5.1-5.2产品初步设计与深化设计课件2026-2027学年高二上学期通用技术必修1地质版

第五章 制订设计方案 第一节 产品初步设计 + 第二节 产品深化设计 高中通用技术 · 地质版必修一《技术与设计1》 第五章 制订设计方案 在第四章我们选择了实现产品基本功能的技术原理、产品的详细功能及性能要求并在此基础上收集了很多创意。 从本章开始进入实质性设计阶段。 在这一阶段，需要明确产品的整体技术原理，选择或设计零部件及其布局 将设计思想与设计产品按照一定的设计原则和设计规范，用文字、图表等形式呈现出来。 2/22 第一节 产品初步设计 课本p82 在产品设计的实质阶段，首先需要确定实现产品基本功能的详细技术原理 选择或设计零部件及其粗略布局，然后才能进入详细设计阶段。 本节内容： 一、人机界面设计 确定人和产品各自实现的功能，设计信息交流的通道 二、产品功能结构设计 将总功能分解为子功能，绘制功能结构图 三、产品内部布局设计 将零部件在空间进行合理布局，多方案优化 3/22 一、人机界面设计（1） 课本p82 · 什么是人机界面 大多数情况下，产品的功能是通过人和产品互相配合来实现的，所以人和产品之间就需要有信息交流的通道，我们称之为人机界面。 人机界面------>确定人和产品各自实现的功能。 洗衣机 加水量是由人来控制，还是由洗衣机根据衣服的多少自动控制； 垃圾桶 盖子是由人手动或脚动打开，还是垃圾桶的传感器感应到人的走近而自动打开等等。 人要完成所分担的功能，需要一定的信息支持。比如，人控制汽车的方向需要了解汽车在车道上的相对位置，控制车速需要了解汽车的当前速度。 图5-1 饮水机的控制面板 按钮、旋钮等控制元件和显示屏、指示灯等构成的控制面板就是人和产品交流的人机界面。 4/22 一、人机界面设计（2） 课本p82 · 信息交流与设计完成 人和产品之间需要有信息的交流，人控制产品是向产品输入信息，人通过仪表了解产品的状况是产品向人输出信息。 人 产 品 → 输入信息（按钮、旋钮、触控） ← 输出信息（显示屏、指示灯、声音） 5/22 表5-1 垃圾桶的人机界面需求 课本p83 控制活动 信息需求 设计要求 打开盖子 对应控制器的位置 使用方式（按、旋） 易于发现控制器，了解正确使用方式 丢入垃圾 入口位置 易于置入垃圾 调查研究 人机界面设计是产品设计的重要内容，人机界面设计不当，会造成产品使用者不易学会操作、容易误操作等。同学们可以使用、分析身边的一些产品，看能不能找到某产品人机界面设计方面存在的问题。 技术实践 完成教师办公室用生态垃圾桶（或其他产品）的人机界面需求设计。 6/22 垃圾桶的人机界面需求表5-1。 二、产品功能结构设计 课本p83 拆开一个产品，会发现其内部有很多零部件，这些零部件各有其功能，它们相互配合，一起完成产品的整体功能。那么，产品需要哪些相互配合的功能（子功能）才能实现产品的整体功能？这些功能之间的关系是什么样的？这些都是产品的功能结构设计过程中需要重点考虑的问题。 图5-2 垃圾桶的技术过程 图5-3 垃圾桶的使用活动流程 7/22 二、产品功能结构设计 课本p83 垃圾桶功能结构设计的三步： 1. 技术过程 把处理对象（如垃圾）从一种状态转化为另一种状态 图5-2 垃圾桶的技术过程 图5-3 垃圾桶的使用活动流程 7/22 二、产品功能结构设计 课本p83 垃圾桶功能结构设计的三步： 2. 使用活动流程 分析人的使用过程，并用流程图表示出来 图5-2 垃圾桶的技术过程 图5-3 垃圾桶的使用活动流程 7/22 二、产品功能结构设计 课本p83 垃圾桶功能结构设计的三步： 3. 