5.2像工程師那樣實(shí)踐（解析版）

◆網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

◆課本導(dǎo)學(xué)

一、工程設(shè)計(jì)

二、我們的工程實(shí)踐——制作三球運(yùn)動演示模型

◆基礎(chǔ)訓(xùn)練

知識點(diǎn)1工程設(shè)計(jì)的過程

知識點(diǎn)2我們的工程實(shí)踐

◆強(qiáng)化訓(xùn)練

一、工程設(shè)計(jì)

一般過程說明舉例：設(shè)計(jì)一把辦公椅

1.明確設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求，包括功能需可以調(diào)節(jié)椅子高度和靠背角度，坐起來更

求、性能需求、使用環(huán)境要求等。舒適

2.與客戶或相關(guān)方進(jìn)行深入溝通，充分限制條件：

明確問題理解他們的期望和限制條件。高度調(diào)節(jié)范圍：450~550mm靠背傾斜角度

調(diào)節(jié)范圍：0°~30°

座椅材料：舒適、透氣的網(wǎng)布材料

能承受的最大載荷：150kg

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概念設(shè)計(jì)：1.根據(jù)問題，通過相互交流

和討論，運(yùn)用頭腦風(fēng)暴，產(chǎn)生多種設(shè)計(jì)

概念和方案，對這些概念進(jìn)行初步評估

和篩選，確定幾個有潛力的方向。

2.對選定的概念進(jìn)行細(xì)化和完善，形成

具體的設(shè)計(jì)方案，包括整體結(jié)構(gòu)、主要

設(shè)計(jì)方案部件、工作原理等方面的設(shè)計(jì)。繪制設(shè)

計(jì)草圖

具體設(shè)計(jì)：基于概念設(shè)計(jì)，進(jìn)一步深化

方案，確定各個零部件的具體尺寸、形

狀、材料等細(xì)節(jié)，繪制詳細(xì)的工程圖紙

和技術(shù)文檔

根據(jù)設(shè)計(jì)圖，運(yùn)用各種技術(shù)，進(jìn)行一系

實(shí)施方案

列工作，制作原型

測試高度調(diào)節(jié)、傾斜角度調(diào)節(jié)、承重能力

在工作環(huán)境下對實(shí)物進(jìn)行測試，是否滿

檢驗(yàn)產(chǎn)品和舒適性等方面。測試結(jié)果表明，原型在

足限制條件

其他方面表現(xiàn)良好，但承重能力有所不足

針對測試發(fā)現(xiàn)的問題，對設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一綜合考慮生產(chǎn)成本和實(shí)際需求，選擇更換

改進(jìn)完善步的調(diào)整和優(yōu)化，解決出現(xiàn)的問題和不使用耐受力更強(qiáng)的材料，達(dá)到設(shè)計(jì)承重的

足之處。再次制作原型并重新進(jìn)行測試標(biāo)準(zhǔn)

測試完成后，與生產(chǎn)部門協(xié)作，為大規(guī)與供應(yīng)商合作，選取合適的材料和制造工

模生產(chǎn)做好準(zhǔn)備工作，如制定生產(chǎn)工藝，并制訂生產(chǎn)計(jì)劃。完成生產(chǎn)制造后，

發(fā)布成果

藝、整理和編寫詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告、使用他們與辦公家具經(jīng)銷商合作，進(jìn)行一系列

手冊等的展示、推廣、銷售活動

【說明】一個好的工程設(shè)計(jì)能夠提前預(yù)估現(xiàn)實(shí)需求和未來可能出現(xiàn)的問題，減少資源浪費(fèi)、

降低施工成本、保證工程安全穩(wěn)定和延長工程使用壽命。因此，在進(jìn)行任何工程建設(shè)之前，必

須首先進(jìn)行仔細(xì)的論證和細(xì)致的規(guī)劃，以確保工程質(zhì)量和效益的最大化。

【例1】在工程設(shè)計(jì)中，確定設(shè)計(jì)方案后緊接著的步驟是（）

A.需求分析B.詳細(xì)設(shè)計(jì)C.采購與資源準(zhǔn)備D.項(xiàng)目交付

答案：B

解析：工程設(shè)計(jì)的第一步是需求分析，根據(jù)需求確定設(shè)計(jì)方案。在確定了整體的設(shè)計(jì)方案

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后，需要進(jìn)一步深入細(xì)化各個部分的設(shè)計(jì)，包括具體的零部件規(guī)格、尺寸、材料、連接方式等，

