資源簡介

通用技術知識點必修2
第一單元
結構與設計
一、結構的含義
1.結構、構件的概念、應力的定義以及五種基本受力形式。
結構是指事物的各個部分之間有序搭配和排序可承受一定應力的形態。
一個較復雜的結構由許多不同的部分組成，這些組成部分通常稱為構件。
當一個結構受到外力作用時，內部各質點之間的相互作用會發生改變，產生一種抵抗的力，成為內力，應力是構件的單位橫截面上所產生的內力。
五種基本受力形式：拉力，壓力，剪切力，彎曲力；扭轉力。
2.四種結構類型（受力特點）
①實體結構
是指結構本身是實心的結構。利用自身來承受荷載，主要承受壓力。
受力特點：外力分布在整個體積中。
例如，實心墻、大壩等。
②框架結構
是指結構體由細長的構件組成的結構。
通過條狀物的連接來承受荷載，既可以承受壓力又能承受拉力。
其特點是，支撐空間而不充滿空間
例如，鐵架塔、建筑用腳手架等。
③殼體結構
是指層狀的結構。通過殼形來傳遞力和承受荷載，特別是當殼形頂部受到壓力時，它能將力均勻擴散。
受力特點是，外力作用在結構體的表面上。
例如，摩托車手的頭盔、飛機的外殼、貝殼等。
④組合結構
是指由兩種或兩種以上的基本結構類型組合而成的。
例如，埃菲爾鐵塔，它的塔腿由石砌墩座組成，塔身由鋼鐵部分的框架組成。
二、結構的分析
1.結構穩定性的含義及影響因素
結構的穩定性是指結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。影響結構穩定性的因素有多種，主要有重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小和結構的形狀等。
①若重心所在點的垂線落在結構底面的范圍內，就是穩定的。
②結構與地面接觸所形成的支撐面越大越穩定。
③結構的形狀不同，其穩定性也不同。
2.結構強度的含義及影響因素
結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。影響結構強度的主要因素：
①結構的形狀（三角形是框架結構中最基本的形狀之一，它結實、穩定，所用材料最少；薄板材料可以通過折疊改變結構來加固）。
②使用的材料。
③構件之間的連接方式（鉸連接，如門與門框的連接；榫接的木椅比釘接的穩固）。
三、結構的設計與制作
結構設計必須考慮它的受力情況、穩定性、強度、連接方式和材料的選用等。并能對結構設計進行基本的描述（圖紙等）。還要從功能、實用、安全、經濟、美觀和人性化角度綜合考慮，以保證結構設計的目的和要求。
四、結構的欣賞
結構賞析的角度及具體內容：
1.技術的角度
結構的使用功能的實現，結構的穩固耐用，結構造型設計的創意和表現力，材料使用的合理性，工藝制造的精湛程度等。
2.文化的角度
結構的文化寓意及傳達，公眾認可的美學原則，反映的時代，民族，習俗方面的特征等。
第二單元
流程與設計
一、流程的含義
1.流程的概念
流程是一系列連續有規律的活動，這些活動以確定的方式發生或執行，導致特定結果的實現。
2.流程在生產和生活中的作用
(1)在日常生活中，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，使我們的生活變得有序、合理，為我們的安全提供保障。生活中的流程對工作質量往往有著重要影響。
例如，在家中做飯，何時放菜，何時加鹽，對菜的營養和口味都有著直接的影響。
(2)在工農業生產中，我們要依據一定的流程來組織生產、管理企業。對于生產過程，有加工流程、組裝流程、包裝流程、質量檢查流程、安全生產流程等；對于企業經營過程，有原材料采購流程、史稱銷售流程、財務工作流程等。運用科學合理的流程可以有效的組織生產、提高生產效率、保證產品質量、保證安全生產、保護環境等。流程中工序的作業方式——串行和并行。串行工序的特點是，上一道工序完成之后才能進如下一道工序。并行工序是多人或多臺設備同時工作，這樣可以大大提高生產效率。
