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技术与设计1

技术学考 / 选考笔记，对应通用技术必修《技术与设计1》，按章整理。

走进技术世界​

技术的价值​

技术源于人类的需要和愿望，其根本目的是解决问题、满足需要。技术的价值集中体现在它与人、与社会、与自然的关系上。

技术与人​

技术保护人、解放人、发展人，三者层层递进。

作用含义例子
保护人弥补人体机能的不足，抵御外部伤害衣服御寒、头盔护脑、疫苗防病
解放人扩展人的能力，把人从繁重劳动中释放机器代替体力、交通代替步行
发展人提升人的智力、体力和精神境界显微镜拓展视野、乐器丰富生活
  • 保护人是基础，针对的是人自身的脆弱；
  • 解放人扩展人的手、脚、感官乃至大脑的能力；
  • 发展人在解放的基础上，进一步促进人的全面发展。

技术与社会​

技术推动社会生产的发展，改变社会生活的方式，也促进社会文化的繁荣。例如活字印刷推动了知识传播，蒸汽机引发了工业革命。技术还改变着人的劳动方式、交往方式和思维方式。

技术与自然​

技术是人利用自然、改造自然的手段。合理运用技术，可以协调人与自然的关系；滥用技术则会破坏环境，如围湖造田、过度砍伐带来的生态失衡。人类应在利用自然的同时保护自然，走可持续发展的道路。

技术的性质​

技术具有五个基本性质，是学考的高频考点。

性质含义典型例子
目的性为解决具体问题、满足特定需要而生助听器为解决听力障碍而设计
创新性创新是技术发展的核心，含发明与革新蒸汽机到内燃机再到电动机
综合性综合运用多学科知识，是多种技术集成设计一辆汽车需力学、材料、电子
两面性技术是把双刃剑，既造福也可能带来负面农药增产却污染，塑料便利却难降解
专利性技术成果受法律保护，具有知识产权专利、商标、著作权
  • 发明是创造前所未有的事物，革新是对已有技术的改进；
  • 两面性要求人辩证看待技术，趋利避害；
  • 专利须依法申请，经审批授权后才受保护，具有独占性、地域性和时间性。

判断题常考：技术的核心是创新，创新既包括技术发明，也包括技术革新。

技术与科学​

科学回答「是什么、为什么」，技术回答「做什么、怎么做」。二者相互区别又相互联系。

科学技术
任务认识自然，揭示规律改造自然，创造产品
成果论文、定理、原理工艺、方法、产品
目的有所发现有所发明
与实践提供理论依据直接服务于生产生活
  • 科学是技术的理论基础，技术是科学的实际应用；
  • 技术的进步又为科学研究提供新的工具和手段（如望远镜、粒子对撞机）；
  • 发现是科学，发明是技术，这是快速区分二者的口诀。

技术世界中的设计​

技术与设计的关系​

设计是技术活动的核心，任何技术产品的诞生都离不开设计。

  • 技术的发展离不开设计：设计是技术成果转化为产品的桥梁；
  • 设计的丰富和发展需要技术的支持：新材料、新工艺为设计提供更多可能；
  • 技术更新会带来设计的创新，设计的创新又推动技术进步，二者相互促进。

设计有广义与狭义之分。广义的设计泛指有目的的创造性活动；本课程讨论的是技术设计，即以产品的功能、结构、工艺等为对象的设计。

设计的一般过程​

设计的一般过程是一个不断优化的循环，主要包括以下五个环节。

  • 发现与明确问题：找到需要解决的问题，明确设计要求和限制条件；
  • 制订设计方案：收集信息，进行设计分析、方案构思、方案筛选，画出草图；
  • 制作模型或原型：把方案变为实物，检验方案的可行性；
  • 测试评估及优化：对模型进行测试，根据结果评估并改进方案；
  • 产品的使用和维护：产品投入使用，编写说明书，做好维护。

这一过程不是简单的直线，各环节之间常有反复。设计中随时可能返回前面的环节重新修改，体现设计的反复性和优化特征。

人机关系​

人机关系指人与所使用的产品（机器、工具、设施等）之间形成的相互关系。设计产品时必须充分考虑人机关系。

人机关系要实现的目标​

人机关系要实现四个目标：高效、健康、舒适、安全。

目标含义例子
高效提高工作效率，使人省力省时合理的键盘布局、顺手的把手
健康长期使用不损害人的身体健康护眼台灯、符合坐姿的座椅
舒适使用时感到方便、舒适、愉悦柔软的座垫、合适的握感
安全保障人的人身安全，避免伤害圆角处理、防触电插座
  • 安全是底线，健康着眼于长期影响，二者常被混淆；
  • 儿童玩具做圆角、去掉小零件，同时体现安全与健康的考虑；
  • 高效强调效率，舒适强调使用者的主观感受。

