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2.2设计的基础方法和基础知识(综)


第二节 设计的基本方法和基础知识

一、技术设计的种类 (一)原创性设计,又称开发性设计
例:为了打开红酒瓶塞的软木塞,设计的螺旋状开瓶器。

(二)改进性设计
在总的方案原理变化不大的情况下,对已有的设计进行局部的 变更改进,使其更加合理、完善,或满足某些特定的需要,这样的 设计叫做改进性设计。

案例2: 方便袋的改进性设计 案例3:

暖手袋的改进性设计

(三)综合(组合)性设计 外形组合 性能组合 综合(组合) 性设计 原理组合

功能组合
模块组合 系统组合

外形组合设计

性能组合设计

原理组合设计

蒸 汽 机 原 理 与 机 械 原 理 组 合

功能组合设计

声电转换原理与光电转换、无线通信、 多媒体相结合设计出手机

模 块 的 组 合 设 计

文艺晚会的表演由每一场文艺节目模块组合而成

家具、电器的摆放、装潢设计也是一种组合设计

系统的组合设计
计算机系统:由硬件系统和 软件系统的组合设计而成。

神舟六号飞船由发射系统、 监测系统、控制系统、航天员 系统、飞船本身系统和回收系 统等子系统组成。

二、技术设计的原则、方法和标准
(一)技术设计的原则
1 科学性原则

设计必须遵从科学原理,按照大自然的规律进行设 计,否则设计不会成功。

2 创新性原则

? 设计只有不断进行创新,才能具有新的生命力。 但是并不是所有的设计都有创新性的,那些重复 的、过时的、照抄、仿冒他人的产品的设计就没 有创新性。

3

需要性和实用性原则

要把解决存在的问题,满足用户的需要作为设计的 一个原则,不要设计拥护不欢迎甚至反对的产品。

4 经济性原则 在设计中,要考虑用户用户的经济条件、市场 的竞争力,力求用最少的成本,设计出满足用 户要、要求的产品。(性价比高)

5 最优化原则 所设计的产品或项目在功能、技术上尽可能是 目前(并能在一段时间内)最合理的。注意最 优化不一定是最先进的,但一定是最合理的。 坦克机动性不 及汽车,火力 不如远程大炮, 防护不如堡垒, 但却当之无愧 成为“陆战之 王”。

6

可靠性原则

设计的产品或项目应在使用时间内,能适应规定的 条件和环境而可靠地工作,不会发生故障,原规定 的功能、性能指标不低于使用说明书规定的范围。

7

安全性原则

? 所设计的产品或项目,在使用时或操作运 行时必须是安全的,不允许发生事故,更 不允许发生人身伤亡事故。
问题: (1)为什么小孩子的玩具都没有锋利的棱角和尖 的的局部形状? (2)为什么现在的轿车都配备安全气囊? (3)为什么很多家电产品上都要求必须通过 “CCC”认证?(CCC认证即是“中国强制认证”,其英
文名称为“China Compulsory Certification”,缩写为CCC。 CCC认证对涉及到的产品执行国家强制的安全认证。)

8

工程心理学和生理学原则

设计的产品或项目必须满足人类心理的需求, 要美观、舒适、使用方便,及使用者和产品之 间要建立最协调的关系。

9

法律、道德规范原则

技术设计要遵守有关的法律、制度、规范, 如技术专利法、环境保护法、公民权益保护 法等,不允许有违法、违规的行为。 设计通过互联 网窃取他人银 行卡密码的木 马程序

