技術與設計2冊 1～4單元 復習提綱（精）
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技術與設計2復習綱要
第壹章：結構與設計
（壹）、常見的結構的認識：
壹、結構（structure)是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。
1、自然界：天體結構、植物的結構、動物的結構例：生產生活中還有哪些產品的結構是受到自然界事物結構的啟發而產生的？如：鋸子（植物的葉）潛水艇（魚）雷達（蝙蝠）等
2、技術領域：汽車的結構、微機的結構、數字控床的結構 （案例： 魁北克大橋的坍塌P4）
3、社會領域：教育管理系統的結構、通用技術的學科結構、課堂教學結構
二、結構與力
1、內力：當壹個結構受到外力作用時，內部各質點之間的相互作用會發生改變，產生壹種抵抗的力，稱為內力。應力：是構件的單位橫截面上所產生的內力。用公式表示應力為：σ= F/s , 其中 ,F 是內力 ,S 是受力面積 , σ是應力。
2、構件的基本受力形式：
①拉力：物體所承受的拉拽力
②壓力：擠壓物體的力
③剪切力：兩個距離很近，大小相等，方向相反，且作用於同壹物體上的平行的力
④扭轉力：反方向向物體兩端均勻施力，使物體發生扭轉形變的力
⑤彎曲力：作用於物體，使它產生彎曲的力
三、結構的分類
物體結構形態在受力時承受和傳遞力的方式差別分為：實體結構，框架結構 ，殼體結構
1、實體結構-----通常是指結構體本身是實心的結構。
受力特點：外力分布在整個體積中。主要承受壓力如墻壁、柱子、實心球等等
2、框架結構-----通常是指結構體本身由細長的構件組成，支撐空間卻不充滿空間。如窗戶、畫框、房子的架構等等
框架結構受力特點：實體結構是通過條狀物的連接來承受荷載，可以承受壓力和拉力
3、殼體結構-----通常是指層狀的結構。如貝殼、頭盔、汽車飛機的外殼等等
殼形結構受力特點：外力作用在結構體的表面上（殼形結構是通過殼形來傳遞力和承受荷載，特別是當頂部受到壓力時，它能將力均勻擴散）。
（二）、穩定結構的探析
壹、結構的穩定性
結構的穩定性—結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。它是結構的重要性質之壹。
影響結構穩定性的因素有多種，主要有重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小和結構的形狀等。
1、結構的重心（獨腳茶幾為重心降低，以提高穩定性）。
2、結構的底座（建築、橋梁這類大型的固定結構，底座越大越堅實，穩定性越好）。
3、結構的形狀（照相機的支撐架常使用三角架而不用其他形狀）
二、結構的強度
結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。
1、影響結構強度與結構的形狀、使用的材料、構件之間的連接方式等因素有密切的關系。
2、三角形是框架結構中最基本的形狀之壹，它結實、穩定，所有材料最少。
結構構件的連接通常有以下兩類：
a、鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等，如折疊傘傘骨間的連接、門與門框的連接等。
b、剛連接：被連接的構件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接等，如固定鐵床架的連接、不可移動的桌腿與桌面的連接等。
不同的材料有不同的連接方式。構件的連接方式不同，結構的強度也不同。
3、結構與功能（案例：自行車的結構與功能P21）
三、簡單結構的設計
1、結構設計應考慮的主要因素有：符合使用者對設計對象的穩定性和強度要求，安全因素，公眾和使用者的審美需求，使用者的個性化需要，對設計對象的成本控制要求和壹定的使用壽命等。（教材P25）
2、設計簡單的案例要求（參考：如：設計相框P26）：
①設計項目 ②設計要求 ③設計分析 ④設計方案 ⑤呈現草圖
四、精典結構欣賞
賞析結構設計作品，可從技術與文化兩個角度進行。
技術的角度主要有：結構的使用功能的實現，結構的穩固耐用，結構造型設計的創意和表現力，材料使用的合理性，工藝制造的精湛程度等。
文化的角度主要有：結構的文化寓意與傳達，公眾認可的美學原則，反映的時代、民族、習俗方面的特征，結構的個性特征等。
第二單元：流程與設計
壹、流程的涵義：
1、流程的概念：
