現(xiàn)代設(shè)計理論與方法(第二版)(陳定方等編著)
定 價:39.8 元
叢書名:21世紀(jì)高等學(xué)校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化系列教材
- 作者:陳定方,盧全國 著
- 出版時間:2020/10/1
- ISBN:9787568062022
- 出 版 社:華中科技大學(xué)出版社
- 中圖法分類:TB21
- 頁碼:258
- 紙張:膠版紙
- 版次:2
- 開本:16開
本書是一本介紹現(xiàn)代設(shè)計理論與方法的教材,介紹“現(xiàn)代設(shè)計”的概念、基本規(guī)律和使能技術(shù)。內(nèi)容包括:優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算機(jī)輔助設(shè)計、有限元法、智能設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計,工業(yè)設(shè)計、表面設(shè)計、綠色設(shè)計、動態(tài)設(shè)計,內(nèi)容豐富,具有系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實用性。本書全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代設(shè)計理論,通過工程應(yīng)用實例,加強學(xué)生對相關(guān)設(shè)計理論的理解與設(shè)計方法的掌握與運用,以提高大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力,培養(yǎng)學(xué)生勇于探索,勇于開拓的精神和嚴(yán)肅認(rèn)真,實事求是的科學(xué)作風(fēng)。本書可作為高等學(xué)校機(jī)械工程類及相關(guān)專業(yè)高年級本科生的教材,也可作為工程技術(shù)人員繼續(xù)教育的培訓(xùn)教材或研究生的參考書。
本書全面系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代設(shè)計理論(計算機(jī)輔助設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元分析、智能設(shè)計、虛擬設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計、綠色設(shè)計、全生命周期設(shè)計,以及摩擦學(xué)設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、動力學(xué)設(shè)計、表面設(shè)計等),通過工程應(yīng)用實例,加強學(xué)生對相關(guān)設(shè)計理論的理解與設(shè)計方法的掌握與運用,以提高大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力,培養(yǎng)學(xué)生勇于探索,勇于開拓的精神和嚴(yán)肅認(rèn)真,實事求是的科學(xué)作風(fēng)。本書同時配套數(shù)字資源,方便學(xué)生自學(xué)。
工業(yè)時代產(chǎn)品競爭有以下規(guī)律:當(dāng)產(chǎn)品短缺時——以數(shù)量占領(lǐng)市場;當(dāng)產(chǎn)品富余時——以質(zhì)量占領(lǐng)市場;當(dāng)產(chǎn)品成本成為競爭因素時——以規(guī)模競爭市場;當(dāng)產(chǎn)品數(shù)量與質(zhì)量都不同時——以創(chuàng)新占領(lǐng)市場。知識時代的產(chǎn)品競爭規(guī)律是:品牌戰(zhàn)略、專利戰(zhàn)略、標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)略;產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化?梢哉f,“制造業(yè)的競爭實際上是產(chǎn)品設(shè)計的競爭,設(shè)計是制造業(yè)的靈魂,創(chuàng)新是設(shè)計的靈魂。”而現(xiàn)代設(shè)計理論與方法正是支撐工業(yè)時代產(chǎn)品競爭和知識時代產(chǎn)品競爭的有力武器。近四十年來,現(xiàn)代設(shè)計理論與方法經(jīng)歷了逐漸形成和不斷發(fā)展的歷程。今天,計算機(jī)輔助設(shè)計、有限元設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計已經(jīng)得到迅速普及,可以說是不再“現(xiàn)代”了。同時,計算機(jī)輔助設(shè)計的更高階段——智能設(shè)計、虛擬設(shè)計,可靠性設(shè)計的更高階段——穩(wěn)健設(shè)計,以及創(chuàng)新設(shè)計、綠色設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、表面設(shè)計等的出現(xiàn),極大地豐富了現(xiàn)代設(shè)計方法的內(nèi)涵,F(xiàn)代設(shè)計方法既有理論,也有方法,既是科學(xué),又是技術(shù)。