通用技术设计的一般过程15

设计的一般过程设计的一般过程7/1/20227/1/2022案例一：色障者交通信号灯 2006年4月20日，丹麦。山东师范大学附属中学高三学生潘立群带着他的发明，与其他的国内选手一同参加国际中学生创新成果展评。 潘立群的项目令人眼前一亮，被授予最高奖“最佳国际优秀项目奖”，成为本届创新展评中获此殊荣的唯一的中国选手。 这是一个可以解决色觉障碍者驾驶车辆时分辨交通信号灯的发明。2005年4月，马上就要升入高三的潘立群，在一次偶然的机会中了解到全国色障患者有近6500万人，因为色障，他们不能考取驾驶执照，有的甚至连过马路也成问题。 7/1/2022 能不能发明一种交通道路信号灯解决色障者的识别问题？就是这个偶然的发现，点燃了潘立群创造的火花。在得到学校指导老师的认可后，潘立群正式开始攻关。 在接下来的几个月里，他到马路上研究各种信号灯的闪烁规律，上网搜寻国外相关的研究报告，后来，又三天两头往 医院跑去了解色障者和正常人的异同。半年后，潘立群终于拿出了设计产品：他通过改变电路，在红灯中加入“X”图形，在黄灯中加入“-”图形，绿灯保持不变。这样，红灯亮时“X”同时闪烁表示禁行，黄灯亮时“-”同时闪烁表示等待，绿灯不变表示通行。这使得色障者也可以通过灯的闪烁和图形识别来看到“红绿灯”。 7/1/2022 潘立群的发明得到专家们的高度赞赏：这个看似简单的发明，不是难在电路设计上，而是难在设计思路的创新上。首先，它符合各国信号灯的使用惯例和有关的国家标准，而且不需要增加成本；其次，它既不影响大多数人的使用，同时又能满足色障者的识别需要。项目有广泛的实用性并具备推广价值。7/1/20227/1/20227/1/2022案例二：注水肉检测仪器 南京第42中高三学生周浩经过一年多努力，成功发明一种测定仪器，只要往肉里一插，马上就让“注水肉”现形。周浩同学制作这个仪器是因妈妈的烦恼引起的。春节期间，他的妈妈在厨房里烧肉时，发现肉是注过水的，感叹自己无法辨别注水肉。周浩想：“能不能制出一个辨别仪呢？”他把这个想法跟指导老师刘海林一说，刘老师认为是个好主意。周浩说，肉和水都是导电体，但导电率不同，如果肉里加注一定量的水，肉的导电率就会相应改变 7/1/20227/1/2022 于是，他就运用一个电流表进行实验。当初的办法是，先从超市里买来正常的猪肉，测量后再注水，发现水进去后不渗透，电流量变化也不明显。后来才明白，注水必须在动物活体时进行，水才会均匀渗透。于是，周浩同学就带着电流表去肉摊子上实验，结果发现，正常猪肉的导电率为260毫安左右，牛肉为320毫安左右，而注水猪肉最大导电率可达600毫安左右，注水牛肉可达500毫安左右，其中的变化随注水量的增加而递增。经过多次实验，周浩制作出这台测试仪。该发明在第五届中国发明展览会上荣获银奖。据刘海林老师介绍，这种测试仪体积还可以缩小，如果批量生产，每个市场价仅在30元左右，普通市民都可以配备。7/1/2022下水道发电装置7/1/2022 在居民楼底楼安装一个发电装置，连接下水道排污管，冲厕所、洗衣服的污水通过重力势能原理得到二次利用，可解决整栋楼的照明和部分家庭用电重庆市朝阳中学高三（6）班学生陈澜，利用课余时间发明的“下水道发电装置”，在获得第二十一届重庆市青少年科技创新大赛创造发明一等奖后，获得第二届重庆市青少年科技创新市长奖提名。7/1/2022 “下水道发电装置的原理是利用废水从高楼落下产生重力势能发出电来！”据陈澜介绍，该装置在下水管道中安装了机械叶轮，因叶轮在管中的受力是均衡的，不易转动，于是他在叶轮上方按一定的角度安装了确定水流方向的月牙形挡板（导流板），由重力产生势能冲动叶轮转动，使连在一起的发电机也跟着转动而发出电来。为使粗渣不卡在叶轮处，在安装叶轮的地方，特设计凸出管道，以建立粗渣通道；又考虑到每家每户用水的不连续性，陈澜便在发电机后设计了蓄电池，由电能转为化学能，再汇集到物管或路灯等公用设备用电。“发明这个装置是我去三峡大坝参观后产生的灵感，原理都是一样的。”