第二章第二节设计的基本方法和基础知识

1、 第二节 设计的基本方法和基础知识忠县石宝中学 袁 勇一、技术设计的种类一、技术设计的种类原创性设计原创性设计综合性设计综合性设计改进性设计改进性设计案例：案例：红酒红酒开瓶开瓶器的器的三种三种设计设计（一）原创性设计（一）原创性设计 为了打开红酒瓶塞的软木塞，设计的螺旋状开瓶器。为了打开红酒瓶塞的软木塞，设计的螺旋状开瓶器。这种最初的设计属于原创性设计这种最初的设计属于原创性设计又称为开发性设计。又称为开发性设计。开瓶器开瓶器存在的缺陷存在的缺陷 两只手向相反方向拉木塞时，当软木塞突然离开酒两只手向相反方向拉木塞时，当软木塞突然离开酒瓶时，因酒瓶的突然后退，可能将酒洒出瓶外，甚至因瓶时，因酒

2、瓶的突然后退，可能将酒洒出瓶外，甚至因左手握不住酒瓶，造成酒瓶脱手。左手握不住酒瓶，造成酒瓶脱手。 有些酒瓶由于软木塞太紧，即使用较大的力也无法有些酒瓶由于软木塞太紧，即使用较大的力也无法拔出。拔出。改进后的开瓶器改进后的开瓶器 由上面的改进设计可以看到，设计者在原来的基础上应用了由上面的改进设计可以看到，设计者在原来的基础上应用了力学上的两个原理，才使开瓶技术有了进步。而改进设计的设想，力学上的两个原理，才使开瓶技术有了进步。而改进设计的设想，来源于开酒瓶软木塞中碰到的问题。来源于开酒瓶软木塞中碰到的问题。 改进者使用了杠杆省力的原理及齿轮改变力的方向的原理，改进者使用了杠杆省力的原理及齿轮

3、改变力的方向的原理，设计了一个功能较为较为完善的开酒瓶软木塞的工具。设计了一个功能较为较为完善的开酒瓶软木塞的工具。（二）改进性设计（二）改进性设计 在总的方案原理变化不大的情况下，对已有的设计进行局部的在总的方案原理变化不大的情况下，对已有的设计进行局部的变更改进，使其更加合理、完善，或满足某些特定的需要，这样的设变更改进，使其更加合理、完善，或满足某些特定的需要，这样的设计叫做计叫做改进性设计改进性设计。（三）综合（组合）性设计（三）综合（组合）性设计 应用现有的技术及原理重新进行组合，使其系统化、综合化、应用现有的技术及原理重新进行组合，使其系统化、综合化、产生新的优点、特色，创造出新的

4、功能设计方法叫做综合（组合）产生新的优点、特色，创造出新的功能设计方法叫做综合（组合）设计。设计。开瓶器的各种组合性设计开瓶器的各种组合性设计改进性设计改进性设计综合（组合）综合（组合）性设计性设计外外形形组组合合性性能能组组合合功功能能组组合合模模块块组组合合原原理理组组合合系系统统组组合合多功多功能螺丝刀能螺丝刀外形组合设计外形组合设计 多功能螺丝刀多功能螺丝刀外形的组合设计外形的组合设计通信光缆通信光缆性能的组合设计性能的组合设计抗拉强度大的钢线抗拉强度大的钢线喷气式飞机喷气式飞机流体力学原理与燃气轮机技术的组合流体力学原理与燃气轮机技术的组合设计设计原理的组合设计原理的组合设计功能的组

