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教材(粤教粤科2021版)：****

技术与设计 一

第一章  技术及其性质

一、技术的巨大作用

1、技术的起源：源于人类寻找、生产食物，制作衣服和与野兽搏斗等生存的基本需要。此时的技术并不是以科学知识为基础的。

2、技术：是人类改造大自然的工具和方法。

3、技术的进步源于人们改变自身生存条件、改造自然的愿望。

4、技术的发展历史：石器时代、青铜器时代、铁器时代、蒸汽机时代、电气时代和信息时代。

5、技术至少引起了3次重大历史变革：

[1]、农业的出现和发展，导致人类文明的第一次大发展。

[2]、18世纪蒸汽机的发明及第一批工厂的建立，即工业革命，世界进入了现代文明时代。

[3]、计算机和高速通信网的发展。

6、技术的性质：实践性、综合性、创新性、相关性、价值性、保密性。

7、技术和科学的关系：

科学的任务是认识世界，技术的任务是改造世界。技术是从科学到生产的中间环节，是把科学原理转化为生产力的桥梁。技术来源于实践经验的总结和科学原理的指导，特别是现代技术，它往往是科学的直接应用。

8、技术巨大影响

[1]、技术的影响:在当今社会，技术已经渗透到社会的经济、政治、军事、外交、文化和生活的方方面面，影响并改变着我们的思维方式和生活方式。技术对当今社会影响是巨大的。

[2]、技术的两面性：技术的两面性是指技术既能满足人类需求，为人类造福(正面影响)，同时也会对人类带来一定的危机、隐患、甚至是灾难(负面影响)。如原子能技术、农药技术的应用。

二、技术发明与技术革新

1、发明与革新是技术的源泉

[1]、发明：创造发明出自然界原来没有的事物。

[2]、革新：对原有技术加以改造和提高。

[3]、发明和革新的结果：就是以新的技术取代旧的和落后的技术。

2、知识产权内容:广义上包括著作权、邻接权、商标权、商号权、商业秘密权、产地标记权、专利权、植物新品种权、集成电路布图设计权、计算机程序著作权等；狭义上包括著作权、专利权、商标权；

3、为什么要获得专利？因为专利可以保护技术创新。

4、我国目前的专利有：发明专利、实用新型专利和外观设计专利。

5、专利保护年限：发明专利20年；实用新型专利10年；外观设计专利10年。

三、设计是技术的关键

1、技术创新的重要途径是设计:技术的根本目的是解决实际问题。设计是产生解决问题的方法的主要途径。

不属于创新活动的设计：重复的设计、侵犯他人版权的设计、落后的设计。

2、技术创新的来源:一是来源于有计划有步骤的设计，如航天技术；二是来源于偶然的发现，如青霉素的发现；

3、设计需要多种知识，设计需要不断改进。

第二章  设计的基础

一、做一名优秀的设计师

1、正确的思维方式的培养：

[1]、发散思维：又叫辐射思维，它以思考的问题为中心，从多角度、多个层次来探讨解决问题的方法，扩展思路，然后从多个方法中选择最好的。

[2]、定势思维：又叫思维定势，是指人的思想长期被惯例和习惯所束缚，迫使自己按照常规的思路和想法去思考问题和处理问题的思维方式。

[3]、逆向思维：又叫反向思维。采用和正向思维相反的方法来思考问题和解决问题的方法。

2、影响技术发明和创新的因素：主体因素、社会因素、科技文化因素、机会和机遇等。

二、设计的基本方法和基础知识

1、技术设计的种类

[1]、原创性设计：就是最初的最原始的设计，也叫开发性设计。如：最初的开瓶器。

[2]、改进性设计：在原有的技术发明基础上加以改进，使其更加合理、完善。如改进后开瓶器。

 [3]、综合性（组合）设计：（适当了解）

2、技术设计的原则：

科学性原则、创新性原则、需要性和实用性原则、经济性原则、最优化原则、可靠性原则、安全性原则、可持续发展原则、时效性原则、工程心理学和生理学原则、法律、道德规范原则、通用性、标准性原则。

