(yī)結(jié)合治療了許多疑 難雜癥)案例分析:p080根據(jù)以上內(nèi)容,你認(rèn)為孝襄高速公路的設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮那些目標(biāo)?1)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)多樣性。2)減少投資。過(guò)渡:我們做任何事情都希望達(dá)到最優(yōu)化的效果。如希望以最小的成本獲得最大的利潤(rùn),以最短的工期完成更多的工程量,以最少的能耗生產(chǎn)更多的產(chǎn)品,在單位上面積上盡可能提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。那么如何進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化?4 .系統(tǒng)的優(yōu)化1)系統(tǒng)優(yōu)化的涵義:系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給

15、定的條件(或約束條件)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)。不同的目標(biāo),對(duì)應(yīng)著不同的優(yōu)化結(jié)果。案例分析:p081你認(rèn)為在你所在地區(qū),可采取那些提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施?農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化一一農(nóng)業(yè)間作套種。目的:實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增收、提高土地的利用率。條件:農(nóng)作物的生長(zhǎng)特性、天氣、氣候。手段:利用農(nóng)作物生長(zhǎng)的季節(jié)差、時(shí)間差。約束條件:農(nóng)作物的生長(zhǎng)特征、天氣、氣候等因素對(duì)農(nóng)作物套種起著限制作用,是不能人為調(diào)節(jié)的。套種的技術(shù)水平田間管理病蟲(chóng)害防治對(duì)產(chǎn)量有直接影響,并可以人 為調(diào)節(jié)??蓛?yōu)化。建筑材料的改進(jìn)也是一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù),以往建筑物的墻體多采用實(shí)心磚,現(xiàn)在采用了空

16、心磚,在保證強(qiáng)度、隔熱隔音效果的同時(shí),節(jié)省了材料。飛機(jī)口制造中大量使用復(fù)合材料來(lái)減輕重量,提高了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、飛行性能、節(jié) 省燃油等。上例中,優(yōu)化的目標(biāo)是增產(chǎn)增收和提高土地的利用率,這一目標(biāo)與土地的單位面積農(nóng)作物收益總和之間的關(guān)系就稱(chēng)為目標(biāo)函數(shù)。農(nóng)作物的生長(zhǎng)特性、 天氣、氣候等因素對(duì)作物套種起到限制作用,并且是不能人為調(diào)節(jié)的,稱(chēng)為約束條件。套種的技術(shù)水平、 套種的田間管理、病蟲(chóng)害防治等對(duì)套種的產(chǎn)量產(chǎn)值有直接影響,這些是增產(chǎn)增收的影響因素。影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素是指對(duì)系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生顯著影響,并且可以認(rèn)為調(diào)節(jié)的因素。進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)考慮的三個(gè)要素:目標(biāo)與目標(biāo)函數(shù):目標(biāo)與收益總和之間的關(guān)系約束條件:

17、對(duì)目標(biāo)函數(shù)起限制作用,不能人為調(diào)節(jié)影響因素:產(chǎn)生影響,可人為調(diào)節(jié)。對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng), 人們對(duì)其特征了解不夠, 所以需要運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)的手段描述 它,進(jìn)而找到合適的解決方案。2)數(shù)學(xué)建模用數(shù)學(xué)公式或圖表等描述客觀事物的特征模型,稱(chēng)為數(shù)學(xué)模型。案例分析:p081利潤(rùn)問(wèn)題三個(gè)要素目標(biāo):家具銷(xiāo)售獲取最大利潤(rùn)約束條件:材料、勞動(dòng)力、合一同影響因素:椅子數(shù)量 x1、桌子數(shù)量x2 。(決策變量) 建立關(guān)系:目標(biāo)函數(shù):Smax=50x1+60 x2約束條件:4x1+6 *2600 (材料)20 x1 + 18 x2<400 (工時(shí))x1>8 , x2 >5 (合同)最優(yōu)方案:課堂探究:碼頭

18、位置的選擇在江邊一側(cè)有 A、B兩個(gè)廠,它們到江邊的距離分別是2km和3km,設(shè)兩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(xiàn)最短?分析:根據(jù)要求可畫(huà)出上圖,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最佳方案: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(xiàn)最短。3)最優(yōu)化方法(1)運(yùn)用數(shù)學(xué)模型求解。能夠通過(guò)優(yōu)化建立數(shù)學(xué)模型的,得到的解就是最優(yōu)解(2)通過(guò)科學(xué)的估算、試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)不能夠確切描述目標(biāo)函數(shù)的,通過(guò)推算或推斷得到 滿(mǎn)意解為使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)而提出的求解方法

19、稱(chēng)為最優(yōu)化方法。系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多樣的,但無(wú)論運(yùn)用怎樣的優(yōu)化方法, 都需要經(jīng)過(guò)若干次完善和驗(yàn)證, 才能得出最優(yōu)解或 滿(mǎn)意解。4)系統(tǒng)優(yōu)化的意義實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化,就可以在一定資源條件下,取得最佳的經(jīng)濟(jì)效果,而投入的人力、物力、財(cái)力達(dá)到最小。5)系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn):案例分析:p083裝修施工的組織優(yōu)化目標(biāo):對(duì)資源的利用是最為合理約束條件:水電、木工、油漆依次序裝修影響因素:施工時(shí)間、裝修隊(duì)數(shù)量、設(shè)備數(shù)量、管理能力你還能想到什么方案?綜合分析各種方案,你認(rèn)為最合理的方案是哪一種?【案例】:阿拉斯加原油輸送方案(1)明確問(wèn)題,設(shè)立目標(biāo)任務(wù):由阿拉斯加?xùn)|北部的普拉德霍灣油田向美國(guó)本土運(yùn)輸油田。(2)收集資料,制定方案環(huán)境:油田處于北極圈內(nèi),海灣常年處于冰封狀態(tài),陸地最低氣溫達(dá)-50 C。當(dāng)前采用的一般方案:方案1由海路用油船

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