高中通用技术技术与设计2复习总提纲.doc

技术设计第一单元结构与设计一常见结构的认识结构的概念广义结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列结构决定着事物存在的性质结构的各个组成部分称为构件从力学的角度结构是指可承受一定应力的架构形态它可以抵抗能引起形状和大小改变的力从自然界技术领域社会领域等列举结构事例自然界雪花贝壳蜂巢科罗拉多大峡谷技术领域手机汽车罗浮宫悉尼歌剧院社会领域内容结构组织结构图结构可以抵抗能引起形状和大小变化的力结构的五种受力形式拉力压力剪切力弯曲力扭转力拉力物体所承受的拉拽力压力挤压物体的力剪切力两个距离很近大小相等方向相反且作用于同一物体上的平行力扭转力反方向向物体两端均匀施力使物体发生扭转形变的力弯曲力作用于物体使它产生弯曲的力结构的分类根据物体的结构形态结构分为实体结构框架结构壳体结构三种基本类型实体结构是指结构体本身是实心的结构其受力特点是外力分布在整个体积中主要承受压力如实心墙大坝墙壁柱子实心球等框架结构是指结构体由细长的构件组成的结构其受力特点是支撑空间却不充满空间可以承受压力和拉力等如铁架塔建筑用脚手架厂房的框架等壳体结构是指层状的结构其受力特点是外力作用在结构体的表面上特别是当顶部受到压力时它能将力均匀扩散如摩托车手的头盔飞机的外壳贝壳等生活中很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成称为组合结构如埃菲尔铁塔等二稳固结构的探析结构的稳定性结构的稳定性结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力影响结构稳定性的主要因素重心位置的高低结构与地面接触所形成的支撑面积的大小结构的形状内力当一个结构受到外力作用时内部各质点之间的相互作用力会发生改变产生一种抵抗外力的力称为内力应力构件的单位横截面上所产生的内力称为构件的应力应力作用在单位面积上的内力应力单位帕兆帕内力单位牛横截面积单位平方米应力有一个最大值称为容许应力对应最大内力当外力大于内力的最大值或者结构受到的应力大于容许应力时结构就会被破坏影响结构强度的主要因素结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力结构的形状结构的材料结构的连接方式结构构件的连接通常有两类铰连接和刚连接铰连接被连接的构件在连接外不能相对移动但可相对转动如门与门框的连接刚连接被连接的构件在连接处既不能相对移动也不能相对转动如榫接胶接焊接结构与功能的关系结构决定着事物的性质也直接影响事物的功能三结构的设计结构设计应考虑的主要因素符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求安全因素公众和使用者的审美需求使用者的个性化需要对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等简单结构的设计设计项目设计要求设计分析设计方案呈现草图如设计相框雨伞架垃圾桶鞋柜衣架笔桶等四结构的欣赏结构的实用性优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上也表现在形式上特别是功能与形式的统一上经典结构设计的欣赏与评价赏析结构设计作品可从技术与文化两个角度进行技术角度使用功能稳固耐用造型设计的创意和表现力材料合理性工艺精湛程度等文化角度文化寓意与传达美学原则反映时代民族习俗方面特征个性特征等第二章流程与设计一生活和生产中的流程流程的含义流程是一系列连续有规律的活动这些活动以确定的方式发生或执行导致特定结果的实现包含环节与时序流程对生活工作生产的意义对生活工作提高工作和学习的效率使我们生活变得有序合理为我们的安全提供保障例洗衣煮饭与烧菜的流程安排碘盐和味精佐料的加放流程青霉素注射流程等对生产运用科学合理的流程可以有效地组织生产提高生产效率保证产品质量保证安全生产保护环境等例自动流水生产线的发明农业庄