高中通用技术学考无忧Word下载.docx
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外力作用在结构体的表面上。
特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散。
（如摩托车手的头盔、飞机的外壳、贝壳等。
（生活中很多物体的结构是由两种或两种以上的基本结构类型组合而成，称为组合结构，如埃菲尔铁塔等。
二、稳固结构的探析
1、结构的稳定性：
1、结构的稳定性——结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能力。
2、影响结构稳定性的主要因素：
①重心位置的高低、②结构与地面接触所形成的支撑面积的大小、③结构的形状。
内力：
当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用力会发生改变，产生一种抵抗外力的力，称为内力。
应力：
构件的单位横截面上所产生的内力称为构件的应力。
♦应力：
作用在单位面积上的内力。
δ＝N/A（δ---应力（单位：
pa帕、Mpa兆帕）N---内力（单位：
N牛）A---横截面积（单位：
平方米m2））1Mpa=106pa
S
♦应力有一个最大值，称为容许应力。
对应最大内力。
当外力大于内力的最大值，或者结构受到的应力大于容许应力时，结构就会被破坏。
3、影响结构强度的主要因素：
c
（结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力）
①结构的形状、②结构的材料、③结构的连接方式
结构构件的连接通常有两类：
铰连接和刚连接。
铰连接——被连接的构件在连接外不能相对移动，但可相对转动。
如：
门与门框的连接
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。
榫接、胶接、焊接
4、结构与功能的关系：
结构决定着事物的性质，也直接影响事物的功能。
三、结构的设计
1、结构设计应考虑的主要因素：
符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求，安全因素，公众和使用者的审美需求，使用者的个性化需要，对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等。
2、简单结构的设计：
①设计项目——②设计要求——③设计分析——④设计方案——⑤呈现草图
（如：
设计相框、雨伞架、垃圾桶、鞋柜、衣架、笔桶等）
四、结构的欣赏：
1、结构的实用性：
优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上，也表现在形式上，特别是功能与形式的统一上。
2、经典结构设计的欣赏与评价：
赏析结构设计作品,可从技术与文化两个角度进行
技术角度：
使用功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料合理性、工艺精湛程度等。
文化角度：
文化寓意与传达，美学原则，反映时代、民族、习俗方面特征，个性特征等。
第二章流程与设计
一、生活和生产中的流程
1、流程的含义：
流程是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,导致特定结果的实现.包含环节与时序。
2、流程对生活工作、生产的意义：
对生活工作：
提高工作和学习的效率，使我们生活变得有序、合理，为我们的安全提供保障。
（例：
洗衣、煮饭与烧菜的流程安排、碘盐和味精佐料的加放流程、青霉素注射流程等）
对生产：
运用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。
自动流水生产线的发明、农业庄稼的种植流程）
流程中工序的作业方式——串行和并行。
上一道工序完成之后才能进入下一道工序——串行。
几项工作同时进行——并行。
3、流程的基本组成：
环节和时序
时间上的先后顺序称为时序（Timeseries），任何一项生产或生活活动都有一定的时序。
时序体现了具体活动内容的先后关系,在这种先后关系中,有些步骤之间的时序是可以颠倒的（如:
学生放学之后是先做家庭作业还是先进行体育活动）；
而有些步骤是不可以颠倒的,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。
买票→
候车→检票→上车。
我们把完成某个具体目标、组成某项生产或某项活动过程的若干阶段或小的过程称为环节。
4、常见的流程表达方式（流程图）：
流程图有文字表达、表格表达、图示表达、模型表达、动画演示等。
5、流程图的识读和分析：
识读流程图的要点：
⑴找流程的环节，明确每个环节的功能和作用；
⑵弄清流程中时序的体现与特征；
⑶流程是技术的核心概念之一。
不同的流程，产生的效益往往不同，“理解流程就是质量”、“流程就是效益”等。
6、流程分为工作流程和工艺流程
工作流程反映了完成一件事情、一项任务而进行的一系列有序的工作或活动的全过程。
工艺流程反映了从原材料投入到成品产出,通过一系列工艺或加工环节，顺序地进行生产或制造某种产品的全过程。
书49页：
工艺流程是由一系列工艺或加工环节，以及反映这些环节之间相互关系的时序（先后顺序）所组成。
环节是具体的处理或加工内容和所需的技术或工艺要求，并对应着相应的设备、装置和过程。
时序（先后顺序）则是生产和制造过程的反映。
二、流程的设计
1、流程设计应考虑的基本因素
对于工作和生活方面的流程设计,主要应考虑如何节省时间、提高工作效率、提高工作质量等目标.