3.流程的分類
(1)工作流程
反映了完成一件事情、一項任務而進行的一系列有序的工作或活動的全過程。
(2)工藝流程
反映了從原料投入到成品產出，通過一系列工藝或加工環節，順序地進行生產或制造某種產品的全過程。
二、流程的分析
1.流程中時序與環節的概念
時序是指在一系列步驟中的時間上的先后順序。
我們把完成某個具體目標、組成某項生產或某個活動過程的若干階段或小的過程稱為環節。
2.流程的描述
為了使流程的描述清晰可見，我們一般采用流程圖來表達流程。依據流程的性質以及人們的表達習慣，流程圖有文字表達、表格表達、圖示表達等方式，有些場合還可用模型表達、動畫演示等。
3.流程圖
流程圖是用圖形和簡單的文字來描述流程。
以下是簡單的方框流程圖的符號：
環節
檢測點或決策點
開始/停止
時序（流向）
4.繪制流程圖
流程圖的繪制是在已經確定了流程的環節和時序后，利用預先約定的流程圖的集合圖形或符號繪制出來。如下圖所示的郵寄包裹工作流程方框圖。
5.識讀流程圖
流程圖的識讀是根據預先約定的流程圖的幾何圖形或符號，來理解完成某件事情或制造某種產品所需的各個環節和時序關系的全過程，而且還可以通過進一步的分析發現問題，為流程的改進做準備。（用橢圓圖形表示流程的開始和結束；用方框圖形表示環節，它具有一個流入指向和流出指向；用菱形表示檢測分支點，它具有一個流入指向和兩個流出指向。）
三、流程的設計
1.流程設計的目標
①對于工作和生活方面的流程設計，主要應考慮如何節省時間、提高工作效率、提高工作質量等目標。
②對于生產活動的流程設計，主要應從提高效率、提高質量、節省資源、安全生產、提高經濟效益、提高管理水平等方面明確設計的目標。
2.流程設計的基本因素
材料、工藝、設備、人員、資金和環境等。
3.流程設計的步驟
①明確設計的目標和任務，明確流程所應遵循的內在變化規律。
②分析現有材料、設備、資金、人員、工藝和環境等因素。
③列出流程涉及主要事項，并進行初步的排列。
④分析個事項（步驟）只見先后順序，合理地安排流程的時序和環節。
⑤選擇一種合適的表達方式畫出流程圖，對于有嚴格時間要求的時序，要標注時間。
四、流程的優化
1.流程優化的概念
在流程的涉及和實施過程中，要對流程進行不斷的改進，以期取得最佳的效果。對流程的改進過程，稱為流程的優化。
2.流程優化的目的
目的是為了提高工作效率、降低成本、降低勞動強度、節約能耗、減少環境污染、保證安全生產等。
3.流程優化的內容（指標）
流程優化涉及到工期優化、工藝優化、成本優化、技術優化、質量優化等優化指標。
4.流程優化的條件
流程與材料、設備、工藝有著密切的關系，在優化流程時，需要充分考慮到這些條件。
5.流程優化的步驟
①分析流程的現狀。
②確定改進的目標和要求。
③確定改進的方案，其方法有：對環節進行改進（如合并、刪減等）；對時序進行調整改進；對環節和時序都進行調整改進。
第三單元
系統與設計
一、系統的含義
1.系統的含義
由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體，稱為系統。
2.構成系統的條件
構成系統，必須具備三個條件：
第一，至少要有兩個或者兩個以上的要素（部分）才能組成系統。
第二，要素（部分）之間相互聯系、相互作用，按照一定方式形成一個整體。
第三，這個整體具有的功能是各個要素（部分）的功能中所沒有的。
3.系統與子系統
系統有大有小，有復雜有簡單。對于較大型的系統和比較復雜的系統，根據一定的標準可
劃分為若干子系統。任何系統都是它所屬的更大范圍更高一級系統的子系統。
4.子系統與元素
元素與系統的概念是相對而言的。例如“人”相當于“社會”這一系統，就是不可再劃分的最小單元，即構成社會的元素；而相對于“生物界”這個系統來說，人體就是一個復雜的系統，可以層層分解為系統、器官、組織、細胞等子系統。由此可見，所謂元素的不可再分性，也是相對于它所屬的系統來說的。
