四、技术设计的一般过程举例

（一）发现问题，确定课题

下面从梅南中学高一级学生设计可自动开关的路灯为例，说明技术设计的一般过程。

离梅南中学15公里的燕山村，是一个山区的村庄，离村庄30公里有一个乡村医院。

村庄和医院之间。要经过一小段山路和山路间的一座过河木桥。最近两个月，连续发生晚上紧急送病人到医院救治时，由于小桥没有路灯而发生人员掉到河里的事故。村民们急切希望能在小桥边装上照明灯。

梅南中学高一级学生小明家就住在燕山村，他把这一问题反映到班里，同学们决定设法解决这个问题。学校为支持同学们做好事，愿意出资几千元购买灯具和有关材料；本校物理老师表示全力支持，在技术上给予指导。同学们确定“设计路灯”这一课题后，为完成课题后，他们继续进行了下面的工作。

（二）开展调查，搜素信息

通过调查了解到：

1．梅南中学和乡村医院以及燕山村是靠本地小水电站供电照明的，但在枯水季节水电站水量只够发电5小时，停机不发电时，村民用煤油灯照明，医院和中学则自备小发电机发电。

2．小桥旁边路不好走，且经常有大风，村民不光是看病要经过小桥，去梅南镇赶集也要经过小桥，因此解决桥边的路灯照明很有价值。

3．在桥的两头各安一盏路灯即可，其他路段相对平坦，不装灯都可以。

（三）制定方案，决策优化

在班长的组织带领下，同学就设计路灯制定了三个方案：

方案一：从医院或乡镇拉交流供电线路，用220V交流电做路灯电源，灯柱用水泥柱或木杆，人工开关路灯。小桥到村庄或医院最近距离约16公里。

方案二：用蓄电池供电，用直流12V的灯泡做路灯，用光敏二极管控制，自动开关路灯，灯柱用木杆。架设交流供电线路，在发电厂发电时对蓄电池充电。

方案三：用12V灯泡作路灯，蓄电池供电。用光敏二极管控制，自动开关路灯，灯柱用木杆。由于小桥附近常年有中小风力，采用小型风力发电机对蓄电池自动充电。

他们对三个方案进行权衡，决策优化：

（1）采用第一种方案要拉一条交流电供电线，同时还要花上几万元买水泥柱，成本非常高。改用木柱成本也要几千元。而且在枯水季节大多数时间因水电站停止发电，仍无路灯照明，不能解决根本问题。采用人工开关路灯也不可行。

（2）采用第二种方案要经常要对蓄电池充电，比较麻烦，而且要购多一些蓄电池，作轮换充电用，需要增加投资。

（3）采用第三种方案可以利用小型风力发电自动对蓄电池充电，省去人工充电的麻烦，加上采用光敏二极管在晚上和白天自动开关灯，安装调试好后不用人工管理。小风力发电机及充电设备全套不到1000元，总投资与第二种方案相近，但比第一种方案要小得多。因此是比较可行的方案。

因此同学们决定选定第三种方案。

（四）实施制作，评价改进

同学们对第三种方案进行了详细的设计、制作、安装、调试。试用了一个月后，村民们反映了一些意见。

（1）照明灯要天完全黑才亮，能否天未全黑灯就打开，否则仍不安全。

（2）照明灯和蓄电池防水不够完善，风雨天雨水仍能进入设备内，会损坏设备。

（3）该山区常有雷电，担心雷击损害设备。

（4）担心8m高的灯柱被大风吹倒和被牛羊撞倒。

（5）担心灯柱下面的蓄电池充电设备被盗窃。

（五）修改设计，达到最优

同学们针对路灯存在的问题进行了检查、分析，并派人到省城进行学习、调研。然后对自动开关路灯的设计进行了修改。

（1）重新调试了光敏二极管的工作点，使天还未全黑时，路灯就开启。

（2）路灯的防水设备不但能从上方防水，加强了水平方向的防水措施。

（3）将灯柱下面的蓄电池充电设备改安装在通风良好的，防水完善的铁盒中，并用锁锁上。

（4）加装了避雷针。

（5）在灯柱底端用石头和水泥做了一个围绕灯柱高50cm，直径40cm的水泥墩，加强了风吹、牲口撞的防护工作。

由于该小桥处于山谷之间，一年四季多有中小风力，彻底解决了电源自动供电问题，经过两个月试用，效果良好，晚上过小桥时再也不用担心摔到河里了，村民十分满意。

（六）受到表彰，推广使用

梅南中学的同学们学以致用，关心群众生活，自主开展创新设计，解决实际问题的精神受到了学校领导和县教育局领导的表彰。该项设计作为一项利用风能和自动开关的项目，很有学术价值和经济价值，被县有关部门推广利用。

练习与活动

1．分组开展调查研究，收集一两个例子，说明违反技术原则的危害。

2．试举例（或设想）说明违反设计过程的规律有什么后果。

3．十字路口的交通指挥灯红灯与绿灯转换前有剩余时间显示，试说明它的作用是什么？遵守了哪一条设计的原则？

4．试举出你了解的一些设计的案例，说明它遵守了哪些原则？有什么好处？

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