這就是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的工作。采購與資源準(zhǔn)備通常在詳細(xì)設(shè)計(jì)完成，明確了具體的材料和零部

件需求之后進(jìn)行。項(xiàng)目交付則是在整個設(shè)計(jì)、制造、測試等流程都完成之后的最終環(huán)節(jié)。

二、我們的工程實(shí)踐——制作三球運(yùn)動演示模型

一般過程制作三球運(yùn)動演示模型

制作三球運(yùn)動演示模型，能夠演示日食和月食的成因。

限制條件：

明確問題

材料：木板、地球小模型、LED燈等。

工具：鋸子、砂紙等。

模擬運(yùn)動的機(jī)械模塊：(1)用一個大功率LED燈，配一個圓形乳白色外罩代替太陽

(大)、用泡沫大球代替地球(中)和用泡沫小球代替月球(小)，地球可繞太陽轉(zhuǎn)動，

月球可繞地球轉(zhuǎn)動。

(2)模型的動力利用手動、皮帶輪和皮帶配合完成。

(3)機(jī)械裝置中太陽下面的大皮帶輪直徑是帶動月球轉(zhuǎn)動的小皮帶輪的12倍，可

以保證地球繞太陽運(yùn)動1圈時，月球繞地球運(yùn)動12圈。

模擬陽光的發(fā)光模塊

用大功率LED燈可以模擬陽光

材料選擇：木板，太陽、地球、月球小模型直徑不相同的軸和軸套(大鐵軸配大皮

設(shè)計(jì)方案帶輪，小鐵軸配小皮帶輪)大小不同的兩個皮帶輪及皮帶(兩個皮帶輪直徑的比是

12：1)

一些螺絲、螺母等固定件

工具選擇：如鋸子、鉆孔工具等

繪制草圖

1.按照草圖中的尺寸，用鋸子把木板鋸成長度和寬度各不相同的長木條。(注意：

使用鋸子和鉆孔機(jī)注意安全)

2.用鉆孔機(jī)在較長木條的左右兩端和中間偏右的位置鉆3個孔，在較短的木條的

實(shí)施計(jì)劃

兩端各鉆一個孔，較寬的木條的中間鉆一個孔。(注意：孔的大小和軸的大小相同，

較寬木條的中間孔和較長木條中間偏右的孔徑相同，其余的孔徑相同)

3.按照下圖，用螺絲把底座安裝好。

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4.將一個大皮帶輪用大鐵軸套固定在較寬木條中心的大鐵軸上，再把較長木條中

間偏右的孔插上，軸上端固定太陽模型。(注意：大皮帶輪上下都要用軸套固定，

與上下木條之間要留有空隙)

5.較長木條左側(cè)的孔中插入小鐵軸，軸的下面裝一個小皮帶輪，上面依次固定較

短木條和地球(泡沫中球)模型，較短木條的另一端固定月球(泡沫小球)模型，調(diào)

整軸的高度，使月球中心與地球中心相平。

6.在大、小皮帶輪上掛上松緊合適的皮帶，推動右側(cè)的軸，使較長木條帶動地球

繞太陽轉(zhuǎn)動，同時小皮帶輪帶動月球繞地球旋轉(zhuǎn)，如圖所示。

演示要求在遮光室內(nèi)進(jìn)行。用手連續(xù)推動右側(cè)的軸，地球繞太陽公轉(zhuǎn)，月球繞地

球旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)厍蜻\(yùn)行到太陽與月球之間時，則形成月食；當(dāng)月球運(yùn)行到太陽與地

