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《通用技术》知识点
技术与设计1
第一单元 技术及其性质
一、技术的价值
1、技术对人类的价值：技术是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行的改造。它具有保护人、解放人和发展人的作用
[保护人]（例：原始人随身拾磨制好的石器，现代人对疟疾、天花、肺结核等疾病不再恐慌）
[解放人]（例：体力解放：自行车、内燃动力、电力，手机——信息传递）
[发展人]（例：爱迪生、袁隆平）
2、技术对生活、生产、文化等方面的影响：技术促进社会的发展。技术丰富社会文化内容。技术改变社会生活方式。是推动社会发展和文明进步的主要动力之一。具体为：
⑴ 技术是社会财富积累的一种形式，对社会生产具有直接的经济意义。
⑵ 随着技术的发展，劳动力结构也发了较大的变化，第一第二产业从业者数量减少，第三产业从业者数量大幅度增加。如因为农业技术的发展与劳作方式的变革使农业从业人口减少。
⑶ 技术不仅为生产提供了先进的手段和工具，提高了生产效率和经济效益，而且丰富了人们的社会生活，使人们衣、食、住、行、交往、娱乐、教育等方面都发生了改变。
⑷ 技术进步不仅带动社会生产的发展和社会活动的变化，而且渗透到军事、政治、文化各领域。
3、技术对自然的价值：
（1）依靠技术，人类得以利用自然和改造，并与自然保持和谐共处的友好关系。（例：都江堰）
（2）人类利用技术开发、改造自然时，应把握合理的尺度，要注意对自然的保护，不能忽视技术或产品对环境可能造成的负面影响。
（3）技术的发展给自然环境带来了问题，但也给解决这些问题提供了可能（例：物料的再循环工艺）
二、技术的性质
1．技术的发展与发明和革新关系：
技术的基本特性：目的性、创新性、综合性、两面性、专利性。
创新是技术发展的核心。每一项技术的问世都是创新的结果。
技术的发展需要创新，技术创新表现为技术革新和技术发明。技术创新是一个艰难而曲折的历程。（例：瓦特蒸汽机与第一次技术革命。显示器的革新和电视机的创新，阴极射线管(CRT)）
2．技术的两面性：
任何事物客观上都有两面性，技术也不例外。它既可以给人们带来福音，也可能给人们带来危害。（例：电池可以带来光明和动力，也可以带来严重的环境污染。网络技术 方便人们交流沟通，但也有人利用网络犯罪。B超技术 可以用于医疗，但也有人进行胎儿鉴别）
3．技术与科学的区别与联系：
科学是对各种事实和现象进行观察、分类、归纳、演绎、分析、推理、计算和实验，从而发现规律，并予以验证和公式化的知识体系
技术则是人类为了满足自身的需要和愿望对大自然进行的改造
科学侧重认识自然，力求有所发现 技术侧重利用和合理地改造自然，力求有所发明
科学回答“是什么”“为什么”的问题 技术则更多地回答“怎么办”的问题
科学通过实验验证假设，形成结论 技术则通过试验，验证方案的可行性与合理性，并实现优化
科学促进了技术的发展,技术推动了科学的进步。
4．知识产权在技术领域的重要作用：知识产权是人们基于自己的智力活动创造的成果和经营活动的标记、信誉而依法享有的权利。狭义的知识产权包括著作权、专利权、商标权三部分。
专利在产权保护制度下对技术活动的重要性知识产权制度允许专利所有权人对专利技术具有一定的性，使其专利技术和产品在一定时间内独占市场，从而得到丰厚的回报，保持发明创造的积极性，使技术创新活动趋向良性循环
专利的特性:独占性、时间性、地域性
专利申请步骤：提交申请阶段→受理阶段→初审阶段→公布阶段→实审阶段→授权阶段
三、技术的未来
技术的发展趋势，对技术的情感和理性态度：
对“技术的未来”的追思和憧憬，既不需要技术迷惘中的旷世悲怆，也不需要技术崇拜中盲目乐观。理性地看待技术，应以负责、更有远见、更有具道德的方式使用技术。技术的未来既充满希望，也隐含威胁，理性地看待技术的未来，才不至于迷失在技术的世界里。
四、技术与设计的关系
1．设计的内涵：
设计是基于一定设想的、有目的的规划及创造活动。（例：书写工具的发展、电动剃须刀的发展。）
2．技术与设计的关系：
①设计是技术成果转化的桥梁和纽带。（例：白色污染和可降解餐具）
②设计促进技术的革新。（例：移动通信系统的发展历程）
3、技术设计和艺术设计的区别：
技术设计侧重于功能、结构、材料、程序、工艺等,围绕技术的目的而展开,如电饭煲、台灯的设计
艺术设计侧重于欣赏、审美，更强调感觉的需要，如雕像的设计、装饰钟的设计。
五、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。这种相互的关系就称为人机关系。当人们身处某一环境的时候，这时的人机关系就体现为人与环境的相互关系。