5.系統的分類
根據需要，可以對系統進行不同的分類。
例如，可把系統分為自然系統（如生態系統）和人造系統（如計算機系統）；也可把系統分為實體系統（生物系統、機械系統）和抽象系統（如哲學系統）。
6.系統的特性
（1）整體性
系統是一個整體，它不是各個要素（部分）的簡單相加，系統的整體功能是各要素（部分）在孤立狀態所沒有的。
例1，一堆沙子，鋼材，水泥和繩索散放在一起沒有什么意義，但如果將它們按照一定的結構形成一個整體，如遷成一座懸索橋，就具有了交通的功能，而若蒜根繩索出現故障，就可能影響整座橋正常使用
系統的整體功能大于組成系統的各部分的功能之和，這就是我們常說的2﹥1+1。
例2，一個企業是由管理部門、生產部門、營銷部門、供誚部門各部門組成的整體，任何一個部門都不可能單獨實現企業的目標。
例3，人的雙眼視覺功能大大超過兩只眼視覺功能簡單的相加的部和。
（2）目的性
系統都是以實現某種功能為目的的，這正是區別不同系統的標志。系統的目的一般通過更具體的目標來實現，系統的多個目標有時不完全一致，甚至互相矛盾，這就需要協調，尋求平衡或折中的方法，從而收到整體最佳的效果。
（3）相關性
系統內各組分（元素）之間存在著相互依賴和相互制約的特定關系，某一個組分（元素）的變化，會影響到其他組分（元素）實現其功能。
（4）環境適應性
一個系統與其所處的環境之間通常都有物質，能量和信息的交換，外界環境的變化會引起系統特性的變化，并引起系統功能和系統內各部分相互關系的變化。系統只有有對環境的適應能力，才能保持和恢復系統原有的特性。
（5）層次性
系統無論大小，都可以分解為一系列的子系統，并存在一定的層次結構。系統各個層次具有獨自的功能，它們通過相互聯系、相互作用共同完成系統的整體功能。（既分層次就有輕重之分，在不得已的情況下，選擇放棄輕的來盡量完成功能。）
（6）動態性（蘇教版）
“太陽每天都是新的”這說明任何事物都是不斷變化的，任何系統都是一個動態的系統，外在運動變化和發展之中。
例如：機械轉動系統的零件之間都會有磨損，雷達天線24小時轉動以搜索目標；看病和生病的過程體現了一個系統的動態性。
二、系統的分析
1.系統分析的含義
為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬定一套有效的處理步驟和程序，或對原有的系統提出改進方案的過程，就是系統分析。
2.系統分析的目的
系統分析的出發點是為了發揮系統的整體功能，目的是尋求解決問題的最佳決策。
3.系統分析的方法
明確問題，設立目標→收集資料，制定方案→分析計算，評價比較→檢驗核實，作出決策。
4.系統分析的主要原則
整體性原則、科學性原則、綜合性原則。
三、系統的設計
1.系統設計的含義
無論是簡單系統的設計，還是復雜系統的設計，都要對需設計的系統進行調查分析、籌劃研究、評價實施、運行實施等，指導完成一個能協調工作的實際系統，這一過程就是系統設計。
2.系統設計除了遵循技術設計的一般過程、原則和標準外，還特別強調
①以實現系統整體效果最優為目的。
②設計好系統的每個元素和子系統。
③綜合考慮系統各個元素和子系統之間的聯系，合理解決它們之間的矛盾沖突。
3.系統設計的方法
①確定系統設計的總體目的要求。
②基本的設計分析。
系統設計的約束條件（系統設計的條件、外部環境等）；系統內部組分之間、系統與外部環境之間的相互聯系及制約關系。
③系統的設計。
子系統設計及功能確定；系統總體技術設計，合理解決子系統（元素）之間的矛盾沖突，加強系統內部、系統與環境之間的協調配合。
④系統的優化。
分析影響系統優化的主要因素，提高系統的整體運行效果；設計方案不斷驗證、完善。
⑤系統的評價及改進。
四、系統的優化
1.系統優化的含義及意義