陈澜称，市内的高层小区每天都有大量生活污水排出，如果每栋楼的底层安装一个这样的装置，就可解决本栋楼的楼道路灯设施照明，甚至还可以解决部分小型家用电器的供电，关键是成本不高 7/1/2022 北碚区科技办公室主任胡雕表示，这个装置他们曾反复研究、论证过，认为实际投入使用的可能性比较大。以现在城市小区的发展规模和速度来看，一个小区的污水排放量甚至比一个小型水电站的流水量还大，如能有效地利用，解决小区内路灯设施照明等用电应该绰绰有余。胡主任算了一笔账：如按300万户城市居民计算，每3户1天用1吨水，那么每天将倒掉100万吨废水，一年就有36000多万吨废水，但如能变废为宝，对其加以利用，其经济价值将不可估量。不过胡雕也指出，由于污水每个时间段的流量和流速不同，究竟能多大限度地发挥作用，具体能发多少度电，还有待进一步论证。7/1/2022不要放过身边出现的问题引入案例：你知道高压锅是怎样产生的吗？300多年以前，法国一位名叫巴本的医生，周末和全家人到山上去度周末。在煮土豆时，明明看到水已经沸腾，可土豆就是煮不烂。一家人很扫兴地回来了。可巴本医生并没有放弃所看到的现象。他找到了水的沸点随压力的降低而降低，随压力的升高而升高原理，从而制造出了世界上第一个压力锅。假如巴本在野炊失败后，不再去思索为什么？，假如他只满足找到了解释野炊失败的原因，而不去着手压力锅的研制，那压力锅的发明就将和他失之交臂。7/1/2022不要迷信权威 引入案例：英国的大哲学家罗素来中国讲学，在开讲之前，他在黑板上出了一个题目：22等于多少？他问来听讲的学者们，他们都面带难色，回答不出来，因为他们想，罗素这样的大学问家，出的问题一定是很难的。但是，罗素却回答说，其实它就等于4。他的意思是说，请大家不要以为他讲的都对。不要迷信。在科学的发展过程中，有不少的人不迷信权威，而取得了成功，但是也有人因此而懊悔。7/1/2022要善于借鉴和迁移 引入案例：一位年轻的妈妈，下雨天骑自行车去接孩子，把孩子裹在雨衣里，孩子又热又闷，哭着闹着要出来。这位妈妈一直想解决这个问题。一次在动物园，她看到袋鼠妈妈将小袋鼠放在胸前的袋里的情形，受到很大启发，她马上回家把雨衣前面开了一个洞，装上一个帽沿，这样，一个袋鼠式母子雨衣就出来了。这种雨衣，很快由厂家开发出来，顿时成为上海市场上的热门货。7/1/2022多想想物品的其他功能 冰能取火，你相信吗？ 冰能取火是因为冰是透明的晶体，冰具有可塑性。根据冰的这两点基本特性，你可以将其做成一面凸透镜，用它来聚日光，不就可以取火了吗？7/1/20227/1/2022可伸缩插座7/1/20227/1/20227/1/20227/1/20227/1/20227/1/20227/1/2022单手开瓶器 7/1/2022 这个发明的意念是为了协助一些只能够运用一只手来开启水瓶的人。单手开瓶器的运作简单，用者只要把塑胶瓶放进内，开瓶器内的物料会与胶面产生磨擦力，因此便能轻易把瓶盖扭开。7/1/2022家居小盆栽自动洒水器 7/1/2022 很多人都喜欢在家里、办公室栽种小盆栽，但他们很多时都会忘记为小盆栽洒水，而令植物枯死。同学们简单地利用气压的理念，设计了一个小盆栽的自动洒水器。在这发明里，滴水的速度可自由调较。因此，它绝对是一个实用的发明品。7/1/20227/1/20227/1/2022 小孩子们总是喜欢走到近近的去看电视，但是，电视的辐射会令小孩患上近视。有见及此，这设计的装置能利用红外线感应的原理，在小孩走近电视时把电源截断，使他们的眼睛不受伤害。7/1/2022伽利略和体温表 当你感冒发烧，去医院看病时。医生通常会先请你试一下体温表，然后再根据你体温的高低及其他症状诊断你的病情。 体温表是医生探测病情的医疗器具。那么，体温表是谁发明制造的呢？是医生发明制造的吗？不是，它是大科学家伽利略根据医生的要求，受到水温变化的启示，发明制造出来的。 在400年前，科学家伽利略在威尼斯一所大学里教书。有些医生找到他，恳求说：“先生，人生病时，体温一般会升高，能不能想个办法，准确地测出体温，帮助诊断病情呢？” 7/1/2022医生的真诚请求，使伽利略感到难以推辞。为了制作出这一医疗器具，伽利略不停地思索，但总是想不出什么好办法。 一天，伽利略给学生上试验课。