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(共47张PPT)
第四章　方案的构思及方法
知识体系
教材解读
一、设计中的人机关系
1.人机关系的含义
当我们使用物品时,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。
2.人机关系要实现的目标
(1)高效: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。
(2)安全: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。
(3)健康: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。
(4)舒适: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。
3.实现合理人机关系的方式
(1)普通人群与特殊人群。
(2)静态的人与动态的人
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。
(3)人的生理需求与心理需求。
(4)信息的交互
人与产品的互动过程就是人与产品之间信息传递的过程,即人机之间运用信息语言交流的过程。
二、方案的构思过程
1.进行设计分析
合理的设计分析是成功地进行技术设计的关键一步,分析得当可以指引其后的技术设计少走或不走弯路。
首先要抓住产品设计的要求及因素,如功能合理、结构稳定、安全可靠、成本适当、易于制作等。我们可以根据设计的具体要求进行开放性的思考。归结起来,这些因素分别归属于产品本身、使用者和使用环境,即“物”“人”
“环境”三方面。
其次,对于设计对象本身,我们必须了解它的各个组成部分的作用,以及它们之间的关系,并在此基础上,对产品的各个组成部分进行设计分析。
综合考虑功能、结构、安全、成本等因素是设计分析的基本内容,一个好的设计分析离不开对任何一个影响产品设计的主要因素的分析。
2.构思设计方案
方案的构思是指人们在一定的调查研究和设计分析的基础上,通过思考将客观存在的各要素按照一定的规律架构起来,并采用图、模型、文字、符号等方式整体呈现的思维过程。
(1)梳理设计需求
面对收集到的各种信息,要根据设计要求,找出设计需要解决的主要问题,并分析其可能的解决办法。
(2)呈现设计方案
不同的产品设计一般有不同的呈现方式。设计方案时,我们可以运用设计草图进行构思。草图不仅能将一些想法较明确地表达出来,而且可以随意修改。在运用草图法进行构思的过程中,可以捕捉灵感,自由发挥,不受
约束。
3.比较、权衡设计方案
对方案进行比较和权衡的过程是一个综合考虑的过程,各个指标并不是独立的,它们相互关联、相互制约。抓住设计的核心与关键是权衡设计方案的必要条件。例如,台灯首先应具备基本的照明功能,并且安全可靠;结构稳定性与安全性密切相关;台灯的耐久性、加工难易度、成本和环保性,也需综合考虑。
经过方案的比较与权衡,一个比较合理的设计草案终于形成了。但很多细节仍然需要确定,如产品及零部件的尺寸、结构关系、材料及标准件选配、使用过程中的人机交互方式、使用维护等。设计方案的细化是一个相对专业化的设计步骤。针对方案的细化应该从产品到制造、使用、维护等各个环节进行综合考虑,以完善方案的构思。
随着技术的不断发展,设计方案的呈现方式也越来越多样。一般地,呈现设计方案要说明设计思想、设计思路和设计成果。采用的方式通常包括展板、模型、视频及现场报告等;应用的技术手段包括设计方案的全套零部件图纸、三维渲染效果图或短视频、实物模型,以进一步阐释产品的使用场景、使用与维护方式、设计细节等。
三、常用的构思方法
1.形态分析法
形态,指事物存在的样貌,或在一定条件下的表现形式。形态可以把握,可以感知,或者可以理解。形态分析,是指从整体的思想出发来看待事物,把事物看成是几个功能部分的集合,然后把整体拆成几个功能部分,分别找出能够实现每一部分功能的所有方法,最后再将这些方法进行重新组合,根据分析评价结果最终形成多种设计方案。
2.联想法
联想法就是由甲事物想到乙事物的思维过程。具体来说,是借助想象,把形似的、相连的、相对的、相关的或某一点上有相通之处的事物加以联结。利用联想法进行方案构思,不一定能使技术设计一次性成功,但它有可能为构思找到一种方法或一条形成方案的路径。运用联想法进行构思后,不能盲目地实践,而应该首先对方案进行科学论证,然后再实施。
3.设问法
