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高中通用技术教学啊方法


《技术与设计 2》教材基础理论知识归纳总结 第一单元 结构与设计 一、常见结构的认识 1、结构的涵义: 从广义上讲,结构是指事物的各个组成部分之间的搭配和排列。 结构决定着物体的性质和形态。 从力学角度讲,结构是指可承受一定应力的物体形态,结构可以抵抗引起形状 和大小改变的力。 从理解上看,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。 (结构的五种受力形

式:拉力、压力、扭曲力、弯曲力、剪切力) 2、结构的分类: 根据物体的结构形态在受力时承受和传递力的差别,一般可将结构分为实体结 构、框架结构和壳形结构三种基本类型。 实体结构是指结构体本身是实心的结构。其受力特点是:利用自身来承受荷载, 主要承受压力。如实心墙、大坝等。 框架结构是指结构体由细长的构件组成的结构。其受力特点是:通过条状物的 连接来承受荷载,即可承受压力又可承受拉力。如铁架塔、建筑用脚手架,厂 房的框架等。 壳体结构是指层状的结构。其受力特点是: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。如头盔、飞机外壳、贝壳等。 (生活中很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成,称为 组合结构,如埃菲尔铁塔等。 ) 二、稳固结构的探析 1、结构的稳定性: 结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡形式的能力。 2、影响结构稳定性的主要因素: ①几何形状 ②结构与地面接触所形成的支撑面积的大小 ③重心位置。 3、影响结构强度的主要因素: (结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 ) ①材料 ②材料的形状 ③结构的连接 结构构件的连接通常有两类:铰连接和刚连接。 铰 连 接 —— 被 连 接 的 构 件 在 连 接 处 不 能 相 对 移 动 , 但 可 相 对 转 动 。 如:门与门框的连接 刚 连 接 —— 被 连 接 的 构 件 在 连 接 处 既 不 能 相 对 移 动 , 也 不 能 相 对 转 动 。 如:榫接、胶接、焊接 4、结构与功能的关系: 结构决定着事物的性质,也直接影响事物的功能。 5、反映结构强度的物理量是应力 应力:构件单位截面面积所受的内力。 表达式为:σ =N/A,单位:帕,符号:Pa,σ --应力,N—内力,A—横截面积 三、结构的设计 1、结构设计应考虑的主要因素: 稳定性、强度、连接方式、材料的选用、实用和美观角度等。
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2、简单结构的设计过程: ①明确设计目标和要求②形成初步设计方案③模型制作④检测、优化和改进设 计⑤评价(如:设计相框、雨伞架、垃圾桶、鞋柜、衣架、笔桶等) 四、结构的欣赏: 1、结构的实用性: 优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上,也表现在形式上,特别是功能 与形式的统一上。 2、经典结构设计的欣赏与评价:—— 技术角度与文化角度两个角度进行。 技术角度:使用功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料合理性、工 艺精湛程度等。 文化角度:文化寓意与传达,美学原则,反映时代、民族、习俗方面特征,个 性特征等。 第二单元 流程与设计 一、生活和生产中的流程 1、流程的含义: 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、流程种类分为工作流程和工艺流程。 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。如:邮寄包裹流程,联合收割机流程、印刷电路版设计工作流程等。 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。如:蔡伦造纸工艺流程、印刷电路版制 作工艺流程等。 3、流程组成包含环节和时序。 ⑴时序:过程的经历中,各环节按照一定的时间顺序先后出现、完成。这种时 间顺序关系,称为时序。 (例:买票→ 候车→检票→上车。 ) ⑵环节:活动或事件在其发展的过程中,依据某种特征或方式,可将该过程分 解为若干个小过程,称这些小过程为环节。 4、流程对生活工作、生产的意义: 对生活工作:提高工作和学习的效率,使我们生活变得有序、合理,为我们的 安全提供保障。 (例:洗衣、煮饭与烧菜的流程安排、碘盐和味精佐料的加放流 程、青霉素注射流程等) 对生产活动:运用科学合理的流程可以有效地组织生产、提高生产效率、保证 产品质量、保证安全生产、保护环境等。 (例:自动流水生产线的发明、农业庄 稼的种植流程) 流程中工序的作业方式——串行和并行。 上一道工序完成之后才能进入下一道工序——串行。 几项工作同时进行——并行。 5、常见的流程表达方式-----流程图 流程图有文字表达、表格表达、图示表达、模型表达、动画演示等。 6、流程图的识读和分析: 识读流程图的要点: ⑴找流程的环节,明确每个环节的功能和作用; ⑵弄清 流程中时序的体现与特征; ⑶流程是技术的核心概念之一。 不同流程,产生效益往往不同,“理解流程就是质量”、“流程就是效益”等。