10

通用性、标准性原则

产品设计尽可能采用标准化技术和标准件, 这样,产品通用,维护更方便,拥有更广阔 的市场。

汽车齿轮

电脑风扇

电脑主板

11

时效性原则

必须按照设计任务书规定的截止日期完成设计, 要避免使产品制造出来后成为过时的东西。

2002年中国“龙芯一号”芯片诞生,芯 核虽然只有钥匙孔大小,却集成了近400 万个晶体管,每秒的运算速度超过2亿次, 性能达到了1997年国际芯片设计水平。

12

可持续发展原则

技术设计必须满足可持续发展原则。

技术设计的原则: 科学性原则 需要性原则 最优化原则 安全性原则 法律规范原则 时效性原则

创新性原则 经济性原则 可靠性原则 工程心理学和生理学原则 通用性标准性原则 可持续发展原则

阅读材料:分析这些设计违反了 什么原则? 例1 A研究所接受某空调机厂的 委托,研究一种可变频空调的电 机模板,当时规定6个月内交货, 每块价格不超过200元,该研究所 在8个月后才完成任务,该控制模 板各功能指标符合设计任务书的, 每块价格190元,但该空调机厂家 不能接受该项目研究成果,因为 当时已有另一研究所同时研究出 功能相同的控制模板,每块价格 为160元。

参考答案:
? 违反了时效性原则。因为没有在规定的6个 月期限交货,而是8个月。 ? 违反了时效性原则的内容,“要避免使产 品制造出来后成为过时的东西”。因为8个 月后另一家研究所同时研究出性能相同的 主板,而且价格还便宜。 ? 违反了经济性原则

例2 A市电热水器厂发明了一 项高温预热式电热水器,其原 理是在浴室内气温太低时起用, 它可以先喷出高温水蒸气(达 150?C)将浴室内温度提高,当 浴室温度达到一定温度(如 20?C)后则停止喷射高温水蒸气, 自动转入正常供热水状态。该 产品开始很受北方寒冷地区用 户的欢迎,但由于外壳受潮后 会带220V交流电,而且喷出高 温水蒸气的控制技术不够可靠, 在洗澡时,会喷出高温水蒸气, 造成伤人事故,后来被迫停产。

参考答案:
? 违反了安全性原则和可靠性原则 ? 外壳受潮后绝缘不良导致漏电。 ? 高温喷出水蒸气的控制器性能不稳定。

(二)技术设计的一些方法
1 常规设计法 借鉴法 常规设计法 应用标准器件法 技术(或工程)试验法

借鉴法:从已有的技术发展历史中寻找可参考的技术, 从最新的国内外情报资料中去查找新产品、新技术、 新思想、新动向(俗称“查新”),从而开阔视野, 广开思路,这叫做技术借鉴。

应用标准器件法:查找和应用已有的成就、稳定的优 秀的结构原件和器件、标准件、可最快获得优秀的设 计方案。

技术(或工程)试验法:通过技术(或工程)试验, 检验或探索某些机制、效应、性能,或对几种对象进 行对比,或寻找未知的原因,或以相似理论对模型 (或原型)进行试验等。
汽车防撞性能设计,获取数据和结论,作为设计的依据。

2

系统设计法

技术设计必须是系统化的,因为解决一个问题要同时 考虑许多部分,以及它们之间的协调问题。技术设计 存在许多不同的设计方法和解决方案。系统设计法可 使一个系统各个部分有条不紊地工作。

3

功能设计法

在设计过程中,将设计对象的功能分为基本功能和辅 助功能。基本功能是直接满足主要技术目标的功能, 不能随意改变;同一基本功能可由不同的技术原理来 实现。辅助功能是为完善基本功能而在设计中添加的 功能,它可以在保证实现基本功能的前提下作出某种 改变(如改变显示的方法和形式等)。

4

工效学设计法

设计中必须考虑人的生理和心理特征,适应人的生 理、心理的要求,从而实现安全、方便、舒适、美 观的设计目标。

5

可靠性设计法

可靠性设计是一门学问,包括抗热、抗震、抗干扰, 能在规定的环境(可能是恶劣的)下工作。

6

最优化设计法

(1)问题的解决方案可以是多种的,而且从不同的 角度看问题会有不同的评价。设计者必须综合各种因 素,权衡利弊,从综合角度选取最优秀的方案。 (2)方案选定之后,可以建立其数学模型,在满足 各种约束条件的前提下,合理地设计其变量值,从而 求得最优化的数据和结论,并据此进行设计。 (3)设计应该是一个反复进行的过程。设计实施之 后,通过检验、试用、评价之后发现新的问题,再反 过来修改设计,最后得到较满意的设计,才可以正式 应用或投产。

