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商品簡介
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目次
商品簡介
本書是一本介紹現代設計理論與方法的教材，介紹“現代設計”的概念、基本規律和使能技術。內容包括：優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計、有限元法、智能設計、創新設計，工業設計、表面設計、綠色設計、動態設計，內容豐富，具有系統性、先進性和實用性。本書全面系統地介紹了現代設計理論，通過工程應用實例，加強學生對相關設計理論的理解與設計方法的掌握與運用，以提高大學生的創新設計能力，培養學生勇於探索，勇於開拓的精神和嚴肅認真，實事求是的科學作風。本書可作為高等學校機械工程類及相關專業高年級本科生的教材，也可作為工程技術人員繼續教育的培訓教材或研究生的參考書。
名人/編輯推薦
智能製造時代下的機械設計理論與方法
本書全面系統地介紹了現代設計理論(計算機輔助設計、優化設計、可靠性設計、有限元分析、智能設計、虛擬設計、創新設計、綠色設計、全生命週期設計，以及摩擦學設計、工業設計、動力學設計、表面設計等)，通過工程應用實例，加強學生對相關設計理論的理解與設計方法的掌握與運用，以提高大學生的創新設計能力，培養學生勇於探索，勇於開拓的精神和嚴肅認真，實事求是的科學作風。本書同時配套數字資源，方便學生自學。
本書介紹了現代設計中常用的計算機輔助設計、優化設計、可靠性設計、有限元分析、智能設計、虛擬設計、創新設計、綠色設計、全生命週期設計，以及摩擦學設計、工業設計、動力學設計、表面設計等設計方法，培養學生具有的現代設計思維和方法，以提高設計的速度(計算機輔助設計)、設計精度(有限元方法)、設計可視化程度(基於虛擬現實的設計)、設計質量(優化與穩健設計)、降低設計成本，提高設計一次性成功的比率。
本書全面系統地介紹了現代設計理論(計算機輔助設計、優化設計、可靠性設計、有限元分析、智能設計、虛擬設計、創新設計、綠色設計、全生命週期設計，以及摩擦學設計、工業設計、動力學設計、表面設計等)，通過工程應用實例，加強學生對相關設計理論的理解與設計方法的掌握與運用，以提高大學生的創新設計能力，培養學生勇於探索，勇於開拓的精神和嚴肅認真，實事求是的科學作風。本書同時配套數字資源，方便學生自學。
本書介紹了現代設計中常用的計算機輔助設計、優化設計、可靠性設計、有限元分析、智能設計、虛擬設計、創新設計、綠色設計、全生命週期設計，以及摩擦學設計、工業設計、動力學設計、表面設計等設計方法，培養學生具有的現代設計思維和方法，以提高設計的速度(計算機輔助設計)、設計精度(有限元方法)、設計可視化程度(基於虛擬現實的設計)、設計質量(優化與穩健設計)、降低設計成本，提高設計一次性成功的比率。
目次
第1章計算機輔助設計(1)
1.1計算機輔助設計概述(1)
1.1.1基本概念(1)
1.1.2產品集成開發流程(2)
1.1.3CAD/CAM發展歷程(2)
1.1.4CAD/CAM系統簡介(3)
1.1.5CAD系統的種類(7)
1.2計算機輔助設計技術(8)
1.2.1圖形系統與圖形標準(8)
1.2.2圖形幾何變換(9)
1.2.3幾何造型(10)
1.3協同設計(16)
1.3.1協同設計的基本概念(17)
1.3.2協同設計的支撐技術(17)
1.3.3協同設計的工作環境(19)
1.3.4設計實例――超聲波電動機的實時協同設計(21)
第2章優化設計(22)
2.1概述(22)
2.2一維優化方法(22)
2.2.1搜索區間的確定(23)
2.2.2一維搜索的試探方法(24)
2.3無約束優化方法(27)
2.3.1坐標輪換法(28)
2.3.2牛頓法(29)
2.4約束優化方法(31)
2.4.1遺傳算法(31)
2.4.2懲罰函數法(34)
2.4.3複合形法(39)
2.5多目標優化方法(42)
2.5.1多目標優化問題(43)
2.5.2主要目標法(44)
2.5.3統一目標法(44)
2.6工程優化設計應用(45)
2.6.1工程優化設計的一般步驟(45)
2.6.2工程優化設計實例(45)
第3章可靠性設計(50)
3.1機械失效與可靠性(50)