流程是壹項活動或壹系列連續有規律的事項或行為進行的程序。任何流程都反映了壹定的時序，體現出壹定的環節。
⑴環節：活動或事件在其發展的過程中，依據某種特征或方式，可將該過程分解為若幹個小過程，稱這些小過程為環節。如：切種、布種、掩種環節，沖片和印片環節等。
⑴時序：過程的經歷中，各環節按照壹定的時間順序先後出現、完成。這種時間順序關系，稱為時序。時序體現了具體活動內容的先後關系，在這種先後關系中，有些步驟之間的時序是可以顛倒的，不些不可顛倒。
2、流程的表達（流程圖）：
依據流程的性質及人們的表達習慣，流程圖有文字表達、表格表達、圖示表達、模型表達、動畫演示等。
二、流程的分析：
1、生活與流程：
科學合理的流程，可以指導我們正確地做事，提高工作和學習的效率，是我們的生活變得有序、合理，為我們的安全提供保障（例洗衣、煮飯與燒菜的流程安排，碘鹽和味精佐料的加放流程，青黴素註射流程等）。
2、生產與流程：
運用科學合理的流程可以有效地組織生產、提高生產效率、保證產品質量、保證安全生產、保護環境等。
流程中工序的作業方式——串行和並行。上壹道工序完成之後才能進入下壹道工序——串行。幾項工作同時進行——並行。
3、簡單流程圖的識讀：
識讀流程圖的要點： ⑴找流程的環節，明確每個環節的功能和作用； ⑵弄清流程中時序的體現與特征； ⑶流程是技術的核心概念之壹。不同的流程，產生的效益往往不同，“理解流程就是質量”、“流程就是效益”等。
三、流程的設計：
1、流程設計的基本要求：
⑴提高效率。⑵提高質量。⑶節省資源。⑷安全生產。⑸提高經濟效益。⑹提高管理水平。
2、流程設計中的基本因素：
生產活動中的流程設計的基本因素主要有材料、工藝、設備、人員、資金和環境等。
不同行業的流程設計中考慮的基本因素各有差異。
流程設計要依據事物內在屬性和客觀的變化規律，科學地設計時序和環節，以達到設計目標。
3、流程設計的步驟：
第壹步：首先要明確設計的目的和任務，明確流程所應遵循的內在變化規律。第二步：要分析現有材料、設備、資金、人員、工藝和環境等因素。第三步：列出流程涉及的主要事項，並進行初步的排列。第四步：分析各事項（步驟）之間的先後順序，合理地安排流程的時序和環節。第五步：選擇壹個合適的表達方式畫出流程圖，對於有嚴格時間的時序，要標註時間。註意：流程設計的基本要素是環節和時序。
4、學畫流程設計的框圖：
畫流程設計框圖的壹般方法：⑴根據對事物的內在屬性和規律的分析，以及有關的考慮，將流程的全過程，按每個階段的功能、作用的不同，分解為若幹小過程——環節，並用方框表示環節。⑵按照每個小過程應該經歷的時間順序，將各環節依次排開，並用箭頭線連接起來。
四、流程的優化：
1、流程的優化及目的：
在設計和實施流程的過程中，經常需要進行不斷的修改和完善，這種對流程修改的過程，叫做流程的優化。
目的：提高工作效率、降低成本、降低勞動強度、節約能耗、減少環境汙染、保證安全生產等。
2、流程優化的內容：
壹般流程優化的主要內容有：工期優化、工藝優化、成本優化、技術優化、質量優化等。
對壹個流程的優化，可以是整體的全面優化，也可以是對某壹個指標進行優化。經常會有這樣的情況發生：某壹個指標得到了優化，而使另外的指標下降了。比如，技術優化，可能使成本提高。成本優化了，也可能使質量下降。因此，在進行流程優化時，要綜合平衡，以取得整體優化的成效。
3、流程優化的條件：
流程的改進和優化需要壹定的條件，它建立在設備和工藝水平提高的基礎上，建立在對流程內在機理進壹步研究的基礎上。例如，零件加工中材料的改變，會導致設備的改變和工藝方法的改變，從而加工流程就要改變；若材料不變，加工工藝改變了，設備也要改變，這樣，流程也會改變。因此，流程與材料、設備、工藝有著密切的關系，在優化流程時，需要充分考慮到這些條件。
第三單元：系統與設計
壹、系統的涵義：
1、系統的概念：
由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若幹要素或部分組成的具有特定功能的有機整體，稱為系統。
構成系統，必須具備三個條件：第壹，至少要有兩個或者兩個以上的要素（部分）才能組成系統；第二，要素（部分）之間相互聯系、相互作用，按照壹定方式形成壹個整體；第三，這個整體具有的功能是各個要素（部分）的功能中所沒有的。
2、 系統的類型：
系統是普遍存在的，也是多種多樣的。根據需要，可以對系統進行不同的分類。如，可把系統分為自然系統和人造系統，自然系統是自然形成的系統（如生態系統），人造系統是由人工制造加工而成的系統（如計算機系統和機械傳動系統）；也可把系統分為實體系統和抽象系統，實體系統是實物形態的（如生物系統、機械系統），抽象系統是非實物形態的（如哲學系統）。