对于生产活动的流程设计,主要应从提高效率、提高质量、节省资源、安全生产、提高经济效益、提高管理水平等方面明确设计的目标.
2流程设计应考虑的基本因素：
总体上：
流程设计应该要研究内在属性与规律。
具体的：
流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员和资金、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：
不同的技术水平和必要的资金影响生产的过程、质量和周期。
环境：
关注生产过程对环境的污染以及环境对生产的反作用。
3、流程设计的步骤：
4、简单流程的表达：
画流程设计框图的一般方法：
⑴根据对事物的内在属性和规律的分析，以及有关的考虑，将流程的全过程，按每个阶段的功能、作用的不同，分解为若干小过程——环节，并用方框表示环节。
⑵按照每个小过程应该经历的时间顺序，将各环节依次排开，并用箭头线连接起来。
例：
小铁锤的锤头加工流程图：
下料→划线→锯削→锉削→划螺孔中心线→钻孔→攻丝→倒角→淬火→电镀。
小铁锤的锤柄加工流程图：
下料→磨削圆头→板牙套丝→电镀。
5、简单流程的表达：
三、流程的优化
1、流程的优化及目的：
在设计和实施流程的过程中，经常需要进行不断的修改和完善，这种对流程修改的过程，叫做流程的优化。
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。
2、流程优化的内容：
工期优化：
例——（制作台灯的工期优化）
工艺优化：
例——（法兰加工工艺优化）
成本优化：
例——（配送路线安排的成本优化）
技术优化：
例——（银行自动取款机的发明）
质量优化：
例——书本P58（洗衣流程的优化）
注：
工期优化目的是为了缩短加工时间。
主要手段是在不改变工艺的条件下，将某些环节的串行改为并行。
3、流程优化的条件：
⑴内部条件：
对流程内在机理的深入了解。
对洗涤原理的了解，就会在流程中安排两次漂洗）
⑵外部条件：
流程优化要建立在“设备”、“材料”、“工艺”水平提高的基础上。
只有在具备锻压设备时，才可能将法兰盘的加工改为少量切削加工）
⑶人员技术水平的提高。
4、流程优化过程所应考虑的主要问题：
对一个流程的优化，可以是整体的全面优化，也可以是对某一个指标进行优化。
经常会有这样的情况发生：
某一个指标得到了优化，而使另外的指标下降了。
比如，技术优化，可能使成本提高。
成本优化了，也可能使质量下降。
因此，在进行流程优化时，要综合平衡，以取得整体优化的成效。
第三单元系统与设计
一、系统的结构
1、系统的含义：
概念：
系统是由相互联系、相互作用、相互以来和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。
构成系统必须具备的三个条件：
（1）至少要有两个或两个以上的要素（部分）；
（2）要素（部分）之间互相联系、互相作用，按照一定方式形成一个整体；
（3）整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。
自行车的结构
一个企业就是一个系统，它是由人、财、物、事等要素组成的同时也是由管理部门、生产部门、营销部门、供应部门等部分组成的。
一个班就是一个系统、一个人也是一个系统
2、系统的分类：
（1）自然系统和人造系统。
例：
生态系统属于自然系统；
飞船、房舍等属于人造系统。
（2）实体系统和抽象系统。
计算机硬件属于实体系统；
软件属于抽象系统、哲学。
（3）动态系统：
学校就是一个动态系统，它不仅有建筑物还有教师、学生
（4）静态系统：
例如：
大桥、公路、房屋
（5）封闭系统：
是与外界无明显联系的系统，如密闭罐中的化学反应
（6）开放系统：
与外界有环境有信息、物质和能量交互作用，如商业系统，生产系统，生态系统
注意：
系统有大小，大系统可分为若干个子系统，例如：
地球生态系统由海洋生态系统、森林生态系统、陆地生态系统等子系统组成
3、系统的基本特性：
（1）整体性（全局、集合）：
——侧重于“部分影响整体”。
是系统的最基本的特性，也是观察和分析系统最基本的思想和方法。
系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的。
系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。
一堆沙子，钢材，水泥和绳索散放在一起没有什么意义，但如果将它们按照一定的结构形成一个整体，如迁成一座悬索桥，就具有了交通的功能，而若蒜根绳索出现故障，就可能影响整座桥正常使用
例：
一个企业是由管理部门、生产部门、营销部门、供销部门各部门组成的整体，任何一个部门都不可能单独实现企业的目标
人的双眼视觉功能大大超过两只眼视觉功能简单相加的和
巴尔扎克的塑像、“木桶理论”、一招不慎全盘皆输、弃卒保车、“阿波罗”登月飞船上的零件
（2）相关性（匹配、关联）：
——侧重于“部分与部分之间的关联”
构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此相关的。
古代建筑的“梁柱结构”、合金钢材料各种性能的相互影响、家庭装修工程
建筑物通过结构来承受重力，古代建筑多采用“梁柱结构”，当柱与柱之间的梁的跨度增大时，则梁的厚度要相应地加大，否则就不足以承受设计所需的重力，梁的跨度与梁的厚度之间的关系就反映了这一系统内部要素之间的相关性
厨具安装，各个厨具之间的关系，与整体之间的关系？
（3）目的性（功能）：
任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能，这是区别不同系统的主要标志。
一个企业的目的是实现企业利润的最大化，成本和能源使用的最小化等
一个钟表的目的是为了满足人们对计时功能的需要
（4）动态性（更新）：
物质都是不断变化，因此系统是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。
机械转动系统的零件之间都会有磨损，雷达天线24小时转动以搜索目标；
看病和生病的过程体现了一个系统的动态性
（5）环境适应性（自适应）：
注意:
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。
“春捂秋冻”、电冰箱不能紧贴墙放置
人这个系统为了适应这个环境会自动的进行调节，使我们的各个器官都能正常工作。
