2.3技術(shù)設(shè)計(jì)的一般過程和方法第二課時(shí)

技術(shù)設(shè)計(jì)的方法目錄壹設(shè)計(jì)草圖的繪畫肆設(shè)計(jì)中的人機(jī)關(guān)系貳設(shè)計(jì)方案的構(gòu)思叁設(shè)計(jì)的分析設(shè)計(jì)草圖的繪畫第一節(jié)設(shè)計(jì)草圖是在設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)者為了快速記錄設(shè)計(jì)靈感及初始方案構(gòu)思的意念所繪畫的圖樣。1．徒手繪畫徒手繪畫草圖要求：畫線要穩(wěn)，圖線要清晰；目測尺寸要準(zhǔn)，各部分比例勻稱；繪圖速度要快；標(biāo)注尺寸無誤，字體工整。學(xué)習(xí)徒手繪畫草圖，首先要進(jìn)行繪圖的基礎(chǔ)技能訓(xùn)練。

1）畫直線（1）徒手畫線是徒手繪圖的基本技能。徒手畫線時(shí)，如果只讓手臂自然地沿關(guān)節(jié)擺動(dòng)，往往會(huì)像圓規(guī)般畫成弧線。所以，畫長直線時(shí)要適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)手臂，以免畫成曲線。相

同道理，在畫短直線時(shí)要適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)手腕（圖2－16）。只擺動(dòng)手臂會(huì)畫成弧線畫長直線時(shí)要移動(dòng)手臂畫短直線時(shí)要移動(dòng)手腕圖2-16徒手畫線（2）畫12

cm以上的水平直線時(shí)，可以在畫面上做兩個(gè)點(diǎn)，手控制筆，眼睛注視著兩

點(diǎn)之間畫線。要經(jīng)常進(jìn)行畫線練習(xí)才能提高對(duì)筆的控制能力，達(dá)到熟能生巧的效果。2）畫基本圖形學(xué)會(huì)了畫直線的基本技術(shù)后，便可以練習(xí)徒手畫直角、正方形、長方形、平行四邊形

和三棱柱等基本圖形。試畫出圖2-17所示的圖形。圖2-17徒手繪畫基本圖形方法指導(dǎo)徒手畫圓形和曲線并不容易，需要運(yùn)用一些特別的技巧。較為常用的是正方形畫圓

法：先輕輕地畫一個(gè)邊長等于待畫圓形直徑的正方形線框，再繪畫出平分邊長的中心線，接著在被兩根互相垂直等分的中心線劃分的區(qū)域內(nèi)分別畫出四段1/4圓周曲線，然后將曲

線圓滑地接起來，就可繪畫出圓形。將正方形線框改為長方形線，就可畫橢圓形。用類似

的方法可以畫其他形狀要求的曲線（圖2-19）。繪畫圓形

繪畫橢圓形繪畫其他形狀的曲線圖2-19徒手畫圓形、橢圓形及曲線的方法3）畫圓形及曲線4）畫立體圖（a）畫外框（b）各部分的空間分割圖2-22徒手繪畫復(fù)雜的立體圖（c）各部分繪制，用粗線

勾畫輪廓線（a）畫立方體外框

并加中心線（b）畫前后的圓形（c）連接兩圖形4）畫立體圖徒手繪畫立體圖時(shí)，應(yīng)先畫出合適比例的立方體外框，再對(duì)空間進(jìn)行分割，然后用粗

線把整個(gè)立體圖勾畫完成。如在繪畫圓柱體時(shí)，先畫立方體外框，再畫前后的圖形，接著

連接兩圓形便成為圓柱體了（圖2-21）。設(shè)計(jì)方案的構(gòu)思第二節(jié)設(shè)計(jì)方案構(gòu)思的方法有許多，黑箱法、列舉法、移植借鑒法、篩選法是幾種常用的

方法。像李明同學(xué)對(duì)自行車的設(shè)計(jì)構(gòu)思一樣，把一個(gè)不清楚內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)（系統(tǒng)是指由

相互作用、相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的，具有特定功能的有機(jī)整體）當(dāng)作黑箱，通過觀測外部輸入黑箱的信息和黑箱輸出的信息的變化關(guān)系，來探索黑箱的內(nèi)部構(gòu)造和機(jī)

理，這種方法稱黑箱法。自行車是我們熟悉的交通工具，李明同學(xué)嘗試用黑箱法對(duì)自行車進(jìn)行設(shè)

計(jì)構(gòu)思。在設(shè)計(jì)中他把自行車當(dāng)作一個(gè)不透明、不知內(nèi)部結(jié)構(gòu)的“黑箱”，對(duì)“黑箱”輸入人力，通過黑箱的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)自行車的行走、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、變速等基本功能，如圖2-27所示。黑箱實(shí)現(xiàn)自行車必要

