第二章 技術設計的基礎

通用技術必修1技術與設計1第二章技術設計的基礎一、章節(jié)體系二、知識點設計是基于一定設想的、有目的的規(guī)劃及創(chuàng)造活動。1.1設計的創(chuàng)造性思維和工程思維(一)創(chuàng)造性思維1．發(fā)散思維：從多角度、多層次來探討問題的解決方法，并由此導致思路的轉移和思想的躍進。自行車：結構、形態(tài)、組合、材料、功能等。2．逆向思維：又叫反向思維，它的特點是采用與正向思維完全不同的方法來思考問題，提出解決問題的方法。如：電磁感應現(xiàn)象、司馬光砸缸。3．聯(lián)想思維：指人們在頭腦中將一種事物的形象與另一種事物的形象聯(lián)系起來，探索它們之間共同的或類似的規(guī)律，從而解決問題的思維方法。如：蒼耳子和尼龍搭扣；魯班發(fā)明鋸子。4．定勢思維：又叫思維定勢，是人的思想被長期既定的慣例和習慣所束縛，引導或迫使自已按常規(guī)的方法去思考和處理問題的思維方式。(二)工程思維三峽工程中的工程思維：（1）科學性；（2）定向性；（3）求解的非唯一性；（4）價值性；（5）集成性和綜合統(tǒng)籌性；（6）矛盾性和協(xié)調性；（7）可靠性要求和“容許誤差”的限度；（8）工程風險。工程思維：是以系統(tǒng)分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維。認識系統(tǒng)與工程的多樣性和復雜性；能運用系統(tǒng)分析的方法，針對某一具體技術領域的問題進行要素分析、整體規(guī)劃，并運用模擬和簡易建模等方法進行簡易設計；領悟結構、流程、系統(tǒng)、控制等基本思想和方法的實際運用，進行簡單的風險評估和綜合決策。1.2技術設計的原則（一）技術設計的一般原則1．科學性原則：設計必須遵從科學原理，按照大自然的規(guī)律進行設計。永動機、水變油、長生不老藥等不符合科學性原則。2．創(chuàng)新性原則：設計只有不斷進行創(chuàng)新，才能具有新的生命力。抄襲、過時、重復的設計不具創(chuàng)新性。3．安全性原則：所設計的產品或項目，在使用時或操作運行時必須是安全的，不允許發(fā)生事故，更不允許發(fā)生人身傷亡事故。4．實用性原則：要解決問題，滿足用戶的需要，不要設計用戶不歡迎甚至反對的產品。5．經濟性原則：在設計中，要考慮用戶的經濟條件、市場的競爭力，力求用最少的成本，設計出滿足用戶需要、要求的產品。6．可靠性和耐用性原則：設計的產品或項目應在使用時間內，能適應規(guī)定的條件和環(huán)境而可靠地工作，不會發(fā)生故障，原規(guī)定的功能、性能指標不低于使用說明書規(guī)定的范圍。7．標準化原則：產品設計盡可能采用標準化技術和標準件，這樣，產品通用，維護方便，才會擁有更廣闊的市場。（類似于蘇教版的技術規(guī)范原則）8．工程心理學和生理學：設計的產品或項目必須滿足人類心理、生理的需求，要美觀、舒適、使用方便，及使用者和產品之間要建立最協(xié)調的關系。9．時效性原則：必須按照設計任務書規(guī)定的截止日期完成設計，要避免使產品制造出來后成為過時的東西。10．最優(yōu)化原則：所設計的產品或項目在功能、技術上盡可能是目前（并能在一段時間內）最合理的。注意量優(yōu)化不一定是最先進的，但一定是最合理的。