5、合设计功能的组合设计内燃机与传动、制动、转向、照内燃机与传动、制动、转向、照明、电气等功能结合设计出汽车明、电气等功能结合设计出汽车两把刀刃上下相对交错两把刀刃上下相对交错组合设计出剪刀组合设计出剪刀声电转换原理与光电转换、无线声电转换原理与光电转换、无线通信、多媒体相结合设计出手机通信、多媒体相结合设计出手机蒸汽机原理与机械原理组合蒸汽机原理与机械原理组合自身的组合设计自身的组合设计双体船双体船并木以渡并木以渡舫舫双体客船双体客船文艺晚会的表演由每一场文艺节目模块组合而成文艺晚会的表演由每一场文艺节目模块组合而成家具、电器的摆放、装潢设计也是一种组合设计家具、电器的摆放、装潢设计也是一种组合

6、设计模块的组合设计模块的组合设计 计算机系统：由硬件系统和计算机系统：由硬件系统和软件系统的组合设计而成。软件系统的组合设计而成。 神舟六号飞船由发射系统、神舟六号飞船由发射系统、监测系统、控制系统、航天员监测系统、控制系统、航天员系统、飞船本身系统和回收系系统、飞船本身系统和回收系统等子系统组成。统等子系统组成。系统的组合设计系统的组合设计如果利用现有技术和产品进行巧妙的组合或者改进，如果利用现有技术和产品进行巧妙的组合或者改进，照样可以产生出新的发明专利。如果利用得当组合技照样可以产生出新的发明专利。如果利用得当组合技术的前景照样非常广泛。绝对不要把专利技术想的太术的前景照样非常广泛。绝对

7、不要把专利技术想的太复杂。铅笔无非是把石墨和木头组合在一起，产生了复杂。铅笔无非是把石墨和木头组合在一起，产生了具大的市场价值具大的市场价值。 当铅笔已经成为一项专利时，真正的有心人并没有当铅笔已经成为一项专利时，真正的有心人并没有灰心，而是发现把橡皮和铅笔结合在一起又成为一灰心，而是发现把橡皮和铅笔结合在一起又成为一项新专利。项新专利。小小的铅笔市场上已经有两项在先专利时，往后小小的铅笔市场上已经有两项在先专利时，往后又有新的有心人发现把圆形铅笔做成六棱形尽管又有新的有心人发现把圆形铅笔做成六棱形尽管是小小的改进，却可以防止使用时手和铅笔互相是小小的改进，却可以防止使用时手和铅笔互相滑脱，还

8、可防止圆形铅笔从桌上滚落。虽说这种滑脱，还可防止圆形铅笔从桌上滚落。虽说这种改进只能获得外观设计专利，但市场价值却远远改进只能获得外观设计专利，但市场价值却远远超过大多数发明专利。改进发明再次获得成功。超过大多数发明专利。改进发明再次获得成功。不要以为铅笔加橡皮是古老的故事，不要以为铅笔加橡皮是古老的故事，年邓国顺申请的年邓国顺申请的闪盘专利正是将既有的接口和早已存在的闪存盘组合到闪盘专利正是将既有的接口和早已存在的闪存盘组合到一起。一起。如此简单的原理，点透了傻瓜都明白的闪存盘专利为朗科公司如此简单的原理，点透了傻瓜都明白的闪存盘专利为朗科公司带来了滚滚盈利，简直就是历史的重演。这些足以说明

9、专利的带来了滚滚盈利，简直就是历史的重演。这些足以说明专利的发明者未必是绝顶聪明的人，但一定是发明者未必是绝顶聪明的人，但一定是有心人有心人。 如果要再举些例子，我们可以发现把具有新功能的新材料利用到已有产品如果要再举些例子，我们可以发现把具有新功能的新材料利用到已有产品上，通过合理组合可能取得前所未有的技术效果。上，通过合理组合可能取得前所未有的技术效果。比如把无毒热缩塑料薄膜密封包装同样无毒的泡沫塑料可以大大增强后者比如把无毒热缩塑料薄膜密封包装同样无毒的泡沫塑料可以大大增强后者耐热性。用这种抗热的无毒塑料制成耐热性。用这种抗热的无毒塑料制成碗状装方便面碗状装方便面，旅行者就可以随身携，旅