對于機(jī)械、電子類高年級學(xué)生而言,在掌握了常規(guī)機(jī)械設(shè)計方法后,學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計理論與方法,了解其內(nèi)涵,掌握其應(yīng)用,非常必要。本書的大量內(nèi)容源自編者所在的武漢理工大學(xué)智能制造與控制研究所的研究成果。研究所長期致力于現(xiàn)代設(shè)計方法的研究與應(yīng)用,在計算機(jī)輔助設(shè)計、機(jī)械設(shè)計專家系統(tǒng)、虛擬設(shè)計、表面設(shè)計、協(xié)同設(shè)計等領(lǐng)域承擔(dān)了一批國*級、省部級科研項目,取得了一系列研究與應(yīng)用成果,并曾先后編寫了《機(jī)械的CAD與專家系統(tǒng)》(陳定方、倪篤明,北京科技出版社,1985),《機(jī)械CAD基本教程》(余俊、陳定方、周濟(jì)、倪篤明,機(jī)械工業(yè)出版社,1986),《機(jī)械設(shè)計專家系統(tǒng)研究與實踐》(吳慧中、陳定方、萬耀青,中國鐵道出版社,1992),《機(jī)械設(shè)計大典》(余俊主編)之計算機(jī)輔助設(shè)計篇、智能設(shè)計篇、虛擬設(shè)計篇(陳定方等,江西科技出版社,2002),《虛擬設(shè)計》(陳定方、羅亞波,機(jī)械工業(yè)出版社,2002第1版,2007第2版),《分布交互式虛擬汽車駕駛訓(xùn)練模擬系統(tǒng)》(陳定方、尹念東、李勛祥,科學(xué)出版社,2009),《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計師手冊》(陳定方主編,孔建益、楊家軍、李勇智副主編,譚建榮主審,機(jī)械工業(yè)出版社,2014),《五彩繽紛的虛擬現(xiàn)實世界》(陳定方主編,中國水利水電出版社,2015)、《Galfenol合金磁滯非線性模型與控制方法》(舒亮、陳定方,國防工業(yè)出版社,2016)等。本書以上述專著為主要參考,在編者多年相關(guān)教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上,按照本科生教材的要求編寫而成,本書于2010出版第1版,2012-2018年曾多次印刷,受到廣大讀者的喜愛,現(xiàn)應(yīng)讀者要求,在第1版的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂,出版第2版。本書根據(jù)重應(yīng)用、重綜合的需要安排章節(jié),側(cè)重實例教學(xué),以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在具體內(nèi)容的編排上,注重先進(jìn)性與實用性的結(jié)合,并遵從由淺入深的教學(xué)規(guī)律。同時,本書也借鑒了國內(nèi)外諸多現(xiàn)代設(shè)計方法領(lǐng)域知名學(xué)者的成果,特別是余俊教授、謝友柏院士、譚建榮院士、聞邦椿院士、鄔賀銓院士、顧元憲教授、陳立周教授、萬耀青教授、趙汝嘉教授、騰弘飛教授、檀潤華教授、殷國富教授、張鄂教授、鐘毅芳教授、賓鴻贊教授、吳昌林教授、楊家軍教授等。在此,深表感謝并致以深深的敬意。本書共有11章,由陳定方、盧全國等編著。其中,緒論由陳定方、盧全國編寫,第1章由張爭艷、郭蘊華、陳定方編寫,第2章由吳雋、李寧、陳定方編寫,第3章由梅杰、陳定方編寫,第4章由由陳昆、魏國前、陳定方編寫,第5章由盧全國、劉方晨、陳定方編寫,第6章由陶孟侖、陳定方編寫,第7章由由盧全國、苑慶杰、陳定方編寫,第8章由郭菁、高震東、陳定方編寫;第9章由譚建榮、李波、陳定方編寫,第10章由劉瑩、李文鋒、梅杰、石端偉、李勛祥、劉坤、梅杰、陳定方編寫。另外,在編寫過程中,楊珠敏、趙亞鵬、沈琛林、劉哲、張波、張晶華、車暢、肖銳、楊公波、李濤濤、張鴻翔、聶少文參與了部分內(nèi)容的校對工作。全書由陳定方、盧全國擔(dān)任主編并統(tǒng)稿。本書的編寫得到了湖北省高等學(xué)校省級教學(xué)研究項目“借鑒美國斯坦福大學(xué)與硅谷的經(jīng)驗,探索我國理工科大學(xué)教學(xué)改革道路”(20040080)的支持,另外,第7章的編寫還得到了江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目“TRIZ理論在機(jī)械類學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)中的應(yīng)用研究”(JXJG081811)的支持。同時,得到一批高等學(xué)校、研究所和制造企業(yè)在現(xiàn)代設(shè)計方法研究與實踐方面的大力支持。華中科技大學(xué)出版社機(jī)械分社為本書的策劃、寫作和編輯出版作了很好的工作。在此,一并表示感謝。本書適用于機(jī)械類高年級本科生,建議學(xué)時數(shù)為40學(xué)時,使用本書的高校可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。同時,本書也可供相關(guān)專業(yè)的研究生、技術(shù)人員和企業(yè)管理人員參考。由于現(xiàn)代設(shè)計方法在不斷發(fā)展,加之作者水平所限,書中難免有疏漏和不足,望廣大讀者不吝指正。