功能和基本功能的

方法案例行走轉(zhuǎn)向制動(dòng)

變速圖2-27

自行車設(shè)計(jì)黑箱圖1．黑箱法輸入人力自行車的輸出黑箱法要突出設(shè)計(jì)中的主要矛盾，抓住問題的本質(zhì)：①暫時(shí)摒棄一些附加功能和非必

要功能，突出必要功能和基本功能。②把必要功能和基本功能用輸入、輸出這樣較為抽象的形式加以表達(dá)。2．列舉法李明同學(xué)使用目前市面上的雨傘總覺得有些不盡人意，他想對(duì)雨傘進(jìn)行一些創(chuàng)新設(shè)計(jì)。他在設(shè)計(jì)構(gòu)思中使用了以下方法：列舉出市面上普通雨傘的優(yōu)點(diǎn)，如結(jié)實(shí)、不透水、防紫外線等。列舉出市面上普通雨傘的缺點(diǎn)，如款式單一，不易識(shí)別；乘公共汽車時(shí)容易

沾濕別人的衣服；單手不易開合；傘太長不易攜帶；不適合兩人使用；等等。在構(gòu)思設(shè)計(jì)方案時(shí)發(fā)揚(yáng)優(yōu)點(diǎn)，改善不足，形成了創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)構(gòu)思。他設(shè)計(jì)了一種傘面具有不同圖案、可自動(dòng)開合、可伸縮、傘頂增加了集水器、可雙人共用的傘（圖2-28）。3．移植借鑒法

電動(dòng)平衡車（圖

2-29）是一種新型的兩輪代步工具，電池驅(qū)動(dòng)，由操縱者站立駕駛，速度可達(dá)20km/h。其最有沖擊力的創(chuàng)意是“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”技術(shù)，操作者依靠身體重心的變化就能控制車輛。李明同學(xué)進(jìn)行了駕駛體驗(yàn)：當(dāng)他身體前傾車輛就會(huì)前進(jìn)，后仰就會(huì)后退，向左傾斜就會(huì)向左轉(zhuǎn)，向右傾斜就會(huì)向右轉(zhuǎn)，身體直立就停了下來。李明覺得電動(dòng)平衡車似乎變成了自己神經(jīng)系統(tǒng)的一部分，清楚地知道自己想要做什么。

李明通過查閱資料，知道電動(dòng)平衡車的“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”技術(shù)移植借鑒了人體平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。人們從生活中知道，站立時(shí)身體前傾雖然打破平衡，但

不會(huì)摔倒。原因是人體平衡系統(tǒng)感覺你將失去平衡，促使你邁前一步制止傾

倒。電動(dòng)平衡車輪子相當(dāng)于雙腿，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于肌肉，微處理器相當(dāng)于大

腦，

一系列測量傾斜的傳感器相當(dāng)于人體平衡系統(tǒng)，感知操作者前傾時(shí)，為保持平衡，將輪子自動(dòng)調(diào)到適當(dāng)?shù)乃俣?，使電?dòng)平衡車前行。在電動(dòng)平衡車的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員從人體的平衡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中獲得啟迪，觸發(fā)靈感，并通過聯(lián)想將其原理合理地應(yīng)用到了設(shè)計(jì)中。4．篩選法功能元解法123456A動(dòng)力源電動(dòng)機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)蒸汽機(jī)液動(dòng)機(jī)氣動(dòng)電動(dòng)機(jī)B移位傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)渦輪傳動(dòng)帶傳動(dòng)鏈傳動(dòng)液力耦

合器挖掘機(jī)的功能主要是取物和運(yùn)物。取物和運(yùn)物需要?jiǎng)恿υ?、傳?dòng)、移動(dòng)及

取物等功能（稱為“功能元”）。動(dòng)力源、傳動(dòng)、移動(dòng)及取物的方式有多種方法

（稱為“功能元的解”），如表2-13所示。表2-13

挖掘機(jī)取物、運(yùn)物的方式功能元解法123456C移位軌道及

車輪輪胎履帶氣墊D取物傳動(dòng)拉桿繩傳動(dòng)氣缸傳動(dòng)液壓缸

傳動(dòng)E取物挖斗抓斗鉗式斗

動(dòng)力源、傳動(dòng)、移動(dòng)及取物功能元的解的排列組合將會(huì)得到多種方案：如A3+B4+C3+D2+E1得到履帶式挖掘機(jī)，又如A5+B5+C2+D4+E2得到液壓輪

