2.3 技术设计的一般过程和方法 课件-2024-2025学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计1

2.3 技术设计的一般过程和方法 1 目录 壹 技术设计的一般过程 贰 技术设计的方法 叁 设计方案的构思 肆 人机关系 技术设计的一般过程 第一节 技术设计的方法 第二节 1.徒手绘画 徒手绘画草图要求：画线要稳，图线要清晰；目测尺寸要准，各部分比例匀称；绘图 速度要快；标注尺寸无误，字体工整。 图2-15 小汽车设计草图 （1）徒手画线是徒手绘图的基本技能。徒手画线时，如果只让手臂自然地沿关节摆 动，往往会像圆规般画成弧线。所以，画长直线时要适当地移动手臂，以免画成曲线。相同道理，在画短直线时要适当地移动手腕。 只摆动手臂会画成弧线 画长直线时要移动手臂 画短直线时要移动手腕 1）画直线 （2）画12 cm以上的水平直线时，可以在画面上做两个点，手控制笔，眼睛注视着两 点之间画线。要经常进行画线练习才能提高对笔的控制能力，达到熟能生巧的效果。 2）画基本图形 学会了画直线的基本技术后，便可以练习徒手画直角、正方形、长方形、平行四边形 和三棱柱等基本图形。 3）画圆形及曲线 056 徒手画圆形和曲线并不容易，需要运用一些特别的技巧。较为常用的是正方形画圆 法：先轻轻地画一个边长等于待画圆形直径的正方形线框，再绘画出平分边长的中心线， 接着在被两根互相垂直等分的中心线划分的区域内分别画出四段1/4圆周曲线，然后将曲 线圆滑地接起来，就可绘画出圆形。将正方形线框改为长方形线，就可画椭圆形。用类似 的方法可以画其他形状要求的曲线 4）画立体图 徒手绘画立体图时，应先画出合适比例的立方体外框，再对空间进行分割，然后用粗 线把整个立体图勾画完成。如在绘画圆柱体时，先画立方体外框，再画前后的图形，接着 连接两圆形便成为圆柱体了。 （a）画立方体外框 并加中心线 （b）画前后的圆形 （c）连接两图形 5）借助网格画草图 要领：①与地面垂直的线垂直画。②与地面平行的线按网格上的斜线画。③以网格上 的小格来确定物体的比例关系。 设计方案的构思 第三节 把一个不清楚内部结构的系统（系统是指由 相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体）当作黑箱， 通过观测外部输入黑箱的信息和黑箱输出的信息的变化关系，来探索黑箱的内部构造和机 理，这种方法称黑箱法。 1.黑箱法 黑箱法要突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质：①暂时摒弃一些附加功能和非必 要功能，突出必要功能和基本功能。②把必要功能和基本功能用输入、输出这样较为抽象 的形式加以表达。 2.列举法 与设计的参考对象作比较，列举其优 点，在新方案中保留；列举其缺点，以便避免；列举其不足（或不同）之处，以便做必要 的补充。这样，在继承的基础上创新，使新方案尽可能完善。 3.移植借鉴法 从某种物体或是现象中获得启迪，触发灵感，并 通过联想将其原理合理地应用到了设计中。 电动平衡车（图 2-29）是一种新型的两轮代步工具，电池驱动，由操纵者站立驾驶，速度可达20 km/h。其最有冲击力的创意是“动态稳定”技术，操作者依靠身体重心的变化就能控制车辆。李明同学进行了驾驶体验：当他身体前倾车辆就会前进，后仰就会后退，向左倾斜就会向左转，向右倾斜就会向右转，身体直立就停了下来。李明觉得电动平衡车似乎变成了自己神经系统的一部分，清楚地知道自己想要做什么。 李明通过查阅资料，知道电动平衡车的“动态稳定”技术移植借鉴了人体平衡系统结构。人们从生活中知道，站立时身体前倾虽然打破平衡，但不会摔倒。原因是人体平衡系统感觉你将失去平衡，促使你迈前一步制止倾倒。电动平衡车轮子相当于双腿，电动机相当于肌肉，微处理器相当于大 脑， 一系列测量倾斜的传感器相当于人体平衡系统，感知操作者前倾时，为保持平衡，将轮子自动调到适当的速度，使电动平衡车前行。 4．筛选法 挖掘机的功能主要是取物和运物。取物和运物需要动力源、传动、移动及 取物等功能（称为“功能元”）。动力源、传动、移动及取物的方式有多种方法 （称为“功能元的解”），如表2-13所示。 将功能元的解尽可能地按层次罗列出来，然后进行排列 组合，对排列组合的结果逐个分析、审查，淘汰不适合的，经过不断筛选，剩下两三种方 案再按方案设计的步骤继续设计。 设计的分析 第三节 1．设计的需求分析 需求分析首先是要分析业务需求，分析设计的必要性和可行性。分析内容包括产品 开发的必要性、市场调查和预测、有关产品的国内外水平及发展趋势、预期达到的技术水 平、需要解决的技术问题、投资的费用及时间进度计划、现有条件下开发的可能性及准备采取的措施、经济效益、社会效益等。 其次是要分析用户需要。通过用户访谈、调查，对用户使用的场景进行整理，了解他们的想法，从而建立从用户角度出发的需求。 系统需求分析包含功能需求、非功能需求和设计约束。 （1）功能需求。系统必须完成那些事，即为了向它的用户提供有用的功能，系统必 须执行的动作。 （2）非功能需求。