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通用技术复习资料必修二


技术与设计 2(总复习) 第一章、结构与设计
一、结构的涵义 1、结构的概念:结构是指事物各个组成部分之间的有序搭配和排序,结构多种多样 且决定着事物存在的性质及功能。自然界行行色色的结构给了人们无限的创造灵感 和启示(如:飞机、导弹跟踪系统等) 。 (1)、自然界:天体结构、植物的结构、动物的结构。 【练习】 :请举例:生产生活中还有哪些产品的结构是受到自然界事物结构

的启发而 产生的? 如:锯子(植物的叶)潜水艇(鱼)雷达(蝙蝠)等 (2)、技术领域:汽车的结构、微机的结构、数字控床的结构 (案例: 魁北克大桥 的坍塌) (3)、社会领域:教育管理系统的结构、通用技术的学科结构、课堂教学结构。 2、结构的分类: 从物体结构形态上看有:实体结构,框架结构 ,壳体结构。 (1)、实体结构-----通常是指结构体本身是实心的结构。 受力特点:外力分布在整个体积中。主要承受压力如墙壁、柱子、实心球等等。 (2)、框架结构-----通常是指结构体本身由细长的构件组成,支撑空间却不充满空 间。如窗户、画框、房子的架构等等。 受力特点:通过条状物的连接来承受荷载,可以承受压力和拉力 (3)、壳体结构-----通常是指层状的结构。如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等等 受力特点:外力作用在结构体的表面上(壳形结构是通过壳形来传递力和承受荷载, 特别是当顶部受到压力时,它能将力均匀扩散) 。 【练习】 :分析我们新校在建工程的结构: (提示:从楼的各部分看:地基,墙柱,

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楼顶;从楼的整体来看) 。 3、结构与力: 再回归到力学角度讲,结构是指可以承受一定力的架构形态,它可以 抵抗能引起形状和大小改变的力。 【练习】 :请列举身边的结构事例:自行车轮,篮球,球拍等。 (1) 、内力: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,称为内力。 在工程上我们常用到应力:是构件的单位横截面上所产生的内力。用公式表示 应力为:σ= F/s , 其中 ,F 是内力 ,S 是受力面积 , σ是应力。 提问:应力单位呢? (2) 、构件的基本受力形式: ①拉力:物体所承受的拉拽力。②压力:挤压物体的力。 ③剪切力:两个距离很近,大小相等,方向相反,且作用于同一物体上的平行的 力(撕纸) 。 ④扭转力:反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭转形变的力。 ⑤弯曲力:作用于物体,使它产生弯曲的力。

二、结构的分析
1、结构的稳定性:结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重 要性质之一。 影响结构稳定性的三因素:重心位臵的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的 大小和结构的形状、材料等。 (1)、结构的重心。 【提问】人骑车时身体略弯,目的是什么? (2)、结构与地面所形成的支撑面。 【提问】独角茶几的高度如何?其支撑架底座, 建筑、桥梁这类大型的固定结构,底座的特点是什么? (3)、结构的形状【提问】照相机的支撑架是什么形状的?

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注意:支撑面与接触面的区别、三因素是相互关联的。 【提问】分析自行车的三角支撑, “结构的重心越低越稳固”对吗? 【练习】分析比萨斜塔斜而不倒的原因。 2、结构的强度:是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 【提问】日本大地震造成房屋等建筑破坏,说明什么? (1)、影响结构强度的三因素:结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式。 (2)、三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定,所有材料最少。 【注意】 :结构形状还包含了构件横截面的形状。 (3)、结构构件两种常用连接方式: a、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,具体有松螺 栓、松铆等,如折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接等。 b、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,具体有 榫接、胶接、焊接等,如固定铁床架的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接等。 【注意】 :不同的材料有不同的连接方式。构件的连接方式不同,结构的强度也不同。

三、简单结构的设计
1、结构设计应考虑的主要因素有:符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求,安 全因素,公众和使用者的审美需求,使用者的个性化需要,对设计对象的成本控制 要求和一定的使用寿命等。 2、简单的结构设计案例:要求:规范,完整,具体。 ①设计项目:作品名称; ②设计要求:尺寸、稳定性与强度要求、附加功能; ③设计分析:结构类型、各构件的连接方式; ④设计方案:图文描述整个设计过程; ⑤呈现草图:各构件及连接后的整体草图。
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第二章、流程与设计
一、流程的含义: 1、流程的概念: 流程:是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。可以把流程理解 为为了一定的目的去做事情的顺序。任何流程都反映一定的时序,体现一定的环节。 时序:时间上的先后顺序就是时序。任何生产、生活活动都有一定的时序。 环节:完成某一个具体目标、组成某项生产或某个活动过程的若干 阶段或小的 称为环节。 2、流程的表达(流程图) 流程图有文字表达(开学典礼)、表格表达(课程表) 、框图表达(办理身份证流 程图) 、示意图、程序、图示表达、模型表达、动画表达等方式。 用箭头(设计的一般过程) 、用数字序号、用时间(作息时间表)等表达时序。 例如:乘车的流程:买票→候车→检票→上车 二、流程的分析: 1、生活与流程:生活中处处都有流程,科学合理的流程的意义: (1) 、可以指导我们正确地做事,提高工作和学习的效率;如:洗衣、煮饭与烧菜的 流程安排。 (2) 、使我们的生活变得有序、合理; 如:碘盐和味精佐料的加放流程。 (3) 、为我们的安全提供保障。如:青霉素注射流程。 注意:科学合理的流程,可以指导我们正确地做事,提高工作和学习的效率, 是我们的生活变得有序、合理,为我们的安全提供保障。 2、生产与流程:生产中科学、合理的流程的意义: (1) 、提高生产质量和效率,提高经济效益; (2) 、保证安全生产;