陳定方 盧全國
2020年于武漢
中國人工智能學(xué)會智能制造專業(yè)委員會副主任兼學(xué)術(shù)委員會主任、湖北省機(jī)械設(shè)計與傳動專業(yè)委員會理事長、湖北省機(jī)械制造自動化副理事長、湖北省機(jī)電一體化專業(yè)委員會副理事長;中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所智能處理開放研究實驗室客座研究員;南昌大學(xué)、江蘇大學(xué)、廣西大學(xué)、長沙理工大學(xué)、三峽大學(xué)、上海第二工業(yè)大學(xué)、溫州大學(xué)、南昌工程學(xué)院、湖北理工學(xué)院、福建三明學(xué)院等大學(xué)兼職教授;《中國機(jī)械工程》、《計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報》、《振動、測試與診斷》、《工程圖學(xué)學(xué)報》、《裝備制造技術(shù)》、《武漢理工大學(xué)學(xué)報》等學(xué)術(shù)刊物的編委。 擔(dān)任2008-2010國家科學(xué)技術(shù)獎勵評審專家、國家自然科學(xué)基金委員會第十一屆、第十二屆工程與材料科學(xué)學(xué)部專家評審組成員。
第1章計算機(jī)輔助設(shè)計(1)
1.1計算機(jī)輔助設(shè)計概述(1)
1.1.1基本概念(1)
1.1.2產(chǎn)品集成開發(fā)流程(2)
1.1.3CAD/CAM發(fā)展歷程(2)
1.1.4CAD/CAM系統(tǒng)簡介(3)
1.1.5CAD系統(tǒng)的種類(7)
1.2計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)(8)
1.2.1圖形系統(tǒng)與圖形標(biāo)準(zhǔn)(8)
1.2.2圖形幾何變換(9)
1.2.3幾何造型(10)
1.3協(xié)同設(shè)計(16)
1.3.1協(xié)同設(shè)計的基本概念(17)
1.3.2協(xié)同設(shè)計的支撐技術(shù)(17)
1.3.3協(xié)同設(shè)計的工作環(huán)境(19)
1.3.4設(shè)計實例——超聲波電動機(jī)的實時協(xié)同設(shè)計(21)
第2章優(yōu)化設(shè)計(22)
2.1概述(22)
2.2一維優(yōu)化方法(22)
2.2.1搜索區(qū)間的確定(23)
2.2.2一維搜索的試探方法(24)
2.3無約束優(yōu)化方法(27)
2.3.1坐標(biāo)輪換法(28)
2.3.2牛頓法(29)
2.4約束優(yōu)化方法(31)
2.4.1遺傳算法(31)
2.4.2懲罰函數(shù)法(34)
2.4.3復(fù)合形法(39)
2.5多目標(biāo)優(yōu)化方法(42)
2.5.1多目標(biāo)優(yōu)化問題(43)
2.5.2主要目標(biāo)法(44)
2.5.3統(tǒng)一目標(biāo)法(44)
2.6工程優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用(45)
2.6.1工程優(yōu)化設(shè)計的一般步驟(45)
2.6.2工程優(yōu)化設(shè)計實例(45)
第3章可靠性設(shè)計(50)
3.1機(jī)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(chǎn)品可靠性壽命指標(biāo)(51)
3.1.4可靠性特征量(51)
3.2可靠性設(shè)計流程(53)
3.2.1機(jī)械可靠性設(shè)計的基本特點(53)
3.2.2可靠性設(shè)計的主要內(nèi)容(53)
3.2.3機(jī)械可靠性設(shè)計流程(54)
3.3零件靜強度可靠性設(shè)計(54)
3.3.1應(yīng)力強度干涉模型(55)
3.3.2可靠度計算方法(55)
3.3.3應(yīng)力和強度分布都為正態(tài)分布時的可靠度計算(57)
3.3.4應(yīng)力和強度分布都為對數(shù)正態(tài)分布時的可靠度計算(58)
3.3.5已知應(yīng)力幅水平、相應(yīng)的失效循環(huán)次數(shù)的分布和規(guī)定的壽命要求時零件的
可靠度計算(59)
3.3.6已知強度分布和大應(yīng)力幅在規(guī)定壽命下的零件可靠度計算(60)
3.3.7疲勞應(yīng)力下零件的可靠度計算(60)
3.4零件疲勞強度可靠性設(shè)計(61)
3.4.1疲勞強度可靠性設(shè)計基礎(chǔ)(61)
3.4.2穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞強度可靠性計算(61)