球之間時，則形成日食。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：三球運(yùn)動演示模型制作驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

評價維度★★★★★★

三球位置、比例均

科學(xué)原理三球位置或比例基本合理三球位置、比例均合理

不合理

模型轉(zhuǎn)動流暢，偶爾打滑卡模型轉(zhuǎn)動流暢，無打滑卡

可靠程度模型難以正常轉(zhuǎn)動

頓，但不影響使用頓現(xiàn)象

制作工藝模型外形較粗糙模型外形較為美觀模型整體美觀、精致

檢驗(yàn)產(chǎn)品

無法演示日食和月基本可以演示日食和月食，可以完美演示日食和月

演示效果

食光源有時會被遮擋食，光源全程無遮擋

依照評價量表對模型進(jìn)行測試并打分，將結(jié)果記錄在表中。三球運(yùn)動演示模型測

試記錄表

組別科學(xué)原理可靠程度制作工藝演示效果

第一組

第二組

第三組

……

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改進(jìn)完善手動轉(zhuǎn)動可以改成電動機(jī)、電池和齒輪自動轉(zhuǎn)動，運(yùn)行更平穩(wěn)

發(fā)布成果通過繪制畫報(bào)、呈現(xiàn)實(shí)物或產(chǎn)品發(fā)布會的形式發(fā)布三球運(yùn)動演示模型制作成果

【例2按照有關(guān)規(guī)劃，我國未來要發(fā)射更多的火箭進(jìn)行載人登月、深空探測等活動，因此

大家想做一個簡單的火箭模型來模擬真實(shí)火箭發(fā)射升空，為此學(xué)校開展“制作水火箭”項(xiàng)目化

學(xué)習(xí)活動。

【明確問題】

小明同學(xué)負(fù)責(zé)明確“水火箭”發(fā)射的原理，他查閱資料后得知，我國發(fā)射火箭時，點(diǎn)火后

火箭尾部會向下噴出烈焰，火箭隨即升起，于是想到“水火箭”也可以利用這一科學(xué)原理。

(1)簡述“水火箭”可以飛起來的原因：________________________________________。

【設(shè)計(jì)方案】

小亮同學(xué)負(fù)責(zé)“水火箭”的設(shè)計(jì)方案，他考慮到“水火箭”的動力只能由水或空氣提供，

從工程角度看，裝置的密封性要好，要能保證水在足夠大的壓力下噴出而產(chǎn)生足夠的反推力。

于是他設(shè)計(jì)了制作流程，首先在廢舊飲料瓶內(nèi)裝入適量水，用帶有打氣筒的瓶塞將瓶口塞住，

最后配置上由廢紙箱改造而成的火箭外殼、導(dǎo)流罩及底座，“水火箭”即可完成，如圖甲所示(簡

化模型如圖乙)。

(2)如果瓶塞未完全塞緊，將會導(dǎo)致__________現(xiàn)象產(chǎn)生。

(3)小亮設(shè)計(jì)“水火箭”頂端的導(dǎo)流罩，其目的是減小飛行時受到的__________。

【實(shí)施計(jì)劃】

小林負(fù)責(zé)“水火箭”的發(fā)射，他往瓶中裝600mL的水，塞好瓶塞后放在發(fā)射架上。用氣

筒不斷地向瓶內(nèi)打氣，瓶內(nèi)氣壓不斷增大，當(dāng)橡皮塞從瓶口沖出時，“水火箭”發(fā)射升空。。

【檢驗(yàn)作品】

以下是“水火箭”發(fā)射的評價量表

評價

優(yōu)秀合格待改進(jìn)

指標(biāo)

火箭能順利升空且在空中運(yùn)火箭能順利升空且在空火箭能順利升空且在空中

功能性

行時間t>6s中運(yùn)行時間2s≤t≤6s運(yùn)行時間t<2s或不能升空

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美觀性符合審美，有一定的設(shè)計(jì)感符合審美，設(shè)計(jì)感一般不符合審美，設(shè)計(jì)感較差

