第三节  技术与设计的关系

学习目标

1．掌握设计的概念。

2·理解技术的实现要靠精心的设计来完成。

3．了解设计与技术的相互关系。

设计是人类的一种重要创造活动，现代设计是把各种技术成果转化为生产力的一种手段和方法。具体地说，设计是针对预定的目标经过一系列的规划、分析和决策，产生相应的文字、数据、图形等信息的过程。如服装设计、建筑设计、机械设计、农田水利设计等。设计之后的成果通过实践或实施转化为某项工程或产品(图1.9)。

人类要改造自然，要满足各种需求，就需要改计，需求是设计的动力源泉。设计的本质是一个创新的过程，把创新构思转化为合乎人类需要的某类产品或工程的过程。

为了达到人们对美的追求，服装设计师设计出了款式多样、色彩各异、个性十足的各类服饰；要拥有温馨、舒适的家居环境，需要进行装潢设计；为了出行便利，人们设计制造出了多种交通工具……

一、技术目标通过精心设计实现

“核桃好吃壳难剥”。我们现在考察核桃剥壳技术，设计一种比较实用的核桃剥壳设备。如果没有周到精心的构思设计过程，是难以做到的。

我们仅从该设备的工作原理和方案选择来分析，就可以了解到设计过程的复杂性和反复性。可以参考一般坚果或类似的农产品(花生、板栗、杏核等)的破壳方法，比较并拟定核桃剥壳机的工作方式。

先来考察几种常用的破壳方法：

1．撞击法(图1.10)

核桃以较大的速度v撞击打板(或衬板)，经反复撞击后使核桃外壳开裂，实现去壳。

2．轧辊挤压法(图1.11)

在花生、稻谷等的去壳设备中，多使用一对转向相反、间距可调的平行放置的圆辊实现剥壳功能。

3．搓碾法(图1.12)

核桃在两片相对运动着的动、定齿盘问受到强烈的碾搓和剪切作用，外壳破碎并脱离，达到去壳目的。

实践与体验

以上方法是几种常见的破壳手段。通过试验、查资料、经验甚至凭直觉我们可以比较出这些方法的特点。

根据兴趣和条件，同学们可以自由组合成项目组，选定试验或调查的项目，并选出组长。项目组成员讨论组内分工，确定工作任务(填写表1.2)。

表1.2小组分工表

组  长	组  员	调查或试验内容

去图书馆或上网查资料、动手试验、走访技术人员或观摩相似设备，完成表1.3。

表1.3常见的破壳方法的特点

、＼试验项目 破壳方沪＼＼	工作原理	优点	缺点
撞击法
挤压法
搓碾法
其他方法1
其他方法2

可以看出，每一种方法用于核桃去壳都不够理想。我们在总结分析的基础上，充分发挥自己的想象力和创新意识，提出以下两种较好的设计方案：

方案一：将多种方法组合使用，提高破壳的效果。

图1.13所示的实验装置即是搓碾法和撞击法的组合使用。甩料盘将核桃甩出，核桃高速撞击机壳，使核桃仁与壳结合松动，以减少搓碾时核桃仁的破碎。

方案二：对挤压法的原理进行改进，使挤压和搓撕同时起作用，增加核桃壳的裂缝。这种方法 如图1.14所示，核桃在齿盘的旋转带动下挤入，一定间距的齿尖不断沿着壳表面施压，裂缝不断扩大，最后果壳基本上完全破裂，碎壳和果仁通过最小间隙处掉落下来。

探究与交流

核桃虽小，破壳技术至今仍不成熟。请你开动脑筋，也许会得出更便捷、更简单、效果更好的设计方案！

以上以核桃脱壳技术方案的选择为例，简单说明了设计的作用。

精心周到的设计是实现预期功能、满足预定需求的保证。设计的任何疏忽都可能导致产品失效甚至造成灾难性的后果。

“长虹卧波，綦城一景”，重庆綦江上的“虹桥”是都市中一道美丽的风景线。但由于吊索的固定及钢管焊接结构设计的错误(图1.15)，再加上施工质量等问题，致使虹桥在投入使用两年后轰然倒塌(图1.16)。

巨大的代价和惨痛的教训使我们认识到：全面扎实的基础知识、科学严谨的工怍作风和奉献精神是对工程技术人员的基本素质的要求。而这些基本素质的形成，需要我们在学习和生活中持之以恒的努力和锻炼。

二.  设计与技术相互促进

工程设计是技术活动的一种形式。现代的工程设计与技术相互促进、相互影响，形成强大的技术系统，产生更多、更完善的成果。

设计是技术成果转化的重要环节，以一些初期研究成果为基础例如，实验室研究的初试成果)，通过设计者的继续努力，实现新产品、新技术、新工艺的产业化开发。

设计的方案要考虑现有的技术手段能否实现。毫无限制的概念设计是每个设计师所向往的，但这些设计往往包含了成本高、难于生产或加工的因素。因此，设计也受到现有技术水平的制约。例 如．爬行的“甲壳虫”概念汽车，应用现有的技术还难以达到实用的程度(图1.17)。

现代设计也是一种技术，如机械设计、建筑设汁、服装设计、电路设计等，借助计算机辅助设计(简称cAD)和仿真技术的现代手段，已经基本可以甩掉图板，完成产品的设计或虚拟制造。

活动延伸

大蒜味美且有保健作用，是家庭中常用的一种调味辅料，然而大蒜的皮不好剥。大家能构思出大蒜剥皮的装置吗？再深入考虑一下，能否设计出一种家庭用的做蒜泥的小设备呢？

阅读材料

机械设计的过程

机械设计的过程一般经历以下几个阶段(图1.18)：

1．概念设计

通过调查研究，资料收集，仔细分析用户需求，在此基础上确定产品的功能，进而构思方案，进行分析与论证，最后获得一组可行的原理型方案。

2．初步设计

从前一阶段一组可行的原理方案中选出一个优化方案，绘制忌布置草图，确定每个部件的基本结构和形状，建立相应的数学模型，进行主要设计参数的分析、计算与优化。

3．详细设计

确定设计对象的细部结构，最终完成总布置图和零、部件图，并编写技术文件。

详细设计的终结并不意味着最终获得了一个好的设计。在整个过程中会对产品进行不断的修改和完善。

由此可见，机械设计是一个“设计--—评价---再设计”的反复迭代、不断优化的过程。诸多的问题可能是矛盾的，设计实际上也是一个折中的过程。