工藝與設計第二冊1 ~ 4單元復習大綱(精)
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技術與設計復習大綱2
第壹章:結構和設計
(壹)、對常見結構的理解:
壹、結構是指事物各組成部分之間的有序搭配和排列。
1，自然:天體的結構，植物的結構，動物的結構。比如生產生活中還有哪些受自然事物結構啟發的產品？如鋸(植物的葉子)、潛艇(魚)、雷達(蝙蝠)等。
2.技術領域:汽車結構、微機結構、數字床控制結構(案例:P4魁北克大橋坍塌)。
3.社會領域:教育管理體系結構、通用技術學科結構和課堂教學結構。
二、結構和受力
1.內力:當壹個結構受到外力時，內部質點之間的相互作用會發生變化，產生壹種抵抗力，稱為內力。應力:是構件單位截面上產生的內力。公式表示的應力為σ= F/s，其中F為內力，S為應力面積，σ為應力。
2、構件的基本受力形式:
①拉力:物體所承受的拉力。
②壓力:擠壓物體的力。
③剪切力:作用在同壹物體上的兩個距離相近、大小相等、方向相反的平行力。
(4)扭轉力:均勻地向物體兩端施加相反方向的力，使物體扭曲變形的力。
⑤彎曲力:作用於物體使其彎曲的力。
第三，結構的分類
物體的結構形式受力時承受和傳遞力的方式的不同，分為實體結構、框架結構和殼體結構。
1，固體結構——通常指結構本身是固體結構。
受力特點:外力分布在整個體積內。主要承受墻壁、柱子、實心球等壓力。
2、框架結構——通常指結構本身由細長構件組成，支撐空間不是全部空間。比如窗戶、相框、房子的建築等等。
框架結構的力學特性:實體結構通過板條的連接來承受載荷，可以承受壓力和拉力。
3、殼層結構——通常指層狀結構。如炮彈、頭盔、汽車和飛機的外殼等。
殼體結構特點:外力作用於結構表面(殼體結構通過殼體形狀傳遞力和承受載荷，特別是頂部受壓時，能均勻地分散力)。
(二)、穩定結構的分析
壹、結構的穩定性
結構穩定性——結構在負載下保持其原始平衡狀態的能力。這是結構的重要性質之壹。
影響結構穩定性的因素很多，主要包括重心的位置、結構與地面接觸形成的支撐面的大小、結構的形狀等。
1，結構重心(獨腳茶幾重心降低，提高穩定性)。
2、結構的基礎(建築物、橋梁等大型固定結構，基礎越大越牢固，穩定性越好)。
3.結構的形狀(三腳架常用來代替其他形狀作為相機的支撐框架)
第二，結構強度
結構的強度是指其抵抗外力破壞的能力。
1，結構強度的影響與結構的形狀、使用的材料、構件之間的連接方式等因素密切相關。
2.三角形是框架結構中最基本的形狀之壹。牢固穩定，所有材料最少。
結構構件的連接通常有以下兩種類型:
A.鉸接連接:被連接的構件在連接處不能相對移動，但可以相對轉動，如螺栓松動、鉚釘松動等。，比如折疊傘的傘骨之間的連接，門與門框之間的連接等。
B.剛性連接:被連接的構件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉動，包括榫接、膠接、焊接等。如固定鐵床架的連接，固定桌腿與桌面的連接等。
不同的材料有不同的連接方式。結構的強度隨著部件的連接方式而變化。
3.結構與功能(案例:自行車P21的結構與功能)
第三，簡單結構的設計
1.結構設計應考慮的主要因素有:滿足用戶對設計對象穩定性和強度的要求、安全因素、公眾和用戶的審美需求、用戶的個性化需求、對設計對象的成本控制要求和壹定的使用壽命。(課本P25)
2.簡單設計的案例要求(參見: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展示草圖。
第四，經典結構的欣賞
結構設計作品的欣賞可以從技術和文化兩個角度進行。
從技術角度看，主要有:結構使用功能的實現，結構的穩定性和耐久性，結構造型設計的創造性和表現力，材料使用的合理性，技術制造的精致程度等等。
文化視角主要包括:結構的文化意蘊與傳播，大眾認可的審美原則，反映的時代特征、民族風情，結構的個性特征。
第二單元:過程和設計
壹、過程的意義:
1，過程的概念:
