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| 編輯推薦： |
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本书全面系统地介绍了现代设计理论（计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元分析、智能设计、虚拟设计、创新设计、绿色设计、全生命周期设计，以及摩擦学设计、工业设计、动力学设计、表面设计等），通过工程应用实例，加强学生对相关设计理论的理解与设计方法的掌握与运用，以提高大学生的创新设计能力，培养学生勇于探索，勇于开拓的精神和严肃认真，实事求是的科学作风。本书同时配套数字资源，方便学生自学。
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| 內容簡介： |
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本书是一本介绍现代设计理论与方法的教材，介绍现代设计的概念、基本规律和使能技术。内容包括：优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、有限元法、智能设计、创新设计，工业设计、表面设计、绿色设计、动态设计，内容丰富，具有系统性、先进性和实用性。本书全面系统地介绍了现代设计理论，通过工程应用实例，加强学生对相关设计理论的理解与设计方法的掌握与运用，以提高大学生的创新设计能力，培养学生勇于探索，勇于开拓的精神和严肃认真，实事求是的科学作风。本书可作为高等学校机械工程类及相关专业高年级本科生的教材，也可作为工程技术人员继续教育的培训教材或研究生的参考书。
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| 關於作者： |
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中国人工智能学会智能制造专业委员会副主任兼学术委员会主任、湖北省机械设计与传动专业委员会理事长、湖北省机械制造自动化副理事长、湖北省机电一体化专业委员会副理事长；中国科学院计算技术研究所智能处理开放研究实验室客座研究员；南昌大学、江苏大学、广西大学、长沙理工大学、三峡大学、上海第二工业大学、温州大学、南昌工程学院、湖北理工学院、福建三明学院等大学兼职教授；《中国机械工程》、《计算机辅助设计与图形学学报》、《振动、测试与诊断》、《工程图学学报》、《装备制造技术》、《武汉理工大学学报》等学术刊物的编委。 担任2008-2010国家科学技术奖励评审专家、国家自然科学基金委员会第十一届、第十二届工程与材料科学学部专家评审组成员。
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| 目錄：
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第1章计算机辅助设计1
1.1计算机辅助设计概述1
1.1.1基本概念1
1.1.2产品集成开发流程2
1.1.3CADCAM发展历程2
1.1.4CADCAM系统简介3
1.1.5CAD系统的种类7
1.2计算机辅助设计技术8
1.2.1图形系统与图形标准8
1.2.2图形几何变换9
1.2.3几何造型10
1.3协同设计16
1.3.1协同设计的基本概念17
1.3.2协同设计的支撑技术17
1.3.3协同设计的工作环境19
1.3.4设计实例超声波电动机的实时协同设计21
第2章优化设计22
2.1概述22
2.2一维优化方法22
2.2.1搜索区间的确定23
2.2.2一维搜索的试探方法24
2.3无约束优化方法27
2.3.1坐标轮换法28
2.3.2牛顿法29
2.4约束优化方法31
2.4.1遗传算法31
2.4.2惩罚函数法34
2.4.3复合形法39
2.5多目标优化方法42
2.5.1多目标优化问题43
2.5.2主要目标法44
2.5.3统一目标法44
2.6工程优化设计应用45
2.6.1工程优化设计的一般步骤45
2.6.2工程优化设计实例45
第3章可靠性设计50
3.1机械失效与可靠性50
3.1.1可靠性定义及要点50
3.1.2失效的定义50
3.1.3产品可靠性寿命指标51
3.1.4可靠性特征量51
3.2可靠性设计流程53
3.2.1机械可靠性设计的基本特点53