工厂里的机器运行时散发出大量的热量，为了使适应炎热的夏天要对系统局部设施采用风冷，水冷，油冷等措施
二、系统的分析
1、系统分析及其一般步骤：
（1）什么是系统分析？
系统分析一般是从系统的整体功能出发，全面地思考与解决问题。
系统分析的目标：
发挥系统的功能，实现系统的目标。
系统分析采用的方法：
运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验。
系统分析产生的结果：
拟订一套有效的处理步骤和程序，或对原系统提出改进方案。
王选汉字激光照排系统
（2）系统分析的一般步骤？
2、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子系统整体，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；
先看长远，再看当前。
田忌赛马、丁谓修复皇宫、街道各部门施工
（2）科学性原则
系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地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用说服力。
种稻“三三进九不如二五一十”
（3）综合性原则
系统分析时还要注重综合性原则，要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。
孝襄高速公路、都江堰水利工程、埃及阿斯旺水坝
3、系统的优化：
——在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。
约束条件：
对系统起限制作用的，并且是不可人为调节的。
影响因素：
是指对系统的目标产生显著影响，并且可以人为调节的因素。
1>
最优化方法解决问题的一般步骤：
（1）提出系统需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据；
（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，建立有关约束条件，分析模型；
（3）选择合适的最优化方法；
（4）求解方程；
（5）最优解的验证和实施。
这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。
数学模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是分析、设计、预报或预测、控制实际系统的基础。
是我们在解决问题时，常用的一种方法。
最优方法通常是在一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、物力达到最小的方法。
2>
影响系统优化的因素
①优化追求的目标要适度。
②希望投入最小，而取得的效益最大效/耗比性/耗比性/价比（比值越大，就越接近或达到最优化）
③系统优化使离不开条件，条件是否具备直接影响优化。
④某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。
3>
、最优化方法
最优化方法是系统学中的一个重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和财力资源的条件下，使取得的效果（如生产产值、利润、效益等）达到最大，而投入（如能源、资金、人力、时间等）达到最小的一种方法。
①要用定性和定量分析相结合的方法是系统最优化
②坚持系统整体的最优化。
运用好权衡理念，舍卒保车，弃车保帅，这是为了保证对弈的最终胜利。
③不间断地寻求最优化，系统的发展具有阶段性，系统的优化是具有相对性的，要遵循系统的动态观点，推动系统不断进步。
农作物种植系统的优化——农业间作套种、利润问题
三、系统的设计
——系统设计是在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。
它包含对某个系统进行技术设计，同时需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析、设计。
（一）系统设计应考虑的主要问题：
1、系统设计的目的与要求
系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的
2、系统各部分之间的相互联系与相互作用
系统设计要运用系统的思想综合考虑和部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。
3、系统设计方案的优化
首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计。
马上行动：
为坐落在山里的村庄策划一个筑路工程设计方案，需要筹划：
资金分配、人员调配、地质勘探、路向选择、材料购置、施工进度等。
从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？
1.要实现的总体目标是安全、经济、快速地完成筑路工程。
2.要选择好筑路技术设计方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。
3.要考虑工期、人员、材料的具体安排方案，降低材料成本，减少材料浪费，在不增加过多人员的前提下，提高工程进度等。
（二）系统设计的一般步骤：
●将系统分解为若干子系统
●确定各子系统的目标、功能及相互关系
●对子系统进行技术设计和评价
●对系统进行技术总体设计和评价
系统的名称
组成要素（部分）
台灯
灯罩、灯泡、底座、支撑架、开关
学校的多媒体教室
电脑、投影仪、音响设备、课桌椅
手表
发条、齿轮、表针、表壳
缝纫机
机头、机座、传动、附件
（三）简单系统的设计：
王丹家的楼梯灯坏了，她每晚从学校回来，走在黑洞洞的楼梯里，什么都看不见，为此，她利用学过的知识，设计并制作了一只简易的手电筒，
1．提出设计要求：
可照明的手电筒，携带方便，使用安全。
2．设计分析（包括环境及约束条件）：
（1）可把手电筒照明供电部分分为照明和供电系统两个子系统。
照明子系统的要素是灯泡，导线，供电子系统的要素是电源和开关。
（2）手电筒的功能取决于它的各个组成要素，电源通过导线的连接驱动灯泡发光，这些要素缺少任务一个，手电筒都不能正常的工作。