11．法律、道德規(guī)范原則：技術設計要遵守法律、法規(guī)，不允許有違法、違規(guī)的行為。12．可持續(xù)發(fā)展原則：技術設計必須考慮可持續(xù)發(fā)展原則。13．美觀原則：產品的造型、大小比例、使用材料、色彩搭配、裝飾圖案等符合人們的審美需要。（蘇教版，與粵教版工程心理學原則類似）蘇教版中設計的一般原則：實用原則、創(chuàng)新原則、經濟原則、道德原則、美觀原則、技術規(guī)范原則、可持續(xù)發(fā)展原則。比粵教版少一些。（二）各原則之間的相互關系設計原則的相互關系編號設計原則相互關系優(yōu)先的原則舉例分析說明1安全性與經濟性可能矛盾安全性增加安全增加成本2創(chuàng)新性與科學性有先后科學性違反科學無法創(chuàng)新3經濟性與法律道德可能矛盾法律道德盜竊他人專利，不合法4創(chuàng)新性與標準化有先后創(chuàng)新性先創(chuàng)新后標準化5經濟性與最優(yōu)化可能矛盾最優(yōu)化人員或元件按需配置6經濟性與可持續(xù)可能矛盾可持續(xù)造紙廠凈化排污要花錢7經濟性與可靠耐用可能矛盾可靠、耐用人字形鋁梯加厚8實用與工程心生理相互依存同時符合不實用的設計談不上適合9安全性與耐用性相互依存，部分例外安全性部分設備耐用才安全10工程心生與可持續(xù)基本獨立無優(yōu)先汽車司機座椅與尾氣排放1.3技術設計的一般過程（一）技術設計的一般過程案例：方便色覺障礙者辯認的交通燈的發(fā)明過程；山村路燈的設計?；浗贪婕夹g設計的一般過程：1．發(fā)現(xiàn)問題；2．收集設計所需要的信息、數據、資料；3．判斷問題的價值，是否值得解決；4．判斷問題有沒有條件解決；5．設計構思，制訂方案；（收集信息→設計分析→方案構思→方案呈現(xiàn)→方案篩選）6．對方案進行比較、權衡，選定方案；7．進行具體、詳細的設計，實施研制，產品檢測；8．評價，提出改進意見；9．是最優(yōu)化嗎？是，結束；不是，返回修改。蘇教版技術設計的一般過程（與通用技術課程標準一致）蘇教版制定設計方案：收集信息→方案構思→方案呈現(xiàn)→方案篩選。（二）技術設計的方法1．設計草圖的繪畫（1）徒手繪畫：畫直線、基本圖形、畫圓及曲線、畫立體圖：要領①與地面垂直的線垂直畫；②與地面平行的線按網絡上的斜線畫；③以網絡上的小格來確定物體的比例有關系。（2）繪制軟件2．設計方案的構思（1）黑箱法：把一個不清楚內部結構的系統(tǒng)當作黑箱，通過觀測外部輸入黑箱的信息和黑箱輸出的信息的變化關系，來探索黑箱的內部構造和機理，這種方法稱黑箱法。（2）列舉法：列舉參考對象的優(yōu)點和缺點，在新方案中保留優(yōu)點，避免缺點，在繼承的基礎上創(chuàng)新。（3）移植借鑒法：是將某個學科、領域中的原理、技術、方法等，應用或滲透到其它學科、領域中，為解決某一問題提供啟迪、幫助的創(chuàng)新思維方法。如將直流電路的歐姆定律移植到交流電路分析中；樹形裝飾物形態(tài)移植法；樹叉衣掛結構移植；反光鏡用到取款機的功能移植等。（4）篩選法：把所有的方案進行粗選和精選，找出2，3個較好的方案或將各組成功能元的解羅列出來，對各種排列組合進行篩選，留下2，3個較好組合。設計構思還有組合法、聯(lián)想法、檢核表法等。