3.2.2可靠性设计的主要内容53
3.2.3机械可靠性设计流程54
3.3零件静强度可靠性设计54
3.3.1应力强度干涉模型55
3.3.2可靠度计算方法55
3.3.3应力和强度分布都为正态分布时的可靠度计算57
3.3.4应力和强度分布都为对数正态分布时的可靠度计算58
3.3.5已知应力幅水平、相应的失效循环次数的分布和规定的寿命要求时零件的
可靠度计算59
3.3.6已知强度分布和大应力幅在规定寿命下的零件可靠度计算60
3.3.7疲劳应力下零件的可靠度计算60
3.4零件疲劳强度可靠性设计61
3.4.1疲劳强度可靠性设计基础61
3.4.2稳定变应力疲劳强度可靠性计算61
3.4.3不稳定变应力疲劳强度可靠度计算62
3.5机械系统可靠性设计64
3.5.1可靠性预测65
3.5.2系统可靠性分配70
3.6典型机械零件可靠性设计举例72
3.6.1机械零件可靠性设计概述72
3.6.2螺栓连接的可靠性设计73
3.6.3轴的刚度可靠性设计76
第4章有限元设计78
4.1有限元法的基本思想与工程应用78
4.1.1有限元法的基本思想78
4.1.2有限元法的工程应用78
4.2弹性力学有限元法的基本理论80
4.2.1弹性力学中的基本假设80
4.2.2弹性力学的基本方程80
4.2.3弹性力学的基本原理82
4.3弹性力学有限元的一般方法83
4.3.1结构离散化85
4.3.2单元位移模式和形函数85
4.3.3单元特性分析86
4.3.4坐标变换86
4.3.5建立整个结构的平衡方程87
4.3.6边界条件的处理87
4.3.7求解未知节点位移和计算单元应力88
4.4有限元设计分析中的若干问题91
4.4.1有限元离散模型的有效性确认92
4.4.2缩小解题规模的常用措施92
4.5有限元分析软件应用93
4.5.1有限元分析软件简介93
4.5.2有限元分析软件的基本组成94
4.5.3有限元分析软件的工作流程96
第5章智能设计101
5.1智能设计概述101
5.1.1智能设计的产生与领域101
5.1.2智能设计系统的功能构成102
5.2知识处理103
5.2.1知识的表示103
5.2.2知识获取105
5.2.3知识的应用107
5.2.4知识处理应用实例116
5.3智能设计系统构造方法120
5.3.1智能设计系统的复杂性120
5.3.2智能设计系统建造过程121
第6章虚拟设计124
6.1虚拟现实技术概述124
6.1.1虚拟现实的定义、特征及组成125
6.1.2虚拟现实VR、增强现实AR与混合现实MR127
6.1.3虚拟现实技术的主要应用领域128
6.1.4虚拟现实技术发展趋势及重点应用领域130
6.2虚拟现实技术体系结构132
6.2.1虚拟现实技术与计算机仿真的关系132
6.2.2虚拟现实技术体系结构133
6.2.3虚拟现实系统的分类135
6.2.4虚拟设计制造系统的体系结构135
6.3虚拟现实硬件基础137
6.3.13D位置跟踪器137
6.3.2传感手套140
6.3.3三维鼠标141
6.3.4数据衣141
6.3.5触觉和力反馈的装置141
6.3.6立体显示设备142
6.3.73D声音生成器145
6.4虚拟设计建模基础145
6.4.1建模概论145
6.4.2几何建模146
6.4.3基于图像的虚拟环境建模151
6.4.4图像与几何相结合的建模技术154
6.5虚拟设计应用实例156
第7章创新设计161
7.1创新方法与TRIZ161
7.1.1创造性思维161
7.1.2创新方法161
7.1.3TRIZ的产生与发展162
7.1.4TRIZ的基本内容163
7.2设计冲突及其消解164
7.2.1设计中的冲突164
7.2.2技术矛盾及其解决165
7.2.3物理矛盾及其解决172
7.3基于TRIZ的创新设计实例173
第8章绿色设计176
8.1绿色设计概述176
8.1.1绿色设计基本概念176
8.1.2绿色设计与传统设计的区别176
8.1.3绿色设计的特点176
8.1.4绿色设计的主要内容176
8.1.5绿色设计的实施步骤177
8.2绿色设计中的材料选择177
8.2.1绿色材料选择的原则178
8.2.2绿色材料的选择179
8.2.3绿色材料的评价179
8.3面向拆卸的绿色设计181
8.3.1可拆卸设计的概念181
8.3.2可拆卸设计原则181
8.3.3可拆卸连接结构设计182
8.3.4卡扣式结构设计185
8.3.5拆卸设计评价186
