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(共10張PPT)
第三節(jié)技術(shù)設(shè)計的一般過程和方法
1976年，一名技術(shù)人員在三峽長江邊上一個縣城對面的高山上建了一個電視臺，運行良好。后來，這名技術(shù)人員因工作原因調(diào)回了廣東，在后面的幾年里，縣里先后建了8個電視臺，但奇怪的是，每一個電視臺都遵受了雷擊，有的包視臺還造受了多次雷擊，而縣城對面的高山上的電規(guī)臺卻安全無恙。該山比其他電視臺還高，而且是雷擊區(qū)，建電視臺前，被寄擊后殘存的大樹樁至今都還在。
在無法弄清原因的情況下，該縣有關(guān)領(lǐng)導和技術(shù)人員，親自到
廣州，拜訪了那個設(shè)計、建設(shè)該縣第一個電視臺的技術(shù)人員。原來，
設(shè)計該電視臺時，這名技術(shù)人員到重慶電視臺和本縣電信局進行了
詳細調(diào)研，學習了防雷的方法。在設(shè)計建設(shè)電視臺時，在地基下挖
了六米深的大坑，在底部分幾層埋下木炭、鹽、泥土、厚銅板，接
出地線，將防雷地線和工作地線分開，將電視臺小屋整個用鋼條屏蔽（連接地線)，留出門、窗和進出線口后，再用磚砌起來。新接手的技術(shù)人員不重視防雷，沒有調(diào)查、收集有關(guān)的信息，建電視臺時，只做了一般的防雷措施，才導致了前面所說的后果。
案例導入：
此案例說明了什么？
一、技術(shù)設(shè)計得一般過程
案例：P51-52
山村路燈的設(shè)計
劉輝住在一個離小鎮(zhèn)約25km的山村里。村子通往鎮(zhèn)里的山路上有一座沒有路燈的簡易木橋，近期發(fā)生幾起夜里到鎮(zhèn)醫(yī)院急診的患者及趕集夜歸的路人掉進河里的事故，村民們急切希望能在小橋邊裝上照明燈。劉輝在學習了通用技術(shù)課程后，決定為鄉(xiāng)親們設(shè)計路燈。
發(fā)現(xiàn)問題
劉輝與同學們就路燈的設(shè)計到實地進行了調(diào)查，并收集了與路燈設(shè)計有關(guān)的資料。
(1)夜晚急診患者及趕集夜歸的路人都要經(jīng)過小橋，解決橋邊的路燈照明很有價值。
(2)小鎮(zhèn)靠本地小水電站供電照明，枯水季節(jié)經(jīng)常發(fā)生停電。
(3)小橋位于山路中段，離山村和小鎮(zhèn)都約12km；小橋位置地處河谷，晴天時陽光充足，常年風都比較大。
(4)全路段安裝路燈投入太大，小橋不長，安裝1盞路燈即可。其他路段相對平坦，可以暫不安裝。
(5)路燈的供電方式有市電、蓄電池、風能和太陽能。
收集設(shè)計所需的信息、數(shù)據(jù)、資料
值得解決嗎？
一、技術(shù)設(shè)計得一般過程
案例：P51-52
經(jīng)過實地調(diào)查和收集有關(guān)資料，劉輝和同學們進一步明確了該路燈設(shè)計的價值、技術(shù)的問題和設(shè)計的條件及能力。
確定課題
劉輝向通用技術(shù)老師提出了自己的設(shè)想。老師向?qū)W校領(lǐng)導做了匯報，學校同意在設(shè)備、技術(shù)、資金上給予幫助。劉輝和同學們受到鼓勵，他們成立了項目小組，決定把設(shè)計工作落到實處。
設(shè)計構(gòu)思、
設(shè)計多種方案
值得解決嗎？
有條件解決嗎？