3.1.1可靠性定義及要點(50)
3.1.2失效的定義(50)
3.1.3產品可靠性壽命指標(51)
3.1.4可靠性特徵量(51)
3.2可靠性設計流程(53)
3.2.1機械可靠性設計的基本特點(53)
3.2.2可靠性設計的主要內容(53)
3.2.3機械可靠性設計流程(54)
3.3零件靜強度可靠性設計(54)
3.3.1應力強度干涉模型(55)
3.3.2可靠度計算方法(55)
3.3.3應力和強度分佈都為正態分佈時的可靠度計算(57)
3.3.4應力和強度分佈都為對數正態分佈時的可靠度計算(58)
3.3.5已知應力幅水平、相應的失效循環次數的分佈和規定的壽命要求時零件的
可靠度計算(59)
3.3.6已知強度分佈和最大應力幅在規定壽命下的零件可靠度計算(60)
3.3.7疲勞應力下零件的可靠度計算(60)
3.4零件疲勞強度可靠性設計(61)
3.4.1疲勞強度可靠性設計基礎(61)
3.4.2穩定變應力疲勞強度可靠性計算(61)
3.4.3不穩定變應力疲勞強度可靠度計算(62)
3.5機械系統可靠性設計(64)
3.5.1可靠性預測(65)
3.5.2系統可靠性分配(70)
3.6典型機械零件可靠性設計舉例(72)
3.6.1機械零件可靠性設計概述(72)
3.6.2螺栓連接的可靠性設計(73)
3.6.3軸的剛度可靠性設計(76)
第4章有限元設計(78)
4.1有限元法的基本思想與工程應用(78)
4.1.1有限元法的基本思想(78)
4.1.2有限元法的工程應用(78)
4.2彈性力學有限元法的基本理論(80)
4.2.1彈性力學中的基本假設(80)
4.2.2彈性力學的基本方程(80)
4.2.3彈性力學的基本原理(82)
4.3彈性力學有限元的一般方法(83)
4.3.1結構離散化(85)
4.3.2單元位移模式和形函數(85)
4.3.3單元特性分析(86)
4.3.4坐標變換(86)
4.3.5建立整個結構的平衡方程(87)
4.3.6邊界條件的處理(87)
4.3.7求解未知節點位移和計算單元應力(88)
4.4有限元設計分析中的若干問題(91)
4.4.1有限元離散模型的有效性確認(92)
4.4.2縮小解題規模的常用措施(92)
4.5有限元分析軟件應用(93)
4.5.1有限元分析軟件簡介(93)
4.5.2有限元分析軟件的基本組成(94)
4.5.3有限元分析軟件的工作流程(96)
第5章智能設計(101)
5.1智能設計概述(101)
5.1.1智能設計的產生與領域(101)
5.1.2智能設計系統的功能構成(102)
5.2知識處理(103)
5.2.1知識的表示(103)
5.2.2知識獲取(105)
5.2.3知識的應用(107)
5.2.4知識處理應用實例(116)
5.3智能設計系統構造方法(120)
5.3.1智能設計系統的複雜性(120)
5.3.2智能設計系統建造過程(121)
第6章虛擬設計(124)
6.1虛擬現實技術概述(124)
6.1.1虛擬現實的定義、特徵及組成(125)
6.1.2虛擬現實VR、增強現實AR與混合現實MR(127)
6.1.3虛擬現實技術的主要應用領域(128)
6.1.4虛擬現實技術發展趨勢及重點應用領域(130)
6.2虛擬現實技術體系結構(132)
6.2.1虛擬現實技術與計算機仿真的關係(132)
6.2.2虛擬現實技術體系結構(133)
6.2.3虛擬現實系統的分類(135)
6.2.4虛擬設計/製造系統的體系結構(135)
6.3虛擬現實硬件基礎(137)
6.3.13D位置跟蹤器(137)
6.3.2傳感手套(140)
6.3.3三維鼠標(141)
6.3.4數據衣(141)
6.3.5觸覺和力反饋的裝置(141)
6.3.6立體顯示設備(142)
6.3.73D聲音生成器(145)
6.4虛擬設計建模基礎(145)
6.4.1建模概論(145)
6.4.2幾何建模(146)
6.4.3基於圖像的虛擬環境建模(151)
6.4.4圖像與幾何相結合的建模技術(154)
6.5虛擬設計應用實例(156)
第7章創新設計(161)
7.1創新方法與TRIZ(161)
7.1.1創造性思維(161)
7.1.2創新方法(161)
7.1.3TRIZ的產生與發展(162)
7.1.4TRIZ的基本內容(163)
7.2設計衝突及其消解(164)