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二、流程的设计 1、流程设计应考虑的基本因素: 总体上:流程设计应该要研究内在属性与规律。 具体的:流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员和资金、环境等。 材料:不同的材料有不同的加工处理方法。 工艺:不同产品的工艺要求各异,流程设计也不同。 设备:生产设备的水平往往决定了流程的自动化水平。 人员和资金:不同的技术水平和必要的资金影响生产的过程、质量和周期。 环境:关注生产过程对环境的污染以及环境对生产的反作用。 2、流程设计的基本步骤: 注:流程设计的基本要素是环节和时序;对于有严格时间的时序,要标注时间。 3 、简单流程的表达: 画流程设计框图的一般方法:⑴根据对事物的内在属性和规律的分析,以及有 关的考虑,将流程的全过程,按每个阶段的功能、作用的不同,分解为若干小 过程——环节,并用方框表示环节。⑵按照每个小过程应该经历的时间顺序, 将各环节依次排开,并用箭头线连接起来。 例:小铁锤的锤头加工流程图:下料→划线→锯削→锉削→划螺孔中心线→钻 孔→攻丝→倒角→淬火→电镀。 小铁锤的锤柄加工流程图:下料→磨削圆头→板牙套丝→电镀。 三、流程的优化 1、流程的优化及目的: 在设计和实施流程的过程中,经常需要进行不断的修改和完善,这种对流程修 改的过程,叫做流程的优化。 目的: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。 2、流程优化的内容: 1 工期优化:制作台灯的工期优化 2 工艺优化:法兰加工工艺优化 3 成本优化:配送路线安排的成本优化 4 技术优化:银行自动取款机的发明 5 质量优化:洗衣流程的优化 注:工期优化目的是为了缩短加工时间。主要手段是在不改变工艺的条件下, 将某些环节的串行改为并行。 3、流程优化的条件: ⑴内部条件:对流程内在机理的深入了解。 (例:对洗涤原理的了解,就会在流程中安排两次漂洗) ⑵外部条件:流程优化要建立在“设备”、“材料”、“工艺”水平提高的基 础上。 (例:只有在具备锻压设备时,才可能将法兰盘的加工改为少量切削加工) ⑶人员技术水平的提高。 4、流程优化过程所应考虑的主要问题: 对一个流程的优化, 可以是整体的全面优化, 也可以是对某一个指标进行优 化。经常会有这样的情况发生:某一个指标得到了优化,而使另外的指标下降 了。比如,技术优化,可能使成本提高。成本优化了,也可能使质量下降。因 此,在进行流程优化时,要综合平衡,以取得整体优化的成效。
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第三单元 系统与设计 一、系统的结构 1、系统的含义: 概念:系统是指由两个或两个以上相互联系、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。 构成系统必须具备的三个条件: (1)至少要有两个或两个以上的元素(部分) ; (2)元素(部分)之间互相联系、互相作用,按照一定方式形成一个整体; (3)整体具有的功能是各个元素(部分)的功能中所没有的。 例:自行车的结构 2、系统的分类: (1)自然系统、人工系统和复合系统。 例:生态系统属于自然系统;飞船、 房舍等属于人工系统。 (2)实体系统和概念系统。例:计算机硬件属于实体系统;软件属于概念系统。 3、系统的基本特性: (1)整体性(全局、集合) :——侧重于“部分影响整体”。是系统的最基本的 特性,也是观察和分析系统最基本的思想和方法。 系统是一个整体,它不是各个元素(部分)的简单相加,系统的整体功能是各 元素(部分)在孤立状态下所没有的。 系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。 例:巴尔扎克的塑像、“木桶理论”、一招不慎全盘皆输、弃卒保车、“阿波 罗”登月飞船上的零件 (2) 目的性(功能) : 任何系统都具有某种目的,都要实现一定功能,这是区别不同系统的主要标志。 (3)相关性(匹配、关联) :——侧重于“部分与部分之间的关联” 构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系, 是彼此相关的。例:古代建筑的“梁柱结构”、合金钢材料各种性能的相互影 响、家庭装修工程。 (4)环境适应性(自适应) : 系统都存在于一定的环境之中,并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息 的交换,系统必须适应外部环境的变化。例:“春捂秋冻”、电冰箱不能紧贴 墙放置。 (5)层次性: 系统无论大小,都可以分解为一系列子系统,并存在一定的层次结构。系统各 个层次具有独自的功能,它们相互联系、相互作用共同完成系统的整体功能。 二、系统的分析 1、系统分析及其一般步骤: (1)什么是系统分析? 系统分析一般是从系统的整体功能出发,全面地思考与解决问题。 系统分析的目标:发挥系统的功能,实现系统的目标。 系统分析采用方法:运用科学方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验。 系统分析产生的结果:拟订一套有效的处理步骤和程序,或对原系统提出改进 方案。例:王选汉字激光照排系统 (2)系统分析的一般步骤?
