设计的基本方法和基础知识.ppt

第二节 设计的基本方法和基础知识 主要内容 一、技术设计的种类 二、技术设计的原则、方法和标准 三、技术设计的一般过程 一、技术设计的种类 技术设计 三大类 原创性设计 综合性设计 改进性设计 案例：红酒开瓶器的三种设计 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。 这种最初的设计属于原创性设计又称为开发性设计。 开瓶器 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瓶时， 因酒瓶的突然后退，可能将酒洒出瓶外，甚至因左手握不住 酒瓶，造成酒瓶脱手。 有些酒瓶由于软木塞太紧，即使用较大的力也无法拔出。 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力学上的 两个原理(杠杆省力的原理及齿轮改变力的方向的原理)，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。 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 改进性设计。 第三代开瓶器之气压开瓶器第三代开瓶器之气压开瓶器 气压开瓶器气压开瓶器 使用原理：使用原理： 真空气压原理，注入真空气压原理，注入 气体，产生压强，将气体，产生压强，将 酒塞推出；酒塞推出； 操作方法：操作方法： 将红酒开瓶器针头从将红酒开瓶器针头从 软木塞中间插入酒瓶软木塞中间插入酒瓶, , 用塑胶保护套护住瓶用塑胶保护套护住瓶 口；上下活动将空气口；上下活动将空气 注入瓶内注入瓶内, ,直到软木塞直到软木塞 从瓶口滑出（通常每从瓶口滑出（通常每 瓶酒瓶酒4-74-7次即可打开）次即可打开） 干电电动开瓶器干电电动开瓶器 充电电动开瓶器充电电动开瓶器 特点：特点： 全自动操作全自动操作 按住按住 “ “激活激活 钮钮” ”下方至旋下方至旋 转动作声响转动作声响 停止停止, ,按住按住“ “ 激活钮激活钮” ”上方上方 , ,即可退出瓶即可退出瓶 塞。塞。 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、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。 开瓶器的各种组合性设计 综合（组 合）性设 计 外形组合 性能组合 功能组合 模块组合 原理组合 系统组合 多功能螺丝刀 外形组合设计 外形组合设计外形组合设计 4把椅子和2张桌子的组合收纳 俄罗斯娃娃的嵌套组合 性能组合设计：性能组合设计：将若干产品或材料的性能组合起来，将若干产品或材料的性能组合起来， 构成新的性能构成新的性能 抗拉强度大的钢线 原理组合设计：原理组合设计：两种或以上的技术原理组合起来构成 较复杂的技术系统 喷气（流体力学）原理+燃气轮机技术喷气式飞机 功能组合设计：功能组合设计：将不同功能单元或产品组合起来得到 多功能技术系统，甚至产生新的功能 两把刀刃上 下相对交错 组合设计出 剪刀 功能组合设计功能组合设计 发动机 避震 内燃机与传动、制动、转向、照明、电气 等功能结合设计出汽车 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 模块的组合设计 计算机系统：由硬件系统和 软件系统的组合设计而成。 神舟六号飞船由发射系统、 监测系统、控制系统、航天员 系统、飞船本身系统和回收系 统等子系统组成。 系统的组合设计 要设计一个好的产品或方案，除了要有科学 合理的设计过程外，还要遵循一些设计的一 般原则。这些规则是人们在长期的设计实践 中总结出来的。 