7 计算机辅助设计法CAD(Computer aided design)
计算机辅助设计是借助计算机进行设计或仿真, 可以用最快的速度获得结果。

(三)人机关系
1、人在使用身边的物品的时候,物品和人 发生的一种相互作用成为人机关系。 思考以下人机关系

1.学生拿着钢笔写字 2.司机手握方向盘

3.妈妈拿着拖把拖地。 4.农民用锄头锄地。

马上行动
? 说出“人坐在椅子上” 时人和椅子间的人机关 系 ? 1、人的背部与椅子靠背 的人机关系。 ? 2、人的臀部与椅子垫间 的人机关系。 ? 3、人的腿部与椅子垫间 的人机关系。 ? 4、人的脚部与椅子脚间

2、人机关系要实现的目标
(1)、高效 设计中应把人和机作为一个整体来考虑,合 理或最优地分配人和机的功能以促进二者的 协调,提高人的工作效率。

2、人机关系要实现的目标
(2)、舒适 人在使用产品的过程中,人体能处于自然的状 态,操作或使用的姿势能够在人们自然、正常 的肢体活动范围之内,从而使人不致过早地产 生疲劳。
思考:
你觉得右边图中的 小工具,哪个使用起 来更舒适?为什么?

想一想,生活中还
有哪些类似的例子?

2、人机关系要实现的目标
(3)、安全 人在长期操作或使用产品的过程中,产品对人的 安全不会造成不良的影响。

想一想: 在我们学校有哪此地方实现了人机关系中的安全目标?

想一想: 在设计中,人机关系除要考虑高效、舒适、 安全外,还要实现哪些目标?请再列举一 、二个。 环保、美观、经济

3、如何实现合理的人机关系
(1) 、设计参照普通人群为标准,也要考虑特殊人群 的需要。
(2)、设计要符合人体的静态尺寸,也要符合人体的 动态尺寸,还有生活习惯、民族信仰 。 (3)、要满足人的生理需求,也要满足人的心理需求 (视觉、听觉、触觉、味觉)。

马上行动

依据人机关系,同学们说说便携小板凳如何设计

(四)设计的依据标准
产品的设计,国内外制定了相关的技术标准和规范: (1)国际标准 (2)国家标准 (3)部颁标准 (4)行业标准 (5)企业标准 ? 国际标准 ? ISO9000 质量认证 ? ISO9001 管理认证 ? ISO9002 安全认证 ? ISO9003 食品认证

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

国家标准: ANSI (美国国家标准) GOST (俄罗斯国家标准) JSA (日本标准) GB (中华人民共和国标准) BIS (印度标准) BSI (英国标准) CSA (加拿大标准协会) NF (法国标准) DIN (德国标准)

中国标准标志

3C认证(中国强制性产品认证)

可回收标志

中国环保

三、技术设计的一般过程
发现问题 值得解决吗?
值得解决

否 无

不解决 暂时不解决

有条件解决吗?


确定设计课题 调查、收集设计所需的信息、数据、资料

制定设计方案(多种),并进 行权衡,决策优化,选定方案

进行具体、详细的设计 实施设计(产品研制) 产品(或方案实施结果)的检测

评价、提出改进


是最优化设计吗?


设计完成 进行鉴定 申请专利

中间过程 检测、评 价及改进

四、技术设计的一般过程举例
? ? ? ? ? ? (一)发现问题 (二)开展调查,搜索信息 (三)制定方案,决策优化 (四)实施制作,评价改进 (五)修改设计,达到最优 (六)受到表彰,推广应用


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