7.2.1設計中的衝突(164)
7.2.2技術矛盾及其解決(165)
7.2.3物理矛盾及其解決(172)
7.3基於TRIZ的創新設計實例(173)
第8章綠色設計(176)
8.1綠色設計概述(176)
8.1.1綠色設計基本概念(176)
8.1.2綠色設計與傳統設計的區別(176)
8.1.3綠色設計的特點(176)
8.1.4綠色設計的主要內容(176)
8.1.5綠色設計的實施步驟(177)
8.2綠色設計中的材料選擇(177)
8.2.1綠色材料選擇的原則(178)
8.2.2綠色材料的選擇(179)
8.2.3綠色材料的評價(179)
8.3面向拆卸的綠色設計(181)
8.3.1可拆卸設計的概念(181)
8.3.2可拆卸設計原則(181)
8.3.3可拆卸連接結構設計(182)
8.3.4卡扣式結構設計(185)
8.3.5拆卸設計評價(186)
8.4面向回收的設計(188)
8.4.1面向回收設計概念(188)
8.4.2產品回收的主要內容(189)
8.4.3面向回收的設計準則(189)
8.4.4回收方式(189)
8.4.5回收經濟性分析(190)
8.5面向包裝的綠色設計(191)
8.5.1綠色包裝設計的概念(191)
8.5.2綠色包裝設計內容(191)
8.5.3綠色包裝評價標準(193)
8.6面向節約能源的綠色設計(194)
8.6.1能效標識與標準(194)
8.6.2產品能量消耗模型(195)
8.7綠色設計的關鍵技術(198)
8.8綠色設計應用實例――液壓系統的綠色設計(200)
第9章全生命週期(203)
9.1全生命週期設計概念(203)
9.1.1全生命週期與壽命的區別(203)
9.1.2全生命週期設計的目的(203)
9.2全生命週期設計的主要內容(204)
9.2.1面向材料及其加工成形工藝的設計(204)
9.2.2面向製造與裝配的設計(205)
9.2.3面向功能的設計(205)
9.2.4安全使用壽命設計(206)
9.2.5經濟壽命設計(206)
9.2.6安全可監測性設計(206)
9.2.7面向資源環境的設計(206)
9.2.8事故安全設計(207)
9.3全生命週期設計的關鍵技術(207)
9.3.1產品全生命週期集成模型的建立(207)
9.3.2全生命週期的集成技術(208)
9.3.3支持整個生命週期的數據庫和知識庫(208)
9.3.4全生命週期評價(LCA)(208)
9.4產品全生命週期管理(209)
9.4.1面向產品全生命週期的需求管理(209)
9.4.2產品全生命週期管理系統需求信息管理模型(209)
第10章其他設計方法(213)
10.1摩擦學設計(213)
10.1.1摩擦學設計的概念(213)
10.1.2磨損類型(213)
10.1.3影響疲勞磨損主要因素(214)
10.1.4磨損控制(215)
10.2工業設計(217)
10.2.1工業設計定義(217)
10.2.2工業設計的原則(218)
10.2.3產品設計(219)
10.2.4一般產品設計流程(219)
10.2.5產品設計表達方式(220)
10.3動力學設計(221)
10.3.1動力學設計概述(221)
10.3.2機械動力學設計數學方程(221)
10.3.3動力學設計的一般過程及方法(222)
10.3.4常見的動力學設計系統(223)
10.4表面設計(226)
10.4.1產品表面形貌建模(226)
10.4.2產品曲面設計(228)
10.4.3計算機紋理輔助設計(229)
參考文獻(231)
1.1計算機輔助設計概述(1)
1.1.1基本概念(1)
1.1.2產品集成開發流程(2)
1.1.3CAD/CAM發展歷程(2)
1.1.4CAD/CAM系統簡介(3)
1.1.5CAD系統的種類(7)
1.2計算機輔助設計技術(8)
1.2.1圖形系統與圖形標準(8)
1.2.2圖形幾何變換(9)
1.2.3幾何造型(10)
1.3協同設計(16)
1.3.1協同設計的基本概念(17)
1.3.2協同設計的支撐技術(17)
1.3.3協同設計的工作環境(19)
1.3.4設計實例――超聲波電動機的實時協同設計(21)
第2章優化設計(22)
2.1概述(22)
2.2一維優化方法(22)
2.2.1搜索區間的確定(23)