3、人机关系：指人与“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。人机关系的目的：高效、安全、健康、舒适，设计要体现以人为本的理念。

三、设计和交流中的技术语言

1、设计交流的技术语言及作用

[1]、设计的技术语言：口头语言、书面语言、技术符号、技术图纸、图样、图表、模型、原型、效果图等都是设计交流的技术语言。

2、机械制图与图纸的识读

   [1]、投影和投影法

①投影：指物体在光线的照射下在地面或墙面上出现影子叫物体的投影。②投影法：是指用物体投影的方法和原理来表示物体的形状和大小叫投影法。③正投影：投影光线与投影面垂直的投影叫正投影。投影光线必须是互相平行的投影线。④视图：用正投影法得到的物体的投影叫视图。

[2]、正投影的特性：正投影有如下特性：1、真实性；2、积聚性；3、收缩性；

[3]、三视图：三视图是指用三个相互垂直的投影面中的视图来表示物体的形状和大小，叫三视图。三视图的规律：长对正、高平齐、宽相等。

3、尺寸标注

  （1）图形的尺寸数据以真实大小为依据。

  （2）图形中的尺寸单位一般为毫米，不需在图形中标明。

  （3）标注圆的直径、半径的尺寸线须通过圆心。

  （4）尺寸数字一般标注在尺寸线上方，且不可被任何图线穿过。

  （5）标注尺寸时尽量使用符号和缩写词。如直径φ，半径R等。

  （6）尺寸标注不应闭合。

  （7）半圆或不足半圆的圆弧要标注半径。

4、识读一般的机械加工图（P65-70）

1、基本视图：是工程图样的主题，是完整、清晰表达加工零件的外形、相互位置等要素的三视图或者其中某一个或两个视图。

2、辅助视图：为了能更加完整地表达物体内部或某一局部的位置和形状，经常采用剖视图和局部放大图，或者某一特定方向的视图，来对基本视图加以补充。

3、尺寸标注：是机械加工图的重要组成部分，也是绘制工程图样的重要环节，没有尺寸标注的图纸，不能成为加工的依据，因此也就不能成为机械加工图。

4、技术要求：是用简短的文字或符号在图纸上表示出对工件的某些特殊的要求，如表面粗糙度、热处理要求等。

5、标题栏：这也是一张图纸必须有的内容。在标题栏中，一般要标注零件名称、设计单位、设计者、设计日期、图纸比例、零件所用材料等。

第三章 怎样进行设计

一、发现与明确问题

明确设计要解决的技术问题就是要弄清楚要设计的技术问题的所在，进而判断问题是否能够解决，是否当前可以解决，是否值得解决。

人类的需求和愿望是一切技术问题的来源。技术问题的三个来源：一个是人类生存活动的需求，这可以说是一切技术问题的总来源；第二来源是来自别人的委托。这是现在大多数设计人员设计问题的基本来源，也就是平常说的工作任务；第三个来源是，基于一定的目的，由设计人员自己主动的发现问题，并试图去解决它。

发现问题的途径和方法：

１、观察日常生活：日常生活蕴藏着丰富的问题资源，同时也离我们最近。

２、收集和分析信息：文献法 、问卷调查法 、询问法

３、技术研究和技术实验：

二、明确解决设计问题的能力、条件与要求

1、设计的能力指解决问题的技术能力，通常受社会发展水平和科学技术水平的制约。

2、解决设计问题的条件：时间条件、经费条件、设备条件以及其他条件、

3、设计的要求即设计要达到的标准（国际标准、国家标准、行业标准、企业标准等）和所受的限制（时间、成本、环境等）。

三、信息的收集与整理

信息收集是指通过各种方式获取所需要的信息。信息收集是信息得以利用的第一步，也是关键的一步。信息收集工作的好坏，直接关系到整个信息管理工作的质量。为了保证信息收集的质量，应坚持以下原则。