二、技术设计的原则、方法和标准 技术设计的原则（P4345） 1、科学性原则 2、创新性原则 3、需要性和实用性原则 4、经济性原则 5、最优化原则 9、法律、道德规范原则 10、通用性、标准性原则 7、安全性原则 8、工程心理学和生理学原则 阅读教材P45-46两页中的 例子，分析、讨论这些设 计违反了左边什么原则？ 技术设计的12大原则 6、可靠性原则 11、时效性原则 12、可持续发展原则 想一想:永动机设计者的设计是否遵从了科学性原则。 什么是永动机？ 永动机是指违反热力学基本定律的不能实现的发动机 。 设计者设计这台机器不消耗任何能量，却可以源源不 断地对外做功，这种机器被称为永动机。 “永动机”设计者的设计违反了能量守恒定律 科学性科学性 设计必须遵从科学原理，按照大自然的规律进行设计，否则 设计不会成功。 违反科学原则 创新性创新性 设计只有不断进行创新，才能具有新的生命力。 光感手套：只需空中比划，即可输入命令。 左图是应用蓝牙 （无线）技术创 新的电脑输入设 备。 激光虚拟投影镭射蓝牙键盘 做为买家，你选择哪款台灯？为什么？ 普通灯具 世界灯具设计获奖顶级作品 可根据手的距离控制亮度的灯具 需要性和实用性 例如：改进后的开瓶器；各款式的摩 托车。 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。 需要性和实用性 经济性经济性 在设计中，要考虑用户的经济条件、市场的竞争力，力 求用最少的成本，设计出满足用户要求的产品。 在材料方面讲究经济原则 在运输成本方面讲究经济原则 经济性经济性 最优化原则最优化原则 珠江三角洲的桑基鱼塘模式 所设计的产品或项目在功能、技术上尽可能 是目前（并能在一段时间内）最合理的。 最优化不一定最先进，但一定是最合理 坦克机动性不及汽车，火力不如远程坦克机动性不及汽车，火力不如远程 大炮，防护不如堡垒，但却当之无愧大炮，防护不如堡垒，但却当之无愧 成为成为“ “陆战之王陆战之王” ”。 可靠性原则可靠性原则 10年保质期的方便面 设计的产品或项目应在使用时间内， 能适应规定的条件和环境而可靠地工 作，不会发生故障，原规定的功能、 性能指标不低于使用说明书规定的范 围。 保质期是厂家向消费者作出的保证，保证在标 注时间内产品的质量是最佳的，但并不意味着过了 时限，产品就一定会发生质的变化。超过保质期的 食品，如果色、香、味没有改变，仍然可以食用。 保存期则是硬性规定，是指在标注条件下，食 品可食用的最终日期。超过了这个期限，质量会发 生变化，不再适合食用，更不能用以出售。 国家关于食品标签的标准，规定保质期为最佳 食用期，保存期为推荐的最终食用期。 可靠性原则可靠性原则 安全性原则安全性原则 问题： （1）为什么小孩子的玩具都没有锋利的 棱角和尖的局部形状？ （2）为什么现在的轿车都配备安全气囊 ？ （3）为什么很多家电产品上都要求必须 通过 “CCC”认证？（CCC认证即是“中 国强制认证”，其英文名称为“China Compulsory Certification”，缩写为 CCC。CCC认证对涉及到的产品执行 国家强制的安全认证。） 所设计的产品或项目，在使用时或操 作运行时必须是安全的，不允许发生 事故，更不允许发生人身伤亡事故。 1无公害农产品 2有机产品认证 3绿色食品 4食品市场准入 5纯羊毛 6国家免检产品 7中国强制认证 8中国名牌产品 9中国质量环保产品认证 10中国质量认证中心产品 认证 11原产地认证 12中国实验室国家认可 13定量包装商品计量保证能 力合格 14采标标志 你能辨认这 些标志吗？ 工程心理学和生理学原则工程心理学和生理学原则 设计的产品或项目必须满足人类心理的需求，要美观、 舒适、使用方便，及使用者和产品之间要建立最协调的 关系。 