10、行者就可以随身携带并随时冲泡而不必四处寻找餐具。这个并不复杂的发明极大方便了出门带并随时冲泡而不必四处寻找餐具。这个并不复杂的发明极大方便了出门在外者，是食品包装史上的重大革新。在外者，是食品包装史上的重大革新。再比如把白色奶油冰淇淋和黑色巧克力冰淇淋或者其他颜色、口味的冰淇再比如把白色奶油冰淇淋和黑色巧克力冰淇淋或者其他颜色、口味的冰淇淋搅放成淋搅放成双色或者多色冰淇淋双色或者多色冰淇淋，极大赢得了冰淇淋迷的欢心。，极大赢得了冰淇淋迷的欢心。 3、回家想想自己的学校、家庭及其周围的一些物、回家想想自己的学校、家庭及其周围的一些物品，找出一些技术设计的例子，并分析它们是哪品，找出一些技术设计的

11、例子，并分析它们是哪一种设计种类？若是组合设计的想想是属于哪种一种设计种类？若是组合设计的想想是属于哪种组合？组合？思考与练习思考与练习1、技术设计的种类分为哪三种？、技术设计的种类分为哪三种？2、组合设计又分为哪些组合方式？、组合设计又分为哪些组合方式？技术设计有原创性设计、改进性设计和综合（组合）性技术设计有原创性设计、改进性设计和综合（组合）性设计设计3 3种种综合（组合）性设计又分为外形组合、性能组合、原理综合（组合）性设计又分为外形组合、性能组合、原理组合、功能组合、模块组合、系统组合等多种组合方式。组合、功能组合、模块组合、系统组合等多种组合方式。二、技术设计的原则、方法和标准二、

12、技术设计的原则、方法和标准3、需要性和实用性原则、需要性和实用性原则4、经济性原则、经济性原则8、工程心理学原则、工程心理学原则9、法律、道德规范原则、法律、道德规范原则10、通用性、标准性原则、通用性、标准性原则11、时效性原则、时效性原则12、可持续发展原则、可持续发展原则（一）技术设计的原则（一）技术设计的原则1、科学性原则、科学性原则2、创新性原则、创新性原则5、最优化原则、最优化原则6、可靠性原则、可靠性原则7、安全性原则、安全性原则l1、科学性原则：l 设计必须遵从科学的原理，按照大自然的规律进行设计，否则设计是不会成功的。永动机设计者的设计就是违反了科学性原则。永动机设计者的设计

13、就是违反了科学性原则。l 2、创新性原则：l设计只有不断进行创新，才能具有新的生命力。l例如：电视机从诞生以来，在新材料、新器件、新技术、外观、节能等方面进行了创新设计。男士车男士车女士车女士车l3、 需要性和实用性原则l 要把解决存在的问题，满足用户的需要作为设计的一个原则，不要设计用户不欢迎甚至反对的产品。l4、经济性原则设计中的经济原则是指以最低的费用取得设计中的经济原则是指以最低的费用取得最佳效果。最佳效果。 在材料方面讲究经济原则在材料方面讲究经济原则 l5、最优化原则所设计的产品或项目在功能、技术上尽可能是目前（并可能在一段时间内）是最合理的。l 最优化不一定是最先进，但一定是最合

14、理l 6、可靠性原则、可靠性原则l 7、安全性原则、安全性原则8、 工程心理学和生理学原则l 产品必须满足人类心理的需求，要美观、舒适、使用方便，是使用者和产品之间建立最协调的关系。l9、法律、道德规范原则技术设计要遵守有关的法律、制度、规范，不允许有违法、违规行为。 目前流行的目前流行的LEDLED“免电灯免电灯”，用的是电话线的余，用的是电话线的余电，电费由电信部门负担，厂家这一技术创新符合电，电费由电信部门负担，厂家这一技术创新符合法律规范原则吗？法律规范原则吗？ “免电灯免电灯”侵害了电信部门的合法权益侵害了电信部门的合法权益, ,也侵也侵犯了用户正常使用通信业务的权益犯了用户正常使用