１、信息收集的原则：①准确性原则    ②全面性原则   ③时效性原则

２、信息收集有以下一些方式 ：实地调查（实时）、访问有关人员（历史性问题）、借助媒体（广播、电视、报刊、杂志）、借助因特网、查阅图书资料、进行专家咨询、调查市场现状。

3、信息整理的常见方式：

    归类——把收集到的信息按性质和内容归类整理。

    去伪存真——把收集到信息进行鉴别处理，区分信息的真伪的可靠性。

    抓住重点，突出主要因素——把收集到的信息进行筛选处理，按重要性排队

4、信息的收集整理，要全面、真实准确。

四、怎样挑选材料

 1、材料分类及其标准件

[1]、材料的分类

天然材料：竹子、木头、大理石等。优点是安全、无害。缺点是生长周期长，破坏环境和生态平衡。金属材料：铜、铁、金、银等。优点是机械性能好，有韧性、可塑性，容易加工，可大量生产。缺点是冶炼时消耗大量能源，产生废水、废气等污染环境。

化学材料：油漆、涂料、塑料等，优点是稳定、耐用性能好。缺点是生产过程产生有毒有害物质，塑料不易降解，污染环境。复合物质：各类铝合金、玻璃等。优点是有特殊的性能，如铝合金即轻又硬。缺点是生产制造困难。新材料：指纳米材料、高温超导材料等。优点是有新的特性，如超导电性能。缺点是难生产，成本高。

[2]、材料的特性

可塑性：指固态材料的保持形状的特性。如金属、木头、塑料等。弹性：固态材料恢复形状的特性。如橡胶、钢材等。耐腐蚀性：指材料的化学性能稳定。如塑料耐酸碱。其它特性：光学特性（玻璃）、放射性（大理石）、硬度特性（钢、钻石）。

[3元器件是指在电子和电器产品中，某一功能部件被广泛、大量使用，人们出于使用方便、简化制作过程和节约成本的需求，单独设计和生产了这种零部件，称为元器件。

[4标准件：按统一的形状、大小、公差、技术要求等生产的零件和部件。如国家标准的螺钉、螺母、垫圈、齿轮等。

 2、材料选择和资源保护的要求

选择材料时要坚持合理、合适的原则。要求不要太高，以免浪费；也不要太低，以免达不到要求。选择材料时要尽量选择标准件和元器件。可以节约成本和能源。选择材料时要尽量选可再生的资源、再生周期短的资源。

四、技术试验（不同的角度，试验种类划分不同）

 1、技术试验是从技术角度对材料、元器件及整机产品进行测试和试验。

22、技术试验的方法：实物实验、对比实验、模拟实验、计算机仿真实验。(会举例)

33、技术试验的种类：按专业分：力学试验、电学试验、光学试验等；按行业分：工业试验、农业试验、医药试验、武器试验等；按试验目的分：功能、性能试验，老化、优化试验，环境适应试验，破坏性试验等；按试验对象分：材料试验、结构试验、元件试验、整机试验等；按阶段分：小试、中试、应用试验等。

五、制定设计方案

设计方案是设计的具体表现，是设计者设计思想的表达。设计者要用图样和文字告诉人们：设计的产品时怎样的。

设计方案是设计者与制造者沟的通语言。制造者根据设计方案制作设计产品的过程，是设计思想的物化过程，制造者要用实物告诉人们：设计的产品是这样的。

一般规定方案设计要根据设计任务书进行编制，由设计说明书、设计图纸及成本估算等3部分组成。

六、设计方案的优选和改进

1、在多个方案经构思形成之后，我们往往要对这些方案进行评判和比较，同时要从设计的目的出发，针对一些相互制约的问题进行权衡和决策，最后选出较为满意的方案或集中各方案的优点进行改进。