(4)小華同學(xué)負(fù)責(zé)“水火箭”是否制作成功的鑒定，其標(biāo)準(zhǔn)就是“水火箭”上升的高度，

但高度不容易測量，小華此時可以轉(zhuǎn)化成測量__________。某組同學(xué)制作的“水火箭”，由地面

豎直向上發(fā)射，其速度和時間的關(guān)系如圖所示。根據(jù)圖像，結(jié)合評價量表的功能性指標(biāo)，你對

該“水火箭”評價結(jié)果是什么并說明理由。

【拓展延伸】

(5)小組同學(xué)對“水火箭”水平飛行的距離與哪些因素有關(guān)的問題進(jìn)行了進(jìn)一步研究，并

設(shè)計(jì)了多個方案。其中的一個方案是：取上述“水火箭”，分別安裝在發(fā)射架上，調(diào)整它們發(fā)

射的角度分別為20°、30°、45°、50°、60°、70°，向瓶內(nèi)打氣直至橡皮塞從瓶口沖出，

使“水火箭”向前飛出。下表是他們在實(shí)驗(yàn)中收集到的數(shù)據(jù)：分析表中數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是：

____________________________________________________________。

發(fā)射角/20°30°40°45°50°60°70°

水平飛行距離/m14.8131.3243.6050.7253.0749.8235.42

答案：(1)高壓空氣推動水向下噴出，水給火箭一個向上的推力，水火箭升空(2)漏氣(3)

空氣阻力(4)火箭在空中的運(yùn)行時間

合格。理由：由速度和時間的關(guān)系圖像可知，水火箭的飛行時間為6s，對比水火箭發(fā)射

的評價量表可知，水火箭的功能性指標(biāo)為合格。

(5)在其他情況相同時，水火箭水平飛行距離與發(fā)射角有關(guān)，隨著發(fā)射角的增大，水平飛

行距離先增大，后減小

解析：(1)根據(jù)火箭的升空原理解答。(2)如果瓶塞未完全塞緊，將會導(dǎo)致漏氣現(xiàn)象產(chǎn)生。

(3)頂端的導(dǎo)流罩可以減小飛行時受到的空氣阻力。(4)由評價量表可知，高度轉(zhuǎn)化為火箭在

空中的運(yùn)行時間，根據(jù)速度和時間的關(guān)系結(jié)合評價量表回答。(5)由表中數(shù)據(jù)分析回答。

◆知識點(diǎn)1工程設(shè)計(jì)的過程

1.[2024浙江杭州調(diào)研]請你結(jié)合工程設(shè)計(jì)的過程，選出杭州亞運(yùn)會場館建設(shè)的正確順序

（）

A.明確問題→設(shè)計(jì)方案→實(shí)施計(jì)劃→檢驗(yàn)作品→改進(jìn)完善→發(fā)布成果

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B.明確問題→設(shè)計(jì)方案→改進(jìn)完善→實(shí)施計(jì)劃→檢驗(yàn)作品→發(fā)布成果

C.設(shè)計(jì)方案→改進(jìn)完善→明確問題→實(shí)施計(jì)劃→檢驗(yàn)作品→發(fā)布成果

D.明確問題→設(shè)計(jì)方案→實(shí)施計(jì)劃→發(fā)布成果→改進(jìn)完善→檢驗(yàn)作品

【答案】A【解析】工程設(shè)計(jì)的一般過程為明確問題→設(shè)計(jì)方案→實(shí)施計(jì)劃→檢驗(yàn)作品→

改進(jìn)完善→發(fā)布成果，A正確。

2.[2024浙江溫州調(diào)研]最早的紅綠燈只有紅、綠兩種顏色，后來經(jīng)過改良后，增加了一盞

黃色的燈，提醒人們注意危險(xiǎn)，于是紅、黃、綠三色信號燈出現(xiàn)在了世界上。這一過程屬于工

程實(shí)踐環(huán)節(jié)中的（）

A.明確問題B.實(shí)施計(jì)劃C.改進(jìn)完善D.設(shè)計(jì)方案

【答案】C【解析】由題目可知，最早的紅綠燈只有紅、綠兩種顏色，則信號燈的驟變?nèi)?/p>

易造成危險(xiǎn)和交通事故，后來在不斷地實(shí)踐和改良后，黃燈出現(xiàn)了，這一過程屬于工程實(shí)踐的

改進(jìn)完善環(huán)節(jié)。故選C。

◆知識點(diǎn)2我們的工程實(shí)踐

3.[2024北京大興區(qū)期中]2023年9月21日下午，“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，

