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

第三节 技术设计的一般过程和方法 1 CONTENTS 目录 一 技术设计的一般过程 二、技术设计的方法 2 一、技术设计的一般过程 3 潘立群在一次偶然的机会中，了解到全国有色障者近6500万，当时脑海中就闪现出一个想法：能否发明一种色障者也可识别的交通信号灯？得到老师认可后，潘立群着手研究。刚开始他跑到马路上研究各种信号灯的闪烁规律，以后又琢磨到还应该了解色障者和常人的异同点。他开始去医院了解到色障者只是无法辨别颜色。他设计了几种方案并画出草图，并从科学性，创新性，可靠性，安全性，成本核算等多方面对几种方案进行分析，比较，权衡，最终确定了较好的一种方案：通过改变电路在红灯中加“X”图形，在黄灯中加“-”图形，绿灯保持不变。红灯亮时“X”同时闪烁表示禁行，黄灯亮时“-”同时闪烁表示等待，绿灯不变表示通行。潘利群制作了新型交通信号灯样品，进行了测试并做了进一步完善。这样色障者也能看到“红绿灯”，而且这一方案不需增加成本。       山东省科学技术协会科普部部长尹传瑜在接受记者采访时表示，这个看似简单的发明，不是难在电路设计上，而是难在设计思路的创新上。一个高中生能做出这样的发明，是很不错的。首先，它符合各国信号灯的使用惯例和有关的国家标准而且不需要增加成本；其次，它既不影响大多数人的使用，又能满足色障者的识别需要。项目有广泛的实用性并具备推广价值。 潘立群发明的可解决交通中色觉障碍的交通信号灯，获得国际中学生创新成果展评最高奖，并被山东大学破格录取。 案例：新型交通信号的发明 【一】技术设计的一般过程 【一】技术设计的一般过程 刘辉住在一个离小镇约为25km的山村里，村子通往镇里的山路上有一座没有路灯的简易木桥，近期发生几起夜里到镇医院急诊的病人及赶集夜归的路人掉进河里的事故，村民们急切希望能在小桥路边装上照明灯，刘辉在学习了通用技术课程之后，决定为乡亲们设计路灯。 山村路灯的设计 1.发现问题 2.收集设计所需的信息、数据、资料 （1）夜晚急诊病人及赶集夜归人都要经过小桥，解决桥边的路灯照明很有价值。 （2）小镇靠本地小水电站供电照明，枯水期经常发生停电。 （3）小桥位于山路中段，离山村和小镇都约为12km，小桥位置地处河谷，晴天时阳光充足，常年风都比较大。 （4）全路段按照路灯投入太大，小桥不长，安装1盏路灯即可，其他路段相对平坦，可以暂不安装。 刘辉与同学们就路灯的设计到实地 进行了调查，并收集了与路灯设计有关资料。 【一】技术设计的一般过程 （5）路灯的供电方式有市电，蓄电池，风能和太阳能 经过实地调查和手机有关资料，刘辉和同同学们对改路灯设计的价值，技术问题和设计的条件及能力得到了进一步明确。 【一】技术设计的一般过程 刘辉住在一个离小镇约为25km的山村里，村子通往镇里的山路上有一座没有路灯的简易木桥，近期发生几起夜里到镇医院急诊的病人及赶集夜归的路人掉进河里的事故，村民们急切希望能在小桥路边装上照明灯，刘辉在学习了通用技术课程之后，决定为乡亲们设计路灯 3.值得解决吗？ 【一】技术设计的一般过程 刘辉向通用技术老师提出了自己的设想，老师向学校领导了做了汇报，学校同意在设备，技术，资金上给予帮助。刘辉和同学们受到鼓励，他们成立了项目小组，决定把设计工作落到实处。 4.有条件解决吗 ？ 【一】技术设计的一般过程 项目小组为设计路灯制定了3个初步方案，并分别绘画了草图。 方案1：从整理架设交流供电线路，用220V交流电作路灯电源，用水泥柱作灯柱，人工开关路灯。 方案2：用蓄电池供电，用直流12V LED做光源，用光敏二极管做控制，自动开关路灯，用水泥柱作灯柱，蓄电池送到小镇充电，多块蓄电池交替使用。 方案3：用LED做光源，用光敏二极管控制自动开关路灯，用水泥柱作灯柱，采用风光互补供电装置提供路灯电源。 5.设计构思，设计多种方案 【一】技术设计的一般过程 项目小组对3个方案进行了分析、权衡和比较。 （1）采用方案1要架设一条交流电供电线，电线、灯柱投入要几万元，成本非常高。在枯水季节大多数时间水电站会受影响，存在经常停电的可能。 （2）采用方案2少了架设交流电线的投资，但要经常讲蓄电池送到小镇充电，比较麻烦，需要多块蓄电池，投资也不少。 （3）采用方案3风光互补供电装置，省去人工充电的麻烦，加上采用光敏二极管在晚上和白天自动开关路灯，安装调试好后不用人工管理。风光互补供电装置全套不到2000元，从建设成本和管理成本考虑比较方案1和方案2。 项目小组决定选用方案3. 6.对方案分析比较权衡选定方案 项目小组对方案3进行了详细了的设计，制作， 安装和调试。 试用了1个月后，村民们反映了一些意见。 （1）路灯在天完全黑时才开启，能否天未黑就开启。 （2）对智能控制器和蓄电池的防水不够完善，雨水会飘洒到设备内，容易引起设备损坏。 （3）该山区常用雷电，担心设备受到雷击。 ………………………… 7.进行具体、详细的设计，实施研制，产品检测 8.评价，提出改进意见 【一】技术设计的一般过程 【一】技术设计的一般过程 同学们针对路灯存在问题进行了检查，分析，并派人到县城向专家请教，学习，然后对自动开关路灯的设计进行了修改。 如加装了避雷针。 路灯经过6个月的试用，效果良好，晚上过小桥时再也不用担心掉到河里了，村民十分满意。 设计成果还由通用技术老师，及技术站的张技术员等人进行了评价，大家认为刘辉等同学的路灯设计不但具有技术价值，经济价值，社会价值，而且还体现了生态优先，绿色环保意识。 9.是最优化设计吗？ 8.评价，提出改进意见 技术设计的一般过程 发现问题 收集设计所需的信息、数据、资料 值得解决吗？ 有条件解决吗？ 确定设计课题 设计构思 设计多种方案 对多种方案进行分析、比较、权衡，选定方案 进行具体、详细的设计 实施设计（产品研制） 评价，提出改进意见 是最优化设计吗？ 设计完成 不解决 暂时不解决 中间过程需要检测、评价及改进 修改设计 否 需重新选择方案 需重新设计 否 无 16 【一】技术设计的一般过程 1.山村路灯体现的思维方式是：工程思维 2.山村路灯设计遵循的原则： （1）科学性原则 （2）创新性原则 （3）安全性原则 （4）实用性原则 （5）经济性原则 （6）可靠性与耐用性原则 （7）标准化原则 （8）工程心理学和生理学原则 （9）时效性原则 （10）最优化原则 （11）法律、道德规范原则 （12）可持续发展原则 二、技术设计的方法 从技术设计的一般过程可知，发现和明确设计问题之后，需要对设计进行构思，在构思的基础上进行设计的分析，而在设计构思、分析、交流的过程中，我们需要具备绘画设计草图的本领。 18 二、技术设计的方法 （一）设计草图的绘画 设计草图是在设计初期， 设计者为了快速记录灵感 及初始方案构思的所绘画的图样 二、技术设计的方法 （一）设计草图的绘画 1.徒手绘画 徒手画草图要求： 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 （一）设计草图的绘画 徒手绘图 徒手绘图方法演示 画短直线、长直线 基本图形绘制 圆形（先绘制正方形） 圆柱体 徒手绘图方法演示 借助网格纸画立体草图 21 2.绘图软件绘制草图 二、技术设计的方法 （一）设计草图的绘画 （二）设计方案的构思 我们在设计过程中许多想法是模糊的，零散的，不系统的，需要通过一定的方法将其具体化形成较为完整的方案。帮助我们构思设计方案的工具方法有很多。教材主要介绍了黑箱法、列举法、移植借鉴法，筛选法。 （二）设计方案的构思 1.黑箱法 黑箱法是指一个系统内部结构不清楚，或根本无法弄清楚时，外部输入控制信息是系统内部发生反应后的输出信息，再根据其输出信息来研究其功能和特性的一种方法。 （二）设计方案的构思的方法 所谓黑箱就是指那些既不能打开又不能从外部直接观察其内部状态的系统，比如人们的大脑只能通过信息输入输出来确定其结构和参数。 通过观测外部输入信息和黑箱输出信息的变化关系，来探索黑箱内部的构造和机理。 信息 输入 黑 箱 信息 输出 望、闻、 问、切 病 人 病症的外部表现 26 2.列举法 希望点 列举法 缺点 列举法 列举法是用运用发散思维来克服定势思维的一种方法。它又分为缺点列举法和希望点列举法。 27 2．列举法 P60案例： 李明同学使用目前市面上的雨伞总觉得有些不尽人意，他想对雨伞进行一些创意设计，他在设计构思中使用了以下方法： 列举出市面上普通雨伞的优点，如：结实、不透水、能防紫外线等。 