设问法是通过多角度提出问题,从问题中寻找思路,进而做出选择并深入开展创造性设想的一种构思方法。它的主要类型有检核表法、5W2H法、和田12动词法等。设问法借助各种思维技巧,抓住事物具有普遍意义的方面进行提问。如奥斯本的检核表法,借助于联想、类化、组合、分割、颠倒顺序等思维技巧,抓住声音、颜色、气味、形状、材料等事物的基本属性大做文章。
4.仿生法
仿生法是模拟自然生物形态进行设计的方法,主要类型包括:功能仿生设计、形态仿生设计、结构仿生设计和肌理与质感仿生设计。
典例变式
[典例1] (浙江选考真题)如图所示是一种恒温电烙铁。从人机关系的角度,下列分析中不正确的是(　 　)
A.手柄尺寸的确定,考虑了人的静态尺寸
B.通电时指示灯发光,考虑了信息的交互
C.手柄采用绝缘材料制作,实现了人机关系的安全目标
D.电线防折护套的设计,实现了人机关系的高效目标
D
解析:电线防折护套的设计,可以延长使用寿命,与高效目标无关,故选D。
[变式1] (2025·浙江6月选考)对如图所示雨披进行的分析与评价中,不恰当的是(　 　)
A.选用透明材料,便于观察仪表盘和转向灯,符合设计的实用原则
B.帽檐可拆卸,便于佩戴安全头盔,主要是从“物”的角度考虑的
C.选用柔软材料,实现了人机关系的舒适目标
D.设计了反光条,考虑了人机关系的信息交互
B
解析:选用透明材料来观察仪表盘和转向灯,这个是该雨披的物理功能,符合设计的实用原则,选项A正确;便于佩戴安全头盔,主要是从“人”的角度考虑的,选项B错误;柔软材料让使用者接触更舒适,实现人机关系舒适目标,选项C正确;反光条能让他人更易察觉,属于使用者与外界的信息传递,实现了信息的交互,选项D正确。
[变式2] (2025·浙江1月选考)如图所示的矫正器,用于纠正书写时勾腕的错误姿势。下列从人机关系角度的分析中,不恰当的是(　 　)
A.腕带选用柔性材料,实现了舒适目标
B.多款颜色可选,考虑了人的心理需求
C.球柄长度可调,考虑了人的静态尺寸
D.腕带长度可调,主要考虑了人的动态尺寸
D
解析:本题考查人机关系。腕带选用柔性材料,与生理上的舒适有关,选项A正确;多款颜色可选,通过视觉影响人的心理,考虑了人的心理需求,选项B正确;球柄长度可调,与人的虎口贴合,考虑了人的静态尺寸,选项C正确;腕带长度可调,与手腕的构造尺寸有关,主要考虑了人的静态尺寸,选项D错误。
[典例2] (2023·浙江1月选考)如图所示是为老人设计的椅子,造型上借鉴了明式“圈椅”的元素,内部采用两同心轴结构,使座面能随着身体的活动而运动。下列关于该椅子的分析与评价中不恰当的是(　 　)
A.有助于活动身体,实现了人机关系的健康目标
B.座面可转动,符合设计的技术规范原则
C.同心轴结构使座面可转动,说明功能的实现需要相应的结构来保证
D.借鉴了明式“圈椅”造型,体现了技术与文化的有机结合
B
解析:本题考查设计的一般原则、人机关系在设计中要实现的目标、结构与功能的关系、结构与文化的关系。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。老人久坐不动会影响身体健康,该设计有助于活动身体,实现了人机关系的健康目标,故选项A正确;座面可转动不是椅子生产、制造的标准或准则,不符合设计的技术规范原则,故选项B不正确;同心轴结构使座面可转动,说明功能的实现需要相应的结构来保证,故选项C正确;明式“圈椅”具有文化属性,在设计该椅子时,造型上借鉴了明式“圈椅”的元素,体现了技术与文化的有机结合,故选项D正确。
[变式3] (2024·浙江6月选考)如图所示座椅的尺寸中,与人的静态尺寸和动态尺寸没有直接关系的是(　 　)
A.H1 B.H2
C.L D.W
C
解析:H1与小腿膝关节到脚底板的距离有关,考虑了人的静态尺寸;H2与臀部底面到肩部的距离有关,考虑了人的静态尺寸;W与人自然屈臂时,手臂的间距有关,考虑了人的静态尺寸;L是椅腿的长度,与人机关系的静态尺寸和动态尺寸无关,故选C。
[变式4] (2024·浙江1月选考)如图所示是一款可坐可躺的多功能椅,靠背角度、座面高度调节可一键操作,搁脚可推拉伸缩,采用大规格的五星脚支撑。下列分析与评价中不恰当的是(　 　)
A.靠背角度调节可一键操作,实现了人机关系的高效目标
B.座面高度可调,考虑了人体的动态尺寸
C.采用大规格五星脚支撑,提高了该椅的稳定性
D.可调靠背和伸缩搁脚的设计,使该椅可坐可躺,说明功能的实现需要相应结构来保证
B