2、方案的权衡是一个综合考虑过程，它们相互关联、互相制约，要抓住设计的核心与关键。权衡时首先要考虑最关键因素；其次考虑稳定性和耐久性；最后考虑加工难易程度、成本、环保性等。

3、设计方案的改进

确定设计方案后，在施工（制作、生产）或者产品的施用过程中，由于条件的改变和潜在的问题的暴露，需要对原设计方案作进一步的改进。对确定了的设计方案的改进通常有下面几种情况：

①业主要求改进方案

②设计方要求改进方案

③施工（制造、生产）方要求改进方案

④其他方要求改进方案

七、设计方案的拓展

    设计，特别是产品（商品）的设计，通常都是从低级到高级，从单一功能拓展到多功能，一代一代逐步发展起来的。设计方案的拓展，通常有下列几种形式：

①设计方案的功能拓展或者功能组合

    设计方案的功能拓展是指在原设计方案的主要功能不变的前提下，增加新的功能。这种新功能与原方案的主要功能无论在类别上，还是在原理上都有着很大的区别。

②设计方案的跨越式发展

    设计方案的跨越式发展是指设计产品升级换代式的发展。这种发展，无论是形式，还是内容都发生了根本的变化。例如，手工控制变为计算机控制。

③设计方案的其他重大变革

    设计方案在执行过程中，遇到重大的技术革命、新材料的问世、重大社会变革、重大环境灾难等情况，要求对原方案进行重大的改革。这种变革，常常伴随着主要生产材料的变换、主要技术手段的改变、产品的主要功能的改变等等。

第四章  设计的实现——制作

一、工艺

1、工艺

[1]、工艺是技术活动中的加工程序和加工方法。

[2]、加工的目的就是改变材料的大小、形状、特性、外观等，使其符合设计的规格。

工艺在产品制造中的意义：

技术活动离不开工艺方法，一定的技术总是和一定的工艺相适应的，只有具备一定的工艺方法，技术才能实现其有目的的活动。

2、常用的工艺种类

  常用的工艺种类包括：零部件加工、产品装配和表面涂饰等。

（1）、零部件加工工艺：

[1]、切削加工工艺：就是用切削工具把坏料上多余的部分去除，以获得我们需要的几何形状、尺寸、表面质量的加工方法。如剪纸、线锯锯木材等。

[2]、成型加工工艺：就是使用适当的外力，利用材料的可塑性，改变材料的外形、大小、形状等，且改变后材料的质量不变，叫成型加工工艺。有折弯、压制等方法，如石膏雕像制作、钢筋栅栏。

[3]、浇铸及模塑加工工艺：利用浇铸模具成型来生产产品的方法。金属、陶瓷、塑料、玻璃、石膏、蜡等都适合采用浇铸或注塑的方法。如塑料相框、蜡烛、石膏像、古代的青铜器等。

常见工具使用方法：课本P122至P126

（2）、零部件装配工艺

[1]、零部件装配工艺概念: 将两件以上的零部件暂时或永久的结合在一起的加工方法。常用的装配方法有粘接、焊接、榫接、钉接、铆接、螺接等。

[2]、零部件接合方式：

1. 用胶水、焊条、焊锡等胶合零部件。如用热熔胶、强力胶乳白胶胶合部件、用化学药剂溶解部件接触表面后接合、用高温将工件或焊条、焊锡等熔融后接合，如电焊、电路板焊接。

2. 用类似于订书机的方式以机械外力接合部件。如用铁钉或螺丝钉接合木头、用榫头接合木材、用铆钉接合部件、用铆钉接合金属板。

（3）、表面涂饰工艺：是指在工件表面施以保护性或装饰性处理的加工方法。如木材表面涂油漆、贴木皮、贴塑料皮处理；汽车表面防锈和喷漆处理；陶瓷表面上釉处理。

二、模型和原型的制作

 1、模型与原型概念

[1]、原型：通常是第一个能全面反映产品的功能和性能的物体。是产品生产之前制作的与产品大小相同、使用功能一致的物体。如设计一款新型的汽车时通常要制作出一辆汽车的原型，以评估该款汽车的安全性、美观性、人机工程学、可制造性、可维护性等。

