1.2.3设计的基本方法和基础知识

第三节设计的基本方法和基础知识一、技术设计的种类原创性设计综合性设计改进性设计案例：红酒开瓶器的三种设计（一）原创性设计为了打开红酒瓶塞的软木塞，设计的螺旋状开瓶器。这种最初的设计属于原创性设计——又称为开发性设计。开瓶器存在的缺陷两只手向相反方向拉木塞时，当软木塞突然离开酒瓶时，因酒瓶的突然后退，可能将酒洒出瓶外，甚至因左手握不住酒瓶，造成酒瓶脱手。有些酒瓶由于软木塞太紧，即使用较大的力也无法拔出。改进后的开瓶器由上面的改进设计可以看到，设计者在原来的基础上应用了力学上的两个原理，才使开瓶技术有了进步。而改进设计的设想，来源于开酒瓶软木塞中碰到的问题。改进者使用了杠杆省力的原理及齿轮改变力的方向的原理，设计了一个功能较为较为完善的开酒瓶软木塞的工具。（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。（三）综合（组合）性设计应用现有的技术及原理重新进行组合，使其系统化、综合化、产生新的优点、特色，创造出新的功能设计方法叫做综合（组合）设计。开瓶器的各种组合性设计改进性设计综合（组合）性设计外形组合性能组合功能组合模块组合原理组合系统组合多功能螺丝刀外形组合设计多功能螺丝刀外形的组合设计通信光缆性能的组合设计抗拉强度大的钢线喷气式飞机流体力学原理与燃气轮机技术的组合设计原理的组合设计功能的组合设计内燃机与传动、制动、转向、照明、电气等功能结合设计出汽车两把刀刃上下相对交错组合设计出剪刀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蒸汽机原理与机械原理组合自身的组合设计双体船并木以渡舫双体客船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模块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。系统的组合设计如果利用现有技术和产品进行巧妙的组合或者改进，照样可以产生出新的发明专利。如果利用得当组合技术的前景照样非常广泛。绝对不要把专利技术想的太复杂。铅笔无非是把石墨和木头组合在一起，产生了具大的市场价值。当铅笔已经成为一项专利时，真正的有心人并没有灰心，而是发现把橡皮和铅笔结合在一起又成为一项新专利。小小的铅笔市场上已经有两项在先专利时，往后又有新的有心人发现把圆形铅笔做成六棱形尽管是小小的改进，却可以防止使用时手和铅笔互相滑脱，还可防止圆形铅笔从桌上滚落。虽说这种改进只能获得外观设计专利，但市场价值却远远超过大多数发明专利。改进发明再次获得成功。不要以为铅笔加橡皮是古老的故事，２００１年邓国顺申请的闪盘专利正是将既有的ＵＳＢ接口和早已存在的闪存盘组合到一起。如此简单的原理，点透了傻瓜都明白的闪存盘专利为朗科公司带来了滚滚盈利，简直就是历史的重演。这些足以说明专利的发明者未必是绝顶聪明的人，但一定是有心人。如果要再举些例子，我们可以发现把具有新功能的新材料利用到已有产品上，通过合理组合可能取得前所未有的技术效果。比如把无毒热缩塑料薄膜密封包装同样无毒的泡沫塑料可以大大增强后者耐热性。用这种抗热的无毒塑料制成碗状装方便面，旅行者就可以随身携带并随时冲泡而不必四处寻找餐具。这个并不复杂的发明极大方便了出门在外者，是食品包装史上的重大革新。再比如把白色奶油冰淇淋和黑色巧克力冰淇淋或者其他颜色、口味的冰淇淋搅放成双色或者多色冰淇淋，极大赢得了冰淇淋迷的欢心。3、回家想想自己的学校、家庭及其周围的一些物品，找出一些技术设计的例子，并分析它们是哪一种设计种类？若是组合设计的想想是属于哪种组合？思考与练习1、技术设计的种类分为哪三种？2、组合设计又分为哪些组合方式？技术设计有原创性设计、改进性设计和综合（组合）性设计3种综合（组合）性设计又分为外形组合、性能组合、原理组合、功能组合、模块组合、系统组合等多种组合方式。