系統的優化就是在給定條件下，通過一定的手段和方法，使系統獲得更佳功能或更佳效益的過程。實現系統的最優化，就可以在一定資源條件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、財力達到最小。
2.系統優化的基本原則
①系統優化不僅要實現系統中每個元素和子系統的優化，還要達到系統整體的優化，強調提高系統的整體效益和功能。
②系統優化的過程中，受一定的條件影響和約束，會造成系統與環境、系統組分之間的矛盾沖突，只有合理解決這些矛盾沖突，才能實現系統的優化。
③必須注意系統各組分之間、組分與整體之間的連接狀況，加強協調，才能提高系統的有序性和整體的運行效果。
④系統優化是一個不斷驗證、完善的過程。
3.影響系統優化的因素
①優化追求的目標要適度。
②希望投入最小，而取得的效益最大。效/耗比性/耗性/價比（比值越大，就越接近或達到最優化）
③系統優化離不開條件，條件是否具備直接影響優化。
④某些不確定的或不可預見的因素也會影響系統的優化。
4.系統優化的一般性步驟
①提出需要優化的問題。
例如，城西干道噪音污染問題就是需要進行優化的問題；碼頭的選址也是一個系統優化問題。
②需要收集有關資料和數據，確定變量、建立定量計算方程（數學模型）和約束條件，選擇何事的最優化方法。
例如，具體測量噪音的嚴重程度；為保持方案可行，必須勘測、預算；建立隔音墻防噪音的數學模型及墻體參數條件，求解數學解；墻體結構與材料與定量計算有關；經費預算包括：購買器材、設備費用；外請工程設計與施工技術人員費用民工費用、機動調動費用……
③驗證和實施。
條件校驗：逐項校驗修路工程所需的人力、物力、財力是否具備。
實施與調整：實施計劃的過程。
第四單元
控制與設計
一、控制的含義
1.控制的含義
人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制。結合事例，重點闡明控制的對象是什么；控制要達到什么目的；采取什么控制手段。
控制事例
控制的對象
控制的目的
控制的手段
電風扇扇葉轉速快慢的控制
電風扇
調節速度
換檔
音響的音量控制
音響
音量的調節
旋鈕
燃氣熱水器溫度的控制
熱水器
調節出水口溫度的高低
改變燃氣火頭的大小
用噴霧器噴灑農藥
噴霧器
給莊稼治病
操作噴霧器的手柄
2.控制的應用
控制的應用自古就有，并在近代得到迅速發展，在社會生產生活的各個領域都有極其廣泛的應用。
例如，汽車自動化生產線；農業現代化設施；現代網絡家電。
3.控制應用的意義
①控制應用到生活中，提高了人們的生活質量，人類能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周圍的環境，使之能滿足人們的需要。
②提高勞動效率，減輕勞動這的勞動強度。
③在軍事、國防等領域的應用，能對目標進行準確鎖定。
二、簡單控制系統的分析
1.控制的分類
人工控制（控制的過程是在人的直接干預和全程干預下進行的）和自動控制（是指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行）。
開環控制和閉環控制。
2.開環控制和閉環控制
能將控制的結果（即比較量）反饋回來與希望值（即基準量）進行比較，并根據它們的誤差及時調整控制作用的系統，稱為閉環控制系統。
而不將控制的結果反饋回來影響控制作用的系統，稱為開環控制系統。
系統中將控制結果反饋回來的部分，稱為反饋環節。
閉環控制系統都有反饋環節，所以有時又稱閉環控制系統為反饋控制系統。
反饋環節是閉環控制系統的重要特征。
判斷一個控制系統是否為閉環控制的簡單方法是：考察分析當控制效果發生變化時。
例如，給被控對象或被控量施加一些干擾，控制系統能否作出相應的調整去改變控制的效果，以減少控制誤差，如果能，則為閉環控制，否則是開環控制。
3.控制系統的組成
以投擲飛鏢和騎自行車為例子，可分別用下圖描述它們的控制過程。
期望值
落點
投擲飛鏢的控制過程