稼的种植流程流程中工序的作业方式串行和并行上一道工序完成之后才能进入下一道工序串行几项工作同时进行并行流程的基本组成环节和时序时间上的先后顺序称为时序任何一项生产或生活活动都有一定的时序时序体现了具体活动内容的先后关系在这种先后关系中有些步骤之间的时序是可以颠倒的如学生放学之后是先做家庭作业还是先进行体育活动而有些步骤是不可以颠倒的不可颠倒的时序往往反映了事物或活动的内在规律或机理例买票候车检票上车我们把完成某个具体目标组成某项生产或某项活动过程的若干阶段或小的过程称为环节常见的流程表达方式流程图流程图有文字表达表格表达图示表达模型表达动画演示等流程图的识读和分析识读流程图的要点找流程的环节明确每个环节的功能和作用弄清流程中时序的体现与特征流程是技术的核心概念之一不同的流程产生的效益往往不同理解流程就是质量流程就是效益等流程分为工作流程和工艺流程工作流程反映了完成一件事情一项任务而进行的一系列有序的工作或活动的全过程工艺流程反映了从原材料投入到成品产出通过一系列工艺或加工环节顺序地进行生产或制造某种产品的全过程书页工艺流程是由一系列工艺或加工环节以及反映这些环节之间相互关系的时序先后顺序所组成环节是具体的处理或加工内容和所需的技术或工艺要求并对应着相应的设备装置和过程时序先后顺序则是生产和制造过程的反映二流程的设计流程设计应考虑的基本因素对于工作和生活方面的流程设计主要应考虑如何节省时间提高工作效率提高工作质量等目标对于生产活动的流程设计主要应从提高效率提高质量节省资源安全生产提高经济效益提高管理水平等方面明确设计的目标流程设计应考虑的基本因素总体上流程设计应该要研究内在属性与规律具体的流程设计的基本因素主要有材料工艺设备人员和资金环境等材料不同的材料有不同的加工处理方法工艺不同产品的工艺要求各异流程设计也不同设备生产设备的水平往往决定了流程的自动化水平人员和资金不同的技术水平和必要的资金影响生产的过程质量和周期环境关注生产过程对环境的污染以及环境对生产的反作用流程设计的步骤简单流程的表达画流程设计框图的一般方法根据对事物的内在属性和规律的分析以及有关的考虑将流程的全过程按每个阶段的功能作用的不同分解为若干小过程环节并用方框表示环节按照每个小过程应该经历的时间顺序将各环节依次排开并用箭头线连接起来例小铁锤的锤头加工流程图下料划线锯削锉削划螺孔中心线钻孔攻丝倒角淬火电镀小铁锤的锤柄加工流程图下料磨削圆头板牙套丝电镀简单流程的表达画流程设计框图的一般方法根据对事物的内在属性和规律的分析以及有关的考虑将流程的全过程按每个阶段的功能作用的不同分解为若干小过程环节并用方框表示环节按照每个小过程应该经历的时间顺序将各环节依次排开并用箭头线连接起来例小铁锤的锤头加工流程图下料划线锯削锉削划螺孔中心线钻孔攻丝倒角淬火电镀小铁锤的锤柄加工流程图下料磨削圆头板牙套丝电镀三流程的优化流程的优化及目的在设计和实施流程的过程中经常需要进行不断的修改和完善这种对流程修改的过程叫做流程的优化目的提高工作效率降低成本降低劳动强度节约能耗减少环境污染保证安全生产等流程优化的内容工期优化例制作台灯的工期优化工艺优化例法兰加工工艺优化成本优化例配送路线安排的成本优化技术优化例银行自动取款机的发明质量优化例书本洗衣流程的优化注工期优化目的是为了缩短加工时间主要手段是在不改变工艺的条件下将某些环节的串行改为并行流程优化的条件内部条件对流程内在机理的深入了解例对洗涤原理的了解就会在流程中安排两次漂洗外部条件流程优化要建立在设备材料工艺水平提高的基础上例只有在具备锻压设备时才可能将法兰盘的加工改为少量切削加工人员技术水平的提高流程优化过程所应考虑的主要问题对一个流程的优化可以是整体的全面优化也可以是对某一个指标进行优化经常会有这样的情况发生某一个指标得到了优化而使另外的指标下降了比如技术优化可能使成本提高成本优化了也可能使质量下降因此在进行流程优化时要综合平衡以取得整体优化的成效第三单元系统与设计一系统的结构系统的含义概念系统是由相互联系相互作用相互以来和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