優(yōu)化設(shè)計（課件）-高中技術(shù)必修技術(shù)與設(shè)計1（豫科版2019）

第4節(jié)

優(yōu)化設(shè)計（1課時）第3章設(shè)計的過程豫科版2019必修一設(shè)計方案優(yōu)化01產(chǎn)品外觀優(yōu)化02

理解設(shè)計優(yōu)化的意義。01

了解運用試驗來檢驗設(shè)計產(chǎn)品的方法。02新課導入看看一同學們，一個產(chǎn)品的模型制作出來了，是不是這個產(chǎn)品就可以推向市場了呢？其實，在模型或原型制作完成后，還要進行一系列的測試，檢驗它是否能達到預期的目的。如果未達到預期效果，那么還需要進行設(shè)計方案的優(yōu)化。PART01設(shè)計方案優(yōu)化一

設(shè)計方案優(yōu)化你們見過農(nóng)村的舂米機嗎？舂米機簡圖概念

它是一種把稻谷脫殼的簡單機械。人用腳踩杠桿的一端，使舂頭抬高，腳離開杠桿后，舂頭自由下落并撞擊石臼里的稻谷使其脫殼。你能否對這個設(shè)備進行優(yōu)化，將人力驅(qū)動方式改為水力驅(qū)動方式？一

設(shè)計方案優(yōu)化1方案設(shè)計及模型制作舂米的設(shè)計方案分類舂米機設(shè)計方案

這是一種杠桿式的機械，在杠桿左側(cè)裝有“自動翻斗”，右側(cè)為舂頭。當貯水容器中的水流入自動翻斗中時，左側(cè)下沉，右側(cè)舂頭抬起。當自動翻斗中的水滿時，翻斗的重心升到支點之上，翻斗即刻翻倒，水全部倒出，于是舂頭下落，沖擊到米臼中。翻斗中的水倒出之后，翻斗又恢復初始狀態(tài)，隨著水重新流入翻斗中，杠桿使舂頭又翹起……如此反復，即可實現(xiàn)自動舂米。一

設(shè)計方案優(yōu)化重力力臂同時滿足G1l1

＜G2l2和G滿l1

＞G2l2自動翻斗到支撐軸心的力臂l1，舂頭到支撐軸心的力臂l2

。自動翻斗的自身重力G1，舂頭的重力G2，自動翻斗中水滿時的重力G滿方案的設(shè)計過程中主要考慮的因素關(guān)鍵尺寸設(shè)計一

設(shè)計方案優(yōu)化2模型的測試測試模型制作完成目的檢驗設(shè)計方案是否達到預期橋梁模型的承重試驗一

設(shè)計方案優(yōu)化

對模型進行測試，有助于設(shè)計人員了解方案是否滿足有關(guān)要求。用實際材料做成樣品機器（原型）產(chǎn)品批量生產(chǎn)需要通過試驗來判斷這種設(shè)計是否可行一

設(shè)計方案優(yōu)化針對橋梁模型是否能夠達到設(shè)計目標，提可能的測試問題12345橋梁的最大承重力是否滿足要求？外觀和造型可以改進嗎？…………橋梁的整體結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固安全？橋梁構(gòu)件間的連接方式是否可靠？

在模型測試中，按照其應滿足的功能提出測試問題，再設(shè)計方案進行試驗來回答這些問題，以期改進設(shè)計。一

設(shè)計方案優(yōu)化試驗中的每一次測試數(shù)據(jù)都必須記錄下來，以便進行進一步的數(shù)據(jù)分析。

在進行橋梁最大承重力測試中，逐次增加砝碼的質(zhì)量，記錄下每一次橋梁的變形情況，由此來作為檢驗橋梁的設(shè)計方案能否滿足最大承重力要求的參考。例如橋梁模型承重試驗記錄表一

設(shè)計方案優(yōu)化3設(shè)計方案的優(yōu)化方法試驗法設(shè)計參數(shù)的確定可以通過試驗的方法，找出較為合理的數(shù)值。優(yōu)點不足方法可靠試驗次數(shù)多、過程長。如果設(shè)計的參數(shù)多，并且相互關(guān)聯(lián)、相互影響時，通過試驗的方法來優(yōu)化設(shè)計參數(shù)是比較困難的。一

設(shè)計方案優(yōu)化經(jīng)驗類比法參照確定反復最終參照相同或類似產(chǎn)品的成熟設(shè)計方案初步確定有關(guān)參數(shù)通過分析和校核—調(diào)整—校核—調(diào)整，反復多次以達到優(yōu)化方案的目的一

設(shè)計方案優(yōu)化

優(yōu)化計算法

如果要設(shè)計制造一個體積為5m3

，長度不小于4m的貨箱，考慮到制造的成本，應盡量減少材料的使用，也就是使貨箱的表面積最小。貨箱模型

在進行方案優(yōu)化時，對約束條件［g(x)］進行分析：鋼板的耗費量與貨箱的表面積成正比。如果貨箱不帶上蓋，設(shè)貨箱長、寬、高分別為x1、x2、x3，則可寫出解決問題的數(shù)學模型。分析一

設(shè)計方案優(yōu)化數(shù)學模型x1、x2、x3

minf(x)=x1x2+2（x1x3+x2x3）設(shè)計變量設(shè)計目標約束條件

該模型的求解可以用圖解法，也可以借助計算機，用數(shù)學迭代的方法求出各個未知數(shù)。一

設(shè)計方案優(yōu)化一二優(yōu)化計算法中通過建立約束方程組求解最優(yōu)參數(shù)外可以利用仿真分析軟件對三維模型添加虛擬約束，分析模型結(jié)構(gòu)的缺陷，為設(shè)計者提供優(yōu)化參考。

