2.3.2 技术设计的一般方法 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 第二课时 技术设计的方法 目录 壹 设计草图的绘画 肆 设计中的人机关系 贰 设计方案的构思 叁 设计的分析 设计草图的绘画 第一节 设计草图是在设计初期，设计者为了快速记录设计灵感及初始方案构思的意念所绘画的图样。 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。 学习徒手绘画草图，首先要进行绘图的基础技能训练。 1）画直线 （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（图2－16）。 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 图2-16 徒手画线 （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。试画出图2-17所示的图形。 图2-17 徒手绘画基本图形 方法指导 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（图2-19）。 绘画圆形 绘画椭圆形 绘画其他形状的曲线 图2-19 徒手画圆形、椭圆形及曲线的方法 3）画圆形及曲线 4）画立体图 （a）画外框 （b）各部分的空间分割 图2-22 徒手绘画复杂的立体图 （c）各部分绘制，用粗线 勾画轮廓线 （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 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（图2-21）。 设计方案的构思 第二节 设计方案构思的方法有许多，黑箱法、列举法、移植借鉴法、筛选法是几种常用的 方法。 像李明同学对自行车的设计构思一样，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。 自行车是我们熟悉的交通工具，李明同学尝试用黑箱法对自行车进行设 计构思。在设计中他把自行车当作一个不透明、不知内部结构的“黑箱”，对 “黑箱”输入人力，通过黑箱的转换，实现自行车的行走、转向、制动、变速 等基本功能，如图2-27所示。 黑箱 实现自行车必要 功能和基本功能的 方法 案例 行走 转向 制动 变速 图2-27 自行车设计黑箱图 1．黑箱法 输入人力 自行车的 输出 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 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 些创新设计。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、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；乘公共汽车时容易 沾湿别人的衣服；单手不易开合；伞太长不易携带；不适合两人使用；等等。 在构思设计方案时发扬优点，改善不足，形成了创新性的设计构思。 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、可双人共用的伞（图2-28）。 3．移植借鉴法 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。 在电动平衡车的设计中，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地应用到了设计中。 4．筛选法 功能元 解法 1 2 3 4 5 6 A动力源 电动机 汽油机 柴油机 蒸汽机 液动机 气动电动机 B移位传动 齿轮 传动 涡轮传动 带传动 链传动 液力耦 合器 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。 表2-13 挖掘机取物、运物的方式 功能元 解法 1 2 3 4 5 6 C移位 轨道及 车轮 轮胎 履带 气垫 D取物传动 拉杆 绳传动 气缸 传动 液压缸 传动 E取物 挖斗 抓斗 钳式斗 动力源、传动、移动及取物功能元的解的排列组合将会得到多种方案：如A3+B4+C3+D2+E1得到履带式挖掘机，又如A5+B5+C2+D4+E2得到液压轮 胎式挖掘机。对得到的多种方案，按可行性、先进性、方便性、经济性逐个进行筛 选，选定其中较合适的方案，再按设计的步骤继续设计。 在上述挖掘机的功能设计中，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。上述挖掘机功能设计构思中运用了筛选法。 设计的分析 第三节 1．设计的需求分析 解决“设计什么”的问题，需要对设计进行需求分析。 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。 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。 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。 各种需求的概念示意如图2-30 所示。 系统需求 功能需求 质量属性 非功能需求 其他非功 能需求 设计约束 需求规格 说明书 业务需求 用户需求 v ▲ 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。 产品设计的功能分析，一般根据产品系统设计 的功能需求，先确定系统的总功能，再把总功能逐 层分解成功能元，然后对功能元进行求解。将功能 元的解进行不同的组合，从而形成多种设计方案， 对多种设计方案进行比较和权衡，选出最佳方案。 系统设计分析的流程见图2－31。 最佳原理方案 求解功能元 评价与决策 功能元解组合 总功能分解 设计任务 求总功能 设计的功能和结构分析 图2-31 综合 分析 设计中的人机关系 第四节 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，物品就与人产生了一种相互关系。这种相互关系称为人机关系。 1.人机关系要实现的目标 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。 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。 讨论： 1.“铁锹作业试验”中改进了哪些人机关系而使工人的工作效率大大提高? 2.在人机关系中，哪些因素会影响工作的效率?请结合具体的案例进行说明 高 效 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。 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。 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。 2.实现合理人机关系的方式 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。 为了实现良好的人机关系，不仅 要使产品符合人体静态尺寸，而且要 让人在使用它时，能够方便施力、有 足够的空间等。这样的设计有利于缓解人体疲劳，提高效率，满足健康、舒适的要求。 普通人群与特殊人群 大多数产品是为普通人群设计的，设计参照的标准是依据普通人群的数据确定的。如 常见的门，其高度、宽度、门把手的位置等(一般来说，门高2000 mm, 宽700～800 mm, 门把手高1000 mm) 都是以普通人群的身高、体宽以及左右手习惯等为标准设计的，适合 于普通人群操作、使用。但是，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. 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。 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。 下课啦 $$