3、系統的基本特性：
系統的基本特性主要有整體行（全局、集合）、相關性（匹配、關聯）、目的性（功能）、動態性（更新）和環境適應性（自適應）等，這些特性都體現了壹定的思想與方法。（結合課本相關案例，學會運用系統的基本特性，分析身邊的系統特別是P69頁五個案例）
二、系統的分析：
1、系統分析及其目的：
系統分析是指為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，並在此基礎上擬訂壹套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統提出改進方案的過程。
目的：尋求解決問題的最佳決策。
2、系統分析的壹般步驟：
明確問題，設立目標——收集資料，制定方案——分析計算，評價比較——檢驗核實，作出決策。
（結合田忌賽馬案例）
3、系統分析的主要原則：
系統分析應遵循整體性原則（丁謂修復皇宮）、科學性原則（三三進九不如二五壹十）和綜合性原則（孝襄高速公路）。
三、系統的優化：
1、系統優化的目的：
系統的優化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據系統的優化目標，采取壹定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
最小的成本——最大的利潤；最短的工期——更多的工程量；最少的能耗——更多的產品；單位面積土地——更高的農業產量。（案例：農業間作套種，家具利潤問題等）
幾個關鍵字：優化目標；目標函數；約束條件；影響因素。
2、系統優化的方法：
數學模型——最優解； 科學估算、試驗——滿意解。
四、系統的設計：
1、系統設計的目的、方法與過程：
系統設計是對各種各樣的系統進行調查分析、籌劃研究、評價實施、運行改善等，直到完成壹個能協調工作的實際系統的過程。
系統設計要考慮其目的與要求（以系統的整體功能的最優為目的）、系統各部分之間的相互聯系與相互作用、對系統設計方案進行優化（整體優化，統籌兼顧）等問題。
2、系統設計的壹般步驟：
系統設計的步驟包括：將系統分解為若幹子系統，確定各子系統的目標、功能及其相互關系，對子系統進行技術設計和評價，對系統進行總體技術設計和評價等。
3、簡單系統的設計：
了解系統設計應解決的主要問題和基本的設計過程，寫出系統設計或系統優化設計的書面方案，包括必要的設計草圖以及量化數據。（案例：手電筒照明供電部分的設計）
第四單元 控制與設計
壹、控制手段與應用
1、人們按照自己的意願或目的，通過壹定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制。
理解任何控制現象，都要明確控制的對象是什麽，控制要達到什麽目的和采取什麽控制手段。例如，人力三輪車轉彎過程中的方向控制問題，其控制的對象就是人力三輪車，控制的目的是為了改變三輪車行駛的方向，控制的手段是騎車人通過雙手轉動車把，改變前輪的方向並帶動後輪。
從控制過程中人工幹預的情形來分，控制有人工控制和自動控制（有無人直接參與）。
按照執行部件的不同，控制可分為機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。當然，在很多控制事例中，控制的手段又可以是綜合的。
二、控制系統的工作過程與方式
任何壹種控制的實現，都要通過若幹個環節，這些環節就構成了壹個系統，稱為控制系統。控制系統的輸出與輸入之間有壹定的對應關系。
控制系統通常又分為開環控制系統和閉環控制系統。
1、控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統稱為開環控制系統。
對於開環控制系統，通常可以用下面的方框圖來描述：
控制量
輸入量——→控制器——→執行器——→被控對象——→輸出量
2、控制系統可以把輸出量返回到輸入端與給定值進行比較，構成壹條閉合回路。我們把系統的輸出量返回到輸入端並對控制過程產生影響的控制系統稱為閉環控制系統。
三、閉環控制系統的幹擾與反饋
1、幹擾因素
在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為幹擾因素。有的幹擾因素是由於環境造成的，有的幹擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。