“机”是指计算机、机器、工具、仪器、仪表、设备、设施、家具、交通车辆以及劳动保护用具等等。在人机关系中，往往存在复杂的多方面关系。不一定要有接触。（例：开门、乘电梯）
2．人机关系在设计中要实现的目标：
①高效 例:“科学管理之父”泰勒“铁锹作业试验”
②健康　例：高跟靴、设计不合理的椅子
③舒适　例：培土小工具手把处理
④安全　如：安全帽、安全带、课桌角等
3．在设计中如何合理运用人机关系：如何实现合理的人机关系，首先应明确设计涉及哪些人机关系，其次要考虑这些人机关系涉及哪些因素和技术指标，此外还要注意处理以下方面的关系：
① 考虑到普通人群和特殊人群（例：要考虑到残疾人的需求、考虑不同人种的身体差异）
② 考虑静态的人与动态的人的关系
③ 满足人的心理需求和生理需求
例：办公空间一般应以冷色调为主，空间处理要简洁明快，以求产生严谨、高效的工作氛围。
④信息的交互（例：电话机的无液晶屏显示、有液晶屏显示、可以视屏通话。案例：汽车的颜色）
六、技术试验及其方法
1．技术试验的重要性：我们通常将技术活动中为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性实践活动称为技术实验。（例：技术试验卫星）
重要性：技术试验是技术活动中的一项重要内容；技术试验不仅是对技术成功与否的验证，更是发现问题、探究规律、优化技术的关键；技术试验是技术研究不可缺少的基本方法和手段，对技术应用的实现起到了有力的保障作用；技术试验可以使设计得以改进和完善，将设计的风险和失误降到最低。（例：阿什塔比拉河桥的垮塌、青霉素皮试试验）
2、技术试验的分类：
①按专业分，如按物理专业分为力学试验、电学试验、光学试验等等。
②按行业来分，可分为工业试验、农业试验、医药试验和武器试验等等。
③从试验的目的来分,可分为功能、性能试验，优化、老化试验,环境适应性试验破坏性试验等等。
④从测试对象来分，可分为材料试验、结构试验、元件试验、整机试验等等。
⑤按试验阶段分，可分为小试、中试、应用（用户）试验等等。
3．技术试验的常用方法：
①优选试验法：例：不同品种水稻的对比试验等。
②模拟试验法:例:汽车碰撞试验,大坝水利试验等
③虚拟试验法：例：计算机虚拟火星探测器模拟登陆动画等。
④强化试验法：例：砖块等施工材料的抗压试验、耐火试验
⑤移植试验法：如：橘子从长江以南移植到长江以北的种植试验。许多生物领域的试验。
4．简单的技术试验：
技术试验的实施与报告的写作
技术试验的实施步骤：制定试验计划、抽取样本、进行试验、分析数据、得出结论
技术试验试验报告：试验项目、试验目的、试验准备、试验步骤、试验记录、试验总结
技术试验在设计中的作用
通过试验可以发现问题、深化认识、推动技术设计的发展。特别是在设计的后期，对设计进行综合性的整体试验，可以为设计的评价提供准确、客观的数据。
第二单元 设计过程、原则及评价
一、设计的基本方法和基础科知识
（一）设计的一般过程
1．设计的一般过程：
发现与明确问题，制定设计方案，制作模型或原型，测试、评估及优化，产品的使用和维护
2．方案构思的主要环节：收集信息、设计分析、方案构思、方案呈现、方案筛选。
3．设计过程的设计要求和设计方案：
发现和明确问题：设计是技术发展的关键，从本质上说，设计是一个问题求解的过程。
（二）设计的一般原则
1．设计的一般原则：
①创新原则 ②实用原则 ③经济原则 ④美观原则
⑤道德原则 ⑥技术规范原则 ⑦可持续发展原则
2．设计一般原则的相互关系：各种原则并不是各自独立的，它们之间往往相互联系、相互制约、相互促进、相互影响、相互渗透。具有一定的开放性。
（三）设计表现图
1．技术语言的种类及其应用：技术语言是一种在技术活动中进行信息交流的特有的语言形式。（常见的有：图样、图表、模型等）
按照专业类型来分：计算机程序语言、工程图学语言等；
依照人的感觉类型的不同来分：视觉语言、听觉语言和触觉语言等；
依据人的视觉形式的不同来分：有图形符号语言、文字符号语言等
[技术语言的特征]：言简意赅、通俗直观、
[口头语言]：较多适用于面对面的、规范要求并不过于严格的场合，其特点是简洁、方便。
[技术图样]：采用某种规范形式将设计用图样的形式表达出来。特点：易于把握技术特征，最具技术特征。呈现较复杂产品的设计方案及对设计进行详细说明陈述时，比较合适。（克服了语言障碍，直接明了地进行表达与交流。）
[模型]：具有感性、直观的特点，特点：容易吸引观众或读者的注意
[图表]：交流方式相对比较正式，具有一定技术要求的交流，其特点：较为规范，可以反复查阅、核对。是表达设计思想的一种十分有效的手段。图表包括：表格、草图、效果 图等。
