2.2 技术设计原则、分析与优化第2课时课件-2025-2026学年人教版高一通用技术必修一

第二章 技术设计及其表达 第2节 技术设计原则、分析与优化 （第2课时） 通用技术 技术与设计1 学习目标 1. 知道技术设计的一般原则。 2. 学会设计分析的方法和过程。 3. 熟悉设计方案优化的方法，理解方案优化贯穿于产品设计、生产、使用全过程。 2.2 设计分析 六、根据人机工程学进行设计分析 1. 人机工程学 人机工程学是研究系统中人与其他组成部分的交互关系的一门科学，涉及人在某种环境中的解剖学、生理学、心理学等，并将其理论、原理、数据和方法应用于设计，以优化系统的工效和人的健康幸福之间的关系。 人机工程学的研究主要是解决人、机、环境三大要素之间的关系，为人的作业效能、安全、生理和心理健康问题提供理论和方法。 人 机 环境 2.2 设计分析 人机工程学发展历程 发展历程 时间 说明 古代人机关系 跨越石器、青铜、农耕时代 人类开始发明和使用工具，人和器具的关系就诞生了最原始的人机关系。 近代人机关系 19世纪80 ～ 90年代 工业化的生产，使人要适应机器，开始研究人和机器匹配问题。 现代人机关系 20世纪30 ～ 40年代 开始重视工业与工程设计中“人的因素”，从而使“人适应机器”变为“机器适应人”。 人机工程迅速发展时期 20世纪60 ～ 80年代 军事领域的继续发展和太空竞赛的促进，以及从军事领域转向民用领域，并对残疾人、妇女、儿童等特殊人群关注，出版了大批人机工程著作，使人机工程学迅速发展 弹性人机关系 2 0 世 纪 8 0 年后 随着计算机的普及，数字产品诞生。数字产品和人机交互界面，更关注人的价值 2.2 设计分析 2. 设计与人机工程学 设计的目的是设计出来的产品能够满足人的需求或愿望。 因此，在设计产品时，要充分考虑人的因素，这就涉及人机工程学。 （1）理论层面的一致性 寻求人—机—环境系统的优化和最佳匹配。 环境为限制和约束、以人为基础和目标、以物为对象和结果。 （2）为设计提供科学依据 设计涉及人的因素，就需要人体尺寸参数。 对人体结构和机能特征进行研究，可以提供人体尺寸、活动范围等各种特征参数。 （3）为设计产品提供切入点 用户需求是第一位的。 人机工程学可以为产品设计提供切入点。 2.2 设计分析 2. 设计与人机工程学 如18 ~ 60岁中国男性人体头部尺寸。 在头盔、耳机、眼镜等产品设计中，就要利用这些人体头部尺寸数据。 利用这些尺寸数据，参考头型和形态等，就可以为这些产品造型设计提供所需要的科学依据。 2.2 设计分析 3. 产品设计中的人机工程学 削皮刀设计中的人机工程学 在产品设计中，应该把人与机作为一个整体考虑，实现最优、协调、高效的功能分配。 人在操作和使用产品过程中，追求健康、舒适、安全等原则。 产品设计时，还要充分考虑普通人群和特殊人群、静态的人和动态的人、生理和心理等需求。 从削皮刀的多个组成部分分析设计的人机工程学，充分体现了设计满足人需求的目标。 2.3 设计优化 一、方案比较、权衡和决策 名称 说明 方案比较 将各方案的设计性能、结构功能、技术指标、外形尺寸、外观造型、成本造价、材料匹配、加工工艺等要素列表，逐一分析和比较 方案权衡 在比较的基础上，根据市场需求的偏好和产品需求人群的兴趣、爱好等，从总体上权衡各方案的优劣 方案决策 通过比较和权衡，综合考虑，择优选取一个方案。对该方案进一步完善，并且吸收其他方案的优点 设计方案是指在具体的技术应用或实践过程中，完成某项任务要求或解决某个具体产品需求问题的方法。 解决一个问题可以有多种方法或途径。因此，一个具体产品的设计，存在多个设计方案。 通过比较、权衡和决策，设计者可以从中选出最优方案。 2.3 设计优化 讨论与交流 序号 爬楼能力 结构功能 外观造型 成本造价 加工难度 市场偏好 权衡决策 方案一 方案二 方案三 分小组对楼梯手拉车车轮三个方案，进行方案比较、权衡和决策。并完成对各个方案的评价。 2.3 设计优化 二、设计优化的方法 技术设计方案决策完成后，还需要进行优化，使其成为最佳方案，然后，才能进入方案的实现、产品的生产过程。 在设计阶段，方案优化的一般方法是按照设计原则优化、按照设计分析优化、通过比较和权衡优化、产品外观优化等。 2.3 设计优化 三、产品的改进和拓展 自行车的设计改进过程 方案优化不应局限在设计阶段，而应贯穿设计、生产、试用和使用全过程。 然后进入设计方案的实现、产品制作及产品试用和使用阶段。同时可对方案进行改进、完善。 在产品试用和使用过程中，出现的问题，需要通过改进设计方案来解决。 产品的设计，通常是从低级到高级，从简单、单一功能到复杂、多功能逐步拓展起来的。 2.3 设计优化 四、爬楼梯手拉车车轮的设计优化实践 用三个成120°夹角连接的车轮组成一个大的轮子。 试验分析发现这种设计方案的车轮强度和稳定性不足。 改进设计的三角形支撑架取代三个直杆。 2.3 设计优化 四、爬楼梯手拉车车轮的设计优化实践 台阶踏步的高度不宜大于175 mm，也不宜小于140 mm。 当组合车轮的支撑架，在爬楼梯过程中，会与台阶踏步发生碰撞，所以对于高度是140 mm的台阶踏步高度，之前的轮子设计并不合理。 支架的直边改成半径为224 mm的圆弧线， 2.3 设计优化 设计过程不是简单的线性过程，而是复杂交织、循环往复、相互促进的演化历程。 设计构思环节开始，可以通过设计原则分析、改进、完善、优化技术设计方案。 总结 技术设计原则、分析与优化 2.1 设计原则 2.2 设计分析 一、根据设计原则进行设计分析 二、通过制作模型进行设计分析 三、根据技术试验进行设计分析 四、根据技术标准进行设计分析 五、通过交流、评价进行设计分析 六、根据人机工程学进行设计分析 2.3 设计优化 一、方案比较、权衡和决策 二、设计优化的方法 三、产品的改进和拓展 四、爬楼梯手拉车车轮的设计优化实践 综合实践活动 循迹小车的底板设计 设计一个底板，用来安装车轮、电路控制板等。 利用设计原则、设计分析与优化方法，完成的循迹小车底板的设计。 循迹小车底板完善设计评价 序号 评价指标 评价方式 自评 互评 师评 1 符合设计的一般原则 2 图样齐全、尺寸合理 3 图样表达符合规范 4 设计思路清晰 5 比较、权衡设计方案 6 设计美观、实用 7 加工制作容易 8 材料、加工、成本性价比高 9 创新设计 $