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2、系统分析的主要原则: (1)整体性原则 系统分析首先要着眼于子系统整体,要先分析整体,再分析部分;先看全局, 后看局部;先看全过程,再看某一阶段;先看长远,再看当前。 例:田忌赛马、丁谓修复皇宫、街道各部门施工 (2)科学性原则 系统分析一方面要有严格的工作步骤,另一方面应尽可能地运用科学方法和数 学工具进行定量分析,使决策的过程和结果更具用说服力。 例:种稻“三三进九不如二五一十” (3)综合性原则 系统分析时还要注重综合性原则,要综合分析,统筹兼顾,不可顾此失彼,因 小失大。 例:孝襄高速公路、都江堰水利工程、埃及阿斯旺水坝 3、系统的优化: ——在给定的条件(或约束条件)下,根据系统的优化目标,采取一定的手段 和方法,使系统的目标值达到最大化(或最小化) 。 约束条件:对系统起限制作用的,并且是不可人为调节的。 影响因素:是指对系统的目标产生显著影响,并且可以人为调节的因素。 例:农作物种植系统的优化——农业间作套种、利润问题 三、系统的设计 ——系统设计是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 包含对某个系统进行技术设计,同时需要运用系统的思想和方法对其设计过程 进行分析、设计。 (一)系统设计应考虑的主要问题: 1、系统设计的目的与要求 要从整体出发,以系统整体功能的最优为目的。 2、系统各部分之间的相互联系与相互作用 运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题,注重各部分的横向、 纵向联系。 3、系统设计方案的优化 先从整体考虑优化,统筹兼顾,再在此基础上完善各部分的设计。 (二)简单系统的设计: 举例:手电筒照明供电部分的设计。 第四单元 控制与设计 一、了解控制 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。 2、控制分类:开环控制系统和闭环控制系统;手动控制系统和自动控制系统。 3、控制的应用: (1)生活: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,使之满足人们的需要。 (2)生产:生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制, 控制在生产中得到了极为广泛的应用。
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(3)军事国防:控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。 二、控制系统的工作过程与方式 1、简单的基本组成和工作过程: 开环控制系统:控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。 例:红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音 乐喷泉自动控制系统、红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可 调光台灯控制系统等。 特征: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。 开环控制系统方框图:

输入量:控制系统的给定量。 控制器:对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。 执行器:直接对被控对象进行控制的装置或元件 控制量:执行器的输出信号。 被控对象:控制系统中所要控制的装置或生产过程 输出量:控制系统所要控制的量。 2、闭环控制系统的基本组成: 概念:系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。 例:供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控 制系统、家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统等。 基本组成:与开环控制系统相比,闭环控制系统多了反馈环节、比较器。 3、闭环控制系统的方框图:

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4、控制器和执行器的作用: 控制器:对输入信号(偏差值)进行运算处理,并发出控制命令。 执行器:根据指令对被控对象直接控制。 三、闭环控制系统的干扰与反馈 1、干扰因素: 在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量变化的各种因素称为干 扰因素。 有的干扰因素是环境造成的,如影响自行车行驶速度的变化的自然风等; 有的干扰因素是人为原因所致,如影响飞机导航信号的手机信号等。 2、反馈的含义: 控制系统中,将输出量通过适当的检测装置,返回到输入并与输入量进行比较 的过程,就是反馈。例:自动电水壶 3、反馈环节的作用: 通过将输出量通过适当的检测装置,返回到输入并与输入量进行比较,从而减 少输出量的偏差,稳定输出量。 4、闭环控制系统的工作过程:
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(1)闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量(输出量)的偏差。 (2)工作过程: 由于干扰因素的存在,系统的被控量偏离给定值时;2 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;3 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。 例:供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统 5、功能模拟方法: 以功能和行为的相似性为基础,用“模型”模拟“原型” 的功能和行为的方法,就是功能模拟方法。 黑箱方法:把将要研究的系统作为黑箱,通过对系统输入与输出关系的研究, 进而推断出系统内部结构及其功能的方法,就是黑箱方法。 例:通过输入图像、电或声音信号,观测、分析脑电波的输出反应,研究人脑 对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能,得知人脑内部结构的细节,就是 黑箱方法的运用。 6、开环控制系统与闭环控制系统的比较: 开环控制系统一般结构简单,适用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比 较稳定的场合。 闭环控制系统设计比较麻烦,结构相对复杂,构成控制系统的成本较高。闭环 控制系统是自动控制中广泛采用的方 式, 用于要求高精度和高可靠性的场合。 四、控制系统的设计与实施 1、控制系统设计的一般思路: 系统要达到的目标?控制的对象?被控 对象的特性?被控量和控制量?外界的 主要干扰因素?怎样的方案既达到目 的、又经济、易于实现?设备和元件? 2、 开环控制系统的设计(书本案例分析: 电吹风控制系统的设计) 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。 3、 闭环控制系统的设计(书本 P120 案例 分析:抽水马桶水箱的自动控制系统的 设计) 基本要求: 第一、一个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。 在进行闭环控制系统的设计时,几项控制要求之间往往会产生矛盾,需要结合 具体问题全面解决或有所侧重地解决。
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