罗技经典无线鼠标 防汗清凉鼠标 工程心理学和生理学原则工程心理学和生理学原则 工程心理学和生理学原则工程心理学和生理学原则 真正的人体工学鼠标，是要符合每一个消费者自 己的手型大小。这款鼠标的外形可以任由消费者 自己“拿捏”，喜欢用怎样的外形，你说了算。 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LED“免电灯” ，用的是电话线的余电，电费 由电信部门负担，厂家这一技 术创新符合法律规范原则吗？ “免电灯”侵害了电信部门的合法权 益,也侵犯了用户正常使用通信业务的 权益 “食”面埋伏 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。 通用性、标准性原则通用性、标准性原则 汽车设计技术中，其螺丝和其他零配件采用标准件 ，大大方便了维修保养，设计过程中采用国际标准 ，产品可以在世界各国生产使用 。 中国标准插头中国标准插头欧洲标准插头欧洲标准插头 按照设计任务书规定的 截止日期完成设计， 要避免使产品制造出 来后成为过时的东西 。科学技术日新月异 ，市场情况千变万化 ，设计周期过长的产 品，在设计开始时其 拟定的功能指标可能 是先进的，但在设计 结束时可能已是过时 的了。 时效性原则时效性原则 可持续发展原则可持续发展原则 产品的设计要考虑到人类长远的发展，关注生 态、环保和资源的合理利用。 阅读材料：分析这些设计违反了 什么原则？ 例1 A研究所接受某空调机厂的 委托，研究一种可变频空调的电 机模板，当时规定6个月内交货， 每块价格不超过200元，该研究所 在8个月后才完成任务，该控制模 板各功能指标符合设计任务书的 ，每块价格190元，但该空调机厂 家不能接受该项目研究成果，因 为当时已有另一研究所同时研究 出功能相同的控制模板，每块价 格为160元。 参考答案： 违反了时效性原则。因为没有在规定的6个月 期限交货，而是8个月。 违反了时效性原则的内容，“要避免使产品 制造出来后成为过时的东西”。因为8个月后 另一家研究所同时研究出性能相同的主板， 而且价格还便宜。 违反了经济性原则 例2 A市电热水器厂发明了一 项高温预热式电热水器，其原 理是在浴室内气温太低时起用 ，它可以先喷出高温水蒸气（ 达150C）将浴室内温度提高， 当浴室温度达到一定温度（如 20C)后则停止喷射高温水蒸气 ，自动转入正常供热水状态。 该产品开始很受北方寒冷地区 用户的欢迎，但由于外壳受潮 后会带220V交流电，而且喷出 高温水蒸气的控制技术不够可 靠，在洗澡时，会喷出高温水 蒸气，造成伤人事故，后来被 迫停产。 参考答案： 违反了安全性原则和可靠性原则 外壳受潮后绝缘不良导致漏电。 高温喷出水蒸气的控制器性能不稳定。 某中学一批教学、管理和后勤部门的职工即将退休 ，为了提高该中学的教学、管理水平，该校人事主 管部门规定，新招聘接替各个岗位的人员都必须具 有博士学位。 违反了最优化原则，人才搭配的设计，不一定每 个人都是最有能力和最聪明的，而是根据工作的 需要和个人的特长合理安排人员才是最合理的设 计，否则会造成许多矛盾，影响工作。 军委主席：军委主席： 成吉思汗成吉思汗 国务院总理：国务院总理： 诸葛亮诸葛亮 外交部长：外交部长： 周恩来周恩来 卫生部长：卫生部长： 华佗华佗 公安部长：公安部长： 展昭展昭 最高人民法院院长：包拯最高人民法院院长：包拯 国家禁毒署署长：国家禁毒署署长： 林则徐林则徐 教育部长：教育部长： 孔子孔子 思考：这样的人员配置，遵循思考：这样的人员配置，遵循 了哪一原则？了哪一原则？ 在飞往火星的航天器上，有人想象按下列方案设计一 种能源的产生办法，你认为可行吗？为什么？ 方案：将航天器所带的水用电力进行电解，得到氢 和氧，再将氢和氧进行燃烧产生动力，带动发电机 发电；在燃烧中氢和氧合成水，再用该发电机发出 的电将新产生的水电解成氢和氧，如此循环，可以 无穷利用下去产生能量 不可行，违反了科学性原则。