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(3) 、节约能源、保护环境等; 小结:不同的流程,产生的效益往往不同, “流程就是质量” 、 “流程就是效益” 。 3、简单流程图的识读: (1) 、分析流程的环节,明确每个环节的功能和作用; (2) 、分析各环节的时序(弄清流程中时序的体现与特征); ( 3) 、 流程是技术的核心概念之一。不同的流程,产生的效益往往不同, “理解流 程就是质量” “流程就是效益”…… 三、流程的设计: 1、流程设计的目标和基本要求: ⑴提高效率。⑵提高质量。⑶节省资源。⑷安全生产。⑸提高经济效益。⑹提高管 理水平。最后:注意环保、方便操作等等。 2、流程设计中的基本因素: (1)研究内在属性与规律,就是流程设计应该考虑的基本因素。 (2)生产活动中的流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员、资金和环 境等。 (3)不同行业的流程设计中考虑的基本因素各有差异。 (4)流程设计要依据事物内在属性和客观的变化规律,科学地设计时序和环节,以 达到设计目标。 3、流程设计的步骤: 第一步:首先要明确设计的目的和任务,明确流程所应遵循的内在变化规律。 第二步:要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。 第三步:列出流程涉及的主要事项,并进行初步的排列。 第四步:分析各事项(步骤)之间的先后顺序,合理地安排流程的时序和环节。 第五步:选择一个合适的表达方式画出流程图,对于有严格时间的时序,要标

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注时间。 注意:流程设计的基本要素是环节和时序。 4、绘制流程图 画流程设计框图的一般方法: (1) 、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。 (2) 、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。 四、流程的优化: 1、流程的优化及目的: (1)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。 (2)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)一般流程优化的主要内容有:工期优化、工艺优化、成本优化、技术优化、质 量优化等。 (2)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。基本思路:一般是将一部分环节的 工序由串行合并为并行。 3、流程优化的条件: (1)内部条件:对流程内在机构和规律的深入了解。例如:对洗涤原理的了解, 就在流程中安排两次漂洗。
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(2)外部条件:设备和工艺水平的提高或完善,以及人员技术水平的提高。例如, 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。

第三章、系统与设计
一、系统的涵义: 1、系统的概念: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,必须具备三个条件: (1)至少要有两个或者两个以上的要素(部分)才能组成系统; (2)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; (3)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、系统的组成、类型: 系统是普遍存在的,也是多种多样的。根据需要,可以对系统进行不同的分类。 如,可把系统分为自然系统和人造系统,自然系统是自然形成的系统(如生态系统) , 人造系统是由人工制造加工而成的系统(如计算机系统和机械传动系统) ;也可把系 统分为实体系统和抽象系统,实体系统是实物形态的(如生物系统、机械系统) ,抽 象系统是非实物形态的(如哲学系统) 。 4、系统的基本特性: 系统的基本特性主要有整体行(全局、集合) 、相关性(匹配、关联) 、目的性(功 能) 、动态性(更新)和环境适应性(自适应)等,这些特性都体现了一定的思想与 方法。 二、系统的分析: 1、系统分析及其目的: (1)系统分析是指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

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序,或对原有的系统提出改进方案的过程。 (2)目的:寻求解决问题的最佳决策。 2、系统分析的一般步骤: 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。 (结合田忌赛马案例) 3、系统分析的主要原则: 系统分析应遵循整体性原则(丁谓修复皇宫) 、科学性原则(三三进九不如二五 一十)和综合性原则(孝襄高速公路) 。 三、系统的优化: 1、系统优化的目的: 系统的优化是指在给定的条件(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) 。 最小的成本——最大的利润;最短的工期——更多的工程量;最少的能耗——更 多的产品;单位面积土地——更高的农业产量。 (案例:农业间作套种,家具利润问 题等) 几个关键字:优化目标;目标函数;约束条件;影响因素。 2、系统优化的方法: 数学模型——最优解; 四、系统的设计: 1、系统设计的目的、方法与过程: 系统设计是对各种各样的系统进行调查分析、筹划研究、评价实施、运行改善等, 直到完成一个能协调工作的实际系统的过程。 系统设计要考虑其目的与要求(以系统的整体功能的最优为目的) 、系统各部分 科学估算、试验——满意解。