神舟十六號航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮面向廣大青少年進(jìn)行太空科普授課。同學(xué)們觀看“天

宮課堂”后，開展了制作簡易地球儀的活動。

制作簡易地球儀任務(wù)單

第1步：準(zhǔn)備乒乓球、鐵絲、筆、鉗子等所需的材料和工具。

第2步：在乒乓球中部畫一個圓圈，作為赤道；在a、b兩點(diǎn)各鉆一個小孔，使小孔到赤

道上各點(diǎn)的距離相等，a、b兩點(diǎn)為兩極的位置。

第3步：每隔30°繪制一條緯線，并標(biāo)注緯度(度數(shù)+南/北緯字母)；每隔30°繪制一條經(jīng)

線，經(jīng)線相交于南北極，并標(biāo)注經(jīng)度(度數(shù)+東/西經(jīng)字母)。

第4步：把鐵絲彎成地球儀支架的形狀。注意傾斜的鐵絲要與水平面成66.5°角，同時所

彎的半圓要比乒乓球略大一些。

第5步：把按要求繪制好的乒乓球安裝在地球儀支架上，使其可以轉(zhuǎn)動。注意地軸應(yīng)穿過

南北極。

(1)下列為同學(xué)們制作簡易地球儀的過程，制作過程屬于工程實(shí)踐一般過程中的__________，

請你依據(jù)任務(wù)單中的步驟選出正確的排序__________。

①確定赤道和兩極的位置②準(zhǔn)備材料和工具③制作地球儀支架④安裝地球儀⑤

繪制經(jīng)緯線

A.①②③④⑤B.②③⑤④①C.②①⑤③④D.③④②①⑤

(2)下圖為某同學(xué)制作的簡易地球儀，請你按照任務(wù)單的步驟及要求，提出改進(jìn)建議。

項(xiàng)目改進(jìn)建議

地軸傾斜狀態(tài)將地軸與水平面的夾角調(diào)整為①__________

繪制緯線按任務(wù)單要求，補(bǔ)繪30°S緯線

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按任務(wù)單要求，補(bǔ)繪②__________

繪制經(jīng)線

經(jīng)線(填“60°W”或“120°E”)

標(biāo)注經(jīng)度按任務(wù)單要求，圖中60°、90°、150°后面需要加的字母是③__________

標(biāo)注緯度按任務(wù)單要求，圖中30°緯線后面，需要加的字母是④__________

【答案】(1)實(shí)施計(jì)劃C(2)66.5°120°EEN

【解析】（1）制作圖中的地球儀主要步驟如下：②準(zhǔn)備材料和工具，①確定赤道和兩極的

位置，⑤然后繪制經(jīng)緯線，③再制作地球儀支架，④最后安裝地球儀。（2）圖2為某同學(xué)制作

的簡易地球儀，按照任務(wù)單中的步驟及要求，提出的改進(jìn)建議是：將地軸與水平面的夾角調(diào)整

為66.5°，按任務(wù)單要求，圖中30°緯線后面，需要加的字母是N，按制作步驟要求，補(bǔ)繪

120°E經(jīng)線，圖中60°、90°、150°后面需要加的字母是E。

1.許多家庭的浴室內(nèi)裝有鏡子。但是在人們洗浴后鏡子上面會覆蓋一層水霧，影響鏡子的

使用。為了防止鏡子表面霧化，人們在鏡子背面安裝了一個使鏡子溫度升高的消霧器。上述過

程中，人們發(fā)現(xiàn)問題的途徑是（）

A.觀察日常生活B.閱讀收集資料C.技術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)D.了解安全的需求

