资源简介

通用技术知识点必修2
第一单元
结构与设计
一、结构的含义
1.结构、构件的概念、应力的定义以及五种基本受力形式。
结构是指事物的各个部分之间有序搭配和排序可承受一定应力的形态。
一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。
当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗的力，成为内力，应力是构件的单位横截面上所产生的内力。
五种基本受力形式：拉力，压力，剪切力，弯曲力；扭转力。
2.四种结构类型（受力特点）
①实体结构
是指结构本身是实心的结构。利用自身来承受荷载，主要承受压力。
受力特点：外力分布在整个体积中。
例如，实心墙、大坝等。
②框架结构
是指结构体由细长的构件组成的结构。
通过条状物的连接来承受荷载，既可以承受压力又能承受拉力。
其特点是，支撑空间而不充满空间
例如，铁架塔、建筑用脚手架等。
③壳体结构
是指层状的结构。通过壳形来传递力和承受荷载，特别是当壳形顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。
受力特点是，外力作用在结构体的表面上。
例如，摩托车手的头盔、飞机的外壳、贝壳等。
④组合结构
是指由两种或两种以上的基本结构类型组合而成的。
例如，埃菲尔铁塔，它的塔腿由石砌墩座组成，塔身由钢铁部分的框架组成。
二、结构的分析
1.结构稳定性的含义及影响因素
结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。影响结构稳定性的因素有多种，主要有重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。
①若重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的。
②结构与地面接触所形成的支撑面越大越稳定。
③结构的形状不同，其稳定性也不同。
2.结构强度的含义及影响因素
结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。影响结构强度的主要因素：
①结构的形状（三角形是框架结构中最基本的形状之一，它结实、稳定，所用材料最少；薄板材料可以通过折叠改变结构来加固）。
②使用的材料。
③构件之间的连接方式（铰连接，如门与门框的连接；榫接的木椅比钉接的稳固）。
三、结构的设计与制作
结构设计必须考虑它的受力情况、稳定性、强度、连接方式和材料的选用等。并能对结构设计进行基本的描述（图纸等）。还要从功能、实用、安全、经济、美观和人性化角度综合考虑，以保证结构设计的目的和要求。
四、结构的欣赏
结构赏析的角度及具体内容：
1.技术的角度
结构的使用功能的实现，结构的稳固耐用，结构造型设计的创意和表现力，材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。
2.文化的角度
结构的文化寓意及传达，公众认可的美学原则，反映的时代，民族，习俗方面的特征等。
第二单元
流程与设计
一、流程的含义
1.流程的概念
流程是一系列连续有规律的活动，这些活动以确定的方式发生或执行，导致特定结果的实现。
2.流程在生产和生活中的作用
(1)在日常生活中，科学合理的流程，可以指导我们正确的做事，提高工作和学习的效率，使我们的生活变得有序、合理，为我们的安全提供保障。生活中的流程对工作质量往往有着重要影响。
例如，在家中做饭，何时放菜，何时加盐，对菜的营养和口味都有着直接的影响。
(2)在工农业生产中，我们要依据一定的流程来组织生产、管理企业。对于生产过程，有加工流程、组装流程、包装流程、质量检查流程、安全生产流程等；对于企业经营过程，有原材料采购流程、史称销售流程、财务工作流程等。运用科学合理的流程可以有效的组织生产、提高生产效率、保证产品质量、保证安全生产、保护环境等。流程中工序的作业方式——串行和并行。串行工序的特点是，上一道工序完成之后才能进如下一道工序。并行工序是多人或多台设备同时工作，这样可以大大提高生产效率。
3.流程的分类
(1)工作流程
反映了完成一件事情、一项任务而进行的一系列有序的工作或活动的全过程。
(2)工艺流程
反映了从原料投入到成品产出，通过一系列工艺或加工环节，顺序地进行生产或制造某种产品的全过程。
二、流程的分析
1.流程中时序与环节的概念
时序是指在一系列步骤中的时间上的先后顺序。
我们把完成某个具体目标、组成某项生产或某个活动过程的若干阶段或小的过程称为环节。
2.流程的描述
为了使流程的描述清晰可见，我们一般采用流程图来表达流程。依据流程的性质以及人们的表达习惯，流程图有文字表达、表格表达、图示表达等方式，有些场合还可用模型表达、动画演示等。
3.流程图
流程图是用图形和简单的文字来描述流程。
以下是简单的方框流程图的符号：
环节
检测点或决策点
开始/停止
时序（流向）
4.绘制流程图
流程图的绘制是在已经确定了流程的环节和时序后，利用预先约定的流程图的集合图形或符号绘制出来。如下图所示的邮寄包裹工作流程方框图。
5.识读流程图