体构成系统必须具备的三个条件至少要有两个或两个以上的要素部分要素部分之间互相联系互相作用按照一定方式形成一个整体整体具有的功能是各个要素部分的功能中所没有的例自行车的结构例一个企业就是一个系统它是由人财物事等要素组成的同时也是由管理部门生产部门营销部门供应部门等部分组成的一个班就是一个系统一个人也是一个系统系统的分类自然系统和人造系统例生态系统属于自然系统飞船房舍等属于人造系统实体系统和抽象系统例计算机硬件属于实体系统软件属于抽象系统哲学动态系统学校就是一个动态系统它不仅有建筑物还有教师学生静态系统例如大桥公路房屋封闭系统是与外界无明显联系的系统如密闭罐中的化学反应开放系统与外界有环境有信息物质和能量交互作用如商业系统生产系统生态系统注意系统有大小大系统可分为若干个子系统例如地球生态系统由海洋生态系统森林生态系统陆地生态系统等子系统组成系统的基本特性整体性全局集合侧重于部分影响整体是系统的最基本的特性也是观察和分析系统最基本的思想和方法系统是一个整体它不是各个要素部分的简单相加系统的整体功能是各要素部分在孤立状态下所没有的系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和例一堆沙子钢材水泥和绳索散放在一起没有什么意义但如果将它们按照一定的结构形成一个整体如迁成一座悬索桥就具有了交通的功能而若蒜根绳索出现故障就可能影响整座桥正常使用例一个企业是由管理部门生产部门营销部门供销部门各部门组成的整体任何一个部门都不可能单独实现企业的目标人的双眼视觉功能大大超过两只眼视觉功能简单相加的和例巴尔扎克的塑像木桶理论一招不慎全盘皆输弃卒保车阿波罗登月飞船上的零件相关性匹配关联侧重于部分与部分之间的关联构成系统的各元素之间是相互联系相互作用相互依赖相互影响的关系是彼此相关的例古代建筑的梁柱结构合金钢材料各种性能的相互影响家庭装修工程例建筑物通过结构来承受重力古代建筑多采用梁柱结构当柱与柱之间的梁的跨度增大时则梁的厚度要相应地加大否则就不足以承受设计所需的重力梁的跨度与梁的厚度之间的关系就反映了这一系统内部要素之间的相关性例厨具安装各个厨具之间的关系与整体之间的关系目的性功能任何系统都具有某种目的都要实现一定的功能这是区别不同系统的主要标志例一个企业的目的是实现企业利润的最大化成本和能源使用的最小化等一个钟表的目的是为了满足人们对计时功能的需要动态性更新物质都是不断变化因此系统是一个动态的系统处在运动变化和发展之中例机械转动系统的零件之间都会有磨损雷达天线小时转动以搜索目标看病和生病的过程体现了一个系统的动态性环境适应性自适应注意系统都存在于一定的环境之中并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息的交换系统必须适应外部环境的变化例春捂秋冻电冰箱不能紧贴墙放置例人这个系统为了适应这个环境会自动的进行调节使我们的各个器官都能正常工作工厂里的机器运行时散发出大量的热量为了使适应炎热的夏天要对系统局部设施采用风冷水冷油冷等措施二系统的分析系统分析及其一般步骤什么是系统分析系统分析一般是从系统的整体功能出发全面地思考与解决问题系统分析的目标发挥系统的功能实现系统的目标系统分析采用的方法运用科学的方法对系统加以周详的考察分析比较试验系统分析产生的结果拟订一套有效的处理步骤和程序或对原系统提出改进方案例王选汉字激光照排系统系统分析的一般步骤系统分析的主要原则整体性原则系统分析首先要着眼于子系统整体要先分析整体再分析部分先看全局后看局部先看全过程再看某一阶段先看长远再看当前例田忌赛马丁谓修复皇宫街道各部门施工科学性原则系统分析一方面要有严格的工作步骤另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析使决策的过程和结果更具用说服力例种稻三三进九不如二五一十综合性原则系统分析时还要注重综合性原则要综合分析统筹兼顾不可顾此失彼因小失大例孝襄高速公路都江堰水利工程埃及阿斯旺