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 气压开瓶器 使用原理 真空气压原理 注入气体 产生压强 将酒塞推出 操作方法 将红酒开瓶器针头从软木塞中间插入酒瓶 用塑胶保护套护住瓶口 上下活动将空气注入瓶内 直到软木塞从瓶口滑出 通常每瓶酒4 7次即可打开 干电电动开瓶器 充电电动开瓶器 特点 全自动操作 按住 激活钮 下方至旋转动作声响停止 按住 激活钮 上方 即可退出瓶塞 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 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 将若干产品或材料的性能组合起来 构成新的性能 抗拉强度大的钢线 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 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 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 P43 45 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 课堂练习 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 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 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 VS 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 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 火力不如远程大炮 防护不如堡垒 但却当之无愧成为 陆战之王 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 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 ChinaCompulsoryCertification 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 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 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 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 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 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1A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2A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150 C 将浴室内温度提高 当浴室温度达到一定温度 如20 C 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 成吉思汗国务院总理 诸葛亮外交部长 周恩来卫生部长 华佗公安部长 展昭最高人民法院院长 包拯国家禁毒署署长 林则徐教育部长 孔子 思考 这样的人员配置 遵循了哪一原则 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 一 技术设计的种类1 原创性设计2 改进性设计3 综合性设计 外形组合 性能组合 原理组合 功能组合 模块组合 系统组合二 技术设计的原则1 科学性2 创新性3 需要性和实用性4 经济性5 最优化6 可靠性7 安全性8 工程心理学和生理学9 法律 道德规范10 通用性 标准性11 时效性12 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 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 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 ComputerAdiedDesign 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 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 Computeraideddesign 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