過程是壹項活動或壹系列連續的、有規律的事件或行為。任何過程都反映了壹定的時間順序，體現了壹定的環節。
⑴環節:壹項活動或事件在其發展過程中，按照壹定的特點或方式，可以分為若幹個小過程，稱為環節。如:切籽、鋪籽、遮籽、膠片處理和印刷。
⑴時序:在過程中，每個環節都是按照壹定的時序出現和完成的。這種時序關系稱為時序。時間順序反映了具體活動的順序。在這個順序中，某些步驟之間的順序可以顛倒，但不能顛倒。
2、過程的表達(流程圖):
根據流程的性質和人們的表達習慣，流程圖包括文字表達、表格表達、圖形表達、模型表達、動畫演示等。
二、流程分析:
1，生活與過程:
科學合理的流程可以指導我們正確的做事，提高工作和學習的效率，使我們的生活有序合理，為我們的安全提供保障(比如洗、煮、煮的流程安排，加碘鹽和味精調味的流程，青黴素註射的流程等。).
2、生產和工藝:
采用科學合理的工藝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。
流程中流程的操作模式-串行和並行。上壹道工序完成後，就可以進入下壹道工序——串行。幾項任務同時並行執行。
3、簡單流程圖閱讀:
閱讀流程圖的要點是:(1)找到流程的環節，明確每個環節的功能和作用；⑵找出時序在過程中的體現和特點；⑶過程是技術的核心概念之壹。不同的過程往往會產生不同的效益，比如“理解過程就是質量”、“過程就是效益”。
三、流程的設計:
1、工藝設計的基本要求:
(1)提高效率。⑵提高質量。⑶節約資源。(4)安全生產。⑸提高經濟效益。[6]提高管理水平。
2.工藝設計的基本因素:
生產活動中工藝設計的基本要素主要包括材料、工藝、設備、人員、資金和環境。
不同行業的工藝設計考慮的基本因素是不壹樣的。
流程設計要根據事物的內在屬性和客觀變化規律，科學設計時序和環節，以達到設計目標。
3、流程設計步驟:
第壹步:首先要明確設計的目的和任務，明確流程應該遵循的內在變化規律。第二步:分析現有的材料、設備、資金、人員、技術和環境。第三步:列出流程中涉及的主要事項，做壹個初步的安排。第四步:分析每壹項(步驟)的順序，合理安排流程的順序和環節。第五步:選擇適當的表達方式，畫出流程圖。對於時間嚴格的時間序列，標註時間。註:流程設計的基本要素是環節和時序。
4.學畫流程設計框圖:
繪制流程設計框圖的壹般方法:(1)根據對事物內在屬性和規律的分析及相關考慮，將流程的整個過程按照各階段的不同功能和作用分解成若幹個小的流程——環節，環節用方框表示。(2)按照每個小流程要經歷的時間順序，依次排列各個環節，用箭頭線連接起來。
第四，流程的優化:
1，流程優化及目的:
在設計和實施流程的過程中，往往需要不斷地修改和完善流程。這個修改流程的過程叫做流程優化。
目的:提高工作效率，降低成本，降低勞動強度，節約能源消耗，減少環境汙染，確保安全生產。
2.流程優化的內容:
壹般工藝優化的主要內容包括:工期優化、工藝優化、成本優化、工藝優化、質量優化等。
過程的優化可以是整體優化，也可以是某個指標的優化。經常會出現壹個指標優化，另壹個指標降低的情況。例如，技術優化可能會增加成本。如果成本優化了，也可能降低質量。因此，在流程優化中，需要綜合平衡，才能達到整體優化的結果。
3.流程優化的條件:
工藝的改進和優化需要壹定的條件，這些條件是基於設備和工藝水平的提高以及對工藝內在機理的進壹步研究。比如零件加工中材料的變化會導致設備和工藝方法的變化，所以加工流程會發生變化；如果材料不變，加工工藝會變，設備也會變，所以工藝也會變。因此，工藝與材料、設備和工藝密切相關，在優化工藝時需要充分考慮這些條件。
第三單元:系統與設計
壹、制度的含義:
1，系統的概念:
由若幹相互聯系、相互作用、相互依存、相互依賴的要素或部分組成的具有特定功能的有機整體，稱為系統。
要形成系統，必須滿足三個條件:壹是至少要有兩個或兩個以上的要素(部分)才能形成系統；二是要素(部分)相互聯系，以壹定的方式相互作用，形成壹個整體；第三，這個整體具有各種元素(部分)的功能所沒有的功能。