[2]、模型：根据实物、设计图纸，按比例制成的与实物相似的一种物体。作用：能帮助分析设计的可行性；能用来交流并检验设计思想及过程，反映最终产品的形象和品质感。使设计委托者、生产者和设计者之间能够有效沟通，全面认识设计方案。

2、制作过程

[1]、常用画线工具：钢直尺、角尺、木工铅笔、木工圆规、画针、画规、样冲等（P133）。

[2]、常见的金工工具有螺丝刀、台钳、锉刀、锯、钻等，加工设备有车床、钻床等，加工方法有切削、弯折、压制、浇铸等。

[3]常用的电工和电子工具有测电笔、电烙铁、多用电表。

[4]常用的木工工具有锯、刨、钻、锉、凿子等。

[5]模型制作步骤：备料、选加工工艺、零件加工、组装部件及产品、表面涂饰

3、测试

[1]、测试的作用：检验产品在实用过程中能否正常工作，在结构与性能等方面能否达到预定的设计要求。

达成的目标：确保产品完成设计所承诺或公布的功能；确保产品满足性能要求；确保产品能适应用户环境。

例：

简单测试制作的椅子

[2]、对测试发现的问题要改进，并对方案进行优化、改进设计、外观美化。

第五章  设计的交流与评价

一、设计的交流

1、设计交流的意义：通过交流可以改进设计中的不中之处；消除设计中存在的隐患；选出最佳的设计方案；可以将自己的设计变成产品服务社会。

2、设计交流的方式：文本、图纸、表格、设计模型、生活中的口头语言、计算机演示、网页等都是设计交流中的常用交流方式。

3、设计师和用户的交流：

    产品说明书是设计者与用户交流的渠道。

[1]、产品说明的重要性：设计师通常不能和用户直接交流，只有通过用户手册和产品说明书向用户传递信息，因此生产商必须为用户提供用户手册或说明书，以防止用户由于产品信息缺乏而导致利益受损。

[2]、说明书或用户手册的编写内容：产品特点，主要规格、性能、技术指标，整体结构及组成部分的名称和作用，安装指导，使用方法、功能设置，安全事项、特殊要求，常见故障及处理，附件清单，其他有关技术资料。

二、设计的评价

  1、评价分阶段性评价和总结性评价。

  2、评价要多角度、多方位进行。

技术与设计 二

第一单元 结构与设计

一、认识结构

1、结构的概念：

结构是可以承受一定 应力 的物体形态，结构可以抵抗引起形状和大小改变的力。

作用在结构和构件上的五种力的形式：

拉力：物体所承受的拉拽力。

压力：挤压物体的力。

剪切力：两个距离很近，大小相等，方向相反，且作用于同一物体上的平行的力。

弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力。

扭曲力（扭转力）：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力。

变形：在外力作用下，结构会发生几何形状的改变，构件的形状和大小也会有改变，这些改变在工程上称为变形。构件：椅面、椅背、椅腿和横档是椅子的组成部分。任何结构都是由许多部件和零件所组成的，在工程中称这些部件或零件为构件。

2、结构的分类：

根据物体的结构形态，结构分为实体结构、框架结构、壳体结构三种基本类型。

实体结构是指结构体本身是实心的结构。其受力特点是：自身承受外力，主要是压力。如实心墙、大坝等。

框架结构是指结构体由细长的构件组成的结构。其受力特点是：通过组成框架的条状物来承受外力，既可承受拉力，也可以承受压力。如铁架塔、建筑用脚手架，厂房的框架等。

壳体结构是指层状的结构。其受力特点是：通过外壳传递力和承受外力，当外壳顶部受力，能将力均匀扩散。如摩托车手的头盔、飞机的外壳、贝壳等。

二、探究结构

1、结构的稳定性：

结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有的平衡形式的能力，就叫做结构的稳定性。如三边确定的三角形构成稳定的几何结构。

