5.2 像工程师那样实践 讲义- 2026-2027学年科学浙教版七年级上册

5.2  像工程师那样实践

 

 

 

 

考点01  工程设计的过程

1. 工程设计的概念

为了更好地生活、学习、工作，工程师们设计了很多工程产品，如汽车、自行车、文具盒、投影仪等。工程师们将概念模糊的问题转变为高度简练的解决方案，这就是工程设计的过程。在建铁路、公路或地铁时，需要开凿隧道，盾构机能实现全自动开挖隧道。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行量体裁衣式的设计制造，可靠性要求极高。盾构机被誉为世界工程机械之王，是名副其实的大国重器，是衡量一个国家装备制造业水平和能力的重大装备之一。盾构机是工程师们相互配合、共同协作设计和制造出来的。

 

2. 工程实践的一般过程

工程实践的一般过程包括六个步骤：明确问题、设计方案、实施方案、检验产品、改进完善、发布成果。工程实践中，工程师需要明确问题，通过相互交流和讨论，采用头脑风暴，畅

所欲言地提出自己创造性的想法，形成共识；当面对多种解决方案时，工程师需要评估各种方案的局限性，分析制约因素，做出权衡与取舍，从中选择最优的问题解决方案。

 

考点02  以制作办公椅为例理解工程设计

1. 明确问题

明确问题是工程实践的第一步。办公室员工在工作时发现所坐的椅子不够舒适，影响工作效率与身体健康，就会产生需求：希望可以调节椅子高度和靠背角度，使它坐起来更舒适。这种需求被称为工程问题。工程师了解到这些需求后，开始研发一款新的办公椅。研发团队经过调研，确定了以下设计要求：高度调节范围450~550mm，靠背倾斜角度调节范围0°~30°，座椅材料采用舒适、透气的网布材料，能承受的最大载荷150kg。明确问题阶段需要明确设计的目标和要求，包括功能需求、性能需求、使用环境要求等，并与客户或相关方进行深入沟通，充分理解他们的期望和限制条件。

2. 设计方案

设计方案分为概念设计和具体设计两个阶段。概念设计：根据问题，通过相互交流和讨论，运用头脑风暴，产生多种设计概念和方案，对这些概念进行初步评估和筛选，确定几个有潜力的方向。对选定的概念进行细化和完善，形成具体的设计方案，包括整体结构、主要部件、工作原理等方面的设计，绘制设计草图。具体设计：基于概念设计，进一步深化方案，确定各个零部件的具体尺寸、形状、材料等细节，绘制详细的工程图纸和技术文档。办公椅的主要部件包括坚固的底盘结构、钢制的气压棒、精致的座椅脚、滑轮等。

 

3. 实施方案

实施方案是根据设计图，运用各种技术，进行一系列工作，制作原型。研发团队根据设计方案中确定的材料和尺寸，制作出办公椅的原型实物。原型是工程设计中的重要环节，它将设计图纸转化为可以触摸和测试的实物产品。

办公椅原型制作

4. 检验产品

检验产品是在工作环境下对实物进行测试，看是否满足限制条件。研发团队对办公椅原型进行测试，包括高度调节、倾斜角度调节、承重能力和舒适性等方面。测试结果表明，原型在其他方面表现良好，但承重能力有所不足。检验产品阶段是发现问题的关键环节，测试结果将直接影响后续的改进方向。

5. 改进完善

改进完善是针对测试发现的问题，对设计进行进一步的调整和优化，解决出现的问题和不足之处，再次制作原型并重新进行测试。针对承重能力不足的问题，综合考虑生产成本和实际需求，研发团队选择更换使用耐受力更强的材料，达到设计承重的标准。改进完善是一个迭代的过程，可能需要多次反复，直到产品完全满足设计要求。

6. 发布成果

发布成果是测试完成后，与生产部门协作，为大规模生产做好准备工作，如制定生产工艺、整理和编写详细的设计报告、使用手册等。研发团队与供应商合作，选取合适的材料和制造工艺，并制订生产计划。完成生产制造后，他们与办公家具经销商合作，进行一系列的展示、推广、销售活动。发布成果标志着工程实践从设计研发进入实际应用阶段。

考点03  工程的简单与复杂及工程设计价值

1. 工程可以很简单，也可以很复杂

工程可以很简单，也可以很复杂。例如，拉链由链牙、拉头、限位码或锁紧件等组成，这一简单结构巧妙实现了连接或分离两排齿的功能；笔记本电脑由许多部件组成，涉及电子学、微处理器和计算机软件等多方面知识，这一复杂设备能够执行多项功能。无论是简单的拉链还是复杂的笔记本电脑，都需要经过工程设计的过程才能从概念变为产品。