[计算机演示、网页]：使各组成部分具体情况、结构和运作方式一目了然，比较生动、形象等
[网络语言]：帮助人们实现了远程的设计交流的需要。
2．简单的草图：草图（方案草图或设计速写）：它能迅速捕捉和记录设计者转瞬即逝的创作灵感，表达设计创意,是把设计构思转化为现实图形的有效手段之一。可分为构思草图和设计草图。
3．简单的效果图：在识图时要注意从整体上把握产品的形态、功能和特征，要注意从中了解产品外观上的实际比例关系和色彩搭配及材质感，了解产品内部结构和色彩装饰效果。
4．基本几何体的正等轴测图的画法：轴间角：120°，轴向变形系数：1
切割法要领：1.先画轴线，2.再画出整体的轴测图，3.然后再切割，4.可见轮廓线加粗
（四）常见的技术图样
1．一般技术图样所采用的投影方法：正投影法就是假设投影光线与投影平面垂直，在投影平面上求取物体的投影的方法。为了确定物体的结构形状，需要采用多面正投影
2．简单形体的三视图：
三视图：物体的正面投影，即物体由前向后投影所得的图形，通常反映物体的主要形状特征，称为主视图；物体的水平投影，即物体由上向下投影所得的图形，称为俯视图；物体的侧面投影，即物体由左向右投影所得的图形，称为左视图。
三视图投影规律：主视图反映物体的长和高，俯视图反映物体的长和宽，左视图反映物体的高和宽。长对正，高平齐，宽相等。
3． 一般的机械加工图：
尺寸三要素：①尺寸界线 ②尺寸线 ③尺寸数字
以三视图的形式来表达机械加工方法的一种技术图样，是完成产品机械加工的主要依据。它通常由三视图及其尺寸标注，必要的其他视图、标题栏和文字说明几部分组成。标题栏通常包括：设计的名称、材料、图的比例、设计者、设计单位、设计日期、审核等。（A4图纸：210×297）
读图：首先要了解它的组成部分，其次要了解各个部分给我们提供了什么样的信息
二、发现与明确问题
（一）发现问题
1．发现问题的重要性：从技术角度看,人类进步与发展的过程就是不断地发现问题,不断地进行设计,从而解决问题的过程。问题是如何产生的？
第一种：人类生存活动中必然会遇到的问题。来源于生活
第二种：由别人给出问题，设计者必须针对问题寻求解决方案。来源于需要
第三种：基于一定的目的由设计者自己主动发现，并试图解决。来源于你的主动积极发现
发现问题的重要性：第一、第二种问题的提出往往比较明确，主要是针对一般的和已有的问题提出的，而第三种问题却是全新的，它需要我们积极主动的思考，需要我们细致入微的工作，需要我们独具慧眼的发现。这类问题的发展，一方面可以挑战和拓展我们的能力，另一方面也有可能更好地满足人们的需要,推进技术的发展和创新。
2．发现问题的一般方法：
A.观察日常生活（包括有意识观察和无意注意）
B.收集和分析信息（文献法，问卷调查法，询问法）
C.技术研究与技术试验
3．设计产品相关信息的收集与处理：
我们通过对信息的收集、检索和分析，往往可以发现有些有价值的问题；通过问卷调查、询问访谈等方式进行信息的收集，也会有惊人的发现。我们把对已有文献信息进行收集、分析的方法称为文献法；把问卷的方式进行实际调查，获取信息、发现问题的方法称为问卷调查法；把以询问的方式收集和获取信息、发现问题的方法称为询问法。其中，询问法包括直接询问法、间接询问法、集体询问法、家庭走访询问法、个别询问法。
4．技术研究与技术试验的重要性：
技术研究、技术试验是重要的技术活动，也是发现问题的途径与方法。通过技术研究、 技术试验，我们有可能从对已有技术问题的研究中发现与之相联系的问题，从已有的研究结论中发现新的问题，也有可能在技术研究、技术试验的过程中获得灵感、体悟，进而发现新的问题。
（二）明确问题
1．明确问题的重要性：
问题表述本身是否明确、问题产生的原因是否明确、提出问题的目的是否明确，等
2．判断问题价值的方法：判断一个问题是否有价值，必须从以下问题着手：
① 所提出的问题是否遵循了基本的科学原理。
② 迄今为止,能否确认该问题尚未得到充分解决。
③ 在调查的范围内，该问题是否有普遍意义，在更广的范围内，该问题是否有意义？
④ 在多个问题同时发生时，该问题是否是主要问题？
⑤ 现有的技术条件能否解决这个问题？技术发展以后呢？
⑥ 解决该问题所需要的投入是多少？投入与产出的比是否理想？
3．设计要求、标准和限制：
4．制定一般的设计计划表：制定周密的设计计划对确保设计有目的、有计划地进行也有着重要的意义。
三、制定设计方案
方案的构思方法
1．产品设计分析的三个要素：物、人、环境
设计需要考虑的主要因素： 功能、结构稳定、安全可靠、成本适当、易于制作等
2．设计方案的常用构思方法：