蘇教版：形態(tài)分析法：從整體的思想出發(fā)，把整體分析為幾個功能部分，列出各功能部分的所有方法，形成多種設計方案，找出最佳方案的方法。類似于粵教版的（篩選法），如右圖所示。聯(lián)想法：由甲事物想到乙事物的思維過程。形似、相連、相對、相關或某一點相通的事物加以聯(lián)結。設問法：從多角度提出問題，從問題中尋找思路，進而做出選擇的構思方法。如檢核表法、5W2H法、和田12法等。仿生法：模擬自然生物形態(tài)進行設計的方法，功能仿生、形態(tài)仿生、結構仿生和肌理與質感仿生。類似于粵教版的（移植借鑒法）。（三）設計的分析1．設計的需求分析解決“設計什么”和“如何實現(xiàn)設計”的問題。設計什么：需求分析--分析業(yè)務需求，設計的必要性和可行性。包括產品開發(fā)的必要性、市場調查和預測、有關產品的國內外水平及發(fā)展趨勢、預期達到的技術水平、需要解決的技術問題、投資的費用及進度、現(xiàn)有條件下開發(fā)的可能性、經濟效益、社會效益等。用戶需求，包括功能需求、非功能需求、設計約束等。如臺燈設計時，考慮功能合理、結構穩(wěn)定、安全可靠、成本適當、易于制作等。2．設計的功能分析產品功能分析的目的是解決“如何實現(xiàn)設計”的問題，包括功能原理分析、實現(xiàn)方法和途徑、方案的評價和決策等。如圖2-31。（四）設計中的人機關系人機關系：人在使用物品時，物品就與人產生了一種相互關系，這種關系稱為人機關系。人機關系要實現(xiàn)的目標：高效：把人和機作為一個整體考慮，合理或最優(yōu)地分配人機功能，提高效率。如“鐵鍬作業(yè)試驗”。安全：人在操作和使用產品的過程中，產品對人的身體不構成生理上的傷害。健康：人在長期操作或使用產品過程中，產品不會對人的健康造成不良影響。舒適：人在使用產品過程中，人體能處于自然狀態(tài)，不會過早產生疲勞。心理上的舒適也要考慮。1.4設計和交流中的技術語言（一）技術語言的種類及其作用技術語言：口頭語言、文本語言、技術符號、技術圖紙、圖樣、圖表、模型、網頁和計算機演示等。技術圖樣：三視圖、效果圖、裝配圖、機械制圖、電路圖等。（二）三視圖1．正投影及其特性投影面與投影線垂直所得的投影叫作正投影。(1)真實性：當物體上的平面（或直線）與投影面平行時，它的投影反映實形（或實長）,這種投影特性叫作真實性。(2)積聚性：當物體上的平面（或直線）與投影面垂直時，它的投影積聚為一直線(或一點）,這種投影特性叫作積聚性。(3)收縮性：當物體上的平面（或直線）與投影面傾斜時，它的投影縮?。ɑ蚩s短）并產生變形，這種投影特性叫作收縮性。2．物體的三視圖三視圖通常是指主視圖、俯視圖、左視圖。三視圖之間的關系有以下投影規(guī)律。(1)主視圖和俯視圖都反映了物體的長度，而且長對正。(2)主視圖和左視圖都反映了物體的高度，而且高平齊。(3)俯視圖和左視圖都反映了物體的寬度，而且寬相等。（三）效果圖效果圖能更直觀、形象地表現(xiàn)產品的樣式、材質和外觀效果。更能表達實物的造型結構、尺寸比例和色彩搭配及裝飾效果等。（四）機械制圖的識讀1．常見的圖線線型輪廓線使用粗實線；尺寸線、尺寸界線使用細實線；軸線、對稱中心線使用細點畫線；不可見輪廓線使用細虛線。畫線時，在同一張圖中，同類圖線的寬度應一致。尺寸線必須單獨畫出，不能與其他圖線重合或在其延長線上，一般采用箭頭作為尺寸線的終端。尺寸界線可用輪廓線和軸線代替。2．尺寸標注

