技術與設計2
第一章結構與設計
一、常見的結構的認識：
結構（structure)是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。
1．自然界：天體結構、植物的結構、動物的結構例：生產生活中還有哪些產品的結構是受到自然界事物結構的啟發而產生的？如：鋸子（植物的葉）潛水艇（魚）雷達（蝙蝠）等
2．技術領域：汽車的結構、微機的結構、數字控床的結構 （案例：魁北克大橋的坍塌p4）
3．社會領域：教育管理系統的結構、通用技術的學科結構、課堂教學結構
二、結構與力
1．內力：當乙個結構受到外力作用時，內部各質點之間的相互作用會發生改變，產生一種抵抗的力，稱為內力。應力：
是構件的單位橫截面上所產生的內力。用公式表示應力為：σ= f/s , 其中 ,f 是內力 ,s是受力面積 , σ是應力。
2．構件的基本受力形式：
①拉力：物體所承受的拉拽力
②壓力：擠壓物體的力
③剪下力：兩個距離很近，大小相等，方向相反，且作用於同一物體上的平行的力
④扭轉力：反方向向物體兩端均勻施力，使物體發生扭轉形變的力
⑤彎曲力：作用於物體，使它產生彎曲的力
三、結構的分類
物體結構形態在受力時承受和傳遞力的方式差別分為：實體結構，框架結構，殼體結構
1．實體結構-----通常是指結構體本身是實心的結構。
受力特點：外力分布在整個體積中。主要承受壓力如牆壁、柱子、實心球等
2．框架結構-----通常是指結構體本身由細長的構件組成，支撐空間卻不充滿空間。如窗戶、畫框、房子的架構等等
受力特點：實體結構是通過條狀物的連線來承受荷載，可以承受壓力和拉力
3．殼體結構-----通常是指層狀的結構。如貝殼、頭盔、汽車飛機的外殼等
殼形結構受力特點：外力作用在結構體的表面上（殼形結構是通過殼形來傳遞力和承受荷載，特別是當頂部受到壓力時，它能將力均勻擴散）。
四、穩定結構的探析
1.結構的穩定性
結構的穩定性—結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。它是結構的重要性質之一。
影響結構穩定性的因素有多種，主要有重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小和結構的形狀等。
①結構的重心（獨腳茶几為重心降低，以提高穩定性）。
②結構的底座（建築、橋梁這類大型的固定結構，底座越大越堅實，穩定性越好）。
③結構的形狀（照相機的支撐架常使用三角架而不用其他形狀）
2.結構的強度
結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。
②影響結構強度與結構的形狀、使用的材料、構件之間的連線方式等因素有密切的關係。
②三角形是框架結構中最基本的形狀之一，它結實、穩定，所用材料最少。
結構構件的連線通常有以下兩類：
a、鉸連線：被連線的構件在連線處不能相對移動，但可相對轉動，具體有鬆螺栓、松鉚等，如摺疊傘傘骨間的連線、門與門框的連線等。
b、剛連線：被連線的構件在連線處既不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等，如固定鐵床架的連線、不可移動的桌腿與桌面的連線等。
不同的材料有不同的連線方式。構件的連線方式不同，結構的強度也不同。
③結構與功能（案例：自行車的結構與功能）
五、簡單結構的設計
1．結構設計應考慮的主要因素有：符合使用者對設計物件的穩定性和強度要求，安全因素，公眾和使用者的審美需求，使用者的個性化需要，對設計物件的成本控制要求和一定的使用壽命等。
2．設計簡單的案例要求（參考：如：設計相框）：
①設計專案 ②設計要求 ③設計分析 ④設計方案 ⑤呈現草圖
六、精典結構欣賞
賞析結構設計作品，可從技術與文化兩個角度進行。
技術的角度主要有：結構的使用功能的實現，結構的穩固耐用，結構造型設計的創意和表現力，材料使用的合理性，工藝製造的精湛程度等。
文化的角度主要有：結構的文化寓意與傳達，公眾認可的美學原則，反映的時代、民族、習俗方面的特徵，結構的個性特徵等。
第二單元：流程與設計
一、流程的涵義：
1、流程的概念：
流程是一項活動或一系列連續有規律的事項或行為進行的程式。任何流程都反映了一定的時序，體現出一定的環節。
⑴環節：活動或事件在其發展的過程中，依據某種特徵或方式，可將該過程分解為若干個小過程，稱這些小過程為環節。如：切種、布種、掩種環節，衝片和印片環節等。
⑴時序：過程的經歷中，各環節按照一定的時間順序先後出現、完成。這種時間順序關係，稱為時序。
時序體現了具體活動內容的先後關係，在這種先後關係中，有些步驟之間的時序是可以顛倒的，不些不可顛倒。
2、流程的表達（流程圖）：
依據流程的性質及人們的表達習慣，流程圖有文字表達、**表達、圖示表達、模型表達、動畫演示等。
二、流程的分析：
1、生活與流程：
科學合理的流程，可以指導我們正確地做事，提高工作和學習的效率，是我們的生活變得有序、合理，為我們的安全提供保障（例洗衣、煮飯與燒菜的流程安排，碘鹽和味精佐料的加放流程，青黴素注射流程等）。
2、生產與流程：
運用科學合理的流程可以有效地組織生產、提高生產效率、保證產品質量、保證安全生產、保護環境等。
流程中工序的作業方式——序列和並行。上一道工序完成之後才能進入下一道工序——序列。幾項工作同時進行——並行。
3、簡單流程圖的識讀：