他边操作边讲解，学生都听得入迷。他问学生：“当水的温度升高，特别是开的时候，为什么会在罐内上升？” “因为水温达到沸点时，体积增大，水就膨胀上升。水冷却，体积缩小，又会降下来。”学生作出了正确的回答。 7/1/2022这个常识性的回答经学生一说，顿时使伽利略来了制造体温表的灵感。伽利略兴奋地想：水的温度发生变化，体积也随着变化；那么反过来，从水的体积变化，不是也能测出温度的变化吗？ 伽利略高兴得忘乎所以，竟不顾自己还在上课，马上回到办公室，根据热胀冷缩的原理着手，做起试验来。从根据这一原理，到试制体温表成功，中间还隔了一段很长的距离，伽利略不知试验了多少次，但都失败了。有一天，他用手握住试管底部，让管内的空气渐渐变热，然后把试管的上端插入冷水中，松开握着的手，他发现，水在试管里慢慢吸上一截去；再握住试管，水又渐渐从试管里被压了下去。 7/1/2022 从水的上升与下降，已经看出温度的变化了，但这不可能供医生去使用，因为一盆水和一根试管无法去给病人量体温，同时也没有温度变化的具体刻度。 后来，伽利略又做了多次改进，把一个很细很细的试管装上水，排出里面的空气，又密封住，并在试管上刻上了刻度，然后送给医生用，医生让病人握住试管，果然，水上升的刻度反映出了病人的体温。世界上第一个体温表试制成功了。 可是，到了寒冷的冬天，一个个温度表都破裂了，原来是水结冰撑裂的。伽利略又经过几十次试验，终于发现，可以用不畏严寒的酒精代替水。再往后，人们又发现水银比酒精更适宜。所以现在的体温计都是水银芯的。 7/1/2022设计的一般过程一、发现与明确问题一、发现与明确问题二、制定设计方案二、制定设计方案三、制作模型或原型三、制作模型或原型 四、测试、评估及优化四、测试、评估及优化 五、产品的使用和维护五、产品的使用和维护 7/1/2022 大致把设计过程分为五个阶段，不是规定程序，在实际的设计过程中。这种过程可能发生变化，也可能产生重复设计的一般过程7/1/2022 我们今天从最简单的便携小板凳的设计开始, ,来了解设计过程的基本环节。7/1/2022一、发现与明确问题设计必须从调查需求、分析信息、发现与明确需要设计必须从调查需求、分析信息、发现与明确需要解解决问题开始，提出设计项目，明确设计要求。决问题开始，提出设计项目，明确设计要求。讨论：讨论： 陈晨发现了什么问题？陈晨发现了什么问题？ 产生了什么需求？产生了什么需求？明确需求和设计要求:便携式小凳的设计要求是什么？便携式小凳的设计要求是什么？怎样写一份设计要求？怎样写一份设计要求？7/1/2022 “设计要求设计要求”包括的内容有：包括的内容有： 功能功能 外形、材料、结构、技术指标等要求外形、材料、结构、技术指标等要求 完成时间、成本等完成时间、成本等 反映的文化内涵反映的文化内涵 便携式小凳的设计要求：便携式小凳的设计要求： (1) (1)功能功能: :外出使用外出使用 (2) (2)结构稳固，最大承重为结构稳固，最大承重为600600牛顿。牛顿。 (3) (3)质量不大于质量不大于1 1千克，并能方便地放入学生书包千克，并能方便地放入学生书包 (4) (4)材料成本不高于材料成本不高于5 5元元7/1/2022马上行动主要环节 具体工作内容调查需求调查需求统计分析统计分析设计访谈提纲和调查问卷设计访谈提纲和调查问卷讨论讨论统计分析统计分析, ,绘制图表绘制图表列出设计要求列出设计要求结构简单、稳固，易制作：自重轻、结构简单、稳固，易制作：自重轻、体积小，携带方便：成本不高于体积小，携带方便：成本不高于5 5元元确定便携式小凳作为设计项目确定便携式小凳作为设计项目7/1/2022发现问题的方法和途径 问题存在于世界每个角落，存在人生的方方面面，我们不仅应有主动发现问题的意识，而且应掌握一些发现问题的方法。7/1/2022 爱因斯坦：提出一个问题比解决一个问题更重要 案例：深圳某化工厂悬赏百万元招募技术能手解决生产流水线故障，奖金发给来发现问题的德国人而不是实际解决问题的技术工人。7/1/2022（1）观察日常生活 日常生活是我们存在的背景和基础，它往往蕴藏着丰富的问题资源，同时也离我们最近。