跟“永动机” 的设计者一样，违反了能量守恒定律。 课堂小结：课堂小结： 一、技术设计的种类一、技术设计的种类 1 1）原创性设计）原创性设计 2 2）改进性设计）改进性设计 3 3）综合性设计：外形组合、性能组合、）综合性设计：外形组合、性能组合、 原理组合、功能组合、原理组合、功能组合、 模块组合、系统组合模块组合、系统组合 二、技术设计的原则二、技术设计的原则 1 1）科学性）科学性 2 2）创新性）创新性 3 3）需要性和实用性）需要性和实用性 4 4）经济性）经济性 5 5）最优化）最优化 6 6）可靠性）可靠性 7 7）安全性）安全性 8 8）工程心理学和生理学）工程心理学和生理学 9 9）法律、道德规范）法律、道德规范 1010）通用性、标准性）通用性、标准性 1111）时效性）时效性 1212）可持续发展）可持续发展 资料：阿联酋一个十二岁的女童，因为连续十六个月 使用同一个矿泉水瓶，她得了癌病。瓶里面含一种叫 做PET的塑料材质，用一次是安全的，如果你因节俭 或方便而重复使用，就有致癌危机。 提问：你知道哪些日常塑料制品再利用误区？ 误区一： 盲目加热 误区二：拿饮料瓶盛酱油醋 误区三：普通塑料杯灌开水 误区四：私家车里放箱饮料 可持续发展原则可持续发展原则 矿泉水瓶的底部都有一个带箭头的三角型 , 三角型里面 有一个数字。即塑料回收标志 如：一般矿泉水瓶子，底部标示 1 牛奶瓶子， 底部标示 2 泡茶的塑料耐热杯，底部标示 5 1 PET(聚对苯二甲酸乙二 醇脂)：常见矿泉水瓶、碳酸饮料 瓶等。耐热至70易变形，有对 人体有害的物质融出。1号塑料品 用了10个月后，可能释放出致癌 物DEHP。不能放在汽车内晒太阳 ；不要装酒、油等物质。 可持续发展原则可持续发展原则 塑料回收标志 2 HDPE(高密度聚乙烯)：常见白色药瓶、清 洁用品、沐浴产品。不要再用来做水杯，或者用来做 储物容器装其他物品。清洁不彻底，不要循环使用。 3 PVC(聚氯乙烯)：常见雨衣、建材、塑料膜 、塑料盒等。可塑性优良，价钱便宜，故使用很普遍 ，只能耐热81。高温时容易有不好的物质产生，很 少被用于食品包装。难清洗易残留，不要循环使用。 若装饮品不要购买。 塑料回收标志 4 PE(聚乙烯)：常见保鲜膜、塑料膜等。高温时 会产生有害物质，有毒物随食物进入人体后，可能引起 乳腺癌、新生儿先天缺陷等疾病。保鲜膜别进微波炉。 5 PP(聚丙烯)：常见豆浆瓶、优酪乳瓶、果汁饮 料瓶、微波炉餐盒等。熔点高达167，是唯一可以放进 微波炉的塑料盒，可在小心清洁后重复使用。需要注意 ，有些微波炉餐盒，盒体以5号PP制造，但盒盖却以1号 PET制造，由于PET不能抵受高温，故不能与盒体一并 放进微波炉。 塑料回收标志 6 PS(聚苯乙烯)：常见碗装泡面盒、快餐盒等。 不能放进微波炉中，以免因温度过高而释出化学物。装 酸(如柳橙汁)或碱性物质后，会分解出致癌物质。避免 用快餐盒打包滚烫的食物。别用微波炉煮碗装方便面。 7 PC(其他类)：常见水壶、太空杯、奶瓶等。超 市常用这样材质的水杯当赠品，很容易释放出有毒的物 质双酚A，对人体有害。使用时不要加热，不要在阳光 下直晒。 塑料回收标志 技术设计的一些方法 常规设计法 系统设计法 功能设计法 工效学设计法 可靠性设计法 最优化设计法 计算机辅助设计法CAD （Computer Adied Design） 借鉴法 应用标准器件法 技术（或工程）实验法 保证系统各个部分的协调工作 基本功能和辅助功能 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 抗热、抗震、抗干扰，适应环境，预备“余量” 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 最快的速度获得效果。 