2、影响结构稳定性的主要因素：

结构的稳定性与它的几何形状、支撑面积的大小和重心位置密切相关。也就是：结构的几何形状要科学合理、结构的支撑面积越大越好、结构的重心越低越好。

3、影响结构强度的主要因素：

[1]、内力：结构的强度是通过构件和材料实现的，构件在外力的作用下会发生形变，此时构件内部各质点之间会发生相互作用力，这种作用力叫作内力。构件受的外力越大，内力就越大，以维持构件的内力和外力的平衡。

[2]、强度：在工程技术中不允许构件在正常使用的情况下被破坏，要求构件和材料具有抵抗破坏的能力，这种能力叫强度。

[3]、应力：构件单位面积所受的内力叫做应力。   对应的公式    单位  N/M²

 在国际单位制中应力的单位叫帕，符号是Pa，一般使用MPa；内力的单位是牛顿，符号是N；横截面积的单位是平方米，符号是M²。

  [4]、强度与材料和材料的形状有关。相同材料，相同横截面积时，横截面形状“工”字形强度最大，横截面形状为圆形的强度最小。

[5]、构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素，而结构连接处的强度取决于它们的连接方式、连接技术和连接处的牢固程度等。

[6]、结构的连接方式

    铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动，具体有松螺栓、销接等。是活动连接。

    刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接、固定铆接等。是刚性连接。

三、结构设计

结构设计必须考虑它的受力情况、稳定性、强度、连接方式和材料的选用等。并能对结构设计进行基本的描述（图纸等）。还要从功能、实用、安全、经济、美观和人性化等角度综合考虑，以保证结构设计的目的和要求。

四、结构的欣赏：

（1）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性、工艺制造的精湛程度等。

（2）文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映的时代、民族、习俗方面的特征，结构的个性特征等。

第二章 流程与设计

一、了解流程

1、流程的含义：

流程：一系列连续有规律的活动，这些活动以确定的方式发生或执行，导致特定的结果实现。

回家开门的流程：取钥匙—插入锁孔—>旋转—>开门—>进屋；

生活中科学合理的流程，可以知道我们正确地做事，提高工作和学习的效率，使我们的生活变得有序、合理，为我们的安全提供保障。

生产中科学合理的流程可以有效地组织生产、提高生产效率、保证产品质量、保证安全生产、保护环境等。

2、工作流程和工艺流程

工作流程：反映要完成一件事情、一项任务而要进行的一系列有序的工作或活动的全过程。

邮寄包裹的工作流程：取包裹单—>购买标准包装箱—>包装密封—>填写包裹单—>交寄—>收好回执单；

工艺流程：反映了从原料投入到成品产出，通过一系列加工环节，顺序进行生产或制造某种产品的全过程。

蔡伦造纸工艺流程：收集原料—>水浸—>剁碎—>水洗—>浸入草木灰水中—>加热蒸煮—>漂洗—>捣碎形成纸浆—>用纸模捞取纸浆—>滤水晾干成纸；

二、流程的组成和描述

1、流程的基本组成

任何流程都包括具体的环节和时序的关系。

[1]、时序：各环节按照一定的时间顺序先后出现、完成。这种时间顺序关系，称为时序。 （例：买票→ 候车→检票→上车。）

*（1）时间上的先后顺序称为时序。时序体现了具体活动内容的先后关系。（2）在这种先后关系中，有些步骤之间的时序是不可颠倒的，而有些是可以颠倒的。（3）不可颠倒的时序往往反映了事物或活动的内在规律或机理，我们应尊重和遵循这些规律或机理。对于一些可以颠倒的时序，我们应该注重分析和比较，并根据一定的目的和条件，进行适当的安排。