2、系統的類型:
系統無處不在，多種多樣。根據需要，可以對系統進行不同的分類。例如，系統可以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)，人造系統是人工制造加工的系統(如計算機系統、機械傳動系統)。系統也可以分為物理系統和抽象系統。物理系統是物理的(如生物系統、機械系統)，抽象系統是非物理的(如哲學系統)。
3、系統的基本特征:
系統的基本特征主要包括全線性(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。這些特點都體現了壹定的思路和方法。(學會運用系統的基本特征，結合課本上的相關案例，分析妳身邊的系統，尤其是P69頁的五個案例。)
二、系統分析:
1，系統分析及其目的:
系統分析是指用科學方法對系統進行徹底的調查、分析、比較和測試，並在此基礎上擬定壹套行之有效的處理步驟和程序，或對原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，設定目標——收集數據，制定計劃——分析計算，評估對比——檢查驗證，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(丁偉宋代宮殿復原)、科學性原則(三三九優於二五十)、全面性原則(瀟湘高速)。
三、系統優化:
1，系統優化的目的:
系統優化是指根據系統的優化目標，在給定的條件(或約束)下，采取壹定的措施和方法，使系統的目標值最大化(或最小化)。
最小成本-最大利潤；最短的工期——更多的工程量；最低能耗-更多產品；單位面積土地-更高的農業產量。(案例:農業間作、家具盈利等。)
幾個關鍵詞:優化目標；目標函數；制約因素；影響因素。
2、系統優化方法:
數學模型-最優解；科學估算，實驗滿意解。
第四，系統的設計:
1、系統設計的目的、方法和過程:
系統設計是壹個調查分析、規劃研究、評估實施、運行改進等過程。直到壹個可以協調工作的實用系統完成。
系統設計要考慮其目的和要求(以系統整體功能的優化為目標)，系統各部分之間的相互關系和相互作用，系統設計方案的優化(整體優化，統籌考慮)。
2、系統設計的壹般步驟:
系統設計的步驟包括:將系統分解為若幹個子系統，確定各子系統的目標、功能及其關系，進行子系統的技術設計和評估，進行系統的總體技術設計和評估。
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和量化數據。(案例:手電筒照明電源部分的設計)
第四單元控制和設計
壹、控制手段及應用
1，人按照自己的意願或目的，通過壹定的手段，使事情向預期的目標發展，這就是控制。
要理解任何控制現象，就要明確控制的對象是什麽，控制的目的是什麽，采取什麽控制手段。比如人力三輪車轉彎時方向控制的對象就是人力三輪車。控制的目的是改變三輪車的方向。控制手段是騎車人雙手轉動車把，改變前輪方向，帶動後輪。
從控制過程中人工幹預的情況來看，有人工控制和自動控制(有或沒有直接參與)。
根據執行部件的不同，控制可分為機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。當然，在很多控制情況下，控制手段可以是全面的。
二、控制系統的工作過程和方式
任何壹種控制的實現都要經過幾個環節，這些環節構成壹個系統，稱為控制系統。控制系統的輸出和輸入之間有壹定的對應關系。
控制系統通常分為開環控制系統和閉環控制系統。
1.控制系統的輸出對系統的控制沒有影響。這種控制系統稱為開環控制系統。
對於開環控制系統，通常可以用下面的框圖來描述:
控制量
輸入→控制器→執行器→被控對象→輸出。
2.控制系統可以將輸出返回到輸入端，與給定值進行比較，形成閉環。我們把系統的輸出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。
第三，閉環控制系統的幹擾和反饋
1，幹擾因素