尺寸標注是零件的真實大小，默認以mm為單位，不用標注，使用其他單位時，要標注。水平方向的標注寫在尺寸線的上方中間，字頭朝上；垂直方向的標注寫在尺寸線的左側，字頭朝左；一般不能有任何圖線穿過數字；圓弧在標注尺寸線時應傾斜，不能與水平和豎直方向的點畫線重合，半圓或不足半圓標半徑，用“R”，大于半圓用“?”。尺寸標注時不重復、不閉合。如下圖所示：3．剖視圖為了清楚表達機件內部或被蓋部分的結構形狀，可采用“剖視”畫法。4．機械零件加工圖的識讀（1）讀標題欄；（2）分析視圖；（3）分析尺寸；（4）了解技術要求。（5）綜合考慮。（五）裝配圖的識讀表達機器或部件工作原理及裝配關系的圖樣。包括5個方面：一組視圖；尺寸；技術要求；序號及明細表；標題欄。（六）電路圖的識讀熟悉電器、電子元件符號。三、學業(yè)測試一、單選題1．如圖所示人行道上的盲道，體現(xiàn)了人們對盲人的關懷，該設計主要考慮到了A．信息的交互 B．靜態(tài)的人與動態(tài)的人C．人的生理需求與心理需求 D．普通人群與特殊人群2．如圖所示臺燈，下列關于該產品的設計分析不恰當的是A．臺燈底座可放筆或手機，主要考慮了“物”的因素B．臺燈底座穩(wěn)定，體積小巧，主要考慮了“環(huán)境”的因素C．臺燈外觀時尚可愛，主要考慮了“人”的因素D．臺燈照明效果好，經久耐用，主要考慮了“物”的因素3．發(fā)現(xiàn)問題的途徑與方法有：①觀察日常生活②收集和分析信息③技術研究與技術試驗④憑空想象。正確的選項是A．①③④ B．②③④ C．①②③ D．①②④4．當我們在生活中發(fā)現(xiàn)了一個設計問題之后，需要明確問題，明確問題主要包括：①問題是否明確②問題是否有價值③設計者及其團隊是否具有解決該問題的能力④解決問題受到的限制。正確的選項是A．①②③④ B．①②④ C．②③④ D．①②③5．如圖所示為一款由塑料制成的可折疊頭盔，它與傳統(tǒng)同類產品一樣堅固（符合國家標準），但足夠輕盈靈活，幾乎可以完全折疊，便于攜帶。設計者希望該頭盔能夠幫助自行車愛好者養(yǎng)成戴頭盔的好習慣。以下說法不恰當的是A．該頭盔符合國家質量安全標準，符合設計的技術規(guī)范原則B．該頭盔可折疊，攜帶方便，符合設計的創(chuàng)新原則C．該頭盔堅固、輕盈靈活，符合設計的實用原則D．該產品價格較高，符合設計的可持續(xù)發(fā)展原則6．李明同學準備設計一個多功能筆筒，他可以采用的收集并處理信息的方式有：①實地調查②訪問有關人員、向專家咨詢③借助媒體及互聯(lián)網④查閱圖書資料。正確的選項是A．①③④ B．①②③④ C．①②④ D．②③④7．如圖所示為非物質文化遺產-打鐵的傳統(tǒng)技藝，該工藝屬于A．切削 B．鍛打C．澆鑄 D．沖壓8．為了用鋸加工出如圖所示的木頭拉花，最合適的是A．框鋸 B．鋼絲鋸C．板鋸 D．手鋸塑料網狀木板鐵元寶螺絲凹陷可夾持部分為了防止水杯從課桌上跌落，小明同學設計了一個可拆卸杯托，可夾持在課桌面板的邊沿使用，下塑料網狀木板鐵元寶螺絲凹陷可夾持部分9.下列關于杯托的說法合理的是A．杯托底部的凹陷設計是為了節(jié)省材料B．杯托高度以水杯高度的1/2到2/3為宜 C．杯托網狀結構的材料不可以選擇塑料D．杯托的直徑尺寸與水杯相同 10.從圖中可以看出左邊的元寶螺絲的作用是：實現(xiàn)杯托的A．