15、通信业务的权益 l 10、通用性、标准性原则l 产品设计尽可能采用标准化技术和标准件，这样，产品通用，维护方便，拥有更广阔的市场。l 11、时效性原则l 必须按照设计任务书规定的截至日期完成设计任务，避免使产品制造出来后成为过时的东西。l 12.可持续发展原则l 基本思想是，在设计阶段将环境因素和预防污染的措施纳人设计之中，将环境保护作为产品的设计目标和出发点。案例案例1 1，回答问题：该大桥设计遵循了什么原则？违反了什么原则？，回答问题：该大桥设计遵循了什么原则？违反了什么原则？这座大桥本该是著名设计师特奥多罗这座大桥本该是著名设计师特奥多罗库帕的一个真正有价值的不朽杰作库帕曾称库帕的一个真

16、正有价值的不朽杰作库帕曾称他的设计是他的设计是“最佳、最省的最佳、最省的”。可惜，它没有架成。库帕自我陶醉于他的设计，。可惜，它没有架成。库帕自我陶醉于他的设计，忘乎所以地把大桥的长度由原来的忘乎所以地把大桥的长度由原来的500米加到米加到600米，以成为世界上最长的桥。桥米，以成为世界上最长的桥。桥的建设速度很快，施工也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为的建设速度很快，施工也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响大桥剪彩时，人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响大桥的整个金属结构垮了：大桥的整个金属结构垮了：19000吨钢材和吨钢材和

17、86名建桥工人落入水中，只有名建桥工人落入水中，只有11人生还。人生还。由于库帕的过分自信而由于库帕的过分自信而忽略了对桥梁重量的精确计算，导致了一场事故忽略了对桥梁重量的精确计算，导致了一场事故。加拿大魁北克大桥 美国时代周刊日前评出百年世界十大最恶劣塌桥事故，每次事故都是一个血的教训，令人深思。这是加拿大魁北克大桥二度坍塌。 事故时间：1916年9月11日 坍塌原因：由于设计上的缺陷，导致桥体实际承载量远低于设计承载量，并导致该桥两度坍塌。首次坍塌时间为1907年。 死亡人数：95人。1922年，在魁北克大桥竣工不久，加拿大的七大工程学院（即后来的 “The Corporation of

18、the Seven Wardens”） 一起出钱将建桥过程中倒塌的残骸全部买下，并决定把这些亲临过事故的这些钢材打造成一枚枚戒指，发给每年从工程系毕业的学生。然而由于当时技术的限制，桥梁残骸的钢材无法被打造戒指。于是这些学院只好用其它钢材代替。不过为了体现是代表桥坍塌的残骸，戒指被设计成被扭曲的钢条形状，用来纪念这起事故和在事故中被夺去的生命。于是，这一枚枚戒指就成为了后来在工程界闻名的工程师之戒(Iron Ring)。这枚戒指要戴在小拇指上，作为对每个工程师的一种警示。 案例案例2一住在三楼的住户为了阻止小偷再次一住在三楼的住户为了阻止小偷再次“光光顾顾”自己的家，遂将阳台用通电电网围自己的

19、家，遂将阳台用通电电网围上，这天小偷晚上又到这家偷东西，触上，这天小偷晚上又到这家偷东西，触到该户通电防盗网，从三楼掉下摔死了。到该户通电防盗网，从三楼掉下摔死了。1、请问该住户违法了吗？、请问该住户违法了吗？2、住户违反了什么设计原则？、住户违反了什么设计原则？仔细观察下图，找出设计不合理的地方。仔细观察下图，找出设计不合理的地方。1、教学楼离公路太近；、教学楼离公路太近；2、车棚离教学楼太远；、车棚离教学楼太远；3、人行道应该在学校门口。、人行道应该在学校门口。阅读书上阅读书上4546案例，同学间互相进行分析、讨论这些设计案例，同学间互相进行分析、讨论这些设计违反了什么原则？违反了什么原则