流程图的识读是根据预先约定的流程图的几何图形或符号，来理解完成某件事情或制造某种产品所需的各个环节和时序关系的全过程，而且还可以通过进一步的分析发现问题，为流程的改进做准备。（用椭圆图形表示流程的开始和结束；用方框图形表示环节，它具有一个流入指向和流出指向；用菱形表示检测分支点，它具有一个流入指向和两个流出指向。）
三、流程的设计
1.流程设计的目标
①对于工作和生活方面的流程设计，主要应考虑如何节省时间、提高工作效率、提高工作质量等目标。
②对于生产活动的流程设计，主要应从提高效率、提高质量、节省资源、安全生产、提高经济效益、提高管理水平等方面明确设计的目标。
2.流程设计的基本因素
材料、工艺、设备、人员、资金和环境等。
3.流程设计的步骤
①明确设计的目标和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。
②分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。
③列出流程涉及主要事项，并进行初步的排列。
④分析个事项（步骤）只见先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。
⑤选择一种合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间要求的时序，要标注时间。
四、流程的优化
1.流程优化的概念
在流程的涉及和实施过程中，要对流程进行不断的改进，以期取得最佳的效果。对流程的改进过程，称为流程的优化。
2.流程优化的目的
目的是为了提高工作效率、降低成本、降低劳动强度、节约能耗、减少环境污染、保证安全生产等。
3.流程优化的内容（指标）
流程优化涉及到工期优化、工艺优化、成本优化、技术优化、质量优化等优化指标。
4.流程优化的条件
流程与材料、设备、工艺有着密切的关系，在优化流程时，需要充分考虑到这些条件。
5.流程优化的步骤
①分析流程的现状。
②确定改进的目标和要求。
③确定改进的方案，其方法有：对环节进行改进（如合并、删减等）；对时序进行调整改进；对环节和时序都进行调整改进。
第三单元
系统与设计
一、系统的含义
1.系统的含义
由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体，称为系统。
2.构成系统的条件
构成系统，必须具备三个条件：
第一，至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统。
第二，要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体。
第三，这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。
3.系统与子系统
系统有大有小，有复杂有简单。对于较大型的系统和比较复杂的系统，根据一定的标准可
划分为若干子系统。任何系统都是它所属的更大范围更高一级系统的子系统。
4.子系统与元素
元素与系统的概念是相对而言的。例如“人”相当于“社会”这一系统，就是不可再划分的最小单元，即构成社会的元素；而相对于“生物界”这个系统来说，人体就是一个复杂的系统，可以层层分解为系统、器官、组织、细胞等子系统。由此可见，所谓元素的不可再分性，也是相对于它所属的系统来说的。
5.系统的分类
根据需要，可以对系统进行不同的分类。
例如，可把系统分为自然系统（如生态系统）和人造系统（如计算机系统）；也可把系统分为实体系统（生物系统、机械系统）和抽象系统（如哲学系统）。
6.系统的特性
（1）整体性
系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态所没有的。
例1，一堆沙子，钢材，水泥和绳索散放在一起没有什么意义，但如果将它们按照一定的结构形成一个整体，如迁成一座悬索桥，就具有了交通的功能，而若蒜根绳索出现故障，就可能影响整座桥正常使用
系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和，这就是我们常说的2﹥1+1。
例2，一个企业是由管理部门、生产部门、营销部门、供诮部门各部门组成的整体，任何一个部门都不可能单独实现企业的目标。
例3，人的双眼视觉功能大大超过两只眼视觉功能简单的相加的部和。
（2）目的性
系统都是以实现某种功能为目的的，这正是区别不同系统的标志。系统的目的一般通过更具体的目标来实现，系统的多个目标有时不完全一致，甚至互相矛盾，这就需要协调，寻求平衡或折中的方法，从而收到整体最佳的效果。
（3）相关性
系统内各组分（元素）之间存在着相互依赖和相互制约的特定关系，某一个组分（元素）的变化，会影响到其他组分（元素）实现其功能。
（4）环境适应性
一个系统与其所处的环境之间通常都有物质，能量和信息的交换，外界环境的变化会引起系统特性的变化，并引起系统功能和系统内各部分相互关系的变化。系统只有有对环境的适应能力，才能保持和恢复系统原有的特性。
（5）层次性
系统无论大小，都可以分解为一系列的子系统，并存在一定的层次结构。系统各个层次具有独自的功能，它们通过相互联系、相互作用共同完成系统的整体功能。（既分层次就有轻重之分，在不得已的情况下，选择放弃轻的来尽量完成功能。）
（6）动态性（苏教版）