利用仿真分析軟件進行優(yōu)化時必須結(jié)合豐富的實踐經(jīng)驗，否則其優(yōu)化結(jié)果僅止于計算機，無法在實際中運用。PART02產(chǎn)品外觀優(yōu)化二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化賞心悅目好的產(chǎn)品設(shè)計達到基本的功能要求注意產(chǎn)品的外觀式樣造型設(shè)計色彩結(jié)構(gòu)……材料功能二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化立體構(gòu)成原則尺度和比例①概念作用尺度是指造型對象直接和人的視覺接觸部分尺寸的大小，是以人體的尺寸作為度量標準的。不同的尺度會給人不同的適應感。在產(chǎn)品造型設(shè)計中，一般先定尺度，然后再進一步推敲結(jié)構(gòu)上的比例關(guān)系。案例上海長江大橋，大尺度的橋身造型讓人感受到它的雄偉。二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化

黃金分割比例具有國際公認的標準視覺美，其比值約為0.618。許多造型物體與空間的設(shè)計都運用了黃金分割比例，從造型上給人一種協(xié)調(diào)的美感，右圖的世界名畫《蒙娜麗莎》中就蘊含著黃金分割比例。

比例是指造型各個部分之間及局部與整體之間大小、長短的關(guān)系，以及本身長、寬、高三者之間的關(guān)系。造型的比例是結(jié)合功能要求、技術(shù)條件、材料、結(jié)構(gòu)、時代特征及人們的欣賞習慣而形成的。比例黃金分割比例《蒙娜麗莎》二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化對比與調(diào)和②

對比是指物體的構(gòu)成要素在進行組合時形成一定的差別，造成較強的視覺沖擊力和視覺效果。概念案例

右中麻繩、玻璃和絹花的材質(zhì)肌理的強烈對比使得畫面的視覺效果大大加強。肌理對比構(gòu)圖效果二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化

調(diào)和是指在設(shè)計中強化各個構(gòu)成要素的共性，弱化它們的差異性，以求得統(tǒng)一。中式風格室內(nèi)裝修調(diào)和二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化節(jié)奏與韻律③

有規(guī)律的重復形成節(jié)奏的美，變化的重復形成韻律的美。作用造型上的節(jié)奏與韻律二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化色彩構(gòu)成原則接觸物體最先其次重要性吸引眼球的是物體的色彩物體的形狀色彩是造型藝術(shù)中不可缺少的元素。不同的色彩，給人以不同的感受，一般稱為色彩感情。二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化看到藍色、綠色，會使人聯(lián)想到海洋、樹蔭等，感到清涼，故稱此類顏色為冷色?？吹郊t色、橙色、黃色，會使人聯(lián)想到太陽、火，感到溫暖，我們稱這些顏色為暖色。冷色暖色色彩中的冷暖色

色彩冷暖感的產(chǎn)生，是由于人們在觀察各種

色彩時，引起了對客觀事物和生活經(jīng)驗的聯(lián)想。冷暖感①二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化②輕重感明度高的色彩給人以輕盈感明度低的色彩給人以厚重感

色彩的明度不同使人產(chǎn)生不同的輕重感。色彩給食物添加了輕重感二

產(chǎn)品外觀優(yōu)化③遠近感做一做強調(diào)實驗

在玻璃的同一側(cè)表面上涂一塊藍色和一塊紅色，觀察這塊玻璃，會感覺到紅色在靠近人的這一側(cè)表面上，藍色則位于遠離人的另一側(cè)表面上，這說明色彩有遠近感。暖色給人擴張的感覺，屬于近感色；冷色給人收縮的感覺，屬于遠感色。在設(shè)計中，常利用近感色來強調(diào)重點部位摩托車開關(guān)近感色的提示

課堂練習三

只需知道數(shù)據(jù)之間相互鏈接的順序探討與討論1.對籃球架測試后,發(fā)現(xiàn)A處容易損壞,通用技術(shù)小組的小明打算對模型進行優(yōu)化。下列關(guān)于優(yōu)化設(shè)計方案的分析,合理的是（

）B

課堂練習三

只需知道數(shù)據(jù)之間相互鏈接的順序探討與討論2.通用技術(shù)小組同學在設(shè)計制作小椅子的過程中，對他們的方案進行了優(yōu)化，方案甲優(yōu)化后成為方案乙，這種優(yōu)化主要是()A.功能優(yōu)化B.結(jié)構(gòu)優(yōu)化C.材料優(yōu)化D.外觀優(yōu)化B

課堂練習三

只需知道數(shù)據(jù)之間相互鏈接的順序探討與討論3.某校高一(1)班第一學習小組在通用技術(shù)課上嘗試著為班級設(shè)計制作一個收納衛(wèi)生保潔工具的置物架。按照技術(shù)設(shè)計的一般過程，他們在明確設(shè)計的要求和主、客觀條件后，緊接著要做的是()。A.方案優(yōu)化B.制定設(shè)計方案C.模型(原型)制作D.產(chǎn)品使用說明B

小結(jié)五

小

結(jié)1.設(shè)計方案優(yōu)化（1）方案設(shè)計及模型制作