20、？例例1 1、违反了时效性原则、违反了时效性原则例例2 2、违反了可靠性和安全性原则、违反了可靠性和安全性原则例例3 3、违反了最优化原则、违反了最优化原则例例4 4、违反了科学性原则、违反了科学性原则l 总结强调：l 设计的原则之间不是毫无关联的，而是相互联系相互制约的！比如美观原则和经济原则会相互制约。（如家庭经济型轿车的制造，既考虑美观，又要考虑到大众的经济承受能力，另外还要注重可靠性和安全性原则、可持续发展原则。）问题5：为什么必须遵守技术设计的原则？l 解析：技术设计的原则是必须遵守的，否则会带来设计的缺陷，甚至造成重大的失误，最后导致设计失败。l 案例泰坦尼克号的设计就是没有严格的

21、遵循设计的一般过程和设计的原则，船上的救生艇不足，导致悲剧的发生。l 1、诸葛弩是三国时诸葛亮对弩机进行改进，可以连发十枝箭的连弩。诸葛弩严格按照图纸制作出来的，各个部件可以互换，战场上士兵可以从损坏的弩机上拆下完好的部件重新组装使用。这说明诸葛弩的设计主要体现了（ ）l A、创新原则 B、实用原则 C、技术规范原则 D、经济原则l 2、小明的妈妈在超市发现卫生卷纸有两种捆卷方式，一种是圆形、一种是方形。方形卷纸的设计主要体现了什么设计原则? l A道德原则 B经济原则 C可靠安全原则 D可持续发展原则l 3、工程技术人员利用一种新材料设计制造出了可将耗电量降低90的蓝色发光二极管。这种二极管

22、可用于新一代DVD的读取装置、汽车后灯、交通信号灯等领域，特别是对于要求高亮度的装置更有价值。这项产品的问世，充分体现了产品设计的（ ）原则。l A美观性 B经济性 C创新性 D规范性CBB常规设计法常规设计法系统设计法系统设计法功能设计法功能设计法工效学设计法工效学设计法可靠性设计法可靠性设计法最优化设计法最优化设计法计算机辅助设计法计算机辅助设计法CAD（Computer Adied Design）借鉴法借鉴法应用标准器件法应用标准器件法技术（或工程）实验法技术（或工程）实验法保证系统各个部分的协调工作保证系统各个部分的协调工作基本功能和辅助功能基本功能和辅助功能考虑人的生理和心理特征，能

23、做到安全、方便、考虑人的生理和心理特征，能做到安全、方便、舒适、美观的设计目标舒适、美观的设计目标抗热、抗震、抗干扰，适应环境，预备抗热、抗震、抗干扰，适应环境，预备“余量余量”设计是一个反复进行的过程，以实现最优选择设计是一个反复进行的过程，以实现最优选择利用计算机进行设计或仿真，可以用利用计算机进行设计或仿真，可以用最快的速度获得效果。最快的速度获得效果。例如：城市交通例如：城市交通例如：横跨一条江河的交通：轮渡、桥梁、隧道例如：横跨一条江河的交通：轮渡、桥梁、隧道（二）技术设计的一些方法1、常规设计法借鉴法：从已有的技术发展历史中寻找可参考的技术，从最新的国内外情报资料中去查找新产品、新

24、技术、 新思想、新动向（俗称“查新”），从而开阔视野，广开思路。应用标准器件法：查找和应用已有的成就、稳定的优秀的结构原件和器件、标准件、可最快获得优秀的设计方案。技术（或工程）试验法：通过技术（或工程）试验，检验或探索某些机制、效应、性能，或对某几种对象进行对比，或寻找未知的原因，或以相似理论模型（或原型）进行试验（如汽车防撞设计性能试验）等。借鉴法应用标准器件法技术（或工程）试验法汽车防撞性能试验2、3、4、5、6、7、( (三三) )技术设计中的人机关系技术设计中的人机关系思考：人机关系中的思考：人机关系中的“机机”指的是什么？指的是什么？简单的说，简单的说，“机机”是指我们身边的所有物