項目小組為設(shè)計路燈制訂了3個初步方案，并分別繪畫了草圖。方案1：從鎮(zhèn)里架設(shè)交流供電線路，用220V交流電作路燈電源，用水泥柱作燈柱，人工開關(guān)路燈。方案2：用蓄電池供電，用直流12VLED(發(fā)光二極管)作光源，用光敏二極管控制，自動開關(guān)路燈，用水泥柱作燈柱。蓄電池送到小鎮(zhèn)充電，多塊蓄電池交替使用。方案3：用LED作光源，用光敏二極管控制自動開關(guān)路燈，用水泥柱作燈柱，采用風光互補供電裝置提供路燈電源。
一、技術(shù)設(shè)計得一般過程
案例：P51-52
項目小組對3個方案進行分析、權(quán)衡和比較。
（1)采用方案1要架設(shè)一條交流電供電線，電線、燈柱投入要幾萬元，成本非常高。在枯水季節(jié)大多數(shù)時間水電站發(fā)電會受影響，存在經(jīng)常停電的可能。
（2)采用方案2少了架設(shè)交流電線的投資，但因經(jīng)常要將蓄電池送到小鎮(zhèn)充電，比較麻煩，需要多塊蓄電池，投資也不少。
(3)采用方案3風光互補供電裝置，省去人工充電的麻煩，加上采用光戴二極管在晚上和白天自動開關(guān)路燈，安裝調(diào)試好后不用人工管理。風光互補供電裝置全套不到2000元，從建設(shè)成本和管理成本考慮比方案1和方案2好。
項目小組決定選用方案3。
對多種方案進行分析、比較、權(quán)衡，選定方案
項目小組對方案3進行了詳細的設(shè)計、制作、安裝和調(diào)試。
進行具體、詳細的設(shè)計
一、技術(shù)設(shè)計得一般過程
案例：P51-52
試用了1個月后，村民們反映了一些意見。
(1)路燈在天完全黑時才開啟，仍不安全，能否天未全黑就開啟。
(2)對智能控制器和蓄電池的防水不夠完善，雨水會飄灑到設(shè)備內(nèi)，容
易引起設(shè)備的損壞。
(3)該山區(qū)常有雷電，擔心設(shè)備受到雷擊。
(4)8m高的燈柱有被大風吹倒和被牛羊撞倒的可能。
(5)擔心燈柱下面的智能控制器和蓄電池被盜竊。
同學們針對路燈存在的問題進行了檢查、分析，并派人到縣城向?qū)＜艺埥獭W習，然后對自動開關(guān)路燈的設(shè)計進行了修改。
(1)重新調(diào)試了光敏二極管的工作點，使天還未全黑時，路燈就開啟。防水。
(2)改進了路燈的防水設(shè)備，使其不但能從上方防水，而且側(cè)面也能
(3)將燈柱下面的智能控制器和蓄電池改為安裝在通風良好、防水完善
的鍍鋅鐵盒中并鎖上。
(4)加裝了避雷針。
(5)燈柱加裝了高50cm、直徑40cm的水泥墩，予以加固。路燈經(jīng)過6個月試用，效果良好，晚上過小橋時再也不用擔心掉到河里了，
村民們十分滿意（圖2-13）。
評價、提出改進意見
一、技術(shù)設(shè)計得一般過程
案例：P51-52
設(shè)計成果還由通用技術(shù)老師請學校領(lǐng)導、鎮(zhèn)上技術(shù)服務(wù)站的張技術(shù)員、村主任及班里各小組代表等一起進行了評價，大家認為劉輝等同學的路燈設(shè)計不但具有技術(shù)價值、經(jīng)濟價值、社會價值，而且還體現(xiàn)了生態(tài)優(yōu)先、綠色環(huán)保的意識。圖2-13路燈
是最優(yōu)
設(shè)計嗎？
設(shè)計完成
是最優(yōu)化設(shè)計
一、技術(shù)設(shè)計的一般過程
發(fā)現(xiàn)問題
收集設(shè)計所需的信息、數(shù)據(jù)、資料
確定設(shè)計課題
設(shè)計構(gòu)思