“太阳每天都是新的”这说明任何事物都是不断变化的，任何系统都是一个动态的系统，外在运动变化和发展之中。
例如：机械转动系统的零件之间都会有磨损，雷达天线24小时转动以搜索目标；看病和生病的过程体现了一个系统的动态性。
二、系统的分析
1.系统分析的含义
为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程，就是系统分析。
2.系统分析的目的
系统分析的出发点是为了发挥系统的整体功能，目的是寻求解决问题的最佳决策。
3.系统分析的方法
明确问题，设立目标→收集资料，制定方案→分析计算，评价比较→检验核实，作出决策。
4.系统分析的主要原则
整体性原则、科学性原则、综合性原则。
三、系统的设计
1.系统设计的含义
无论是简单系统的设计，还是复杂系统的设计，都要对需设计的系统进行调查分析、筹划研究、评价实施、运行实施等，指导完成一个能协调工作的实际系统，这一过程就是系统设计。
2.系统设计除了遵循技术设计的一般过程、原则和标准外，还特别强调
①以实现系统整体效果最优为目的。
②设计好系统的每个元素和子系统。
③综合考虑系统各个元素和子系统之间的联系，合理解决它们之间的矛盾冲突。
3.系统设计的方法
①确定系统设计的总体目的要求。
②基本的设计分析。
系统设计的约束条件（系统设计的条件、外部环境等）；系统内部组分之间、系统与外部环境之间的相互联系及制约关系。
③系统的设计。
子系统设计及功能确定；系统总体技术设计，合理解决子系统（元素）之间的矛盾冲突，加强系统内部、系统与环境之间的协调配合。
④系统的优化。
分析影响系统优化的主要因素，提高系统的整体运行效果；设计方案不断验证、完善。
⑤系统的评价及改进。
四、系统的优化
1.系统优化的含义及意义
系统的优化就是在给定条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳功能或更佳效益的过程。实现系统的最优化，就可以在一定资源条件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。
2.系统优化的基本原则
①系统优化不仅要实现系统中每个元素和子系统的优化，还要达到系统整体的优化，强调提高系统的整体效益和功能。
②系统优化的过程中，受一定的条件影响和约束，会造成系统与环境、系统组分之间的矛盾冲突，只有合理解决这些矛盾冲突，才能实现系统的优化。
③必须注意系统各组分之间、组分与整体之间的连接状况，加强协调，才能提高系统的有序性和整体的运行效果。
④系统优化是一个不断验证、完善的过程。
3.影响系统优化的因素
①优化追求的目标要适度。
②希望投入最小，而取得的效益最大。效/耗比性/耗性/价比（比值越大，就越接近或达到最优化）
③系统优化离不开条件，条件是否具备直接影响优化。
④某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。
4.系统优化的一般性步骤
①提出需要优化的问题。
例如，城西干道噪音污染问题就是需要进行优化的问题；码头的选址也是一个系统优化问题。
②需要收集有关资料和数据，确定变量、建立定量计算方程（数学模型）和约束条件，选择何事的最优化方法。
例如，具体测量噪音的严重程度；为保持方案可行，必须勘测、预算；建立隔音墙防噪音的数学模型及墙体参数条件，求解数学解；墙体结构与材料与定量计算有关；经费预算包括：购买器材、设备费用；外请工程设计与施工技术人员费用民工费用、机动调动费用……
③验证和实施。
条件校验：逐项校验修路工程所需的人力、物力、财力是否具备。
实施与调整：实施计划的过程。
第四单元
控制与设计
一、控制的含义
1.控制的含义
人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。结合事例，重点阐明控制的对象是什么；控制要达到什么目的；采取什么控制手段。
控制事例
控制的对象
控制的目的
控制的手段
电风扇扇叶转速快慢的控制
电风扇
调节速度
换档
音响的音量控制
音响
音量的调节
旋钮
燃气热水器温度的控制
热水器
调节出水口温度的高低
改变燃气火头的大小
用喷雾器喷洒农药
喷雾器
给庄稼治病
操作喷雾器的手柄
2.控制的应用
控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。
例如，汽车自动化生产线；农业现代化设施；现代网络家电。
3.控制应用的意义
①控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之能满足人们的需要。
②提高劳动效率，减轻劳动这的劳动强度。
③在军事、国防等领域的应用，能对目标进行准确锁定。
二、简单控制系统的分析
1.控制的分类
人工控制（控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的）和自动控制（是指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行）。
开环控制和闭环控制。
2.开环控制和闭环控制
能将控制的结果（即比较量）反馈回来与希望值（即基准量）进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统，称为闭环控制系统。