曾经有人发现：当人生病需要躺着用直吸管吸取杯中的饮料时，如果管子弯折了，就喝不到饮料，引发了可弯吸管的发明。鲁班上山手被野草划破，发明了锯。7/1/2022（2）收集和分析信息 我们通过对文献信息、网络信息、媒体信息的收集、检索和分析，往往可以发现一些有价值的问题；通过问卷调查、询问访谈等方式进行信息的收集，有时也会有惊人的发现。 【案例分析】现代产品设计的市场调查和分析7/1/2022（3）技术研究与技术试验 我们有可能从对已有技术问题的研究中发现与之相联系的问题，从已有的研究结论中发现新的问题，也有可能在技术研究、技术试验的过程中获得灵感、体悟，进而发现新的问题。7/1/2022 应明确应明确: : 1、运用不同的材料、结构可以产生不同的设计、运用不同的材料、结构可以产生不同的设计方案。方案。 2、任何设计方案都有改进的可能性，好方案决、任何设计方案都有改进的可能性，好方案决不会仅有一个。不会仅有一个。二、制定设计方案二、制定设计方案7/1/2022 可以通过用户调查、专家咨询、查阅图书资料、收听收看广播电视、浏览互联网等收集： （1）收集有关各类凳子的资料（2）收集有关各类便携、折叠、组合式凳子的资料1 1、收集信息、收集信息7/1/2022 雅格布森作品，结构简洁大方，独角支架、支撑脚线条雅格布森作品，结构简洁大方，独角支架、支撑脚线条明快，以不锈钢为材料，椅面和靠背是热压胶合板整体成型。明快，以不锈钢为材料，椅面和靠背是热压胶合板整体成型。整体造型精练雅致，具有雕塑般的美感和强烈的时代气息。整体造型精练雅致，具有雕塑般的美感和强烈的时代气息。 7/1/2022（5）访问木工师傅，了解他们制作）访问木工师傅，了解他们制作 凳子的经验凳子的经验（6）凳子尺寸）凳子尺寸（4）观看有关坐具的手工生产和机）观看有关坐具的手工生产和机 械化生产的音像资料械化生产的音像资料（3）查阅人机工程学的有关资料）查阅人机工程学的有关资料7/1/2022 根据设计要求，找出设计需要解决的主要问题，根据设计要求，找出设计需要解决的主要问题，和解决方法和解决方法 如：如： 对于小凳子要解决材料选择、结构设计、对于小凳子要解决材料选择、结构设计、便于携带等问题，以及提出解决方法便于携带等问题，以及提出解决方法2 2、设计分析、设计分析7/1/20222、设计分析需要考虑的主要因素， 如功能（人）、结构（物）、适应性（环境）7/1/2022设计分析如何选择材料如何选择材料如何使结构稳定如何使结构稳定如何便于携带如何便于携带选用轻质材料选用易加工材料选用废旧材料扩大支撑面采用接方式连接采用插接方式连接尽量缩小体积采取可拆卸式采用折叠式结构稳固结构稳固易于制作易于制作自重轻自重轻体积小体积小携带方便携带方便成本不高成本不高于于5元元材料材料结构结构携带携带P049马上行动7/1/2022 根据设计要求，大胆构思，挖掘创造潜力，提出多个设想根据设计要求，大胆构思，挖掘创造潜力，提出多个设想材料材料结构结构（画草图、做模型）（画草图、做模型）连接方式连接方式（画草图、做模型）（画草图、做模型）3 3、方案构思（头脑风暴、方案构思（头脑风暴P104P104）7/1/2022材材 料料结结 构构连接连接方式方式7/1/2022A.采用瓦楞纸材料的方案草图采用瓦楞纸材料的方案草图4 4、方案呈现、方案呈现7/1/2022B.采用木板、木棍材料的方案草图采用木板、木棍材料的方案草图7/1/2022C.采用五夹板材料的方案草图采用五夹板材料的方案草图7/1/2022 对提出的几个设计方案对提出的几个设计方案, ,依据一定的原则依据一定的原则, ,对方案进行筛选对方案进行筛选. . 