通用技术必修二知识框架思维导图

苏教版技术与设计必修2水平考试知识框架思维导图，分支内容包括：结构与设计、流程与设计、系统与设计、控制与设计。

技术与设计必修2 知识框架思维导图

第二单元 流程与设计

生活和生产中的流程

认识流程

流程：是一项活动或者一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。

环节：我们把完成某个目标、组成某项生产或某个活动过程的若干阶段或小的过程称为环节。环节的划分有大有小，根据不同的需要可以有不同的划分方法。

时序：时间上的先后顺序就是时序。

有些步骤之间时序是不可以颠倒的（如：实验室用氢气还原氧化铜的实验），有些步骤之间时序是可以颠倒的（如：自行车的装配中，先装车铃还是先装鞍座都行）。

*任何流程都反映了一定的时序，体现一定的环节。

生活与流程：科学合理的生活流程，可以指导我们正确地做事，提高工作和学习效率，使我们的生活变得有序、合理，为我们的安全提供保障。

生产与流程：运用科学合理的生产流程，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。

流程的设计

流程设计应考虑的基本因素

流程设计的目标：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

流程设计应考虑的基本因素：材料（不同的材料有不同的加工处理办法）、工艺（不同产品的工艺要求求各异，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）、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）、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）等。

流 程 设 计 的 步 骤 ：

流程的优化

流程优化的内容

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。

内容：工期、工艺、成本、质量等

流程优化的条件

建立在设备和工艺水平提高的基础上

建立在对流程内在机理进一步研究的基础上。

第四单元 控制与设计

控制的手段与应用

控制的手段

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

理解理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么？控制要达到什么目的和采取什么控制手段。

*从控制过程 中人工干预 的情形来分

人工控制：控制的过程是在人的直接干预和全 程干预下进行的。

自动控制：是指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。

按照执行机构不同，控制可分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。

控制的应用

控制应用到生活中，提高了人们的生活质量。（如：自动水龙头、自动取款机缩短取款时间等。）

生活中往往需要对温度、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。

提高质量和生产效率、减轻劳动强度。

控制系统的工作过程与方式

控制系统

任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环 节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。

分类

开环控制系统

闭环控制系统

开环控制系统

定义：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响， 这种控制系统称为开环控系统。

开环控制系统在日常生活中的用途很广，如十字路口的红 绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动 报警系统，公园的音乐喷泉自动控制系统等。

在控制系统中，为了分析的方便，通常采用方框来表示 系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向， 这种图称为控制系统的方框图。它表示了系统的各个环 节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。

*对于开环 控制系统， 通常可以 用下面的方 框图来描述

*控制系统的几个量：

输入量：即控制系统的给定量。

输出量（被控量）：即控制系统所要控制 的量，也是控制系统的输出信号。

被控对象：即控制系统中所要求控的装置 或生产过程。

执行器：直接对被控对象进行控制的装置 或元件。

控制器：即对输入信号进行处理并发出控 制命令的装置或原件。

控制量：即执行器的输出信号。

闭环控制系统

定义：我们把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。

闭环 控制 系统 框图

闭环控制系统与开环控制系统相比：闭环控制系统多了一个由检测装置组成的环节。

闭环控制系统的干扰与反馈

*干扰因素

定义：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。

有的干扰因素是由于环境造成的，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 航信号的手机信号灯。

反馈

定义：在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输 入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。

作用：控制系统中，将输出量通过适当的检测装置，返回到输入端 并与输入量进行比较，从而减少输出量的偏差，稳定 输出量。

功能模拟法：这种以功能和行为的相似性为基础用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法。例如，在国际象棋的人机对弈中计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能能模拟棋手的思维与人下棋。

黑箱方法：这种把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。例如，通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的运用。又如，通过看、听、拍西瓜判断西瓜的生熟。

控制系统的设计与实施

控制系统设计的一般思路：系统要达到的目标？控制对象？被控对象？被控对象的特性？被控量和控制量？外界的主要干扰因素？怎样的方案既能达到目的、又经济、易于实现？设备和元件？

开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。

对于简单的闭环控制系统的几个基本要求

一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。

控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。

闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。

在进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求之间往往会产生矛盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。

第三单元 系统与设计

系统及其特性

什么是系统？

定义：这种由相互联系，相互作用，相互依赖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称为系统。

构成系统必须具备三个条件

至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统。

要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体。

整体的功能是局部所没有的。

一般地，部分相对于系统的整体而言，要素相对于系统的元素结构而言。很多情况下，要素和部分又可以通用。

系统有大有小，有复杂有简单。

对于较大型的系统和比较复杂的系统，根据一定的标准可划分为若干子系统，如自行车系统可分为传动系统、制动系统、承重系统、转动系统，地球生态系统由海洋生态系统、淡水生态系统和陆地生态系统等子系统构成，交通系统可分为航空运输系统、铁路运输系统、公路运输系统等子系统。