25、品。是指我们身边的所有物品。人在使用身边的物品的时候，物品和人发生人在使用身边的物品的时候，物品和人发生的一种相互作用成为人机关系。的一种相互作用成为人机关系。1.1.学生拿着钢笔写字学生拿着钢笔写字2.2.司机手握方向盘司机手握方向盘3.3.妈妈拿着拖把拖地。妈妈拿着拖把拖地。4.4.农民用锄头锄地。农民用锄头锄地。思考以下人机关系思考以下人机关系1 1、人机关系、人机关系（1）、高效（方便、健康）、高效（方便、健康）设计中应把人和机作为一个整体来考虑，合设计中应把人和机作为一个整体来考虑，合理或最优地分配人和机的功能以促进二者的理或最优地分配人和机的功能以促进二者的协调，提高人的工作效率。

26、协调，提高人的工作效率。2 2、人机关系要实现的目标、人机关系要实现的目标2 2、人机关系要实现的目标、人机关系要实现的目标( (2 2) )、舒适、舒适人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状态，操作或使用的姿势能够在人们自然、正常态，操作或使用的姿势能够在人们自然、正常的肢体活动范围之内，从而使人不致过早地产的肢体活动范围之内，从而使人不致过早地产生疲劳。生疲劳。思考：思考：你觉得右边图中的你觉得右边图中的小工具，哪个使用起小工具，哪个使用起来更舒适？为什么？来更舒适？为什么？想一想想一想，生活中还，生活中还有哪些类似的例子有哪些类似的例子?2 2、

27、人机关系要实现的目标、人机关系要实现的目标(3)、安全安全人在长期操作或使用产品的过程中，产品对人的人在长期操作或使用产品的过程中，产品对人的安全不会造成不良的影响。安全不会造成不良的影响。想一想：想一想：在我们学校有哪此地方实现了人机关系中的安全目标？在我们学校有哪此地方实现了人机关系中的安全目标？ 想一想想一想: :在设计中，人机关系除要考虑高效、舒适、安全在设计中，人机关系除要考虑高效、舒适、安全外，还要实现哪些目标？请再列举一、二个。外，还要实现哪些目标？请再列举一、二个。环保、美观、经济环保、美观、经济3 3、如何实现合理的人机关系、如何实现合理的人机关系(1) 、设计参照普通人群为

28、标准，也要考虑特殊人群、设计参照普通人群为标准，也要考虑特殊人群 的需要。的需要。(2)、设计要符合人体的静态尺寸，也要符合人体的、设计要符合人体的静态尺寸，也要符合人体的 动态尺寸，还有生活习惯、民族信仰动态尺寸，还有生活习惯、民族信仰 。(3)、要满足人的生理需求，也要满足人的心理需求、要满足人的生理需求，也要满足人的心理需求 (视觉、听觉、触觉、味觉）。视觉、听觉、触觉、味觉）。1人走向电梯门：人与电梯门板人走向电梯门：人与电梯门板2人按电梯外按钮：人与电梯外按钮人按电梯外按钮：人与电梯外按钮3人进入电梯：人与电梯厢体之间人进入电梯：人与电梯厢体之间4人按电梯内按钮：人与电梯内按钮人按电梯内按钮：人与电梯内按钮马上行动马上行动“人与门人与门”之间存在哪些人机关系？之间存在哪些人机关系？马上行动马上行动l说出说出“人坐在椅子上人坐在椅子上”时人和椅子间的人机关时人和椅子间的人机关系系 l1、人的、人的背部背部与与椅子靠背椅子靠背的人机关系。的人机关系。l2、人的、人的臀部臀部与与椅子垫椅子垫间间的人机关系。的人机关系。l3、人的、人的腿部腿部与与椅子垫椅子垫间间的人机