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，形成一个完成的抽象物，并采用图、模型、语言、文字等方式呈现思维过程。
①草图法、②模仿法（例：仿生技术）、③联想法、④奇特性构思法。
3．设计方案的制定：
4．对产品设计分析，根据设计要求选择合适的材料和标准件：
标准件：采购方便；直接使用，简化制作过程；相对便宜，从而降低产品成本；实现通用通换，易维护
5．对设计方案进行比较和权衡：
对方案进行评判和比较，要从设计的目的出发，针对一些相互制约的问题进行权衡和决策，选出较为满意的方案或集中各方案的优点进行改进。考虑的方面：实用、美观、创新、稳定性、安全性、环保性、加工难易程度、经济成本，等
四、模型或原型的制作
（一）模型
1．模型及其功能：
模型是根据实物、设计图样或构思，按比例、生态或其他特征制成的与实物相似的一种物体。
模型在设计的过程中，具有以下两个功能：
①使设计对象具体化。
②帮助分析设计的可能性（设计复杂的产品，例：大东方号）
2．模型制作在产品设计的不同阶段的作用：
草模：产品造型设计的初期阶段，可以采用立体模型将设计构思简单地表示出来，供设计人员深入探讨时使用。
概念模型：用于设计构思初步完成之后，在草模的基础上，用概括的手法表示产品的造型风格、布局安排，以及产品与人、环境的关系等，从整体上表现产品造型的整体概念。
结构模型：用于研究产品造型与结构的关系，清晰地表达产品的机构尺寸和连接方法，并用于进行结构强度试验等。
功能模型：主要用于研究产品的各种性能以及人机关系，同时也用于分析检查设计对象各部分组件尺寸与机体的相互配合关系，并在一定条件下用于试验。
展示模型：展示模型是在 结构模型和功能模型的基础上，采用真实材料，按照准确的尺寸，做成的与实际产品几乎一致的模型（样品）。
（二）工艺
1．工艺的含义和常用工艺的种类：
工艺是利用工具和设备对原材料、半成品进行技术处理，使之成为产品的方法。
工艺的种类：有加工工艺、装配工艺、检测工艺、 铸造工艺、表面处理工艺等。
工艺的作用：保证产品质量，提高生产效率；影响产品的功能、强度、外观
2．金工常用的工具和设备：
金工工艺： 包括划线、锯割、锉削、钻孔、连接和表面处理，等等。
[划线]：就是在待加工的材料上用相应的工具划出加工部件的轮廓线或基准点或基准线。
一般步骤为：①划出基准②划尺寸线③划轮廓线④冲眼。工具一般有：划针、钢直尺、角尺、划规和样冲。
[钻孔]：常用的钻头是麻花钻。钻孔的操作步骤：①划线定位 ②装夹工件③装夹钻头④钻孔。安全操作警示：二要（操作时要集中注意力；要戴防护眼睛；）二不（不准带手套操作；不能用手直接扶持小工件、薄工件，以免造成伤害事故。）
[连接]：通过固定连接和半固定连接的方法可以实现金属件之间的连接。
[表面处理]：为防止金属制品表面生锈腐蚀，提高产品的美观程度，通常需要对金属表面进行处理，觉的金属表面处理方法有：表面刷光、喷涂油漆、镀层等。
[表面刷光工序]：准备（清除毛刺和铁屑）→粗处理（用细锉锉平金属表面）→细处理（用精细级金刚砂纸打磨）
[喷涂油漆]：一般先检验所选用的油漆对金属表面的适用性，然后涂防锈漆，再油漆喷涂。
镀层：可以在金属表面涂上一层塑料，也可以采用电镀的方面
3．金属材料的锯割、锉削2种加工方法：
[锯割]：操作要领：1.站位和握锯姿势要正确，2.推锯加压，回拉不加压，3.锯程要长，4.推拉要有节奏
[锉削]：操作要领：1.锉削时要注意身体和手臂动作的协调，2.在推锉过程中，左手的施压要由大变小，右手的施压要由小变大，使锉刀平衡而不上下摆动。
（三）制作模型
1．加工工艺的选择：
2．简单产品的模型或原型的制作：
模型制作的一般步骤：
①选择合适的材料 ②准备适当的工具和加工设备。 ③按设计图样划线 ④对材料进行加工
⑤装配 ⑥进行表面处理 ⑦对产品进行评价 ⑧对设计方案进行修改，做成展示模型。
在模型或原型制作完成之后，根据审美的需要，一般要对产品的外观加以一定的润色，以使产品更美观，更符合人们的心理需求。
五、产品的使用说明
1、产品使用书或用户手册的作用、结构
（1）产品使用说明书的作用：产品使用书或用户手册是设计者与用户交流的渠道。
（2）产品使用说明书或用户手册一般就包括如下的内容：
①产品特点介绍。
②主要规格、性能、技术指标。
③产品整体结构以及各组成部分的名称和作用（附图）。
④安装指导（附图）。
⑤使用操作方法、功能设置说明。
⑥案例注意事项和特殊要求。
⑦常见故障的处理及维护保养。
⑧附件/配件清单。
⑨其他有关的技术图表资料。
2、产品的维护方法和服务途径
（1）产品的生产者通常会提供下面一些维护服务：
①一定时期仙的产品或零部件的免费保修和包换。
②一定地域内产品的免费或低价上门送货。
