2.3.2 技术设计的一般方法 课件高中技术粤科版（2019）必修 技术与设计1

2.3技术设计的一般过程和方法第二课时

技术设计的方法目录壹设计草图的绘画肆设计中的人机关系贰设计方案的构思叁设计的分析设计草图的绘画第一节设计草图是在设计初期，设计者为了快速记录设计灵感及初始方案构思的意念所绘画的图样。1．徒手绘画徒手绘画草图要求：画线要稳，图线要清晰；目测尺寸要准，各部分比例匀称；绘图速度要快；标注尺寸无误，字体工整。学习徒手绘画草图，首先要进行绘图的基础技能训练。

1）画直线（1）徒手画线是徒手绘图的基本技能。徒手画线时，如果只让手臂自然地沿关节摆动，往往会像圆规般画成弧线。所以，画长直线时要适当地移动手臂，以免画成曲线。相

同道理，在画短直线时要适当地移动手腕（图2－16）。只摆动手臂会画成弧线画长直线时要移动手臂画短直线时要移动手腕图2-16徒手画线（2）画12

cm以上的水平直线时，可以在画面上做两个点，手控制笔，眼睛注视着两

点之间画线。要经常进行画线练习才能提高对笔的控制能力，达到熟能生巧的效果。2）画基本图形学会了画直线的基本技术后，便可以练习徒手画直角、正方形、长方形、平行四边形

和三棱柱等基本图形。试画出图2-17所示的图形。图2-17徒手绘画基本图形方法指导徒手画圆形和曲线并不容易，需要运用一些特别的技巧。较为常用的是正方形画圆

法：先轻轻地画一个边长等于待画圆形直径的正方形线框，再绘画出平分边长的中心线，接着在被两根互相垂直等分的中心线划分的区域内分别画出四段1/4圆周曲线，然后将曲

线圆滑地接起来，就可绘画出圆形。将正方形线框改为长方形线，就可画椭圆形。用类似

的方法可以画其他形状要求的曲线（图2-19）。绘画圆形

绘画椭圆形绘画其他形状的曲线图2-19徒手画圆形、椭圆形及曲线的方法3）画圆形及曲线4）画立体图（a）画外框（b）各部分的空间分割图2-22徒手绘画复杂的立体图（c）各部分绘制，用粗线

勾画轮廓线（a）画立方体外框

并加中心线（b）画前后的圆形（c）连接两图形4）画立体图徒手绘画立体图时，应先画出合适比例的立方体外框，再对空间进行分割，然后用粗

线把整个立体图勾画完成。如在绘画圆柱体时，先画立方体外框，再画前后的图形，接着

连接两圆形便成为圆柱体了（图2-21）。设计方案的构思第二节设计方案构思的方法有许多，黑箱法、列举法、移植借鉴法、筛选法是几种常用的

方法。像李明同学对自行车的设计构思一样，把一个不清楚内部结构的系统（系统是指由

相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的，具有特定功能的有机整体）当作黑箱，通过观测外部输入黑箱的信息和黑箱输出的信息的变化关系，来探索黑箱的内部构造和机

理，这种方法称黑箱法。自行车是我们熟悉的交通工具，李明同学尝试用黑箱法对自行车进行设

计构思。在设计中他把自行车当作一个不透明、不知内部结构的“黑箱”，对“黑箱”输入人力，通过黑箱的转换，实现自行车的行走、转向、制动、变速等基本功能，如图2-27所示。黑箱实现自行车必要

功能和基本功能的

方法案例行走转向制动

变速图2-27

自行车设计黑箱图1．黑箱法输入人力自行车的输出黑箱法要突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质：①暂时摒弃一些附加功能和非必

要功能，突出必要功能和基本功能。②把必要功能和基本功能用输入、输出这样较为抽象的形式加以表达。2．列举法李明同学使用目前市面上的雨伞总觉得有些不尽人意，他想对雨伞进行一些创新设计。他在设计构思中使用了以下方法：列举出市面上普通雨伞的优点，如结实、不透水、防紫外线等。列举出市面上普通雨伞的缺点，如款式单一，不易识别；乘公共汽车时容易