2.2.2一維搜索的試探方法(24)
2.3無約束優化方法(27)
2.3.1坐標輪換法(28)
2.3.2牛頓法(29)
2.4約束優化方法(31)
2.4.1遺傳算法(31)
2.4.2懲罰函數法(34)
2.4.3複合形法(39)
2.5多目標優化方法(42)
2.5.1多目標優化問題(43)
2.5.2主要目標法(44)
2.5.3統一目標法(44)
2.6工程優化設計應用(45)
2.6.1工程優化設計的一般步驟(45)
2.6.2工程優化設計實例(45)
第3章可靠性設計(50)
3.1機械失效與可靠性(50)
3.1.1可靠性定義及要點(50)
3.1.2失效的定義(50)
3.1.3產品可靠性壽命指標(51)
3.1.4可靠性特徵量(51)
3.2可靠性設計流程(53)
3.2.1機械可靠性設計的基本特點(53)
3.2.2可靠性設計的主要內容(53)
3.2.3機械可靠性設計流程(54)
3.3零件靜強度可靠性設計(54)
3.3.1應力強度干涉模型(55)
3.3.2可靠度計算方法(55)
3.3.3應力和強度分佈都為正態分佈時的可靠度計算(57)
3.3.4應力和強度分佈都為對數正態分佈時的可靠度計算(58)
3.3.5已知應力幅水平、相應的失效循環次數的分佈和規定的壽命要求時零件的
可靠度計算(59)
3.3.6已知強度分佈和最大應力幅在規定壽命下的零件可靠度計算(60)
3.3.7疲勞應力下零件的可靠度計算(60)
3.4零件疲勞強度可靠性設計(61)
3.4.1疲勞強度可靠性設計基礎(61)
3.4.2穩定變應力疲勞強度可靠性計算(61)
3.4.3不穩定變應力疲勞強度可靠度計算(62)
3.5機械系統可靠性設計(64)
3.5.1可靠性預測(65)
3.5.2系統可靠性分配(70)
3.6典型機械零件可靠性設計舉例(72)
3.6.1機械零件可靠性設計概述(72)
3.6.2螺栓連接的可靠性設計(73)
3.6.3軸的剛度可靠性設計(76)
第4章有限元設計(78)
4.1有限元法的基本思想與工程應用(78)
4.1.1有限元法的基本思想(78)
4.1.2有限元法的工程應用(78)
4.2彈性力學有限元法的基本理論(80)
4.2.1彈性力學中的基本假設(80)
4.2.2彈性力學的基本方程(80)
4.2.3彈性力學的基本原理(82)
4.3彈性力學有限元的一般方法(83)
4.3.1結構離散化(85)
4.3.2單元位移模式和形函數(85)
4.3.3單元特性分析(86)
4.3.4坐標變換(86)
4.3.5建立整個結構的平衡方程(87)
4.3.6邊界條件的處理(87)
4.3.7求解未知節點位移和計算單元應力(88)
4.4有限元設計分析中的若干問題(91)
4.4.1有限元離散模型的有效性確認(92)
4.4.2縮小解題規模的常用措施(92)
4.5有限元分析軟件應用(93)
4.5.1有限元分析軟件簡介(93)
4.5.2有限元分析軟件的基本組成(94)
4.5.3有限元分析軟件的工作流程(96)
第5章智能設計(101)
5.1智能設計概述(101)
5.1.1智能設計的產生與領域(101)
5.1.2智能設計系統的功能構成(102)
5.2知識處理(103)
5.2.1知識的表示(103)
5.2.2知識獲取(105)
5.2.3知識的應用(107)
5.2.4知識處理應用實例(116)
5.3智能設計系統構造方法(120)
5.3.1智能設計系統的複雜性(120)
5.3.2智能設計系統建造過程(121)
第6章虛擬設計(124)
6.1虛擬現實技術概述(124)
6.1.1虛擬現實的定義、特徵及組成(125)
6.1.2虛擬現實VR、增強現實AR與混合現實MR(127)
6.1.3虛擬現實技術的主要應用領域(128)
6.1.4虛擬現實技術發展趨勢及重點應用領域(130)
6.2虛擬現實技術體系結構(132)
6.2.1虛擬現實技術與計算機仿真的關係(132)
6.2.2虛擬現實技術體系結構(133)
6.2.3虛擬現實系統的分類(135)
6.2.4虛擬設計/製造系統的體系結構(135)
6.3虛擬現實硬件基礎(137)
6.3.13D位置跟蹤器(137)
6.3.2傳感手套(140)
6.3.3三維鼠標(141)
6.3.4數據衣(141)
6.3.5觸覺和力反饋的裝置(141)