基本功能结构 画出产品的各项子功能及相互关系，即功能结构图 图5-2 垃圾桶的技术过程 图5-3 垃圾桶的使用活动流程 7/22 产品功能结构图 课本p84 · 图5-4 垃圾桶的基本功能结构 功能结构图解读 功能结构图按照产品功能的从属关系绘制，每一个框称为一个功能模块。垃圾桶的基本功能包括：开启（开关）、关闭（小盖）、置入、储存（内桶）、开启（踏板）、转换（连杆机构）、封闭（大盖）、支撑（外壳）、关闭（大盖）、取出等，各功能模块相互配合完成整体功能。 8/22 三、产品内部布局设计 课本p84 有些产品是有外壳的，如汽车、洗衣机、微波炉等；有些产品没有外壳，结构就是它的外观，如自行车、工作灯、榔头、凳子、指甲刀等；还有一些产品局部有外壳，如一些工程机械等。有外壳的产品，其内部各部分的分布会影响其外观的设计。 确定了实现各功能的零部件以后，需要把这些零部件在空间进行布局，这是一个多方案优化的过程。 9/22 三、产品内部布局设计 课本p84 图5-5为吸尘器的多个内部布局设计方案，可以根据不同的使用场景为吸尘器选择最合适的空间布局方案。 这时，产品的形态设计没有完全确定。和人机界面相关的显示器和控制器等的布局要根据人因工程设计原则确定。 图5-5 吸尘器的内部布局设计方案 9/22 不同内部布局的吸尘器造型设计 课本p85 · 图5-6 图5-6 不同内部布局的吸尘器造型设计 图5-6为不同内部布局的吸尘器造型设计。可以看出，内部布局的不同会直接影响产品的最终外观造型。 技术实践 完成教师办公室用生态垃圾桶（或其他产品）的内部空间粗略布局的设计。 10/22 第二节 产品深化设计 课本p85 初步设计解决了产品"能用"的问题（人机界面+功能结构+内部布局），深化设计则要解决产品"好看、有质感"的问题。 一、产品造型设计过程 以垃圾桶为例，从草图到详细设计的完整过程 二、造型设计方法 三种常用方法：几何体造型法、仿生设计法、移植法 三、外观件的CMF设计 颜色Color + 材料Material + 表面处理Finishing 11/22 一、产品造型设计过程 课本p85-86 · 产品造型设计案例 以垃圾桶的造型设计为例：考虑到垃圾桶的使用环境，产品的造型应简洁、大方，图5-7为垃圾桶的造型设计方案草图。 考虑到垃圾桶的使用人群和场景，可设计两种开盖方式——手动和脚动（图5-8）；如果实行垃圾分类，可多个垃圾桶并排安放，上盖印制分类标识。 图5-7 垃圾桶的造型设计方案草图 图5-8 垃圾桶的使用场景 12/22 总体及零部件结构形式 课本p86 综合美学、人的因素、技术和经济条件等要求，进行总体和零部件的结构及造型设计。在这个阶段要处理好各种要求之间的关系，特别是功能与形式之间的关系，结构与外形设计应同步进行，零部件与总体设计应同步进行。 详细设计阶段包括完全确定产品中所有非标准件的几何尺寸、材料和公差，并确定所有从供应商处购买的标准件。还要为将在生产系统中制造的每一个零件建立工艺规划并设计制造工艺装备。 该阶段的输出是该产品的每个零件的几何形状及其制造工装的图纸或计算机文件、外购件的技术要求以及产品制造和装配的工艺过程（图5-9）。 图5-9 垃圾桶的计算机建模效果图和内部结构 13/22 二、造型设计方法 课本p87 一件产品从无到有，设计人员从抽象的主观意象到具体的客观存在物，创造出了产品的形态，这个过程就是造型。那么，如何才能设计出创新的造型呢？只要运用一些造型方法，就能设计出理想的产品外观形态。 （一）几何体造型法 点、线、面是立体形态的基本组成元素 规则几何体通过变形和加减法结合 （二）仿生设计法 模仿大自然中的物体进行形态、功能 颜色、结构等方面的设计 （三）移植法 将某一领域的科学技术原理应用到 另一个领域中的创意设计方法 14/22 （一）几何体造型法 课本p87 点、线、面是立体形态的基本组成元素。 点运动成线，线封闭成面，面结合成体。 生活中常见的产品造型都是由规则的几何体 （立方体、球体、柱体、锥体、管体等） （图5-10）通过变形和加减法有机结合而成的。 图5-10 基本几何体 15/22 几何体造型法案例 课本p87 · 图5-11、图5-12 图5-11所示为互联网电视机顶盒的造型设计，可视为一个长方体经过圆角切割与边面圆润处理的结果。造型的线条数量少而精致，颜色搭配主要采用黑色系，视觉上实现了简洁协调的美感，符合少则多的现代主义设计理念。 图5-11 互联网电视机顶盒的造型设计 图5-12所示为音箱的造型设计，主体可视为球体的一角，支架为三根柱体。音箱主体由铝材与羊毛混纺面罩组成，支架为木材，材质的搭配既具有现代的工业美感，也不失天然原材料的质朴。 图5-12 音箱的造型设计 16/22 （二）仿生设计法 课本p88 仿生设计是指 模仿大自然中的物体进行产品 形态、功能、颜色、结构等方面的设计。 形态仿生 有模仿甲壳虫外形的汽车（图5-13） 功能仿生 有模仿蝙蝠发出的超声波而研发出的超声波雷达 颜色仿生 有军队野战服模拟大自然的图案和颜色以达到隐蔽的效果 结构仿生 有仿照鸟巢结构而设计的建筑结构（图5-14） 17/22 （三）移植法 课本p88 移植法是指将某一领域中的科学技术原理应用到另一个领域中的创意设计方法，是把多门学科的技术原理引进移植，使不同学科的技术原理有机结合，打破学科内的思维定式，形成跨界的设计。 在产品设计中，通常有外形移植、情境移植、体验移植和结构移植等。 图5-15 具有战斗机外形的跑车 图5-16 风扇拉绳式CD机 18/22 移植法案例 课本p89 · 图5-17、图5-18 削土豆时，会削出许多有趣的棱面，人们会情不自禁地想去抓握。设计师将此情景移植到了手机外壳设计上，具有了奇妙的手感体验（图5-17）。图5-18是一款像手风琴一样可以展开收起的LED灯，是将手风琴开合的结构移植到了灯的结构设计上。 图5-17 土豆棱面式手机 图5-18 手风琴式LED灯 技术实践 以小组为单位，在前面"教师办公室用生态垃圾桶"创意收集活动的基础上，选择三个创意点，分别运用以上三种形态创新的造型设计方法，给出三款造型设计方案。 19/22 三、外观件的CMF设计 课本p89 影响人对产品观感的因素除了造型外，还有外观件的色彩、材料和表面处理工艺。由于这三个要素的综合作用会影响人的视觉、触觉、嗅觉和味觉等主观感受，现代的产品设计会把这三个要素统一考虑，简称CMF（Color, Material, Finishing）设计。 20/22 三、外观件的CMF设计 课本p89 图5-19 产品CMF设计示例 图5-20 垃圾桶CMF设计示例 20/22 课堂总结 第五章第一二节知识体系 第一节 产品初步设计 ▸ 人机界面：HCI概念 + 信息双向交流 ▸ 功能结构：技术过程→使用流程→功能结构图 ▸ 内部布局：多方案优化 + 人因工程原则 ▸ 核心：解决产品"能用"的问题 第二节 产品深化设计 ▸ 造型设计过程：草图→场景→结构形式 ▸ 造型方法：几何体/仿生/移植法 ▸ CMF设计：颜色+材料+表面处理 ▸ 核心：解决产品"好看、有质感" 21/22 下 课 课后作业：完成生态垃圾桶的功能结构图绘制 $