[2]、环节：活动或事件在其发展的过程中，依据某种特征或方式，可将该过程分解为若干个小过程，称这些小过程为环节。

    *环节是一个先对的概念，依据问题性质的不同和不同人的理解，环节的划分又会有所不同。有时环节中又包含若干可以分解的、目的更具体的事项。

2、流程的描述

  [1]、流程的描述可以用文字，也可以用表格、图示、动画等。

[2]、方框流程图：指采用预先约定的几何图形和符号来表示流程的各个环节，以及各环节之间的顺序关系（时序）。方框流程图的符号如下所示：

流程图的绘制是指在已经确定了流程的环节和时序后，利用预先约定的流程图的几何图形和符号绘制出来的。

三、流程的设计

  1.能分析流程设计中应考虑的基本因素。生产活动的流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员、资金和环境等。

  材料：不同的材料有不同的加工处理方法。

  工艺：不同产品的工艺要求各异，流程设计也不同。

  设备：生产设备的水平往往决定了流程的自动化水平。

  人员和资金：人员的技术水平和必要的资金影响生产的过程、质量和周期，是进行流程设计必须考虑的主要因素。

  环境：生产过程对环境的污染以及环境对生产的反作用，是流程设计时应关注的重要因素。

  不同行业的流程有不同的特点，流程设计中应考虑的基本因素也各不相同。如农业生产中还要考虑：气候、季节、自然灾害、生态平衡等。

    2.了解流程设计一般步骤

  （1）明确设计的目标和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。

  （2）要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。

  （3）列出流程设计的主要事项，并进行初步的排列。

  （4）分析各事项（步骤）之间先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。

  （5）选择一种合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间要求的时序，要标注时间。

四、流程改进设计

在流程的设计和实施过程中，要对流程进行不断的改进，以期取得最佳的效果。对流程的改进过程，称为流程的优化。优化可以改进环节与时序。优化的条件：外部条件改善、内部机量的研究。优化步骤：分析现状、确定目标、确定方案。

流程改进的目的：提高工作效率、降低成本、降低劳动强度、节约能耗、减少环境污染、保证安全生产等。

流程改进的步骤：分析现状、确定改进目标和要求、确定改进方案。

流程的改进方法：可以改进环节（合并、删减）、时序（调整）、环节和时序同时改。

第三单元 系统与设计

一、认识系统

1、系统的含义：

系统：系统是指由两个或者两个以上相互联系、相互作用的元素所组成的具有一定的结构功能的有机整体。

系统和子系统：系统有大有小，有简单有复杂。任何系统都是由子系统组成。子系统各具功能，它们之间相互依赖和相互作用，共同完成系统的整体功能。如人体系统是由呼吸系统、神经系统、消化系统、分泌系统、骨骼系统等子系统组成。

子系统和元素：子系统可以层层分解成元素。元素与子系统是相对而言的。如肺是组成人体呼吸系统的子系统，也是组成人体的元素。

2、系统的分类：

1）、按照系统组成元素的性质：自然系统、人工系统、复合系统。2）、按照系统组成元素的存在形态：实体系统、概念系统。3）、按照系统的运动状态：动态系统、静态系统。4）、按照系统和外部环境的关系状态：开放系统、封闭系统。

二、系统分析

1、系统的基本特性：

[1]整体性：是系统的最基本的属性，也是观察和分析系统最基本的思想和方法。系统的整体功能是各组分（元素）在孤立状态下所没有的。系统不是各个组分（元素）的简单相加。

[2]相关性：构成系统的各元素之间存在着相互依赖、相互制约的特定关系，是彼此相关的。例如：人体的各个器官功能实现和人体的整体功能。

[3]目的性：任何系统都是以时序某种功能为目的的，这是区别不同系统的主要标志。例如：汽车的速度和耗油量。

[4]层次性：系统各个层次具有独自的功能，它们通过相互联系、相互作用共同完成系统的整体功能。例如：人体的功能、自然环境的综合治理。

[5]环境适应性：系统都存在于一定的环境之中，并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息的交换，系统必须适应外部环境的变化。例如：变色龙的改变颜色、雷鸟的羽毛。 