处理好人机关系需考虑的因素​

  • 普通人群与特殊人群：既要满足多数人，也要照顾老人、儿童、残障者等特殊人群；
  • 静态的人与动态的人：既考虑静止状态下的尺寸，也考虑活动时的空间需要；
  • 人的生理需求与心理需求：生理上如尺寸、力度，心理上如色彩、造型带来的感受；
  • 信息的交互：产品应向人反馈信息，如指示灯、提示音、显示屏。

设计过程、原则及评价​

设计的一般原则​

设计应遵循以下七条原则，各原则之间既相互联系又可能相互制约。

原则含义
创新原则设计要有新意，避免简单模仿
实用原则产品要有实用价值，能满足使用需要
经济原则以较低的成本实现设计目标
美观原则造型、色彩、材质使人产生美感
道德原则设计应符合社会公德，尊重他人
技术规范原则遵守相关的技术标准和规范
可持续发展原则节约资源、保护环境，兼顾长远
  • 创新是设计的灵魂，实用是设计的出发点；
  • 各原则之间存在矛盾时需权衡，如追求美观可能增加成本，与经济原则冲突；
  • 技术规范指国家或行业统一制定的标准，如螺纹标准、安全标准，须严格执行；
  • 可持续发展要求兼顾当代与后代的利益，从材料选择到废弃处理全程考虑环境影响。

设计的评价​

设计的评价贯穿设计的全过程，可分为两类。

类别对象作用
对设计过程的评价每一环节的进展与决策及时发现问题，调整方向
对最终产品的评价完成后的产品检验是否达到设计目标

评价的依据主要有两个方面。

  • 依据设计的一般原则：从创新、实用、经济、美观等角度衡量；
  • 依据设计要求：对照设计之初确定的具体指标，逐条核对。

评价应做到客观、全面。既要有设计者的自我评价，也要有他人和使用者的评价，多方结合才能得出可靠结论。

发现与明确问题​

发现问题的途径​

问题的来源可以归纳为三类。

途径含义例子
观察日常生活从生活现象中发现不便与不足雨伞易被风吹翻，想到改进结构
收集分析信息从技术资料、市场反馈中发现问题从投诉记录发现产品缺陷
技术研究试验在研究与试验中发现新问题实验中发现材料强度不够
  • 观察是最直接的途径，关键在于做有心人，留意习以为常的现象；
  • 收集信息时要注意信息的真实性和时效性；
  • 有价值的问题往往就藏在人们熟视无睹的地方。

明确问题​

发现问题后，需要判断问题是否有价值、是否可行，再把它转化为明确的设计课题。

  • 问题的价值：是否真实存在、是否有普遍性、解决后是否有意义；
  • 问题的可行性：从现有的技术条件、经济条件、时间和环境等方面判断能否解决；
  • 判断可行性要从技术、经济、环境等多角度综合考虑，缺一不可。

明确设计要求与设计要求​

明确问题后要确定设计要求，它是设计的目标和约束，也是后续评价的依据。设计要求通常包括产品的功能、性能、外观、成本、使用环境等方面。

明确的设计要求应做到具体、可检验。例如「结实」不如「能承受 50 kg 的压力」明确，后者才便于测试和评价。

收集和处理信息​

信息是设计的基础。收集信息的常用方法有查阅文献、问卷调查、实地考察、访谈咨询等。

  • 收集到的信息要进行筛选、分类、分析，去伪存真；
  • 处理信息时要判断其可靠性，多个来源相互印证；
  • 有用的信息才能为设计决策提供支持。

方案的构思及方法​

设计分析​

在构思方案前要先做设计分析。设计分析围绕物、人、环境三个要素展开，它们对应产品的不同方面。

要素关注点例子
物产品的功能、结构、材料、工艺台灯用什么材料、怎么连接
人使用者的生理和心理需求台灯高度、亮度是否护眼
环境产品的使用与制造环境台灯放在书桌还是床头
  • 物是核心，直接决定产品能否实现功能；
  • 人体现人机关系，是设计以人为本的要求；
  • 环境既指使用环境，也包括生产和废弃时对环境的影响。

三要素并非孤立，一个设计往往要在三者之间权衡。例如为省成本改用某种材料，可能影响使用者的舒适感受。

方案的构思方法​

方案构思是把设计要求转化为具体设想的过程，常用方法有以下几种。

方法含义
草图法用简图快速记录和表达设计想法
模仿法借鉴已有产品或自然界的形态与结构
联想法由一个事物联想到相关的解决办法
奇特构思法打破常规，提出新颖大胆的设想
  • 草图法最常用，能把抽象的想法直观呈现，便于交流和比较；
  • 模仿法中借鉴自然界形态的方式又称仿生，如模仿鸟类设计飞机；
  • 构思阶段应尽量多提方案，为后续筛选留出空间。

方案的比较和权衡​

构思出多个方案后，要进行比较和筛选，从中选出较优方案。

  • 比较的依据是设计要求和设计的一般原则；
  • 各方案往往各有优劣，需要在功能、成本、美观等指标间权衡；
  • 权衡不是找完美方案，而是在约束条件下取综合最优；
  • 常用列表逐项打分的方式，把主观判断变得直观可比。