解析:本题考查人机关系、结构稳定性、结构与功能的关系。B选项座面高度可调应与人的构造尺寸(身高、腿长)有关,属于静态尺寸,A 选项中指出“一键操作”,即为方便使用,提高效率;C 选项中指出为“大规格的五星脚支撑”,说明支撑面比较大,稳定性提高;D 选项中可调靠背和伸缩搁脚的设计需要用到铰连接和伸缩结构,说明结构决定功能的实现。
[典例3] (浙江选考真题)如图所示是一款钢索夹紧装置。为了提高夹紧的可靠性,需要增加一个连接件,下列方案中合理的是(　 　)
A
解析:要选择一款合理的钢索夹紧装置,首先排除C,容易从开口螺栓中掉出;B项连接件螺母与螺杆配合不紧,排除,D项拧上螺母后,连接件仍可以转动,也排除;而A中的连接件拧上螺母后,其固定可靠。故选A。
[变式5] (2023·浙江1月选考)为了给窗户安装一个可开关的安全栅栏,小明设计了以下四种方案,其中不能开关的是(　 　)
C
解析:本题考查功能实现的方案筛选。选项A中栅栏之间连接呈平行四边形,上下铰连接位置均可上下移动,在推拉过程中,可以变形,所以能实现窗户栅栏的左右移动;选项B中X形结构在滑块位置可上下滑动,故X形结构也可变形,能满足功能需求;选项C中平行四边形上下连接处均不能在竖直方向移动,则滑块也无法移动,故不能实现功能要求;选项D中整体是个大的平行四边形,推拉时滑块可以在竖直方向移动,也可以实现功能要求。
[变式6] (2025·浙江6月选考)如图所示的创意毛巾挂架,由底座、盖板和钢球组成,将毛巾从盖板与钢球之间由下往上提,毛巾带动钢球移动,松手后钢球在重力作用下将毛巾卡住。以下设计方案中,合理的是(　 　)
B
解析:由题意可知,钢球在重力作用下将毛巾卡住,此时钢球要同时与盖板和底座紧贴,选项B符合要求。
[变式7] (2025·浙江1月选考)小明准备改进如图所示的木条夹紧装置,要求向前推动木条,木条能带动木楔,可靠地将木条夹紧。下列木楔的改进方案中合理的是(　 　)
D
解析:本题考查方案筛选。由于向前推动木条时,木条能带动木楔运动,选项A和选项B的方案均不合理;要将木条可靠夹紧,则木楔一面要与固定板2紧贴,另一面要与木条紧贴,选项C的方案不合理,选项D的方案合理。
[变式8] (2024·浙江1月选考)小明准备用实木板制作一块凳面,设计了下料和开榫孔的四种方案,其中合理的是(　 　)
D
解析:本题考查方案的比较、权衡,材料的性能(木材的纹理)。支撑木板需要横向纹理,取材和凿眼均需要顺着木纹方向加工。选A、B的学生可能对材料的规划理解不正确,把重点放在余料的可利用性上,忽视了木材纹理对凳面强度的影响。
重难拓展
人机关系安全目标与健康目标的辨析
安全目标 健康目标
含义对比 安全目标指操作者和使用者在使用产品的过程中产品对人的身体不会构成生理上的伤害 健康目标指长期操作和使用产品的过程中,产品不会对人的健康造成不良影响
案例对比 a.滴眼药水的支架脚的端部圆滑,体现了安全目标 b.儿童点读笔笔头形状非常圆滑,符合儿童安全需求 c.带有喷雾功能的淋浴头水温控制在50 ℃以下,实现了人机关系的安全目标 a.滴眼药水的支架可以防止滴管接触眼球引发感染,体现了健康目标
b.儿童点读笔采用食品级机身材质,符合儿童健康需求
c.淋浴喷头的水经过了杀菌操作,体现了人机关系的健康目标
在实现合理的人机关系的设计中,我们还应该注意处理好以下几个方面的关系。
关系 含义 关键点 案例
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。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 特殊人群一般指盲人、肢体残障人士、老人、儿童、孕妇等 公交车轮椅
上下翻板
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 静态尺寸指身体结构尺寸;动态尺寸指肢体活动、变化功能尺寸 自行车把手——把手的尺寸大小
(静态尺寸),刹车时把手收紧的范围(动态尺寸)
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。产品的色彩、材质等都会对人的心理产生影响,视觉、听觉、触觉、味觉等都影响人的心理感受 生理需求即身体上(实用)的需要;心理需求即心理上的需要 杯子的外形(心理需求);杯子的基本功能(生理需求)
信息的 交互 人与产品的互动过程就是人与产品之间信息传递的过程,即人机之间运用信息语言交流的过程。改善信息传递的途径能够获得更好的人机关系 发生在人和产品之间 水沸腾后,电热水壶红色指示灯熄灭
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