沾湿别人的衣服；单手不易开合；伞太长不易携带；不适合两人使用；等等。在构思设计方案时发扬优点，改善不足，形成了创新性的设计构思。他设计了一种伞面具有不同图案、可自动开合、可伸缩、伞顶增加了集水器、可双人共用的伞（图2-28）。3．移植借鉴法

电动平衡车（图

2-29）是一种新型的两轮代步工具，电池驱动，由操纵者站立驾驶，速度可达20km/h。其最有冲击力的创意是“动态稳定”技术，操作者依靠身体重心的变化就能控制车辆。李明同学进行了驾驶体验：当他身体前倾车辆就会前进，后仰就会后退，向左倾斜就会向左转，向右倾斜就会向右转，身体直立就停了下来。李明觉得电动平衡车似乎变成了自己神经系统的一部分，清楚地知道自己想要做什么。

李明通过查阅资料，知道电动平衡车的“动态稳定”技术移植借鉴了人体平衡系统结构。人们从生活中知道，站立时身体前倾虽然打破平衡，但

不会摔倒。原因是人体平衡系统感觉你将失去平衡，促使你迈前一步制止倾

倒。电动平衡车轮子相当于双腿，电动机相当于肌肉，微处理器相当于大

脑，

一系列测量倾斜的传感器相当于人体平衡系统，感知操作者前倾时，为保持平衡，将轮子自动调到适当的速度，使电动平衡车前行。在电动平衡车的设计中，设计人员从人体的平衡系统结构中获得启迪，触发灵感，并通过联想将其原理合理地应用到了设计中。4．筛选法功能元解法123456A动力源电动机汽油机柴油机蒸汽机液动机气动电动机B移位传动齿轮传动涡轮传动带传动链传动液力耦

合器挖掘机的功能主要是取物和运物。取物和运物需要动力源、传动、移动及

取物等功能（称为“功能元”）。动力源、传动、移动及取物的方式有多种方法

（称为“功能元的解”），如表2-13所示。表2-13

挖掘机取物、运物的方式功能元解法123456C移位轨道及

车轮轮胎履带气垫D取物传动拉杆绳传动气缸传动液压缸

传动E取物挖斗抓斗钳式斗

动力源、传动、移动及取物功能元的解的排列组合将会得到多种方案：如A3+B4+C3+D2+E1得到履带式挖掘机，又如A5+B5+C2+D4+E2得到液压轮

胎式挖掘机。对得到的多种方案，按可行性、先进性、方便性、经济性逐个进行筛选，选定其中较合适的方案，再按设计的步骤继续设计。

在上述挖掘机的功能设计中，将功能元的解尽可能地按层次罗列出来，然后进行排列

组合，对排列组合的结果逐个分析、审查，淘汰不适合的，经过不断筛选，剩下两三种方案再按方案设计的步骤继续设计。上述挖掘机功能设计构思中运用了筛选法。设计的分析第三节1．设计的需求分析