（3）选择合适的元器件，使它们相互匹配。
3．系统的设计方案
重点考虑：
系统由哪些子系统组成？
系统各组分具有什么功能？
各部分如何配合工作？
如何解决矛盾冲突？
方案A
1、设计一个简单的电路，画出电路图
2、根据电路图，选择元器件，如：
灯泡，干电池，导线等，并搭接电路，
3、通过控制开关，使灯泡发光。
方案B
二极管，干电池，金属筒等，并搭接电路，
4．系统的评价及优化
编排出多个方案，从中筛选最佳方案。
进行反复研究、征集意见、调整修改。
（四）系统论
以往研究问题，一般是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素来，然后再以部分的性质去说明复杂事物。
这是笛卡尔奠定理论基础的分析方法。
系统分析方法能高屋建瓴，综观全局，别开生面地为现代复杂问题提供了有效的思维方式。
所以系统论，连同控制论、信息论等其他横断科学一起所提供的新思路和新方法，为人类的思维开拓新路，它们作为现代科学的新潮流，促进着各门科学的发展。
第四单元控制与设计
一、控制的手段与应用
一、
二、
1、
2、
3、
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。
控制的实现需要通过一定的手段。
从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制
2、控制的手段：
人工控制：
控制的过程是在人的直接干预下进行的
自动控制：
在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。
3、控制的应用：
（1）生活：
控制应用到生活中，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，使之满足人们的需要。
（2）生产：
生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。
（3）军事国防：
控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。
二、控制系统的工作过程与方式
1、简单开环控制系统的基本组成和工作过程：
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。
红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、
红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等。
特征：
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。
方框图：
输入量：
控制系统的给定量。
控制器：
对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。
执行器：
直接对被控对象进行控制的装置或元件
控制量：
执行器的输出信号。
被控对象：
控制系统中所要控制的装置或生产过程
输出量：
控制系统所要控制的量。
控制方式：
按给定值操纵。
信号由给定值至输出量单向传递。
一定的给定值对应一定的输出量。
系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。
对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。
结构简单，成本低廉，多用于自动售货机，自动报警器，自动流水线等。
2、闭环控制系统的基本组成：
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。
供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、投篮、家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统等。
特点：
信号传递是闭合回路。
基本组成：
与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置、比较器。
3、闭环控制系统的方框图：
4、控制器和执行器的作用：
对输入信号（偏差值）进行运算处理，并发出控制命令。
根据指令对被控对象直接控制。
三、闭环控制系统的干扰与反馈
1、干扰因素：
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
有的干扰因素是环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；
有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。
2、反馈的含义：
控制系统中，将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较的过程，就是反馈。
投篮、自动电水壶
3、反馈环节的作用：
通过将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较，从而减少输出量的偏差，稳定输出量。
4、闭环控制系统的工作过程：
（1）闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量（输出量）的偏差。
（2）工作过程：
由于干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定值时；
闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较；
控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，从而是系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。
供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统
5、功能模拟方法：
a以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行
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