二、技术设计的原则、方法和标准3、需要性和实用性原则4、经济性原则8、工程心理学原则9、法律、道德规范原则10、通用性、标准性原则11、时效性原则12、可持续发展原则（一）技术设计的原则1、科学性原则2、创新性原则5、最优化原则6、可靠性原则7、安全性原则1、科学性原则：设计必须遵从科学的原理，按照大自然的规律进行设计，否则设计是不会成功的。永动机设计者的设计就是违反了科学性原则。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。例如：电视机从诞生以来，在新材料、新器件、新技术、外观、节能等方面进行了创新设计。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，不要设计用户不欢迎甚至反对的产品。4、经济性原则设计中的经济原则是指以最低的费用取得最佳效果。在材料方面讲究经济原则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（并可能在一段时间内）是最合理的。最优化不一定是最先进，但一定是最合理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7、安全性原则：可靠的不一定安全，不可靠一定不安全8、工程心理学和生理学原则产品必须满足人类心理的需求，要美观、舒适、使用方便，是使用者和产品之间建立最协调的关系。普通雨伞方便时尚的折叠伞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，不允许有违法、违规行为。以前流行的LED“免电灯”，用的是电话线的余电，电费由电信部门负担，厂家这一技术创新符合法律规范原则吗？“免电灯”侵害了电信部门的合法权益,也侵犯了用户正常使用通信业务的权益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，维护方便，拥有更广阔的市场。中国标准插头欧洲标准插头11、时效性原则必须按照设计任务书规定的截至日期完成设计任务，避免使产品制造出来后成为过时的东西。12.可持续发展原则基本思想是，在设计阶段将环境因素和预防污染的措施纳人设计之中，将环境保护作为产品的设计目标和出发点。光电池可降解的餐盒案例1，回答问题：该大桥设计遵循了什么原则？违反了什么原则？这座大桥本该是著名设计师特奥多罗·库帕的一个真正有价值的不朽杰作库帕曾称他的设计是“最佳、最省的”。可惜，它没有架成。库帕自我陶醉于他的设计，忘乎所以地把大桥的长度由原来的500米加到600米，以成为世界上最长的桥。桥的建设速度很快，施工也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响——大桥的整个金属结构垮了：19000吨钢材和86名建桥工人落入水中，只有11人生还。由于库帕的过分自信而忽略了对桥梁重量的精确计算，导致了一场事故。加拿大魁北克大桥•美国《时代周刊》日前评出百年世界十大最恶劣塌桥事故，每次事故都是一个血的教训，令人深思。这是加拿大魁北克大桥二度坍塌。事故时间：1916年9月11日•坍塌原因：由于设计上的缺陷，导致桥体实际承载量远低于设计承载量，并导致该桥两度坍塌。首次坍塌时间为1907年。死亡人数：95人。1922年，在魁北克大桥竣工不久，加拿大的七大工程学院（即后来的“TheCorporationoftheSevenWardens”）一起出钱将建桥过程中倒塌的残骸全部买下，并决定把这些亲临过事故的这些钢材打造成一枚枚戒指，发给每年从工程系毕业的学生。然而由于当时技术的限制，桥梁残骸的钢材无法被打造戒指。于是这些学院只好用其它钢材代替。不过为了体现是代表桥坍塌的残骸，戒指被设计成被扭曲的钢条形状，用来纪念这起事故和在事故中被夺去的生命。于是，这一枚枚戒指就成为了后来在工程界闻名的工程师之戒(IronRing)。这枚戒指要戴在小拇指上，作为对每个工程师的一种警示。