3.4.3不穩(wěn)定變應(yīng)力疲勞強度可靠度計算(62)
3.5機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(64)
3.5.1可靠性預(yù)測(65)
3.5.2系統(tǒng)可靠性分配(70)
3.6典型機(jī)械零件可靠性設(shè)計舉例(72)
3.6.1機(jī)械零件可靠性設(shè)計概述(72)
3.6.2螺栓連接的可靠性設(shè)計(73)
3.6.3軸的剛度可靠性設(shè)計(76)
第4章有限元設(shè)計(78)
4.1有限元法的基本思想與工程應(yīng)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(yīng)用(78)
4.2彈性力學(xué)有限元法的基本理論(80)
4.2.1彈性力學(xué)中的基本假設(shè)(80)
4.2.2彈性力學(xué)的基本方程(80)
4.2.3彈性力學(xué)的基本原理(82)
4.3彈性力學(xué)有限元的一般方法(83)
4.3.1結(jié)構(gòu)離散化(85)
4.3.2單元位移模式和形函數(shù)(85)
4.3.3單元特性分析(86)
4.3.4坐標(biāo)變換(86)
4.3.5建立整個結(jié)構(gòu)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(jié)點位移和計算單元應(yīng)力(88)
4.4有限元設(shè)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(rèn)(92)
4.4.2縮小解題規(guī)模的常用措施(92)
4.5有限元分析軟件應(yīng)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(shè)計(101)
5.1智能設(shè)計概述(101)
5.1.1智能設(shè)計的產(chǎn)生與領(lǐng)域(101)
5.1.2智能設(shè)計系統(tǒng)的功能構(gòu)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(yīng)用(107)
5.2.4知識處理應(yīng)用實例(116)
5.3智能設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)造方法(120)
5.3.1智能設(shè)計系統(tǒng)的復(fù)雜性(120)
5.3.2智能設(shè)計系統(tǒng)建造過程(121)
第6章虛擬設(shè)計(124)
6.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述(124)
6.1.1虛擬現(xiàn)實的定義、特征及組成(125)
6.1.2虛擬現(xiàn)實VR、增強現(xiàn)實AR與混合現(xiàn)實MR(127)
6.1.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域(128)
6.1.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展趨勢及重點應(yīng)用領(lǐng)域(130)
6.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(132)
6.2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機(jī)仿真的關(guān)系(132)
6.2.2虛擬現(xiàn)實技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(133)
6.2.3虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的分類(135)
6.2.4虛擬設(shè)計/制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)(135)
6.3虛擬現(xiàn)實硬件基礎(chǔ)(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(biāo)(141)
6.3.4數(shù)據(jù)衣(141)
6.3.5觸覺和力反饋的裝置(141)
6.3.6立體顯示設(shè)備(142)
6.3.73D聲音生成器(145)
6.4虛擬設(shè)計建;A(chǔ)(145)
6.4.1建模概論(145)
6.4.2幾何建模(146)
6.4.3基于圖像的虛擬環(huán)境建模(151)
6.4.4圖像與幾何相結(jié)合的建模技術(shù)(154)
6.5虛擬設(shè)計應(yīng)用實例(156)
第7章創(chuàng)新設(shè)計(161)
7.1創(chuàng)新方法與TRIZ(161)
7.1.1創(chuàng)造性思維(161)
7.1.2創(chuàng)新方法(161)
7.1.3TRIZ的產(chǎn)生與發(fā)展(162)
