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第三节技术设计的一般过程和方法
1976年，一名技术人员在三峡长江边上一个县城对面的高山上建了一个电视台，运行良好。后来，这名技术人员因工作原因调回了广东，在后面的几年里，县里先后建了8个电视台，但奇怪的是，每一个电视台都遵受了雷击，有的包视台还造受了多次雷击，而县城对面的高山上的电规台却安全无恙。该山比其他电视台还高，而且是雷击区，建电视台前，被寄击后残存的大树桩至今都还在。
在无法弄清原因的情况下，该县有关领导和技术人员，亲自到
广州，拜访了那个设计、建设该县第一个电视台的技术人员。原来，
设计该电视台时，这名技术人员到重庆电视台和本县电信局进行了
详细调研，学习了防雷的方法。在设计建设电视台时，在地基下挖
了六米深的大坑，在底部分几层埋下木炭、盐、泥土、厚铜板，接
出地线，将防雷地线和工作地线分开，将电视台小屋整个用钢条屏蔽（连接地线)，留出门、窗和进出线口后，再用砖砌起来。新接手的技术人员不重视防雷，没有调查、收集有关的信息，建电视台时，只做了一般的防雷措施，才导致了前面所说的后果。
案例导入：
此案例说明了什么？
一、技术设计得一般过程
案例：P51-52
山村路灯的设计
刘辉住在一个离小镇约25km的山村里。村子通往镇里的山路上有一座没有路灯的简易木桥，近期发生几起夜里到镇医院急诊的患者及赶集夜归的路人掉进河里的事故，村民们急切希望能在小桥边装上照明灯。刘辉在学习了通用技术课程后，决定为乡亲们设计路灯。
发现问题
刘辉与同学们就路灯的设计到实地进行了调查，并收集了与路灯设计有关的资料。
(1)夜晚急诊患者及赶集夜归的路人都要经过小桥，解决桥边的路灯照明很有价值。
(2)小镇靠本地小水电站供电照明，枯水季节经常发生停电。
(3)小桥位于山路中段，离山村和小镇都约12km；小桥位置地处河谷，晴天时阳光充足，常年风都比较大。
(4)全路段安装路灯投入太大，小桥不长，安装1盏路灯即可。其他路段相对平坦，可以暂不安装。
(5)路灯的供电方式有市电、蓄电池、风能和太阳能。
收集设计所需的信息、数据、资料
值得解决吗？
一、技术设计得一般过程
案例：P51-52
经过实地调查和收集有关资料，刘辉和同学们进一步明确了该路灯设计的价值、技术的问题和设计的条件及能力。
确定课题
刘辉向通用技术老师提出了自己的设想。老师向学校领导做了汇报，学校同意在设备、技术、资金上给予帮助。刘辉和同学们受到鼓励，他们成立了项目小组，决定把设计工作落到实处。
设计构思、
设计多种方案
值得解决吗？
有条件解决吗？
项目小组为设计路灯制订了3个初步方案，并分别绘画了草图。方案1：从镇里架设交流供电线路，用220V交流电作路灯电源，用水泥柱作灯柱，人工开关路灯。方案2：用蓄电池供电，用直流12VLED(发光二极管)作光源，用光敏二极管控制，自动开关路灯，用水泥柱作灯柱。蓄电池送到小镇充电，多块蓄电池交替使用。方案3：用LED作光源，用光敏二极管控制自动开关路灯，用水泥柱作灯柱，采用风光互补供电装置提供路灯电源。
一、技术设计得一般过程
案例：P51-52
项目小组对3个方案进行分析、权衡和比较。
（1)采用方案1要架设一条交流电供电线，电线、灯柱投入要几万元，成本非常高。在枯水季节大多数时间水电站发电会受影响，存在经常停电的可能。
（2)采用方案2少了架设交流电线的投资，但因经常要将蓄电池送到小镇充电，比较麻烦，需要多块蓄电池，投资也不少。
(3)采用方案3风光互补供电装置，省去人工充电的麻烦，加上采用光戴二极管在晚上和白天自动开关路灯，安装调试好后不用人工管理。风光互补供电装置全套不到2000元，从建设成本和管理成本考虑比方案1和方案2好。
项目小组决定选用方案3。
对多种方案进行分析、比较、权衡，选定方案
项目小组对方案3进行了详细的设计、制作、安装和调试。
进行具体、详细的设计
一、技术设计得一般过程
案例：P51-52
试用了1个月后，村民们反映了一些意见。
(1)路灯在天完全黑时才开启，仍不安全，能否天未全黑就开启。