列举出市面上普通雨伞的缺点，如：款式单一，不易识别；乘公交容易沾湿别人的衣服；单手不宜开合；伞太长不易携带；不适合两人使用等。 在构思设计方案时发扬优点，改善不足，形成了创造性的设计构思。 他设计了一种伞面具有不同图案、可自动开合、可伸缩、伞顶增加了集水器、可供双人使用的雨伞。 与设计的参考对象作比较，列举其优点以保留；列举其缺点以避免。 列举其不足（或不同）之处，以便做必要的补充。 在继承的基础上创新，使新方案尽可能完善。 双人雨伞的构思，运用了列举法： 28 3，移植借鉴法 移植借鉴法是将某一领域的原理，技术，方法，结构，材料，用途等移植到另一个领域中的发明创造方法。一般有原理移植，技术移植，方法移植，结构移植，功能移植，材料移植等. 这种借鉴移植不是简单的生搬硬套，需要运用联想想象，根据设计对象进行适应性改良。 在电动平衡车设计中，设计人员从人体的平衡系统结构中获得启迪触发灵感，并通过联想将其原理合理应用到设计中。 4.筛选法 将功能元的解尽可能的按层次罗列出来，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,经过不断的筛选，剩下两三种方案再按方案设计的步骤继续设计。 （三）设计的分析 进入方案设计阶段，先对设计展开分析，解决设计什么和如何实践设计问题。 解决设计什么问题，需要对设计进行需求分析。 1.设计的需求分析 2.设计的功能分析 产品功能分析目的是要解决如何实现设计的问题。 1.设计的需求分析 (1)分析业务需求，分析设计的必要性和可行性。 (2)分析用户需求。 要实现业务需求和用户需求，需要考虑建立一定的系统，因此需要分析系统需求。 33 系统需求分析 (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。 34 2.设计的功能分析 解决“如何实现设计”的问题，主要包括产品功能原理的分析、实现方法和途径、方案的评价和决策等。 设计任务 求总功能 总功能分解 求解 功能元 功能元解组合 评价与决策 最佳原理方案 分析 综合 评价决策 35 （四）设计中的人机关系。 在生活中，我们每个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，物品与人产生了一种相互关系，这种相互关系成为人机关系,是指人身临其境、所面对、感受、所体会到的人与一切物体(简称为“机”)的关系。 人机关系是指人与“机器设备”及所使用的“一切物品”之间的关系，包括使用时与所在环境之间的关系。 人机关系包含两个层面： 1.人对机：使用有更多功能使用和控制，更加方便、快捷完成人所设定的功能和目标，使机能平稳，在环境中高效率、安全的运行；并延长它的寿命. 2.机对人：适合、满足人的生理心理需求，在环境中使人安全、感觉舒适，有利于人的健康。 人机关系实现的四个目标：高效，安全，健康、舒适 阅读案例：工作椅设计中的人机关系。（P69） 在工作座椅设计时，为了达到高效、方便、舒适、健康、安全的目标，需要从人的角度出发，考虑使用者的生理、心理、体验、审美等因素。 人和工作座椅形成的人机关系有： 1. 手臂与椅子的扶手 2. 背与座椅的靠背 3. 臀部与座椅椅面的宽度 4. 腿与座椅椅面的高度 5. 脚与座椅椅面的高度 38 小结 技术设计的一般过程和方法 一、设计的一般过程 二、技术设计的方法 1.设计草图的绘制 2.设计方案的构思 黑箱法 列举法 移植借鉴法 筛选法 3.设计的分析 设计的需求分析 设计的功能分析 4.设计中的人机关系 目标 高效、安全、健康、舒适 课堂同步练习 40 1.图中反应了人机关系要实现的哪个目标（ ） A 高效 B 安全 C 舒适 D 健康 A 2，以下关于技术设计的过程，说法正确的是 A设计方案，一旦确定就不能再进行修改了， B通常在方案构思时会制定多种方案，然后进行筛选 C技术设计中，不管目前是否具备条件解决，都可以完成技术设计过程， D全部设计过程是顺序执行的，不能返回。 B 中国风 谢谢观看！ 43 Lavf58.30.100 $$