固定 B．移動 C．升降 D．滑動11．以下結構中，包含右圖所示構件的是12．下列哪個發(fā)現(xiàn)問題的能力是發(fā)明家的潛質，更具有挑戰(zhàn)性，更利于技術的發(fā)展A．人類生存活動必然遇到的問題 B．別人提出需要設計者解決的問題C．設計者自主發(fā)現(xiàn)并解決的問題 D．以上都是13．汽車行駛在山路的轉彎處時，經常無法看到對方是否來車，此時公路邊通常會安裝一張凸面鏡，用于司機觀察轉彎處的來車情況。從人機關系角度分析，主要考慮了A.普通人群與特殊人群B.信息的交互C.人的心理需求D.人體的靜態(tài)尺寸與動態(tài)尺寸14．榫卯結構堪稱中國國粹，不僅外形精致唯美，而且遵循力學原理，它不但可以承受較大的荷載，而且允許產生一定的變形，在地震來臨時通過變形抵消一定的地震能量，減小結構的地震響應。如圖所示的穿斗式建筑就是典型的榫卯結構建筑。以下關于榫卯結構說法不正確的是A.榫卯結構是木制器件的一種連接方式，是在兩個構件上采用凹凸部位相結合的一種連接，構件中凸出部分叫榫，凹進部分叫卯B.穿斗式構架是中國古代建筑木構架的一種常見形式，這種構架以柱直接承檁，沒有梁，具有用料少、省工、省料、便于施工和比較經濟的優(yōu)點C.據專家考證發(fā)現(xiàn)，榫卯結構起源于河姆渡時代，距今已有七千多年D.榫卯結構多用于金屬材料之間的連接，具有外形美觀、結構牢固的特點。檔雨板內桶外桶底座檔雨板內桶外桶底座A．外桶上明確標識垃圾分類的文字B．內桶使用塑料桶C．采用內、外桶分體結構D．垃圾桶上方設計檔雨板16．如圖所示為小華繪制的主視圖，圖中尺寸標注不正確的是A．高度尺寸72的標注B．圓弧尺寸Φ36的標注C．長度尺寸80的標注D．長度尺寸105的標注17．如圖所示的主視、左視圖尺寸標注中，不正確的是A．90的標注 B．130的標注C．80的標注 D．15的標注18．如圖所示的尺寸標注中，不正確的是A.9的標注B.18的標注C.R14的標注D.R13的標注19.如圖所示的工件，其俯視圖正確的是

20．下圖中文字和圖片描述不一致的是21．繪制三視圖時必須遵循正投影的基本特性，即：“真實性”、“積聚性”、“收縮性”，同時遵循三視圖的投影規(guī)律，即“長對正”、“寬相等”、“高平齊”。下列說法不正確的是A．“長對正”是指主視圖與左視圖的長對正B．“寬相等”是指俯視圖與左視圖的寬相等C．“高平齊”是指主視圖與左視圖的高平齊D．“長對正”是指主視圖與俯視圖的長對正22．下列關于尺寸標注說法不正確的是A．必須遵循正確、完整、清晰、合理的基本要求B．尺寸界線標示形體邊界，用細實線繪制C．尺寸線是兩端帶箭頭的線，用粗實線繪制D．尺寸數字是形體的真實大小，與圖樣的大小及繪圖的準確度無關23．“制定設計方案”環(huán)節(jié)可細分為A．收集信息→方案構思→設計分析→方案呈現(xiàn)→方案篩選B．收集信息→設計分析→方案構思→方案呈現(xiàn)→方案篩選C．設計分析→收集信息→方案構思→方案篩選→方案呈現(xiàn)D．收集信息→方案構思→方案篩選→設計分析→方案呈現(xiàn)24．要設計一個中學生喜歡的便攜式旅行箱，需要經過以下步驟：①設計多個方案，并用草圖把它們呈現(xiàn)出來②對設計方案進行評價，根據評價結果篩選出一個最佳方案③根據設計方案制作旅行箱模型④到附近