(2)对智能控制器和蓄电池的防水不够完善，雨水会飘洒到设备内，容
易引起设备的损坏。
(3)该山区常有雷电，担心设备受到雷击。
(4)8m高的灯柱有被大风吹倒和被牛羊撞倒的可能。
(5)担心灯柱下面的智能控制器和蓄电池被盗窃。
同学们针对路灯存在的问题进行了检查、分析，并派人到县城向专家请教、学习，然后对自动开关路灯的设计进行了修改。
(1)重新调试了光敏二极管的工作点，使天还未全黑时，路灯就开启。防水。
(2)改进了路灯的防水设备，使其不但能从上方防水，而且侧面也能
(3)将灯柱下面的智能控制器和蓄电池改为安装在通风良好、防水完善
的镀锌铁盒中并锁上。
(4)加装了避雷针。
(5)灯柱加装了高50cm、直径40cm的水泥墩，予以加固。路灯经过6个月试用，效果良好，晚上过小桥时再也不用担心掉到河里了，
村民们十分满意（图2-13）。
评价、提出改进意见
一、技术设计得一般过程
案例：P51-52
设计成果还由通用技术老师请学校领导、镇上技术服务站的张技术员、村主任及班里各小组代表等一起进行了评价，大家认为刘辉等同学的路灯设计不但具有技术价值、经济价值、社会价值，而且还体现了生态优先、绿色环保的意识。图2-13路灯
是最优
设计吗？
设计完成
是最优化设计
一、技术设计的一般过程
发现问题
收集设计所需的信息、数据、资料
确定设计课题
设计构思
设计多种方案
对多种方案进行分析、比较、权衡、选定方案
进行具体、详细的设计
实施设计（产品研制）
产品（或方案实施结果）的检测
评价、提出改进意见
设计完成
是最优设计吗
是
不解决
否
暂时不解决
无
进行鉴定
申请专利
修改设计
否
值得解决吗
是
有条件解决吗
有
提问：山村路灯设计中哪些方面体现了工程思维？
(1)科学性：设计没有违反科学原理
(2)定向性：地，点是某村与小镇间的小桥旁边，要求尽快建成。
(3)求解的非唯一性：有3个设计方案供选择。
(4)价值性：解决了危及村民生命安全的问题。
(5)集成性和综合统筹性：由学校领导、镇上技术人员、村主任、
班组学生代表共同设计、施工 试用、评价和改进。
(6)矛盾和协调性：功率较大的元器件耐用些，光照面积也大些，但价格较贵。选用元器件时既要
满足设计需求又要控制在成本预算中，无须用远超设计需求的元器件，够用即可。
(7)可靠性和“容许误差限度”：由项目小组估算决定，试用后修改。
(8)工程风险：项目小组在设计时考虑到路灯有遭雷击、山体滑坡和水流冲击的风险。
提问：山村路灯设计遵循了哪些原则？
(1)科学性原则：设计遵从科学原理。
(2)创新性原则：创新设计了路灯自动开关装置
(3)安全性原则：系统分析了设计潜在的风险，进行了防雷击、防风、防水、 防盗、防撞击的设计
(4)实用性原则：设计的路灯能在夜间为路人照明。
(5)经济性原则：从质量和价格的角度对方案进行比较、权衡，让设计在满足需求的情况下成本最低。如在设计中考虑成本问题，舍弃了需要花费几万元架设交流电供电设备的方案1和需要购入多块蓄电池的方案2，而选择更经济的风光互补供电方案。
(6)可靠性和耐用性原则：使用了水泥柱、LED等部件，使路灯适应使用的环境，减少故障发生的概率可靠地工作，满足使用要求。
山村路灯设计遵循了哪些原则？
(7)标准化原则：在设计中选用标准化部件，如光伏板、风力发电机等。
(8)工程心理学和生理学原则：有多处基于用户考虑的设计，如为了方便用户的使用和管理，舍弃了需要定时为蓄电池充电的方案；如将路灯设计为自动开关，无须人工操作；如经过试用后按照村民的需求将设计改进为天未全黑就开启。
(9)时效性原则：及时设计和建成路灯，解决了村民摸黑过桥的问题
(10)最优化原则：灯柱高度、照明灯功率、光伏电池组功率和风力发电机组功率搭配合理，既满足设计需求又不浪费资源。
(11)法律、道德规范原则：没有仿冒他人的设计，没有未经许可使用他人的专利。
(12)可持续发展原则：将风能和光能转化为电能，体现了设计者生态优先、绿色环保的意识。

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