設(shè)計多種方案
對多種方案進行分析、比較、權(quán)衡、選定方案
進行具體、詳細的設(shè)計
實施設(shè)計（產(chǎn)品研制）
產(chǎn)品（或方案實施結(jié)果）的檢測
評價、提出改進意見
設(shè)計完成
是最優(yōu)設(shè)計嗎
是
不解決
否
暫時不解決
無
進行鑒定
申請專利
修改設(shè)計
否
值得解決嗎
是
有條件解決嗎
有
提問：山村路燈設(shè)計中哪些方面體現(xiàn)了工程思維？
(1)科學性：設(shè)計沒有違反科學原理
(2)定向性：地，點是某村與小鎮(zhèn)間的小橋旁邊，要求盡快建成。
(3)求解的非唯一性：有3個設(shè)計方案供選擇。
(4)價值性：解決了危及村民生命安全的問題。
(5)集成性和綜合統(tǒng)籌性：由學校領(lǐng)導、鎮(zhèn)上技術(shù)人員、村主任、
班組學生代表共同設(shè)計、施工 試用、評價和改進。
(6)矛盾和協(xié)調(diào)性：功率較大的元器件耐用些，光照面積也大些，但價格較貴。選用元器件時既要
滿足設(shè)計需求又要控制在成本預算中，無須用遠超設(shè)計需求的元器件，夠用即可。
(7)可靠性和“容許誤差限度”：由項目小組估算決定，試用后修改。
(8)工程風險：項目小組在設(shè)計時考慮到路燈有遭雷擊、山體滑坡和水流沖擊的風險。
提問：山村路燈設(shè)計遵循了哪些原則？
(1)科學性原則：設(shè)計遵從科學原理。
(2)創(chuàng)新性原則：創(chuàng)新設(shè)計了路燈自動開關(guān)裝置
(3)安全性原則：系統(tǒng)分析了設(shè)計潛在的風險，進行了防雷擊、防風、防水、 防盜、防撞擊的設(shè)計
(4)實用性原則：設(shè)計的路燈能在夜間為路人照明。
(5)經(jīng)濟性原則：從質(zhì)量和價格的角度對方案進行比較、權(quán)衡，讓設(shè)計在滿足需求的情況下成本最低。如在設(shè)計中考慮成本問題，舍棄了需要花費幾萬元架設(shè)交流電供電設(shè)備的方案1和需要購入多塊蓄電池的方案2，而選擇更經(jīng)濟的風光互補供電方案。
(6)可靠性和耐用性原則：使用了水泥柱、LED等部件，使路燈適應(yīng)使用的環(huán)境，減少故障發(fā)生的概率可靠地工作，滿足使用要求。
山村路燈設(shè)計遵循了哪些原則？
(7)標準化原則：在設(shè)計中選用標準化部件，如光伏板、風力發(fā)電機等。
(8)工程心理學和生理學原則：有多處基于用戶考慮的設(shè)計，如為了方便用戶的使用和管理，舍棄了需要定時為蓄電池充電的方案；如將路燈設(shè)計為自動開關(guān)，無須人工操作；如經(jīng)過試用后按照村民的需求將設(shè)計改進為天未全黑就開啟。
(9)時效性原則：及時設(shè)計和建成路燈，解決了村民摸黑過橋的問題
(10)最優(yōu)化原則：燈柱高度、照明燈功率、光伏電池組功率和風力發(fā)電機組功率搭配合理，既滿足設(shè)計需求又不浪費資源。
(11)法律、道德規(guī)范原則：沒有仿冒他人的設(shè)計，沒有未經(jīng)許可使用他人的專利。
(12)可持續(xù)發(fā)展原則：將風能和光能轉(zhuǎn)化為電能，體現(xiàn)了設(shè)計者生態(tài)優(yōu)先、綠色環(huán)保的意識。

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