系统的类型（根据需要，可以对系统进行不同的分类）



自然系统：是自然形成的系统（如生态系统）

人造系统：是由人工制造加工而成的系统（如Windows XP系统和机械传达系统）



实体系统：是实物形态的（如生物系统、机械系统）

抽象系统：是非实物形态的（如哲学系统）

系统的基本特性

整体性

是系统的最基本特性，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。

*系统的任何一个要素部分发生变化或出现故障时，都会影响其他要素部分或整体的功能的发挥。

*一般来说，系统的整体功能大于组成系统各部分的功能之和。

不能离开整体去分析系统中的任何一个组成部分。一个系统组织得好不好，就看它的整体功能即系统功能实现得怎样。

相关性

是指组成系统的各个要素之间或系统整体与部分之间的相互作用、相互联系。

目的性

任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能，这也正是区别不同系统的标志。

系统的目的一般通过更具体的目标来体现。

动态性

任何一个系统都是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。如：太阳每天都是新的。

运动系统的动态观点，有助于使我们不仅看到系统的现状，而且看到系统的变化和发展，从而预测系统的将来，掌握系统的发展规律。

环境适应性

一个系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换，外界环境的变化会引起系统特性的改变，并相应地引起系统功能和系统内部各部分相互关系的变化。系统只有具有对环境的适应能力，才能保持和恢复系统原有的特性。

系统必须适应外部环境的变化。只有能够适应外部环境的变化并保持最优适应状态的系统，才能发挥自身作用，实现可持续的发展，否则是没有生命力的。

系统的分析

系统分析及其一般步骤

系统分析：这种为了发挥系统的功能、实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程。

*系统分析的一般步骤

明确问题，设立目标。明确所分析的系统及其结构，确定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。

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后果。

分析计算，评价比较。对资料和数据作必要计算，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，选出最佳方案。

检验核实，做出决策。如果对方案不够满意，还可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

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；先看长远，再看当前。

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说服力。

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，首先选取最优先的目标，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，这就需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。

系统的优化

系统的优化是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定手段和方法，使系统的目标达到最大化（或最小化）。

影响系统优化的因素是指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。

系统的设计

系统的设计

系统设计应考虑的主要问题

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。

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各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的动态性、环境适应性，既要考虑当前，也要考虑长远。

系统设计方案的优化，首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在次基础上完善各部分的设计。

系统设计的一般步骤

1、根据系统设计的目标，将系统分解为若干子系统。

2、确定各子系统的目标、功能及其相互关系。

3、对子系统进行技术设计和评价。

4、对系统进行总体技术设计和评价等。

第一单元 结构与设计

常见结构的认识

无所不在的结构

结构：是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。

仿生结构案例 苍耳子与尼龙搭扣、鸟与飞机、鹰眼与导弹跟踪系统

*结构与力

结构：是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。

根据构件的受力和变形的形式，构件的五种基本形式

受拉：构件承受拉拽力。

受压：构件承受使之被挤压的力

受剪切：构件承受两个距离很近、大小相等、方向相反的平行力。

受扭转：构件两段承受方向相反的均匀的力，使它发生扭转形变。

受弯曲：构件承受使之产生弯曲的力。

*结构的类型（从力学架构与形态方面考虑））

实体结构：通常是指结构体本身是实心的结构。它的受力特点是，外力分布在整个体积中。如实心墙、护城河的堤坝、万里长城等。

框架结构：通常是指结构体由细长的构件组成的结构，它的受力特点是，既能承受竖向重力，也能承受水平方向的荷载。如鸟巢体育场馆、脚手架等。

壳体结构：通常是指层状的结构。它的受力特点是，外力作用在结构体的表面上。如飞机的外壳、贝壳、人的头盖骨等。

稳固结构的探析

结构与稳定性

结构的稳定性：是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。

*影响结构稳定性的主要因素

重心位置的高低（重心越低，结构越稳定越好。对于一个静止状态的结构而言，如果重心的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。）如：不倒翁、比萨斜塔等。

结构与地面接触所形成的支撑面积（支撑面积越大，结构越稳定。注意：支撑面积≠接触面积）如：桥墩、护城河的堤坝。

结构的形状（稳定的几何形状：三角形。）如：照相机的支撑架使用三脚架。

结构的不稳定性应用。如：将啤酒瓶倒置在地上，利用它来感知地震现象。

结构与强度

结构的强度

是指结构具有抵御被外力破坏的能力。

应力：就是构件的单位横截面积上所产生的力，可用如下关系式表示：

影响结构强度的主要因素

结构的形状

使用的材料

构件之间的连接方式 （按构件之间能否移动及转动）

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。 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。 具体有榫接、胶接、焊接。

结构与功能：结构不仅是事物存在的的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的改变可能导致功能的变化。

简单结构的设计

结构设计应考虑的主要因素

结构设计的目标及要求

目标：结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标。

要求：应满足设计规范，满足使用者的基本需要

结构设计应考虑的主要因素

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

一定的使用寿命。

经典结构的欣赏

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。

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：使用功能的实现，稳固耐用，创意和表现力，材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。

文化角度主要有：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。