在控制系統中，幹擾因素可能有壹個，也可能有若幹個。
控制系統在工作過程中必須克服幹擾，使被控量穩定。
2、反饋：控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端並與輸入量進行比較的過程，就是反饋。
利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法，稱為反饋方法。
閉環控制系統的工作過程
從反饋來看，閉環控制系統就是指在系統的輸出與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產生影響的控制系統。閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。
由於某種幹擾因素的存在，系統的被控量偏離給定值時，閉環控制系統中的反饋環節能及時檢測出被控量的值，並迅速反饋到輸入端，與給定值進行比較，控制器根據比較得到的偏差信號進行調節，從而使系統的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。所以，壹個閉環控制系統，能夠克服外界幹擾，使被控量控制在給定值附近。
閉環控制系統與開環控制系統的比較
開環控制系統本身不能對被控量的偏差進行調整和補償。也就是說，由於某種幹擾信號的作用使輸出信號出現非正常狀態時，系統本身沒有自動糾正的能力，要進行糾正，必須借助於人工。所以，開環控制系統的控制精確度（或稱控制精度）相對比較低。但如果控制系統中各組成元件的特性比較穩定，而且外界的幹擾相對較小，則開環控制系統也可以保證壹定的精度。開環控制系統壹般結構簡單，適用於控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合。
閉環控制系統的優點是控制精度高，不論何種原因造成系統的輸出量偏離給定量，閉環控制系統都會產生控制作用來減小這壹偏差。與開環控制系統相比，閉環控制系統的設計比較麻煩，結構也相對復雜，構成控制系統的成本較高。閉環控制系統是自動控制中廣泛采用的壹種控制方式，用於要求高精度和高可靠性的場合。
3、 功能模擬方法
以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原形”的功能和行為的方法，就是功能模擬法。
4、 黑箱方法
通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，就是黑箱方法。
四、控制系統的設計與實施
要設計好壹個控制系統，應該明確這個系統要達到的目的是什麽，所要控制的對象是什麽，被控對象有哪些重要的特性，被控量和控制量分別是什麽，外界的主要幹擾因素有哪些，選擇怎樣的設計方案既能達到目的，又經濟、易於實現，如何選擇設備和元件，等等。
設計壹個控制系統，是選擇開環控制還是閉環控制，應根據對控制精度的要求以及條件的可行性而定。在控制系統設計過程中，被控對象的特性往往難以直接得到，通常是通過了解被控對象的輸入與輸出之間的關系來分析它的基本特性，從而確定控制器的運算方式；壹個控制系統中可能存在若幹個幹擾因素，需要分析主次，找出對系統影響最大的幹擾因素；被控量和控制量的確定是控制方案的關鍵，對於簡單控制系統，需要控制的量往往被確定為被控量，控制量應選擇可控制的、對抑制幹擾因素和保持系統穩定有明顯作用的量；執行器、檢測器的選擇壹是要根據被控量和控制量的需求，二是要根據控制的條件進行。總之，能達到控制的目的，采用易於實現的控制方式，降低控制成本、減少對環境的負面影響等，是我們進行控制系統設計必須考慮的基本問題。
控制系統的設計方案，還包括畫出必要的設計圖紙（控制電路設計或系統結構設計）和實施圖紙、撰寫設計說明書等。
開環控制系統的設計
開環控制系統的設計相對比較簡單，在明確設計要求，明確被控對象、被控量和控制量後，即可考慮具體控制系統的方案。
閉環控制系統的設計
第壹，壹個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。
第二，控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的範圍之內。
第三，閉環控制系統應有較好的抗幹擾性能。
在進行閉環控制系統的設計時，幾項控制要求之間往往會產生矛盾，需要結合具體問題全面解決或有所側重地解決。