在控制系統中，除輸入(給定值)外，引起被控量變化的各種因素稱為幹擾因素。有些幹擾因素是環境造成的，有些是人為因素造成的，比如手機信號影響飛機導航信號。
在控制系統中，可能有壹個或幾個幹擾因素。
控制系統必須克服工作過程中的幹擾，使被控量穩定。
2.反饋:在控制系統中，通過適當的檢測裝置將輸出返回到輸入，並與輸入進行比較的過程就是反饋。
利用反饋對被控對象進行分析和處理，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期目標運行的方法稱為反饋法。
閉環控制系統的工作過程
從反饋的角度來看，閉環控制系統是指系統的輸出和輸入之間存在反饋回路，輸出對控制過程有影響的控制系統。閉環控制系統的核心是通過反饋減少被控量(輸出)的偏差。
由於壹些幹擾因素的存在，當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到被控量的值，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整，使系統的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。因此，閉環控制系統可以克服外界幹擾，將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調節和補償被控量的偏差。也就是說，當輸出信號由於某種幹擾信號而出現異常時，系統本身是沒有能力自動修正的。要糾正它，必須依靠人工。所以開環控制系統的控制精度(或控制精度)比較低。但如果控制系統中各元件的特性比較穩定，外界幹擾比較小，開環控制系統也能保證壹定的精度。開環控制系統壹般結構簡單，適用於控制精度不高，系統元件相對穩定的場合。
閉環控制系統的優點是控制精度高。無論是什麽原因導致系統的輸出偏離給定的量，閉環控制系統都會產生控制來減小這種偏離。與開環控制系統相比，閉環控制系統在設計和結構上更復雜，形成控制系統的成本更高。閉環控制系統是自動控制中廣泛使用的控制方法，用於要求高精度和高可靠性的場合。
3.功能模擬方法
基於功能和行為的相似性，用“模型”模擬原型的功能和行為的方法就是功能模擬法。
4.黑盒方法
通過研究系統的輸入輸出關系，推斷系統內部結構和功能的方法是黑箱方法。
第四，控制系統的設計與實現
設計壹個好的控制系統，要明確這個系統的目的是什麽，被控對象是什麽，被控對象的重要特性是什麽，被控量和被控量分別是什麽，主要的外界幹擾因素是什麽，選擇什麽設計方案能達到目標，經濟又容易實現，設備和元器件如何選擇等等。
在設計控制系統時，選擇開環控制還是閉環控制，應取決於控制精度的要求和條件的可行性。在控制系統設計過程中，往往很難直接獲得被控對象的特性。通常通過了解被控對象的輸入輸出關系來分析其基本特性，從而確定控制器的運行方式。壹個控制系統中可能存在多個幹擾因素，需要分析主次因素，找出對系統影響最大的幹擾因素。控制量和控制量的確定是控制方案的關鍵。對於簡單的控制系統，往往把需要控制的量確定為被控量，選擇可控量，這對抑制幹擾因素，維持系統穩定有明顯的作用。執行器和檢測器的選擇，壹是根據被控量和被控量的需求，二是根據控制條件。總之，在設計控制系統時必須考慮的基本問題有: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。
控制系統的設計方案還包括繪制必要的設計圖(控制電路設計或系統結構設計)和實施圖，編寫設計說明書等。
開環控制系統的設計
開環控制系統的設計相對簡單。在明確了設計要求、被控對象、被控量、被控量之後，就可以考慮具體的控制系統方案了。
閉環控制系統的設計
首先，閉環控制系統必須穩定才能正常工作。
其次，控制系統的控制精度必須滿足要求，即系統的輸出與給定值之差要控制在允許的範圍內。
第三，閉環控制系統應具有良好的抗幹擾性能。
在閉環控制系統的設計中，往往存在幾個控制要求之間的矛盾，需要結合具體問題綜合或重點解決。