而不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。
系统中将控制结果反馈回来的部分，称为反馈环节。
闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为反馈控制系统。
反馈环节是闭环控制系统的重要特征。
判断一个控制系统是否为闭环控制的简单方法是：考察分析当控制效果发生变化时。
例如，给被控对象或被控量施加一些干扰，控制系统能否作出相应的调整去改变控制的效果，以减少控制误差，如果能，则为闭环控制，否则是开环控制。
3.控制系统的组成
以投掷飞镖和骑自行车为例子，可分别用下图描述它们的控制过程。
期望值
落点
投掷飞镖的控制过程
期望值
行驶方向
骑自行车的控制过程
一个工程领域的控制系统的控制过程与人进行控制的过程是相似的，两者都有控制指令的发出者、控制指令的执行者，如果是闭环控制，还都存在反馈环节。
控制系统的基本构架是相似的，我们引入控制器与控制量、被控对象与被控量等概念。
①在上图中，人的大脑都是控制命令的发出者，我们把这一部分称为控制系统的控制器。
②控制系统都有确定的控制目的。骑自行车要控制的是自行车的行驶方向；投掷飞镖的目的是击中靶心，即控制飞镖的落点。所以自行车的行驶方向、飞镖的落点就是这两个控制系统中的被控量。
③要对被控量进行调整，在骑自行车的例子中，是通过对自行车的控制实现的，而在投掷飞镖的例子中，是通过对飞镖的控制实现的。自行车和飞镖就是指两个控制系统中的被控对象。
④有时，控制器发出的命令并不能直接对被控对象产生影响。在骑自行车和投掷飞镖的过程中，大脑发出的生物信号，并不能直接影响自行车或飞镖的状态，而是要通过肢体去控制自行车和飞镖。这种将控制器发出的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为执行器。上图中人的肢体就是执行器。
⑤肢体动作能够控制自行车和飞镖的状态，实际上是对它们施加了一定的力。这种能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量，称为控制量。
4.控制系统的框图表示
给定值
控制量
被控量
开环控制系统结构框图
比较器
控制量
被控量
给定值
闭环控制系统结构框图
三、简单控制系统的设计
1.控制系统设计的步骤：
第一步，确定控制的目的。
第二步，确定系统的被控量，即控制系统要控制什么。
一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量，如速度控制系统的被控量是速度，温度控制系统的被控量是温度。
第三步，明确系统被控量应达到的精度指标，如速度、温度的精度指标。
第四步，选定控制系统的结构。
控制系统有开环和闭环，系统的控制精度、造价指标，将知道我们选择控制系统的类型（开环或闭环）及闭环控制中对反馈环节的要求。
第五步，建立系统各个环节的模型。
大型、复杂控制系统分析和仿真都依赖于模型的建立，对于简单的控制系统可不建立模型而直接通过实验检验系统的性能。
第六步是确定待调参数。
不管是对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我们都要找出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统达到最佳的性能。
设计的最后步骤是分析、实验系统的性能。
2.控制中的干扰
在实际的控制系统中，常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不利影响，这种有害的因素我们称其为干扰。
3.克服干扰的基本方法
闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力。
另外，就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，而有些干扰是不可避免的，要分析干扰的性质，然后“对症下药”。
4.控制系统设计的思路和闭环控制系统设计的基本要求
（1）要设计好一个控制系统
①明确这个系统要达到的目的是什么。
②所要控制的对象是什么。
③被控对象有哪些重要的特性。
④被控量和控制量分别是什么。
⑤外界的主要干扰因素有哪些。
⑥选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、易于实现。
⑦如何选择设备和原件。
（2）对于简单的闭环控制系统，有以下基本要求
①一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。
②控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。
③闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
交寄
填写包裹单
包装密封
购买标准包装箱
领取包裹单
收好回执
交费
飞镖
肢体
大脑
自行车
肢体
大脑
眼睛
被控对象
执行器
控制器
被控对象
执行器
控制器
反馈环节

展开更多......

收起↑