③通过生产者（厂家）电话咨询指导维护。
④定期或在产品发生故障时的上门检查和维修服务。
（2）提供的服务通常通过销售商的联系，维修站点代理，专人上门维修或定期检修，厂、商家的售后跟踪调查等来实现。
第三单元 设计的交流及评价
一、设计的交流
1、设计的交流
通过交流，找到设计中的不足，使设计得以改进；通过交流，发现设计中存在的隐患，并尽早消除；通过交流，在多种方案中选出最佳的设计方案。
2、技术语言的种类及其应用
（1）设计的技术语言包括口头语言、文本语言、技术符号、技术图纸、图样、图表、模型、网页和计算机演示等。
（2）技术语言的内容包括设计项目名称、设计的目的、解决的关键技术问题、依据的标准规范、达到的功能和主要技术指标，以及零件图、装配图、装备调试工艺等。
（3）效果图是用来呈现效果的图纸或照片。满足审美要求，具有准确性和真实性，不带任何主观随意性。
（4）机械加工图：①草图、②三视图
二、设计的评价
1、设计过程的评价，质量管理意识
（1）设计过程的一般阶段及评价要求
序号 ① ② ③
设计过程的阶段 方案构思 结构方式 总体设计
阶段评价的特点、要求 评价项目应包含技术、经济、安全可靠等方面，并考虑成本。 可能出现多种结构方案，由于同一原理方案可以用不同的结构设计来实现，或者可能存在不止一种原理方案。 设计方案的总评价
说 明 将不太重要的性能参量先忽略，集中考虑重要的和基本的要求，评价标准可以较粗。 可能要进行几次方案评价和比较。例如：在形成粗结构以后要评价，在结构细化之后还要再评价。 评价目标数目增加许多，评价的要求也更高。可以进行细化的评价。
（2）设计的多方面、多角度评价:技术性评价、使用性评价、社会性评价、创造性评价。
对最终产品评价的依据：一是参照设计的一般原则，二是事先制定的设计要求进行评价。在实际评价中，这两个方面也可以结合起来。
2、简单的技术试验,技术试验的评价、试验报告
（1）技术试验：从技术的角度对材料、元器件及整机（产品）进行测试和检验。
（2）技术试验的作用：技术试验所得到的性能、数据、曲线、图表等信息材料，是开展技术设计及进行设计优化的重要依据；技术试验是进行技术革新、技术发明、科学探究的重要途径，它更是揭露问题的关键；技术试验可将技术设计的失误降到最低程度，财同时使技术设计得以改进、完善和优化。
（3）技术试验的方法有实物试验、对比试验、模拟（模型）试验、计算机仿真试验等等。
（4）技术试验的种类：
①按专业分，如按物理专业分为力学试验、电学试验、光学试验等等。
②按行业来分，可分为工业试验、农业试验、医药试验和武器试验等等。
③从试验的目的来分，可分为功能、性能试验，优化、老化试验,环境适应性试验破坏性试验等等
④从测试对象来分，可分为材料试验、结构试验、元件试验、整机试验等等。
⑤按试验阶段分，可分为小试、中试、应用（用户）试验等等。
3、评价报告要求：能根据设计要求对设计过程和最终产品进行多方面的评价；能用评价表和坐标图对产品进行评价。
技术与设计2
一、结构与设计
1、结构：
（1）结构的含义
①从力学角度讲：结构是指可承受一定应力的物体形态，结构可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
②从理解上讲，结构普遍存在于自然界和人类创造的物体中，不能用某一具体的物体来描述。
③从广义的上讲:结构是指各个组成部分之间的搭配和排列。结构决定物体的性质和形态。
（2）两个概念
①构件(member)：工程中把组成结构的部件和零件称为构件。
②变形(deformation)：工程中把结构的形状和大小的改变称为变形，又叫形变。
（3）五种不同的力：①拉力、②压力、③扭曲力、④弯曲力、⑤剪切力。
（4）结构的分类及其特点：
①实体结构：利用自身来承受自身的荷载，主要承受压力。
②框架结构：通过条状物的连接来承受荷载，既可承受压力又能够承受拉力。
③壳形结构：通过壳形来传递力和承受荷载，特别是当壳顶受到压力时，它能将力均匀扩散。
2、结构的稳定性：结构在载荷的作用下维持其原有的平衡形式的能力。
决定结构稳定性的因素：结构的稳定性与几何形状、支撑面积的大小和重心位置密切相关。
一个结构要稳定，它的几何形状科学、支撑面积大和重心位置低。
3、结构的强度：构件和材料具有的抵抗破坏的能力。结构的强度是通过构件和材料来体现的。
构件的强度与构件的横截面积、材料和材料的形状有关。
（1）应力
①内力：构件在外力的作用下会变形，同时构件内部各质点之间的相互作用力发生改变，这种作用力的改变称为内力。内力是构件由于要抵抗外力的破坏而产生的力。
强度越大，构件能承载的外力就越大，构件能产生的内力就越大。