方案C3比较符合设计要求.5 5、方案筛选、方案筛选7/1/2022设计的一般过程一、发现与明确问题一、发现与明确问题二、制定设计方案二、制定设计方案三、制作模型或原型三、制作模型或原型 四、测试、评估及优化四、测试、评估及优化 五、产品的使用和维护五、产品的使用和维护 7/1/2022主要环节 具体工作内容调查需求调查需求统计分析统计分析设计访谈提纲和调查问卷设计访谈提纲和调查问卷讨论讨论统计分析统计分析, ,绘制图表绘制图表列出设计要求列出设计要求结构简单、稳固，易制作：自重轻、结构简单、稳固，易制作：自重轻、体积小，携带方便：成本不高于体积小，携带方便：成本不高于5 5元元确定便携式小凳作为设计项目确定便携式小凳作为设计项目7/1/2022 (1)绘制图样绘制图样 (2)制作模型或者原型制作模型或者原型(缩小缩小简化简化)三、制作模型或原型三、制作模型或原型7/1/2022 (1)绘制图样 (2)制作模型或者原型(缩小简化)7/1/2022用高密度板做的一张凳子用高密度板做的一张凳子7/1/2022 7/1/2022 特点：材料简单，制作简便。独一无二的设计方式。对制作工具要求也不高。可拆卸，多种组合方式展现了创作者思维的开阔性 功能：尺寸大小适合中小学生使用。不能承受过大的重力。 可改进处：需要考虑结构强度，提高小凳的承重能力。外观再稍作修饰7/1/2022作品三7/1/2022 特点：结构稳固，承重能力强，合理利用废弃物。制作有一定难度。拆卸有一定难度，（下面的支撑管可拆下来放在盒子里） 功能：普通中学生都能使用的小凳。 可改进处：连接的零件可作进一步改进，合页可考虑换一个转弯管来连接7/1/20227/1/2022 特点：用家里装修的废弃材料做的可拆卸式小凳。所用材料完全是废物利用没有耗费其他用材。组合方式也很特别。附带的说明书也很详细。这个作品也反映了制作者的勤于动脑。每个部件的连接没有使用任何零件。仅仅是靠部件之间的缝隙刚好够卡住。 功能：展示多于使用，尺寸太小，只适合2，3岁小孩使用，但对于这种可拆卸式的小凳，小孩用不了。 可改进处：外观还需作修饰，扶手太高。要考虑舒适性7/1/20227/1/2022 特点：起初一看还以为是买的。可仔细一瞧确实是手工制作的。各个部件连接是属于铰连接，收起来后方便携带。制作难度较大（可能是家长帮助下完成的）。学生考虑到便于携带还钻孔，系上带子可挎在肩上。 功能：方便携带。大人小孩都能坐7/1/20227/1/2022 特点：手工制作，有抄袭嫌疑。各个部件连接是属于铰连接，收起来后方便携带。制作有一定难度。 功能：方便携带。大人小孩都能坐 可改进处：需要展示其与众不同之处7/1/2022（1）测试：）测试： 检验产品在操作、使用检验产品在操作、使用过程中，在结构和技术性过程中，在结构和技术性能等方面能否达到预定的能等方面能否达到预定的设计要求。设计要求。 （承重、稳定性）（承重、稳定性）四、测试、评估及优化四、测试、评估及优化（2）评估：）评估： 对各个方案的结构稳固、对各个方案的结构稳固、 造型、制作难度、自重、造型、制作难度、自重、 体积、携带、成本等方面体积、携带、成本等方面 进行评估进行评估小凳评估表7/1/2022（3）优化：）优化： 分析测试和评估的具体记录，同时听取用户、专家等的分析测试和评估的具体记录，同时听取用户、专家等的意见进行改正。意见进行改正。 （增加结构强度、美化外观）（增加结构强度、美化外观）7/1/20227/1/20227/1/20227/1/2022学生设计作品学生设计作品7/1/20227/1/20227/1/20227/1/20227/1/2022 正确使用和维护可以使产品更好地满足人们的正确使用和维护可以使产品更好地满足人们的需求需求, ,并能延长其使用寿命并能延长其使用寿命 如何设计使用说明书如何设计使用说明书五、产品的使用和维护五、产品的使用和维护1、产品介绍、产品介绍2、产品结构、产品结构3、技术指标、技术指标4、使用方法、使用方法5、注意事项、注意事项6、适用范围、适用范围7/1/20227/1/2022设计的一般过程 发现与明确问题发现与明确问题 制定设计方案制定设计方案 制作模型或原型制作模型或原型 测试、评估及优化测试、评估及优化 产品的使用和维护产品的使用和维护你生活中有哪些废旧物品？实践活动一：“变废为宝”【要求】四人一组，利用生活中的废旧物品设计一个系列作品（每组至少完成两个作品）。【时间】 1、本周：组建队伍头脑风暴分工 2、课余时间：收集废旧物品 3、下周：成品制作 4、展评