胎式挖掘機(jī)。對(duì)得到的多種方案，按可行性、先進(jìn)性、方便性、經(jīng)濟(jì)性逐個(gè)進(jìn)行篩選，選定其中較合適的方案，再按設(shè)計(jì)的步驟繼續(xù)設(shè)計(jì)。

在上述挖掘機(jī)的功能設(shè)計(jì)中，將功能元的解盡可能地按層次羅列出來，然后進(jìn)行排列

組合，對(duì)排列組合的結(jié)果逐個(gè)分析、審查，淘汰不適合的，經(jīng)過不斷篩選，剩下兩三種方案再按方案設(shè)計(jì)的步驟繼續(xù)設(shè)計(jì)。上述挖掘機(jī)功能設(shè)計(jì)構(gòu)思中運(yùn)用了篩選法。設(shè)計(jì)的分析第三節(jié)1．設(shè)計(jì)的需求分析

解決“設(shè)計(jì)什么”的問題，需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行需求分析。

需求分析首先是要分析業(yè)務(wù)需求，分析設(shè)計(jì)的必要性和可行性。分析內(nèi)容包括產(chǎn)品

開發(fā)的必要性、市場調(diào)查和預(yù)測、有關(guān)產(chǎn)品的國內(nèi)外水平及發(fā)展趨勢、預(yù)期達(dá)到的技術(shù)水

平、需要解決的技術(shù)問題、投資的費(fèi)用及時(shí)間進(jìn)度計(jì)劃、現(xiàn)有條件下開發(fā)的可能性及準(zhǔn)備

采取的措施、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等。

其次是要分析用戶需要。通過用戶訪談、調(diào)查，對(duì)用戶使用的場景進(jìn)行整理，了解他們的想法，從而建立從用戶角度出發(fā)的需求。

要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求和用戶需求，需要考慮建立一定的系統(tǒng)，因此需要分析系統(tǒng)需求。

系統(tǒng)需求分析包含功能需求、非功能需求和設(shè)計(jì)約束。（1）功能需求。系統(tǒng)必須完成那些事，即為了向它的用戶提供有用的功能，系統(tǒng)必

須執(zhí)行的動(dòng)作。（2）非功能需求。產(chǎn)品必須具備怎樣的屬性或品質(zhì)，如性能、響應(yīng)時(shí)間、可靠性、

容錯(cuò)性、擴(kuò)展性等。（3）設(shè)計(jì)約束。也稱為限制條件、補(bǔ)充規(guī)約，這通常是對(duì)解決方案的一些約束說明。

各種需求的概念示意如圖2-30所示。系統(tǒng)需求

功能需求質(zhì)量屬性

非功能需求其他非功

能需求設(shè)計(jì)約束需求規(guī)格

說明書業(yè)務(wù)需求用戶需求v

▲2．設(shè)計(jì)的功能分析對(duì)產(chǎn)品功能分析的目的是要解決“如何實(shí)現(xiàn)設(shè)

計(jì)”的問題，主要包括產(chǎn)品功能原理的分析、實(shí)現(xiàn)

的方法和途徑、方案的評(píng)價(jià)和決策等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能分析，一般根據(jù)產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能需求，先確定系統(tǒng)的總功能，再把總功能逐

層分解成功能元，然后對(duì)功能元進(jìn)行求解。將功能

元的解進(jìn)行不同的組合，從而形成多種設(shè)計(jì)方案，

對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和權(quán)衡，選出最佳方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析的流程見圖2－31。最佳原理方案求解功能元評(píng)價(jià)與決策功能元解組合總功能分解設(shè)計(jì)任務(wù)求總功能設(shè)計(jì)的功能和結(jié)構(gòu)分析圖2-31綜合分析設(shè)計(jì)中的人機(jī)關(guān)系第四節(jié)生活中，我們每個(gè)人無時(shí)無刻不與身邊的物品發(fā)生聯(lián)系。當(dāng)我們使用這些物品時(shí)，物品就與人產(chǎn)生了一種相互關(guān)系。這種相互關(guān)系稱為人機(jī)關(guān)系。1.人機(jī)關(guān)系要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)在設(shè)計(jì)中，應(yīng)把人和機(jī)作為一個(gè)整體來考慮，合理或最優(yōu)地分配人和機(jī)的功能，以

促進(jìn)二者的協(xié)調(diào)，提高人的工作效率。同時(shí)，人、機(jī)所在環(huán)境中的一些因素，如溫度、

濕度、噪聲、照明、振動(dòng)、污染和失重等也影響人的效率和行為。鐵鍬作業(yè)效率被稱為“科學(xué)管理之父”的美國人泰勒于1898年在伯利恒鋼鐵公司進(jìn)行了著