③应力：构件单位面积所受的内力称为构件的应力。用符号σ表示。
a.计算公式：，其中N表示内力，A表示横截面积。
b.单位：帕（Pa）。
c.应力与压强：应力是属于压强。指单位面积上受到的力的大小；应力具体指构件横截面上受到内力产生的作用效果。
d.常见的应力：正应力或反应力,与截面垂直的应力; 剪应力或切应力,与截面相切的应力。
e.理解：在内力不变的情况下，构件的截面越大，应力就越小。构件就越不容易被破坏，强度就越大。
④应力应用例子：a、建筑物的支柱是怎样承受压力的？
越往底部，支柱承受的压力越大，利用增大横截面积的方法减小应力，以保证支柱不被破坏。
b、纽绞的绳子为什么不容易拉断？
在绳子产生的内力（称为“张力”）一定时，增加横截面积，减小应力。
（2）结构的强度与哪些因素有关：材料、材料本身的形状、结构的连接。
①结构的强度与材料有关：混凝土加入钢筋以后既能承受压力，又耐拉力。
②结构的强度与材料本身的形状有关：“工”型结构、薄板通过折叠改变结构来加固。
刚度：指构件抵抗变形的能力。
相同的力的作用下，刚度大的构件变形小，刚度小的构件变形大。
③结构的强度与结构的连接有关：
结构的连接：通过一定的连接物将构件组成整体结构。
构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素，而构件连接处的强度取决于它的连接方式、连接技术和连接处的牢固程度等。
a.常见的连接方式：榫接、螺栓连接、胶接、绳系、焊接、铆接等。
b.构件的结点：铰结点（不能相对滑动但能转动）、刚结点（既不能相对移动也不能转动）
（3）结构的强度和稳定性试验
①技术试验有多种作用：
a对不同材料进行强度试验，目的在于选择符合设计要求的材料
b对结构进行加载模拟试验，目的在于检测或改进结构的强度。
②技术试验有多种方式：撞击试验、承载试验和模拟试验等。
4、结构设计
结构设计是属于设计中的一种类型，它必须遵循一般的设计方法和过程。
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、美观和人性化等角度综合考虑，以保证结构设计的目的和要求。
结构设计：
（1）明确设计目的及要求：①设计目的及要求②材料与连接方式
（2）形成初步设计方案
①收集和整理信息
②发现问题
③结构类型的选择
桥梁的结构有：拱架桥、梁架桥、钢索斜拉桥、悬梁桥、悬索桥、弓形拱桥等六种。
④绘制草图
（3）模型制作
（4）检测、优化和改进设计：①试验检测 ②优化和改进设计
（5）评价
5、典型结构的欣赏
（1）建筑与文化
①故宫：汉族文化的经典之作，世界上最大的木结构建筑。体现皇帝的至高无上：
a所有工程建筑都要满足皇帝的生活享受，因此采用木结构（取材容易，运输便捷，加工简单，建造速度快）。
b建筑色彩以朱墙黄顶为主，以周边环绕的众多灰墙黛瓦的民宅，形成强烈的对比，充分表现了皇帝的威严。
②圣彼得大教堂：意大利文艺复兴建筑盛期的代表作品，世界上最大的天主教堂。体现追求神的永恒：
a强调建筑的不朽，采用了巨大的石材结构。
b为了建筑的不朽和永恒，几代人前赴后继完成的伟大作品。拉斐尔、米开朗琪罗等6位建筑师。
③客家土楼：体现客家人对家族和谐完整的追求以及抵御外来势力的强烈意识。
④萨伏伊别墅：体现摈弃繁琐，追求简洁，强调机械及技术美。
地域差别、民族差异、文化背景不同在建筑上的反映：傣家竹楼、藏族建筑、陕北窑洞、蒙古包等。
（2）建筑与技术：建筑之美，依技术而成。每一次工程技术上的进步均推动了建筑的革命：
①古罗马人的火山灰水泥：建造了巨大的斗兽场
②古哥特人的飞券结构：古哥特建筑高耸向上
③东方的榫卯结构：具有东方神韵的木结构体系
④钢和玻璃的应用：产生了钢骨架的现代建筑
二、流程与设计
1、什么是流程
（1）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）流程的分类：工作流程与工艺流程
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：反映了从原材料投入到成品产出，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。
相同点 不同点（结果）
工作流程 1、一系列连续有规律的活动；2、以确定的方式发生或执行；3、导致特定的结果。 完成一件事情或一项任务。
工艺流程 生产或制造某种产品。
任何一种产品的生产都需要经过从设计到制作的过程，这个过程往往既包括工作流程又含有工艺流程。
产品的生产或制造，必须由一定的工作来完成。
2、流程的组成：任何流程都包含具体的环节(link)和时序(time sequence)关系.