【答案】A【解析】工程設(shè)計(jì)的第一步是明確問題，明確問題有多種方式，題中發(fā)現(xiàn)問題

的途徑是來源于生活，根據(jù)生活現(xiàn)象提出問題。

2.關(guān)于工程設(shè)計(jì)的過程，下列內(nèi)容中不需要在明確問題環(huán)節(jié)完成的是（）

A.論證工程的價值B.了解工程的需求

C.提出工程的要求D.提出產(chǎn)品的改進(jìn)方案

【答案】D【解析】工程設(shè)計(jì)的一般過程為明確問題→設(shè)計(jì)方案→實(shí)施計(jì)劃→檢驗(yàn)作品→

改進(jìn)完善→發(fā)布成果，提出產(chǎn)品的改進(jìn)方案是屬于改進(jìn)完善環(huán)節(jié)。

3.小明想制作一個擺放在桌面上，并且可以在水平方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的相框。從工程設(shè)計(jì)的一

般過程看，在確定了設(shè)計(jì)要求之后，接下來應(yīng)該做的是（）

A.對市場上的相框進(jìn)行一些調(diào)查B.對相框的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行篩選

C.構(gòu)思相框的形狀并用草圖呈現(xiàn)D.對相框的穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)

【答案】C【解析】制作方案設(shè)計(jì)的步驟為：收集信息→設(shè)計(jì)分析→方案構(gòu)思→方案呈現(xiàn)

→方案篩選，故下一階段是方案構(gòu)思。

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4.工程技術(shù)興趣小組的同學(xué)在設(shè)計(jì)制作一款個性化的臺燈燈罩的過程中，經(jīng)過了如下幾個

環(huán)節(jié)。下列排序中，合理的是（）

①瀏覽互聯(lián)網(wǎng)，收集相關(guān)燈罩的制作方法②通過問卷，調(diào)查需求③把設(shè)計(jì)的方案畫

出來④制作樣品⑤分析檢驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案⑥對實(shí)物進(jìn)行檢驗(yàn)

A.②①③④⑥⑤B.②①③⑥④⑤C.①②⑥④③⑤D.①②③⑥⑤④

【答案】A【解析】產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程為明確需求→構(gòu)思方法→草圖涉及→制作產(chǎn)品→檢驗(yàn)

產(chǎn)品→改進(jìn)完善。故排序?yàn)棰冖佗邰堍蔻荨?/p>

5.小程發(fā)現(xiàn)課本、試卷等資料較多，但課桌空間有限，于是他設(shè)計(jì)了一種木質(zhì)桌邊收納架。

下列分析中，不正確的是（）

A.小程通過問卷調(diào)查同學(xué)們的需求后，即可進(jìn)行方案設(shè)計(jì)

B.小程發(fā)現(xiàn)工程問題的途徑之一是觀察日常生活

C.小程在加工制作收納架前，需要先繪制技術(shù)圖樣

D.收納架生產(chǎn)出來投放市場后銷售一直不高，可能是定價太高

【答案】A【解析】通過問卷調(diào)查同學(xué)們的需求后，還需要通過各種渠道收集收納架的制

作方法，才可進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

6.現(xiàn)在很多城市的路面都用水泥磚鋪設(shè)，但我們也常?？吹胶芏嗨啻u沒用多久就出現(xiàn)開

裂的情況。除了路面缺乏維護(hù)、保養(yǎng)之外，還有一個很重要的原因是水泥磚的質(zhì)量差。從水泥

磚的制造這一工程分析，下列原因中，可能的是（）

A.對水泥磚的強(qiáng)度要求低B.嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制造

C.采用電腦繪制圖紙D.對產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)

【答案】A【解析】水泥磚的質(zhì)量涉及到方案設(shè)計(jì)、圖紙繪制、材料選取、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行、殘

品檢驗(yàn)等，只有這些都嚴(yán)格做到位了，才能確保質(zhì)量過硬。A