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之间的相互联系与相互作用、对系统设计方案进行优化(整体优化,统筹兼顾)等 问题。 2、系统设计的一般步骤: 系统设计的步骤包括:将系统分解为若干子系统,确定各子系统的目标、功能及 其相互关系,对子系统进行技术设计和评价,对系统进行总体技术设计和评价等。 3、简单系统的设计: 了解系统设计应解决的主要问题和基本的设计过程,写出系统设计或系统优化设 计的书面方案,包括必要的设计草图以及量化数据。 (案例:手电筒照明供电部分的 设计)

第四章、控制与设计
一、控制手段与应用 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。控制的三要素: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。 (例如,人力三轮车转弯过程中的方向控制问题,其控制的对象就是人力
三轮车,控制的目的是为了改变三轮车行驶的方向,控制的手段是骑车人通过双手转动车把,改变 前轮的方向并带动后轮。 )

2、控制的手段: (1) 从控制过程中人工干预的情形, 控制有人工控制和自动控制 (有无人直接参与) 。 (2)按照执行部件的不同,控制可分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制 等。当然,在很多控制事例中,控制的手段又可以是综合的。 二、控制系统的工作过程与方式 1、任何一种控制的实现,都要通过若干个环节,这些环节就构成了一个系统,称为 控制系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。 2、控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统。

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(1)控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制系统称为开环控制 系统。 对于开环控制系统,通常可以用下面的方框图来描述: 控制量 输入量——→控制器——→执行器——→被控对象——→输出量 (2)控制系统可以把输出量返回到输入端与给定值进行比较,构成一条闭合回路。 我们把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称为闭环控制 系统。 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。有的干扰因素是由于环境造成的,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。在控制系统中,干扰因素可能有一个,也可能有若干 个。控制系统在工作过程中必须克服干扰,使被控量稳定。 2、反馈:控制系统中,将输出量通过适当的检测装臵返回到输入端并与输入量进行 比较的过程,就是反馈。利用反馈来分析和处理被控对象,通过系统的输出来调整 系统的行为,使系统沿着预期的目标运行的方法,称为反馈方法。 闭环控制系统的工作过程 从反馈来看,闭环控制系统就是指在系统的输出与输入端之间存在反馈回路, 输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被 控量(输出量)的偏差。 由于某种干扰因素的存在,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,从而使系统的被控量接近给定值,达到精确

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控制的目的。所以,一个闭环控制系统,能够克服外界干扰,使被控量控制在给定 值附近。 闭环控制系统与开环控制系统的比较 开环控制系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿。也就是说,由于某种 干扰信号的作用使输出信号出现非正常状态时,系统本身没有自动纠正的能力,要 进行纠正,必须借助于人工。所以,开环控制系统的控制精确度(或称控制精度) 相对比较低。但如果控制系统中各组成元件的特性比较稳定,而且外界的干扰相对 较小,则开环控制系统也可以保证一定的精度。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。 闭环控制系统的优点是控制精度高,不论何种原因造成系统的输出量偏离给定 量,闭环控制系统都会产生控制作用来减小这一偏差。与开环控制系统相比,闭环 控制系统的设计比较麻烦,结构也相对复杂,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一种控制方式,用于要求高精度和高可靠性的场合。 3、功能模拟方法 以功能和行为的相似性为基础,用“模型”模拟“原形”的功能和行为的方法,就 是功能模拟法。 4、黑箱方法 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。 四、控制系统的设计与实施 要设计好一个控制系统,应该明确这个系统要达到的目的是什么,所要控制的 对象是什么,被控对象有哪些重要的特性,被控量和控制量分别是什么,外界的主 要干扰因素有哪些,选择怎样的设计方案既能达到目的,又经济、易于实现,如何 选择设备和元件,等等。

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设计一个控制系统,是选择开环控制还是闭环控制,应根据对控制精度的要求 以及条件的可行性而定。在控制系统设计过程中,被控对象的特性往往难以直接得 到,通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性,从而 确定控制器的运算方式;一个控制系统中可能存在若干个干扰因素,需要分析主次, 找出对系统影响最大的干扰因素;被控量和控制量的确定是控制方案的关键,对于 简单控制系统,需要控制的量往往被确定为被控量,控制量应选择可控制的、对抑 制干扰因素和保持系统稳定有明显作用的量;执行器、检测器的选择一是要根据被 控量和控制量的需求,二是要根据控制的条件进行。总之,能达到控制的目的,采 用易于实现的控制方式,降低控制成本、减少对环境的负面影响等,是我们进行控 制系统设计必须考虑的基本问题。 控制系统的设计方案,还包括画出必要的设计图纸(控制电路设计或系统结构 设计)和实施图纸、撰写设计说明书等。 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。 闭环控制系统的设计 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。 红河黄冈实验学校 2013 年通用技术必修 2 总复习

(希望同学们多读、多记、多背、多做会考手册)

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