3、流程的描述：流程的描述可以用文字表述,也可用流程图来表述.
绘制流程图：方框流程图的部分图形与符号示例
环节(工作,活动,工艺环节,加工环节,子程序等) 检测点或决策点
开始/停止 时序(先后顺序,流向)
4、流程的设计
（1）流程设计应考虑的基本因素：事物的内在性质、规律和相关因素。
①对于工作流程，应根据工作目标的不同而综合考虑工作效率、工作质量和工作规范的问题。
②对于工艺流程，应综合考虑设备条件和工艺水平，并以安全生产、节约资源、提高产品质量、保护环境等为目标进行设计。
（2）流程设计的步骤
①了解设计的目的，明确设计目标；
②分析流程的各种因素，确定流程的各个环节和时序，初步画出流程图；
③模拟或测试流程的运行情况并进行修改调整；
④写出说明书。
5、流程的改进设计
（1）流程改进的目的：提高生产效率、产品质量和经济效益。
（2）流程改进的步骤：①分析流程现状；②确定改进的目标和要求；③确定改进方案。
（3）流程改进的方法：
①对环节进行改进（如合并、删减等）；②对时序进行调整改进；③对环节和时序进行调整改进。
三、系统与设计
1、系统：系统是指由两个或者两个以上相互联系、相互作用的元素所组成的，具有一定结构和功能的有机整体。
（1）系统的涵义
第一、任何系统都是由两个或者两个以上的元素所组成的统一体。
第二、系统的元素与元素、元素与整体以及整体与环境之间，存在着一定的有机联系，形成了特定的结构与秩序。
第三、系统的整体具有不同于各个组成元素独自功能的新功能。
（2）元素和子系统 ——系统与元素的概念是相对的。
①元素和子系统是系统的组分
②我们把最小的不需要再细分的组分称为系统的元素。元素是构成系统的基本组分。
③在很多情况下，系统的元素本身也是构成次一级系统的小系统，称为子系统。
（3）系统的分类
①按系统组成元素的性质分：自然系统、人工系统和复合系统
②按系统组成元素的存在形态分：实体系统和概念系统
③按系统的运动状态分：动态系统和静态系统
④从系统与外部环境的关系分：开放系统与封闭系统
2、系统的基本特性：
（1）系统具有整体性：系统的组分（元素）是构成系统整体的前提和基础，没有部份就没有整体，但系统的整体功能是各组分（元素）在孤立状态下所没有的。
系统不是各个组分（元素）的简单相加，系统内部的协调和配合状况，直接影响系统整体功能的实现。
（2）系统具有目的性：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体现，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，寻求平衡或折中的办法，从而收到整体最佳的效果。
（3）系统具有相关性：系统内部各组分（元素）之间存在着相互依赖和相互制约的特定关系，某一组分（元素）的变化，会影响其他组分（元素）实现其功能。
（4）系统具有环境适应性：任何系统都存在于一定的环境之中，必然与外界进行物质、能量和信息的交换，外界环境的变化会相应地引起系统功能和内部组分（元素）的变化。系统具有适应环境的变化，保持原有功能的特性。
（5）系统具有层次性：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。
3、系统分析
(1)涵义：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，并在此基础上拟订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．
(2) 系统分析的的基本思想：
①系统是一个整体，不是各个要素的简单相加。
②系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。
③任何一个要素发生变化或出现故障，都会影响整体功能的发挥。
④系统的整体功能大于组成系统的各部分功能之和，即通常所说的：“2 > 1+1”或“1+1>2”。
⑤不能离开整体去分析系统的任何一个组成部分。
⑥系统的各要素之间或系统与部分之间的相互作用、相互联系。
⑦任何系统都具有特定的功能。
⑧任何系统都是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。
⑨一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改变，并相应地引起系统功能和系统内各部分相互关系的变化。
（3）系统分析的基本方法:运用系统的思想和定性定量相结合的方法，对系统进行分析。
（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
（5）系统分析的一般步骤：阐明问题，确定目标；分析研究，制定方案；评价比较，确定最佳方案。
4、系统优化：
（1）系统优化的意义
系统的优化就是在给定的条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳功能和更佳效益的过程。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）系统优化的思想：
①系统的整体最优，不一定各元素都优；反之，系统各元素都优，系统整体未必最优。
②系统优化过程，受一定条件影响和约束，会造成系统与环境、系统与组分之间、组分与整体之间的矛盾，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、组分与整体之间的合理连接和协调，才能提高系统的有序性和整体的运行效果。
④系统的优化是一个不断验证、完善的过程。
（3）系统优化的方法：
①定量方法：数学中的利用函数关系求最值。
②定性方法：在一定条件下分析和控制系统的特性，使系统达到更理想、更加效果。
（4）影响系统优化的因素：对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。