期望值
行駛方向
騎自行車的控制過程
一個工程領域的控制系統的控制過程與人進行控制的過程是相似的，兩者都有控制指令的發出者、控制指令的執行者，如果是閉環控制，還都存在反饋環節。
控制系統的基本構架是相似的，我們引入控制器與控制量、被控對象與被控量等概念。
①在上圖中，人的大腦都是控制命令的發出者，我們把這一部分稱為控制系統的控制器。
②控制系統都有確定的控制目的。騎自行車要控制的是自行車的行駛方向；投擲飛鏢的目的是擊中靶心，即控制飛鏢的落點。所以自行車的行駛方向、飛鏢的落點就是這兩個控制系統中的被控量。
③要對被控量進行調整，在騎自行車的例子中，是通過對自行車的控制實現的，而在投擲飛鏢的例子中，是通過對飛鏢的控制實現的。自行車和飛鏢就是指兩個控制系統中的被控對象。
④有時，控制器發出的命令并不能直接對被控對象產生影響。在騎自行車和投擲飛鏢的過程中，大腦發出的生物信號，并不能直接影響自行車或飛鏢的狀態，而是要通過肢體去控制自行車和飛鏢。這種將控制器發出的信號轉換成能影響被控對象的信號的裝置，稱為執行器。上圖中人的肢體就是執行器。
⑤肢體動作能夠控制自行車和飛鏢的狀態，實際上是對它們施加了一定的力。這種能對被控對象產生作用，從而使被控量發生變化的量，稱為控制量。
4.控制系統的框圖表示
給定值
控制量
被控量
開環控制系統結構框圖
比較器
控制量
被控量
給定值
閉環控制系統結構框圖
三、簡單控制系統的設計
1.控制系統設計的步驟：
第一步，確定控制的目的。
第二步，確定系統的被控量，即控制系統要控制什么。
一般情況下，系統的控制目的就是系統的被控量，如速度控制系統的被控量是速度，溫度控制系統的被控量是溫度。
第三步，明確系統被控量應達到的精度指標，如速度、溫度的精度指標。
第四步，選定控制系統的結構。
控制系統有開環和閉環，系統的控制精度、造價指標，將知道我們選擇控制系統的類型（開環或閉環）及閉環控制中對反饋環節的要求。
第五步，建立系統各個環節的模型。
大型、復雜控制系統分析和仿真都依賴于模型的建立，對于簡單的控制系統可不建立模型而直接通過實驗檢驗系統的性能。
第六步是確定待調參數。
不管是對模型進行仿真還是進行系統實際實驗，我們都要找出最能影響系統性能的一些參數作為仿真或實驗時觀察、調整的對象，通過對它們的調整，使系統達到最佳的性能。
設計的最后步驟是分析、實驗系統的性能。
2.控制中的干擾
在實際的控制系統中，常常會有一些變化不定的因素對系統的行為造成不利影響，這種有害的因素我們稱其為干擾。
3.克服干擾的基本方法
閉環控制系統比開環控制系統有更好的抗干擾能力。
另外，就干擾的性質來說，有些干擾是可以避免的，而有些干擾是不可避免的，要分析干擾的性質，然后“對癥下藥”。
4.控制系統設計的思路和閉環控制系統設計的基本要求
（1）要設計好一個控制系統
①明確這個系統要達到的目的是什么。
②所要控制的對象是什么。
③被控對象有哪些重要的特性。
④被控量和控制量分別是什么。
⑤外界的主要干擾因素有哪些。
⑥選擇怎樣的設計方案既能達到目的，又經濟、易于實現。
⑦如何選擇設備和原件。
（2）對于簡單的閉環控制系統，有以下基本要求
①一個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。
②控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內。
③閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。
交寄
填寫包裹單
包裝密封
購買標準包裝箱
領取包裹單
收好回執
交費
飛鏢
肢體
大腦
自行車
肢體
大腦
眼睛
被控對象
執行器
控制器
被控對象
執行器
控制器
反饋環節

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