7.1.4TRIZ的基本內(nèi)容(163)
7.2設(shè)計沖突及其消解(164)
7.2.1設(shè)計中的沖突(164)
7.2.2技術(shù)矛盾及其解決(165)
7.2.3物理矛盾及其解決(172)
7.3基于TRIZ的創(chuàng)新設(shè)計實例(173)
第8章綠色設(shè)計(176)
8.1綠色設(shè)計概述(176)
8.1.1綠色設(shè)計基本概念(176)
8.1.2綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別(176)
8.1.3綠色設(shè)計的特點(176)
8.1.4綠色設(shè)計的主要內(nèi)容(176)
8.1.5綠色設(shè)計的實施步驟(177)
8.2綠色設(shè)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(shè)計(181)
8.3.1可拆卸設(shè)計的概念(181)
8.3.2可拆卸設(shè)計原則(181)
8.3.3可拆卸連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(182)
8.3.4卡扣式結(jié)構(gòu)設(shè)計(185)
8.3.5拆卸設(shè)計評價(186)
8.4面向回收的設(shè)計(188)
8.4.1面向回收設(shè)計概念(188)
8.4.2產(chǎn)品回收的主要內(nèi)容(189)
8.4.3面向回收的設(shè)計準(zhǔn)則(189)
8.4.4回收方式(189)
8.4.5回收經(jīng)濟(jì)性分析(190)
8.5面向包裝的綠色設(shè)計(191)
8.5.1綠色包裝設(shè)計的概念(191)
8.5.2綠色包裝設(shè)計內(nèi)容(191)
8.5.3綠色包裝評價標(biāo)準(zhǔn)(193)
8.6面向節(jié)約能源的綠色設(shè)計(194)
8.6.1能效標(biāo)識與標(biāo)準(zhǔn)(194)
8.6.2產(chǎn)品能量消耗模型(195)
8.7綠色設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)(198)
8.8綠色設(shè)計應(yīng)用實例——液壓系統(tǒng)的綠色設(shè)計(200)
第9章全生命周期(203)
9.1全生命周期設(shè)計概念(203)
9.1.1全生命周期與壽命的區(qū)別(203)
9.1.2全生命周期設(shè)計的目的(203)
9.2全生命周期設(shè)計的主要內(nèi)容(204)
9.2.1面向材料及其加工成形工藝的設(shè)計(204)
9.2.2面向制造與裝配的設(shè)計(205)
9.2.3面向功能的設(shè)計(205)
9.2.4安全使用壽命設(shè)計(206)
9.2.5經(jīng)濟(jì)壽命設(shè)計(206)
9.2.6安全可監(jiān)測性設(shè)計(206)
9.2.7面向資源環(huán)境的設(shè)計(206)
9.2.8事故安全設(shè)計(207)
9.3全生命周期設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)(207)
9.3.1產(chǎn)品全生命周期集成模型的建立(207)
9.3.2全生命周期的集成技術(shù)(208)
9.3.3支持整個生命周期的數(shù)據(jù)庫和知識庫(208)
9.3.4全生命周期評價(LCA)(208)
9.4產(chǎn)品全生命周期管理(209)
9.4.1面向產(chǎn)品全生命周期的需求管理(209)
9.4.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)需求信息管理模型(209)
第10章其他設(shè)計方法(213)
10.1摩擦學(xué)設(shè)計(213)
10.1.1摩擦學(xué)設(shè)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(yè)設(shè)計(217)
10.2.1工業(yè)設(shè)計定義(217)
10.2.2工業(yè)設(shè)計的原則(218)
10.2.3產(chǎn)品設(shè)計(219)
10.2.4一般產(chǎn)品設(shè)計流程(219)
10.2.5產(chǎn)品設(shè)計表達(dá)方式(220)
10.3動力學(xué)設(shè)計(221)
10.3.1動力學(xué)設(shè)計概述(221)
10.3.2機(jī)械動力學(xué)設(shè)計數(shù)學(xué)方程(221)
10.3.3動力學(xué)設(shè)計的一般過程及方法(222)
10.3.4常見的動力學(xué)設(shè)計系統(tǒng)(223)
10.4表面設(shè)計(226)
10.4.1產(chǎn)品表面形貌建模(226)
10.4.2產(chǎn)品曲面設(shè)計(228)
10.4.3計算機(jī)紋理輔助設(shè)計(229)
參考文獻(xiàn)(231)