水坝系统的优化在给定的条件或约束条件下根据系统的优化目标采取一定的手段和方法使系统的目标值达到最大化或最小化约束条件对系统起限制作用的并且是不可人为调节的影响因素是指对系统的目标产生显著影响并且可以人为调节的因素最优化方法解决问题的一般步骤提出系统需要进行最优化的问题收集有关资料和数据建立求解最优化问题的有关数学模型确定变量建立有关约束条件分析模型选择合适的最优化方法求解方程最优解的验证和实施这种用数学公式图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想建立的模型就叫数学模型数学模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具它是分析设计预报或预测控制实际系统的基础是我们在解决问题时常用的一种方法最优方法通常是在一定人力物力财力资源条件下使经济效果如产值利润等达到最大并使投入的人力物力达到最小的方法影响系统优化的因素优化追求的目标要适度希望投入最小而取得的效益最大效耗比性耗比性价比比值越大就越接近或达到最优化明确问题设立目标收集资料制定方案分析计算评价比较检验核实做出决策系统优化使离不开条件条件是否具备直接影响优化某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化最优化方法最优化方法是系统学中的一个重要方法它通常是指在一定的人力物力和财力资源的条件下使取得的效果如生产产值利润效益等达到最大而投入如能源资金人力时间等达到最小的一种方法要用定性和定量分析相结合的方法是系统最优化坚持系统整体的最优化运用好权衡理念舍卒保车弃车保帅这是为了保证对弈的最终胜利不间断地寻求最优化系统的发展具有阶段性系统的优化是具有相对性的要遵循系统的动态观点推动系统不断进步例农作物种植系统的优化农业间作套种利润问题三系统的设计系统设计是在系统分析的基础上设计出满足预定目标的系统的过程它包含对某个系统进行技术设计同时需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析设计一系统设计应考虑的主要问题系统设计的目的与要求系统设计要从整体出发以系统整体功能的最优为目的系统各部分之间的相互联系与相互作用系统设计要运用系统的思想综合考虑和部分之间的关联冲突问题注重各部分的横向纵向联系系统设计方案的优化首先从系统整体考虑优化统筹兼顾再在此基础上完善各部分的设计马上行动为坐落在山里的村庄策划一个筑路工程设计方案需要筹划资金分配人员调配地质勘探路向选择材料购置施工进度等从系统设计的思路出发怎样理顺这些关系要实现的总体目标是安全经济快速地完成筑路工程要选择好筑路技术设计方案如公路要越过两座山坡是穿隧道还是绕道行要考虑工期人员材料的具体安排方案降低材料成本减少材料浪费在不增加过多人员的前提下提高工程进度等二系统设计的一般步骤将系统分解为若干子系统确定各子系统的目标功能及相互关系对子系统进行技术设计和评价对系统进行技术总体设计和评价系统的名称组成要素部分台灯灯罩灯泡底座支撑架开关学校的多媒体教室电脑投影仪音响设备课桌椅手表发条齿轮表针表壳缝纫机机头机座传动附件三简单系统的设计王丹家的楼梯灯坏了她每晚从学校回来走在黑洞洞的楼梯里什么都看不见为此她利用学过的知识设计并制作了一只简易的手电筒提出设计要求可照明的手电筒携带方便使用安全设计分析包括环境及约束条件可把手电筒照明供电部分分为照明和供电系统两个子系统照明子系统的要素是灯泡导线供电子系统的要素是电源和开关手电筒的功能取决于它的各个组成要素电源通过导线的连接驱动灯泡发光这些要素缺少任务一个手电筒都不能正常的工作选择合适的元器件使它们相互匹配系统的设计方案重点考虑系统由哪些子系统组成系统各组分具有什么功能各部分如何配合工作如何解决矛盾冲突方案设计一个简单的电路画出电路图根据电路图选择元器件如灯泡干电池导线等并搭接电路通过控制开关使灯泡发光方案设计一个简单的电路画出电路图根据电路图选择元器件如二极管干电池金属筒等并搭接电路通过控制开关使