2、系统分析及其一般步骤：

（1）什么是系统分析？

系统分析是系统思想和分析方法的结合。系统分析研究的对象多种多样,没有统一的模式，但有基本的步骤和原则。

（2）系统分析的一般步骤

1、明确问题，设立目标  明确所要研究问题的性质和范围，提出所要达到的目标，明确约束条件

2、收集资料，制定方案  收集相关资料，制定解决问题的各种备选方案，预计可能产生的各种结果

3、分析计算，评价比较  对资料和数据做必要计算，进行各子系统的分析，再进行系统的整体分析，将各种方案进行评价对比，选择最佳方案

（检验核实，作出决策  如果对方案不够满意，还可以按上述程序反复进行，直到获得满意的方案为止）

系统分析的主要原则

1、整体性原则:系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；要考虑长远，不能只顾眼前

2、科学性原则:系统分析要尽可能运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具有说服力。

3、综合性原则：系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时，应将目标排出优先次序，首先选取最优的目标，然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。

三、系统的优化

就是在给定的条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳功能或更佳效益的过程。

1.影响系统优化的因素

目标函数：系统优化的目标与系统影响因素之间的关系

约束条件：对系统优化目标起限制作用，并且是不能人为调节的。

影响因素：对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素。

2.n系统优化的一般步骤

将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及其相互关系，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。

四、系统设计

遵循设计的一般过程、原则和标准

1.以实现系统整体效果最优为目的     2.设计好系统的每个元素和子系统

3.综合考虑系统各个元素和子系统之间的联系，合理解决它们之间的矛盾冲突

第四单元 控制与设计

一、了解控制

1、控制的含义：

人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。

2、开环控制与闭环控制

能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统，称为闭环控制系统，有时又称反馈控制系统。不能将控制的结果反馈回来，调整控制作用的系统，称为开环控制系统。

3、手动控制与自动控制

控制系统必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统叫手动控制系统。

控制过程不需要人的干预，就可以按期望的规律或预定的程序运行的控制系统叫自动控制系统。 

4、理解控制在生产和生活中的应用

控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率，减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。

控制应用到日常生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的要求。

二、控制系统的组成和描述

1、控制系统的组成

  （1）开环控制系统

控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制称为开环控制系统。系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。

（2）闭环控制系统

   系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

反馈环节测量出被控量并返回到系统的输入端；比较器将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令；执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。 

2、控制器：控制系统的控制命令发出的部分叫做控制器，如人的大脑。

3、执行器：将控制器的控制信号转换成能影响被控对象的信号的装置，叫执行器。如投掷飞镖的手。

4、控制量：能够对控制被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量，叫控制量。如发动机的进油量、施加给飞镖的力的大小。

5、被控对象：控制系统控制的对象就是被控对象，如飞镖和发动机。

6、被控量：就是一个系统实际控制的目的，有时系统的控制目的就是系统的被控量，如飞镖的落点和发动机的速度；但有时控制目的和被控量不一样，如我们控制化学反应的速度时，经常是通过控制反应的温度来实现。这时控制量就是反应温度，而被控量就是反应的速度。

7、控制系统的框图表示（书P127页图)

三、简单控制系统的设计

控制系统设计是工程设计的一个特例，一般设计原则仍然适用。

第一步：确定控制目的

第二步；确定系统的被控量，即系统要控制什么。

第三步：目标系统被控量应达到的精度指标。

第四步：选定控制系统的结构

第五步：建立系统各环节的模型

第六步：确定待调参数

四、控制中的干扰

1、干扰对控制的影响： 干扰会使被控对象产生误动作。

2、干扰

在实际的控制系统中，常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不利的影响，这种有害的因素称为干扰。

3、克服干扰的基本方法

就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，对这类干扰，我们只能在提高控制系统的性能上我下工夫。而对于有些干扰，我们可以采取减弱的办法。克服干扰的基本方法是要分析干扰的性质，然后对症下药。