设计图样的绘制​

技术语言的种类​

技术语言是表达和交流技术思想的工具，形式多样，各有适用场合。

类别含义例子
图样类用规范的图形表达形状和尺寸三视图、机械加工图
文字类用文字说明产品的信息产品说明书、技术文件
表格类用表格呈现数据和参数元件参数表、检测记录表
符号类用约定符号传递特定信息电路符号、交通标志
网络语言用于计算机之间的技术表达编程语言、标记语言

其中，图样是工程技术中应用最广、最重要的技术语言，能准确表达物体的形状和尺寸。

正投影与三视图​

三视图建立在正投影的基础上。正投影指投射线相互平行、且垂直于投影面的投影。用三个相互垂直的投影面分别投影，得到三个视图。

视图投影方向反映的尺寸
主视图由前向后投影物体的长和高
俯视图由上向下投影物体的长和宽
左视图由左向右投影物体的高和宽

三视图之间存在严格的位置和尺寸对应关系，概括为九个字：

长对正、高平齐、宽相等。

  • 长对正：主视图与俯视图的长度对正对齐；
  • 高平齐：主视图与左视图的高度平齐对齐；
  • 宽相等：俯视图与左视图的宽度相等。

三视图的位置是固定的：俯视图在主视图正下方，左视图在主视图正右方，不能随意摆放。

简单形体的三视图​

画简单形体三视图时，先确定物体的摆放位置，再逐个画出三个视图。

  • 可见轮廓线画粗实线，不可见轮廓线画虚线；
  • 对称中心和轴线画细点画线；
  • 画图时要始终保持「长对正、高平齐、宽相等」的对应关系；
  • 常见基本体（长方体、圆柱、圆锥、球）的三视图应熟记。

机械加工图的尺寸标注​

三视图只表达形状，要制造产品还须标注尺寸。尺寸标注由尺寸界线、尺寸线和尺寸数字组成。

  • 尺寸界线：表示所注尺寸的起止范围，用细实线，超出尺寸线约 2 mm；
  • 尺寸线：两端带箭头，指向尺寸界线，用细实线，不能用轮廓线代替；
  • 尺寸数字：标注实际大小，与图形比例无关，水平方向字头朝上；
  • 标注要做到正确、完整、清晰、合理，同一尺寸只标一次，不重复不遗漏。

常见尺寸符号：直径用 ⌀，半径用 R，正方形用 □，厚度用 t。

常见的技术图样​

除三视图外，工程中还有多种专用图样，各有用途。

图样用途
机械加工图指导零件的加工制造
装配图表达零件之间的装配关系
效果图直观表现产品外观、色彩和质感
电路图表示电子元件的连接关系
建筑图表达建筑物的结构和布局
  • 效果图接近真实观感，用于展示和交流，常带透视和色彩；
  • 机械加工图要求精确规范，是生产的直接依据；
  • 不同图样服务于设计的不同阶段，从构思到制造各有侧重。

模型或原型的制作​

模型的功能​

模型是按一定比例、以立体或其他形式表现设计对象的实物。在设计中制作模型有两大功能。

功能含义
使设计对象具体化把抽象的构思变成可见可触的实物
帮助分析设计的可能性验证方案的功能、结构是否可行

设计过程中的模型有不同层次。草模用于推敲外观造型，概念模型用于表达设计构思，功能模型用于验证功能，结构模型用于检验结构。

原型则是接近最终产品、能实现全部功能的样品，通常在模型之后制作。

工艺​

工艺指利用工具和设备，对原材料进行加工处理，使之成为产品的方法。常见的工艺有金工、木工、电子、塑料成型等。

金工工艺​

金工是对金属材料进行加工的工艺，主要工序如下。

工序含义
划线在毛坯上画出加工的界线
锯割用锯把材料分开或切出形状
锉削用锉刀去除余量，修整表面
钻孔用钻头在工件上加工出孔
连接用焊接、铆接、螺纹等把零件连成整体

木工工艺​

木工是对木材进行加工的工艺，常见工序有锯、刨、凿、钻和连接等。

  • 木工连接常用榫卯、钉接、胶接等方式；
  • 锯割时留出加工余量，刨削使表面平整；
  • 无论金工还是木工，都要遵守安全操作规程，正确使用工具和防护用品。

模型的制作​

制作模型一般按以下步骤进行。

  • 选材要根据模型的用途，如展示模型可用泡沫、纸板，功能模型宜用实材；
  • 画线下料要留出加工余量，做到量准、划清；
  • 加工成型综合运用各种工艺，注意精度和安全；
  • 装配调试把各部分组合并检验功能，发现问题及时修改。

产品说明书​

产品完成后要编写产品说明书，它是指导用户正确使用和维护产品的文字资料。

  • 说明书一般包括产品名称、功能特点、使用方法、注意事项、维护保养等内容；
  • 语言要简明、准确、通俗，必要时配图说明；
  • 说明书是产品的重要组成部分，也是技术语言中文字类的典型应用；
  • 安全警示和注意事项须醒目标出，保障使用者安全。