6.3.6立體顯示設備(142)
6.3.73D聲音生成器(145)
6.4虛擬設計建模基礎(145)
6.4.1建模概論(145)
6.4.2幾何建模(146)
6.4.3基於圖像的虛擬環境建模(151)
6.4.4圖像與幾何相結合的建模技術(154)
6.5虛擬設計應用實例(156)
第7章創新設計(161)
7.1創新方法與TRIZ(161)
7.1.1創造性思維(161)
7.1.2創新方法(161)
7.1.3TRIZ的產生與發展(162)
7.1.4TRIZ的基本內容(163)
7.2設計衝突及其消解(164)
7.2.1設計中的衝突(164)
7.2.2技術矛盾及其解決(165)
7.2.3物理矛盾及其解決(172)
7.3基於TRIZ的創新設計實例(173)
第8章綠色設計(176)
8.1綠色設計概述(176)
8.1.1綠色設計基本概念(176)
8.1.2綠色設計與傳統設計的區別(176)
8.1.3綠色設計的特點(176)
8.1.4綠色設計的主要內容(176)
8.1.5綠色設計的實施步驟(177)
8.2綠色設計中的材料選擇(177)
8.2.1綠色材料選擇的原則(178)
8.2.2綠色材料的選擇(179)
8.2.3綠色材料的評價(179)
8.3面向拆卸的綠色設計(181)
8.3.1可拆卸設計的概念(181)
8.3.2可拆卸設計原則(181)
8.3.3可拆卸連接結構設計(182)
8.3.4卡扣式結構設計(185)
8.3.5拆卸設計評價(186)
8.4面向回收的設計(188)
8.4.1面向回收設計概念(188)
8.4.2產品回收的主要內容(189)
8.4.3面向回收的設計準則(189)
8.4.4回收方式(189)
8.4.5回收經濟性分析(190)
8.5面向包裝的綠色設計(191)
8.5.1綠色包裝設計的概念(191)
8.5.2綠色包裝設計內容(191)
8.5.3綠色包裝評價標準(193)
8.6面向節約能源的綠色設計(194)
8.6.1能效標識與標準(194)
8.6.2產品能量消耗模型(195)
8.7綠色設計的關鍵技術(198)
8.8綠色設計應用實例――液壓系統的綠色設計(200)
第9章全生命週期(203)
9.1全生命週期設計概念(203)
9.1.1全生命週期與壽命的區別(203)
9.1.2全生命週期設計的目的(203)
9.2全生命週期設計的主要內容(204)
9.2.1面向材料及其加工成形工藝的設計(204)
9.2.2面向製造與裝配的設計(205)
9.2.3面向功能的設計(205)
9.2.4安全使用壽命設計(206)
9.2.5經濟壽命設計(206)
9.2.6安全可監測性設計(206)
9.2.7面向資源環境的設計(206)
9.2.8事故安全設計(207)
9.3全生命週期設計的關鍵技術(207)
9.3.1產品全生命週期集成模型的建立(207)
9.3.2全生命週期的集成技術(208)
9.3.3支持整個生命週期的數據庫和知識庫(208)
9.3.4全生命週期評價(LCA)(208)
9.4產品全生命週期管理(209)
9.4.1面向產品全生命週期的需求管理(209)
9.4.2產品全生命週期管理系統需求信息管理模型(209)
第10章其他設計方法(213)
10.1摩擦學設計(213)
10.1.1摩擦學設計的概念(213)
10.1.2磨損類型(213)
10.1.3影響疲勞磨損主要因素(214)
10.1.4磨損控制(215)
10.2工業設計(217)
10.2.1工業設計定義(217)
10.2.2工業設計的原則(218)
10.2.3產品設計(219)
10.2.4一般產品設計流程(219)
10.2.5產品設計表達方式(220)
10.3動力學設計(221)
10.3.1動力學設計概述(221)
10.3.2機械動力學設計數學方程(221)
10.3.3動力學設計的一般過程及方法(222)
10.3.4常見的動力學設計系統(223)
10.4表面設計(226)
10.4.1產品表面形貌建模(226)
10.4.2產品曲面設計(228)
10.4.3計算機紋理輔助設計(229)
參考文獻(231)
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