識讀流程圖的要點：⑴找流程的環節，明確每個環節的功能和作用；⑵弄清流程中時序的體現與特徵； ⑶流程是技術的核心概念之一。不同的流程，產生的效益往往不同，「理解流程就是質量」、「流程就是效益」等。
三、流程的設計：
1、流程設計的基本要求：
⑴提高效率。⑵提高質量。⑶節省資源。⑷安全生產。⑸提高經濟效益。⑹提高管理水平。
2、流程設計中的基本因素：
生產活動中的流程設計的基本因素主要有材料、工藝、裝置、人員、資金和環境等。
不同行業的流程設計中考慮的基本因素各有差異。
流程設計要依據事物內在屬性和客觀的變化規律，科學地設計時序和環節，以達到設計目標。
3、流程設計的步驟：
第一步：首先要明確設計的目的和任務，明確流程所應遵循的內在變化規律。第二步：
要分析現有材料、裝置、資金、人員、工藝和環境等因素。第三步：列出流程涉及的主要事項，並進行初步的排列。
第四步：分析各事項（步驟）之間的先後順序，合理地安排流程的時序和環節。第五步：
選擇乙個合適的表達方式畫出流程圖，對於有嚴格時間的時序，要標註時間。注意：流程設計的基本要素是環節和時序。
4、學畫流程設計的框圖：
畫流程設計框圖的一般方法：⑴根據對事物的內在屬性和規律的分析，以及有關的考慮，將流程的全過程，按每個階段的功能、作用的不同，分解為若干小過程——環節，並用方框表示環節。⑵按照每個小過程應該經歷的時間順序，將各環節依次排開，並用箭頭線連線起來。
四、流程的優化：
1、流程的優化及目的：
在設計和實施流程的過程中，經常需要進行不斷的修改和完善，這種對流程修改的過程，叫做流程的優化。
目的：提高工作效率、降低成本、降低勞動強度、節約能耗、減少環境汙染、保證安全生產等。
2、流程優化的內容：
一般流程優化的主要內容有：工期優化、工藝優化、成本優化、技術優化、質量優化等。
對乙個流程的優化，可以是整體的全面優化，也可以是對某乙個指標進行優化。經常會有這樣的情況發生：某乙個指標得到了優化，而使另外的指標下降了。
比如，技術優化，可能使成本提高。成本優化了，也可能使質量下降。因此，在進行流程優化時，要綜合平衡，以取得整體優化的成效。
3、流程優化的條件：
流程的改進和優化需要一定的條件，它建立在裝置和工藝水平提高的基礎上，建立在對流程內在機理進一步研究的基礎上。流程與材料、裝置、工藝有著密切的關係，在優化流程時，需要充分考慮到這些條件。
第三章系統與設計
一、系統的涵義：
1、系統的概念：
由相互聯絡、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體，稱為系統。
構成系統，必須具備三個條件：第一，至少要有兩個或者兩個以上的要素（部分）才能組成系統；第二，要素（部分）之間相互聯絡、相互作用，按照一定方式形成乙個整體；第三，這個整體具有的功能是各個要素（部分）的功能中所沒有的。
2、系統的型別：
系統是普遍存在的，也是多種多樣的。根據需要，可以對系統進行不同的分類。如，可把系統分為自然系統和人造系統，自然系統是自然形成的系統（如生態系統），人造系統是由人工製造加工而成的系統（如計算機系統和機械傳動系統）；也可把系統分為實體系統和抽象系統，實體系統是實物形態的（如生物系統、機械系統），抽象系統是非實物形態的（如哲學系統）。
3、系統的基本特性：
系統的基本特性主要有整體性（全域性、集合）、相關性（匹配、關聯）、目的性（功能）、動態性（更新）和環境適應性（自適應）等，這些特性都體現了一定的思想與方法。（結合課本相關案例，學會運用系統的基本特性，分析身邊的系統）
二、系統的分析：
1、系統分析及其目的：
系統分析是指為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，並在此基礎上擬訂一套有效的處理步驟和程式，或對原有的系統提出改進方案的過程。
目的：尋求解決問題的最佳決策。
2、系統分析的一般步驟：
明確問題，設立目標——收集資料，制定方案——分析計算，評價比較——檢驗核實，作出決策。（結合田忌賽馬案例）
3、系統分析的主要原則：
系統分析應遵循整體性原則（丁謂修復皇宮）、科學性原則（三三進九不如二五一十）和綜合性原則（孝襄高速公路）。
三、系統的優化：
1、系統優化的目的：
系統的優化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據系統的優化目標，採取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
最小的成本——最大的利潤；最短的工期——更多的工程量；最少的能耗——更多的產品；單位面積土地——更高的農業產量。（案例：農業間作套種，家具利潤問題等）
幾個關鍵字：優化目標；目標函式；約束條件；影響因素。
2、系統優化的方法：
數學模型——最優解； 科學估算、試驗——滿意解。
四、系統的設計：
1、系統設計的目的、方法與過程：
系統設計是對各種各樣的系統進行調查分析、籌畫研究、評價實施、執行改善等，直到完成乙個能協調工作的實際系統的過程。
系統設計要考慮其目的與要求（以系統的整體功能的最優為目的）、系統各部分之間的相互聯絡與相互作用、對系統設計方案進行優化（整體優化，統籌兼顧）等問題。
2、系統設計的一般步驟：
系統設計的步驟包括：將系統分解為若干子系統，確定各子系統的目標、功能及其相互關係，對子系統進行技術設計和評價，對系統進行總體技術設計和評價等。
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