解决“设计什么”的问题，需要对设计进行需求分析。

需求分析首先是要分析业务需求，分析设计的必要性和可行性。分析内容包括产品

开发的必要性、市场调查和预测、有关产品的国内外水平及发展趋势、预期达到的技术水

平、需要解决的技术问题、投资的费用及时间进度计划、现有条件下开发的可能性及准备

采取的措施、经济效益、社会效益等。

其次是要分析用户需要。通过用户访谈、调查，对用户使用的场景进行整理，了解他们的想法，从而建立从用户角度出发的需求。

要实现业务需求和用户需求，需要考虑建立一定的系统，因此需要分析系统需求。

系统需求分析包含功能需求、非功能需求和设计约束。（1）功能需求。系统必须完成那些事，即为了向它的用户提供有用的功能，系统必

须执行的动作。（2）非功能需求。产品必须具备怎样的属性或品质，如性能、响应时间、可靠性、

容错性、扩展性等。（3）设计约束。也称为限制条件、补充规约，这通常是对解决方案的一些约束说明。

各种需求的概念示意如图2-30所示。系统需求

功能需求质量属性

非功能需求其他非功

能需求设计约束需求规格

说明书业务需求用户需求v

▲2．设计的功能分析对产品功能分析的目的是要解决“如何实现设

计”的问题，主要包括产品功能原理的分析、实现

的方法和途径、方案的评价和决策等。产品设计的功能分析，一般根据产品系统设计的功能需求，先确定系统的总功能，再把总功能逐

层分解成功能元，然后对功能元进行求解。将功能

元的解进行不同的组合，从而形成多种设计方案，

对多种设计方案进行比较和权衡，选出最佳方案。系统设计分析的流程见图2－31。最佳原理方案求解功能元评价与决策功能元解组合总功能分解设计任务求总功能设计的功能和结构分析图2-31综合分析设计中的人机关系第四节生活中，我们每个人无时无刻不与身边的物品发生联系。当我们使用这些物品时，物品就与人产生了一种相互关系。这种相互关系称为人机关系。1.人机关系要实现的目标在设计中，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

促进二者的协调，提高人的工作效率。同时，人、机所在环境中的一些因素，如温度、

湿度、噪声、照明、振动、污染和失重等也影响人的效率和行为。铁锹作业效率被称为“科学管理之父”的美国人泰勒于1898年在伯利恒钢铁公司进行了著

名的“铁锹作业试验”。铁锹作业试验首先系统地研究铲上的负载应为多大的问题。他用5kg、10kg、17kg和20kg四种装煤量的铁锹进行试验，发现用10kg

的铁锹作业时工人的工作效率最高。每次装煤量过多，虽然每次的搬运量大，但是会令工人很快疲劳，从而减少搬运次数；每次装煤量过少，虽然可以增加运送次数，但是运送总量得不到保证。其次，他还研究了各种材料能够达到标准负载的锹的形状、规格以及各种原料装锹的最好方法，并对每一套动作的精确时间作了研究，从而得出了一名

“一流工人”每天应该完成的工作量。这一研究结果是非常出色的，堆料场的劳动力

从400～600人减少为140人，平均每人每天的操作量从16t提高到59t。讨论：1.“铁锹作业试验”中改进了哪些人机关系而使工人的工作效率大大提高?2.在人机关系中，哪些因素会影响工作的效率?请结合具体的案例进行说明

高

效安

全人机关系中的安全，是指人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不构成

生理上的伤害，产品与人接触的部分不允许有尖角和锋利的边槽，易产生危险的地方应

进行安全保护设计，如汽车的安全带设计、冲床的安全保护设计、儿童座椅前的护栏设

计等，其目的都是为保护操作者和使用者使其避免伤亡。健

康人机关系所追求的健康，是指人在长期操作或使用产品过程中，产品不会对人的健

康造成不良影响。如果产品设计不合理，就会使人处于不恰当的作业姿态，长时间地操

作或使用它，不仅使人感到疲劳，还会影响人的身体健康。舒

适人机关系中的舒适，是指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、正常的肢体活动范围之内，从而使人不会过早地产生疲

劳。心理上的舒适感受也是人机关系应当考虑的目标。2.实现合理人机关系的方式静

态

的

人

与

动

态

的

人人们使用产品时处于静态和动态两

种状态交替之中，因此，设计的产品不但要符合人体的静态尺寸，还要符合

人体的动态尺寸。静态尺寸是指人的

构造尺寸。动态尺寸是指人的功能尺

寸，包括人的动作范围、体形变化等

测量数据。为了实现良好的人机关系，不仅

要使产品符合人体静态尺寸，而且要

让人在使用它时，能够方便施力、有

足够的空间等。这样的设计有利于缓解人体疲劳，提高效率，满足健康、舒适的要求。普通人群与特殊人群大多数产品是为普通人群设计的，设计参照的标准是依据普通人群的数据确定的。如

常见的门，其高度、宽度、门把手的位置等(一般来说，门高2000mm,

宽700～800mm,

门把手高1000mm)都是以普通人群的身高、体宽以及左右手习惯等为标准设计的，适合

于普通人群操作、使用。但是，在产品设计应用过程中，还应当考虑特殊人群的使用状

况，如盲人、肢体残疾人、老人和儿童等，让这部分群体享受无障碍设计带来的便捷.人的生理需求与心理需求设计中的人机关系，不仅要满足人的生理需求(如高矮、胖瘦、身体状况等),而

且要满足人的心理需求。产品