灯泡发光系统的评价及优化编排出多个方案从中筛选最佳方案进行反复研究征集意见调整修改四系统论以往研究问题一般是把事物分解成若干部分抽象出最简单的因素来然后再以部分的性质去说明复杂事物这是笛卡尔奠定理论基础的分析方法系统分析方法能高屋建瓴综观全局别开生面地为现代复杂问题提供了有效的思维方式所以系统论连同控制论信息论等其他横断科学一起所提供的新思路和新方法为人类的思维开拓新路它们作为现代科学的新潮流促进着各门科学的发展第四单元控制与设计一控制的手段与应用控制的含义人们按照自己的意愿或目的通过一定的手段使事物向期望的目标发展这就是控制控制的实现需要通过一定的手段从控制过程中人工干预的情形来分控制有人工控制和自动控制控制的手段人工控制控制的过程是在人的直接干预下进行的自动控制在无人直接参与的情况下使事物的变化准确地按照期望的方向进行控制的应用生活控制应用到生活中提高了人们的生活质量人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境使之满足人们的需要生产生产中往往需要对温度湿度压力速度及加工动作等进行控制控制在生产中得到了极为广泛的应用军事国防控制在军事国防等领域也有着广泛的应用二控制系统的工作过程与方式简单开环控制系统的基本组成和工作过程概念的例红外线自动门控等方框图控制方式按给定值操纵信号由给定值至输出量单向传递一定的给定值对应一定的输出量系统的控制精度取决于系统事先的调整精度对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿结构简单成本低廉多用于自动售货机自动报警器自动流水线等闭环控制系统的基本组成概念等特点信号传递是闭合回路按人工干预来分人工控制自动控制按执行部件来分机械控制气动控制液压控制电子控制闭环控制系统的方框图控制器和执行器的作用控制器偏差值运算执行器根据指令对被控对象直接控制三闭环控制系统的干扰与反馈干扰因素反馈的含义反馈环节的作用闭环控制系统的工作过程工作过程由于干扰因素的存在系统的被控量偏离给定值时闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值并迅速反馈到输入端与给定值进行比较控制器根据比较得到的偏差信号进行调节从而是系统的被控量接近给定值达到精确控制的目的功能模拟方法就是功能模拟方法黑箱方法四控制系统的设计与实施设计一个控制系统是选择开环控制还是闭环控制应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定在控制系统设计过程中被控对象的特性往往难以直接得到通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性从而确定控制器的运算方式一个控制系统中可能存在若干个干扰因素需要分析主次找出对系统影响最大的干扰因素被控量与控制量的确定是控制方案的关键对于简单控制系统需要控制的量往往被确定为被控量控制量应选择可控的对抑制干扰因素和保持系统稳定又明显作用的量执行器检测器的选择一是要根据被控量和控制量的需求二是要根据控制的条件进行总之能达到控制的目的采用易于实现的控制方式降低控制成本减少多环境的负面影响等是我们控制系统设计必须考虑的基本问题控制系统的设计方案还包括画出必要的设计图纸控制电路设计或控制结构设计和实施图纸撰写设计说明书等例如普通电风扇控制系统的设计被控对象是电风扇被控量是电风扇输出的风速控制量是电机的转速如果是具有定时功能的电风扇控制系统的设计则只需在开关环节加一个定时器就可以了第一一个闭环控制系统要正常工作首先必须是稳定的第二控制系统的控制精度必须符合要求即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内第三闭环控制系统应有较好的抗干扰性能在进行闭环控制系统的设计时几项控制要求之间往往会产生矛盾需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决