5、系统设计：在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。它既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容，同时又需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设计。
（1）系统设计的原则
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。
（2）系统设计的步骤
①提出设计问题，明确设计总体目的要求。
②调查研究，收集相关资料，进行基本的设计分析。
③系统设计
④对设计的改进、完善、优化。
6、系统评价
①费用与效果比是系统评价的基本手段。
②追求并实现系统最优化目标是系统设计区别于一般设计的重要标志。
四、控制与设计
1、控制的含义：根据自己的目的，通过一定的方法（对其干预）使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。
任何一个控制系统都有控制器，没有控制器就不构成控制系统。
2、控制系统各环节的作用：
（1）控制器，控制指令的发出者，是有决策功能的装置（发号施令）。
（2）执行器，控制指令的执行者，执行控制器的决策。
（3）被控对象：控制系统所要控制的装置或生产过程；
（4）反馈环节：将控制结果反馈回来的部分。
（5）比较器：它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；
3、给定值、控制量与被控量的概念：
（1）给定值：控制系统的给定量，也是控制系统的输入信号；
（2）控制量：能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量，即执行器的输出信号。
（3）被控量：控制系统所要控制的量（目的），也是控制系统的输出信号；
控制系统结构的例子：
系统名称 给定量 控制器 执行器 控制量 被控量 反馈环节 被控对象 环的性质
电冰箱(空调) 温度 控制电路 压缩机 工质温度 箱体内温度 温度传感器 箱体内空间 闭环
十字路口红绿灯控制(按车流量) 车流量 智能电路(CPU) 控制电路 时间 灯亮时长 流量检测器(如记数器等) 红绿灯 开环
可伸缩晾衣装置 摇动否 滑轮结构等 绳杆架等 摇速 衣架伸缩 无 晾衣架 开环
农用喷雾器 动力 杠杆传动结构 压缩机 压缩气压 喷洒速度 无 喷雾器箱体内空间 开环
4、开环控制系统与闭环控制系统
（1）开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统。基本组成：控制器、执行器和被控对象。
特征：不管控制的结果（系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递）。
开环控制系统结构框图:
（2）闭环控制系统（反馈控制系统）：能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统。基本组成：控制器、执行器、被控对象和反馈环节。
特征：根据控制结果做出决策（也就是输出量对控制有影响），反馈环节是重要特征。
闭环控制系统结构框图：
（3）控制系统的选择：一般情况下，开环控制系统比闭环控制系统简单、成本低。所以，开环控制能满足要求的就选择开环控制系统；开环控制不能满足的，就看“将开环控制与闭环控制结合在一起”能否满足要求。只有当存在着无法预计的扰动和系统中元件的参数存在着无法预计的变化时，闭环控制系统才具有优越性。
5、手动控制与自动控制
（1）手动控制：控制系统必有在人的直接干预下才能完成控制任务的控制系统（人发号施令）。
（2）自动控制：系统中不需要人的干预就可按期望规律或预定程序进行的控制系统（机器发号施令）。
闭环控制系统不一定是自动控制系统，自动控制系统不一定是闭环控制系统。开环控制系统也可能是自动控制系统，手动控制系统也可能是闭环控制系统。
6、控制系统运行的主要干扰因素：在控制系统中，除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
（1）反馈：在控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输出量进行比较的过程。
（2）闭环控制系统克服干扰：
由于干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定值时；闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较；控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，从而是系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。
7、控制系统的设计
（1）开环控制系统的设计
开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。
（2）闭环控制系统的设计
第一、闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。
第二、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。
第三、闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
高一（ ）班 姓名：__________
外力
变形
内力
引起
产生
抵抗
控制器
执行器
被控对象
给定值
控制量
被控量
给定值
反馈环节
比较器
控制器
执行器
被控对象
控制量
被控量

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