技术设计的七种方法 例如：城市交通 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 常规设计法 借鉴法 应用标准器件法 技术（或工程）试验法 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、新技术 、新思想、新动向（俗称“查新”），从而开阔视野， 广开思路，这叫做技术借鉴。 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，或对几种对象进 行对比，或寻找未知的原因，或以相似理论对模型（ 或原型）进行试验等。 汽车防撞性能设计，获取数据和结论，作为设计的依据。 2 系统设计法 技术设计必须是系统化的，因为解决一个问题要同时 考虑许多部分，以及它们之间的协调问题。技术设计 存在许多不同的设计方法和解决方案。系统设计法可 使一个系统各个部分有条不紊地工作。 3 功能设计法 在设计过程中，将设计对象的功能分为基本功能和辅 助功能。基本功能是直接满足主要技术目标的功能， 不能随意改变；同一基本功能可由不同的技术原理来 实现。辅助功能是为完善基本功能而在设计中添加的 功能，它可以在保证实现基本功能的前提下作出某种 改变（如改变显示的方法和形式等）。 4 工效学设计法 设计中必须考虑人的生理和心理特征，适应人的生 理、心理的要求，从而实现安全、方便、舒适、美 观的设计目标。 5 可靠性设计法 可靠性设计是一门学问，包括抗热、抗震、抗干扰， 能在规定的环境（可能是恶劣的）下工作。 6 最优化设计法 （1）问题的解决方案可以是多种的，而且从不同的 角度看问题会有不同的评价。设计者必须综合各种因 素，权衡利弊，从综合角度选取最优秀的方案。 （2）方案选定之后，可以建立其数学模型，在满足 各种约束条件的前提下，合理地设计其变量值，从而 求得最优化的数据和结论，并据此进行设计。 （3）设计应该是一个反复进行的过程。设计实施之 后，通过检验、试用、评价之后发现新的问题，再反 过来修改设计，最后得到较满意的设计，才可以正式 应用或投产。 7 计算机辅助设计法CAD（Computer aided design) 计算机辅助设计是借助计算机进行设计或仿真， 可以用最快的速度获得结果。 （三）人机关系 人机关系是指人与“机器设备”及所使用的“一 切物品”之间的关系。 人机关系中的“机”指的是什么？ 简单的说：“机”是指我们身边的所有物品。 人机关系要实现的目标：高效、方便、舒适 、健康、安全。 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标准，也要考虑特殊人 群的需要。 2、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。 3、要满足人的生理需求，也要满足人的心理需 求。 例： 图中反应了人机关系要实现的哪个目标（ ） A 高效 B 安全 C 舒适 D 健康 A 例:说出“人坐在椅子上”时人和椅子间的人机关系 1、人的背部与椅子靠背的人机关系 2、人的臀部与椅子垫间的人机关系 3、人的腿部与椅子垫间的人机关系 4、人的脚部与椅子脚间的人机关系 （四）设计的依据标准 国际标准 国际标准:国际标准是指国际标准化组织（ISO）、国际电工 委员会（IEC）和国际电信联盟（ITU）制定的标准，以及国 际标准化组织确认并公布的其他国际组织制定的标准 例：ISO9000 质量认证 ISO9001 管理认证 ISO9002 安全认证 ISO9003 食品认证 ISO9004 机械认证 ISO9005 汽车安全认证 ISO9006 升降机认证 国家标准: ANSI