名的“鐵鍬作業(yè)試驗(yàn)”。鐵鍬作業(yè)試驗(yàn)首先系統(tǒng)地研究鏟上的負(fù)載應(yīng)為多大的問題。他用5kg、10kg、17kg和20kg四種裝煤量的鐵鍬進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用10kg

的鐵鍬作業(yè)時(shí)工人的工作效率最高。每次裝煤量過多，雖然每次的搬運(yùn)量大，但是會(huì)令工人很快疲勞，從而減少搬運(yùn)次數(shù)；每次裝煤量過少，雖然可以增加運(yùn)送次數(shù)，但是運(yùn)送總量得不到保證。其次，他還研究了各種材料能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載的鍬的形狀、規(guī)格以及各種原料裝鍬的最好方法，并對(duì)每一套動(dòng)作的精確時(shí)間作了研究，從而得出了一名

“一流工人”每天應(yīng)該完成的工作量。這一研究結(jié)果是非常出色的，堆料場的勞動(dòng)力

從400～600人減少為140人，平均每人每天的操作量從16t提高到59t。討論：1.“鐵鍬作業(yè)試驗(yàn)”中改進(jìn)了哪些人機(jī)關(guān)系而使工人的工作效率大大提高?2.在人機(jī)關(guān)系中，哪些因素會(huì)影響工作的效率?請(qǐng)結(jié)合具體的案例進(jìn)行說明

高

效安

全人機(jī)關(guān)系中的安全，是指人們?cè)诓僮骱褪褂卯a(chǎn)品的過程中，產(chǎn)品對(duì)人的身體不構(gòu)成

生理上的傷害，產(chǎn)品與人接觸的部分不允許有尖角和鋒利的邊槽，易產(chǎn)生危險(xiǎn)的地方應(yīng)

進(jìn)行安全保護(hù)設(shè)計(jì)，如汽車的安全帶設(shè)計(jì)、沖床的安全保護(hù)設(shè)計(jì)、兒童座椅前的護(hù)欄設(shè)

計(jì)等，其目的都是為保護(hù)操作者和使用者使其避免傷亡。健

康人機(jī)關(guān)系所追求的健康，是指人在長期操作或使用產(chǎn)品過程中，產(chǎn)品不會(huì)對(duì)人的健

康造成不良影響。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)使人處于不恰當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)姿態(tài)，長時(shí)間地操

作或使用它，不僅使人感到疲勞，還會(huì)影響人的身體健康。舒

適人機(jī)關(guān)系中的舒適，是指人在使用產(chǎn)品的過程中，人體能處于自然的狀態(tài)，操作或

使用的姿勢能夠在人們自然、正常的肢體活動(dòng)范圍之內(nèi)，從而使人不會(huì)過早地產(chǎn)生疲

勞。心理上的舒適感受也是人機(jī)關(guān)系應(yīng)當(dāng)考慮的目標(biāo)。2.實(shí)現(xiàn)合理人機(jī)關(guān)系的方式靜

態(tài)

的

人

與

動(dòng)

態(tài)

的

人人們使用產(chǎn)品時(shí)處于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩

種狀態(tài)交替之中，因此，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不但要符合人體的靜態(tài)尺寸，還要符合

人體的動(dòng)態(tài)尺寸。靜態(tài)尺寸是指人的

構(gòu)造尺寸。動(dòng)態(tài)尺寸是指人的功能尺

寸，包括人的動(dòng)作范圍、體形變化等

測量數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)關(guān)系，不僅

要使產(chǎn)品符合人體靜態(tài)尺寸，而且要

讓人在使用它時(shí)，能夠方便施力、有

足夠的空間等。這樣的設(shè)計(jì)有利于緩解人體疲勞，提高效率，滿足健康、舒適的要求。普通人群與特殊人群大多數(shù)產(chǎn)品是為普通人群設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)參照的標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)普通人群的數(shù)據(jù)確定的。如

常見的門，其高度、寬度、門把手的位置等(一般來說，門高2000mm,

寬700～800mm,

門把手高1000mm)都是以普通人群的身高、體寬以及左右手習(xí)慣等為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，適合

于普通人群操作、使用。但是，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，還應(yīng)當(dāng)考慮特殊人群的使用狀

況，如盲人、肢體殘疾人、老人和兒童等，讓這部分群體享受無障礙設(shè)計(jì)帶來的便捷.人的生理需求與心理需求設(shè)計(jì)中的人機(jī)關(guān)系，不僅要滿足人的生理需求(如高矮、胖瘦、身體狀況等),而

且要滿足人的心理需求。產(chǎn)品