案例2一住在三楼的住户为了阻止小偷再次“光顾”自己的家，遂将阳台用通电电网围上，这天小偷晚上又到这家偷东西，触到该户通电防盗网，从三楼掉下摔死了。1、请问该住户违法了吗？2、住户违反了什么设计原则？仔细观察下图，找出设计不合理的地方。1、教学楼离公路太近；2、车棚离教学楼太远；3、人行道应该在学校门口。阅读书上49案例，同学间互相进行分析、讨论这些设计违反了什么原则？例1、违反了时效性原则例2、违反了可靠性和安全性原则例3、违反了最优化原则例4、违反了科学性原则总结强调：设计的原则之间不是毫无关联的，而是相互联系相互制约的！比如美观原则和经济原则会相互制约。（如家庭经济型轿车的制造，既考虑美观，又要考虑到大众的经济承受能力，另外还要注重可靠性和安全性原则、可持续发展原则。）问题5：为什么必须遵守技术设计的原则？解析：技术设计的原则是必须遵守的，否则会带来设计的缺陷，甚至造成重大的失误，最后导致设计失败。[案例]泰坦尼克号的设计就是没有严格的遵循设计的一般过程和设计的原则，船上的救生艇不足，导致悲剧的发生。例1（2014浙江9月）如图所示的插座，两个插头无法同时插入，该插座的设计不符合（）A实用原则B经济原则C美观原则D可持续发展原则。答案：A解析：两个插头无法同时插入的插座显然不太实用，很不方便。例3在我国，家用电器使用的交流电一般额定电压是220V、频率是50Hz,这体现家用电器的设计符合（）A科学性原则B实用性原则C技术规范原则D可持续发展原则。答案：C解析：家用电器使用交流电一般额定电压是220V、频率是50Hz，采用标准化技术和标准件，符合了设计的技术规范性原则。例4如图所示是一款儿童“骑马”脖套，可穿在大人身上，小孩子骑坐在上面并可绑定双脚，有利于小孩的安全。产品设计时以下因素中，不需要考虑的是（）A脖套帖合大人肩部的形状B脖套材料要牢固可靠C脖套座面适合小孩的臀部D脖套尺寸适合大人的身高答案：D解析：本题考查了设计分析中要考虑的因素。本题的设计对象是“骑马”脖套，要考虑大人肩部的形状；捆绑时要确保安全，需考虑材料的牢固性；座面与小孩接触，要符合小孩臀部的大小，所以A、B、C选项都需要考虑。脖套与大人的身高无关，无需要考虑，故选D。例5、公共汽车上设有特殊人群的座位，此设计遵循的设计基本原则（）A创新性原则B经济性原则C可持续发展原则D实用性原则。答案：D练习1如图所示是一款利用太阳能和风能供电的新能源路灯，太阳能和风能的利用主要体现了设计的（）A美观原则、经济原则B技术规范原则、经济原则C经济原则、可持续发展原则D道德原则、技术规范原则。C常规设计法系统设计法功能设计法工效学设计法可靠性设计法最优化设计法计算机辅助设计法CAD（ComputerAdiedDesign）借鉴法应用标准器件法技术（或工程）实验法保证系统各个部分的协调工作基本功能和辅助功能考虑人的生理和心理特征，能做到安全、方便、舒适、美观的设计目标抗热、抗震、抗干扰，适应环境，预备“余量”设计是一个反复进行的过程，以实现最优选择利用计算机进行设计或仿真，可以用最快的速度获得效果。例如：城市交通例如：横跨一条江河的交通：轮渡、桥梁、隧道（二）技术设计的一些方法1、常规设计法借鉴法：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。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，或对某几种对象进行对比，或寻找未知的原因，或以相似理论模型（或原型）进行试验（如汽车防撞设计性能试验）等。借鉴法应用标准器件法技术（或工程）试验法汽车防撞性能试验2、3、4、5、6、求7、(三)技术设计中的人机关系思考：人机关系中的“机”指的是什么？人与机器设备及所使用的一切物品之间的关系，包括使用时与所在的环境之间的关系。简单的说，“机”是指我们身边的所有物品。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。1.学生拿着钢笔写字2.司机手握方向盘3