产品必须具备怎样的属性或品质，如性能、响应时间、可靠性、 容错性、扩展性等。 （3）设计约束。也称为限制条件、补充规约，这通常是对解决方案的一些约束说明。 2．设计的功能分析 对产品功能分析的目的是要解决“如何实现设计”的问题，主要包括产品功能原理的分析、实现的方法和途径、方案的评价和决策等。 对设计进行功能分析，是把设计看成是由若干个设计要素组 成的一个技术系统，每一个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有 层次性，所有的设计要素结合后，即可实现系统所需要的功能设计目标。 第四节 人机关系 人无时无刻不与身边的物品发生联系。当我们使用这些物品时，物品就与人产生了一种相互关系。这种相互关系称为人机关系。人机关系中所指的 “机”包括工具、仪器、仪表、设备、设施以及劳动保护用具等。在设计中，我们所设计的产品都是从人的需求出发，为人服务的。因此，人机关系也就成为设计活动中必须考虑的核心问题之一。 1.高 效 在设计中，应把人和机作为一个整体来考虑，合理或最优地分配人和机的功能，以 促进二者的协调，提高人的工作效率。同时，人、机所在环境中的一些因素，如温度、 湿度、噪声、照明、振动、污染和失重等也影响人的效率和行为。 人机关系要实现的目标 铁锹作业效率 被称为“科学管理之父”的美国人泰勒于1898年在伯利恒钢铁公司进行了著名的“ 铁锹作业试验”。 铁锹作业试验首先系统地研究铲上的负载应为多大的问题。他用5 kg、10 kg、17 kg和20 kg四种装煤量的铁锹进行试验，发现用10 kg 的铁锹作业时工人的工作效率最高。每次装煤量过多，虽然每次的搬运量大，但是会令工人很快疲劳，从而减少搬运次数；每次装煤量过少，虽然可以增加运送次数，但是运送总量得不到保证。其次，他还研究了各种材料能够达到标准负载的锹的形状、规格以及各种原料装锹的最好方法，并对每一套动作的精确时间作了研究，从而得出了一名 “一流工人”每天应该完成的工作量。这一研究结果是非常出色的，堆料场的劳动力从400～600人减少为140人，平均每人每天的操作量从16 t提高到59 t。 2.安 全 人机关系中的安全，是指人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不构成 生理上的伤害，产品与人接触的部分不允许有尖角和锋利的边槽，易产生危险的地方应 进行安全保护设计，如汽车的安全带设计、冲床的安全保护设计、儿童座椅前的护栏设 计等，其目的都是为保护操作者和使用者使其避免伤亡。 3.健 康 人机关系所追求的健康，是指人在长期操作或使用产品过程中，产品不会对人的健 康造成不良影响。如果产品设计不合理，就会使人处于不恰当的作业姿态，长时间地操 作或使用它，不仅使人感到疲劳，还会影响人的身体健康。 4.舒 适 人机关系中的舒适，是指人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状态，操作或 使用的姿势能够在人们自然、正常的肢体活动范围之内，从而使人不会过早地产生疲 劳。心理上的舒适感受也是人机关系应当考虑的目标。 零重力座椅最初的设计逻辑，来自美国太空署（NASA）的零重力环境下航天员中性身体姿势（NBP）研究。该研究认为，128±7°是理想的航天员坐姿，真正的零重力座椅能让人全身均匀受力，从而提升舒适度，在较大程度上解决了普通座椅的诸多不适特别是长途驾乘时乘坐的不适感。零重力座椅提供了从肩部到腰部的优化支撑，可以减轻肌肉骨骼压力，相对于普通座椅，可以使驾乘人员在经过长时间的驾乘后也能大幅减少疲劳感。 实现合理人机关系的方式 1.普通人群与特殊人群 在产品设计应用过程中，还应当考虑特殊人群的使用状 况，如盲人、肢体残疾人、老人和儿童等，让这部分群体享受无障碍设计带来的便捷。 2.静 态 的 人 与 动 态 的 人 人们使用产品时处于静态和动态两 种状态交替之中，因此，设计的产品不 但要符合人体的静态尺寸，还要符合人体的动态尺寸。静态尺寸是指人的 构造尺寸。动态尺寸是指人的功能尺 寸，包括人的动作范围、体形变化等 测量数据。 3.人的生理需求与心理需求 设计中的人机关系，不仅要满足人的生理需求(如高矮、胖瘦、身体状况等),而 且要满足人的心理需求。产品的色彩、材质等都会对人的心理产生影响，视觉、听觉、 触觉、味觉等都影响人的心理感受，如果能在设计中注意满足人在这些方面的心理需 求，就可以将人机关系处理得更好。 22年前阿巴拉契亚 州立大学的一项实验测一测：下面三种饮料，都是什么味道 4.信息的交互 人与产品的互动过程就是人与产品之间信息传递的过程，即人机之间运用信息语言 交流的过程。改善信息传递的途径能够获得更好的人机关系。例如，从人工转接有线电 话到程控交换机，从固定电话到基于移动互联网的智能手机，人机交流、人获得信息的 渠道和方式发生了根本的变化。而发展得如火如荼的人工智能技术、虚拟现实技术等，又使得人与产品之间的信息交互方式发生了更为丰富的变化。 不同的信息有着不同的特征，若选取不恰当的信息传递类型，往往会导致不良的人 机关系，应根据设计目的为人机交互选择最佳的信息传递类型。 自主学习 $$