8.4面向回收的设计188
8.4.1面向回收设计概念188
8.4.2产品回收的主要内容189
8.4.3面向回收的设计准则189
8.4.4回收方式189
8.4.5回收经济性分析190
8.5面向包装的绿色设计191
8.5.1绿色包装设计的概念191
8.5.2绿色包装设计内容191
8.5.3绿色包装评价标准193
8.6面向节约能源的绿色设计194
8.6.1能效标识与标准194
8.6.2产品能量消耗模型195
8.7绿色设计的关键技术198
8.8绿色设计应用实例液压系统的绿色设计200
第9章全生命周期203
9.1全生命周期设计概念203
9.1.1全生命周期与寿命的区别203
9.1.2全生命周期设计的目的203
9.2全生命周期设计的主要内容204
9.2.1面向材料及其加工成形工艺的设计204
9.2.2面向制造与装配的设计205
9.2.3面向功能的设计205
9.2.4安全使用寿命设计206
9.2.5经济寿命设计206
9.2.6安全可监测性设计206
9.2.7面向资源环境的设计206
9.2.8事故安全设计207
9.3全生命周期设计的关键技术207
9.3.1产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术208
9.3.3支持整个生命周期的数据库和知识库208
9.3.4全生命周期评价LCA208
9.4产品全生命周期管理209
9.4.1面向产品全生命周期的需求管理209
9.4.2产品全生命周期管理系统需求信息管理模型209
第10章其他设计方法213
10.1摩擦学设计213
10.1.1摩擦学设计的概念213
10.1.2磨损类型213
10.1.3影响疲劳磨损主要因素214
10.1.4磨损控制215
10.2工业设计217
10.2.1工业设计定义217
10.2.2工业设计的原则218
10.2.3产品设计219
10.2.4一般产品设计流程219
10.2.5产品设计表达方式220
10.3动力学设计221
10.3.1动力学设计概述221
10.3.2机械动力学设计数学方程221
10.3.3动力学设计的一般过程及方法222
10.3.4常见的动力学设计系统223
10.4表面设计226
10.4.1产品表面形貌建模226
10.4.2产品曲面设计228
10.4.3计算机纹理辅助设计229
参考文献231
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| 內容試閱：
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工业时代产品竞争有以下规律：当产品短缺时以数量占领市场；当产品富余时以质量占领市场；当产品成本成为竞争因素时以规模竞争市场；当产品数量与质量都不同时以创新占领市场。知识时代的产品竞争规律是：品牌战略、专利战略、标准战略；产品设计的数字化、智能化、网络化、个性化。可以说，制造业的竞争实际上是产品设计的竞争，设计是制造业的灵魂，创新是设计的灵魂。而现代设计理论与方法正是支撑工业时代产品竞争和知识时代产品竞争的有力武器。近四十年来，现代设计理论与方法经历了逐渐形成和不断发展的历程。今天，计算机辅助设计、有限元设计、优化设计和可靠性设计已经得到迅速普及，可以说是不再现代了。同时，计算机辅助设计的更高阶段智能设计、虚拟设计，可靠性设计的更高阶段稳健设计，以及创新设计、绿色设计、动态设计、表面设计等的出现，极大地丰富了现代设计方法的内涵。现代设计方法既有理论，也有方法，既是科学，又是技术。对于机械、电子类高年级学生而言，在掌握了常规机械设计方法后，学习现代设计理论与方法，了解其内涵，掌握其应用，非常必要。本书的大量内容源自编者所在的武汉理工大学智能制造与控制研究所的研究成果。研究所长期致力于现代设计方法的研究与应用，在计算机辅助设计、机械设计专家系统、虚拟设计、表面设计、协同设计等领域承担了一批国*级、省部级科研项目，取得了一系列研究与应用成果，并曾先后编写了《机械的CAD与专家系统》（陈定方、倪笃明，北京科技出版社，1985），《机械CAD基本教程》（余俊、陈定方、周济、倪笃明，机械工业出版社，1986），《机械设计专家系统研究与实践》（吴慧中、陈定方、万耀青，中国铁道出版社，1992），《机械设计大典》（余俊主编）之计算机辅助设计篇、智能设计篇、虚拟设计篇（陈定方等，江西科技出版社，2002），《虚拟设计》（陈定方、罗亚波，机械工业出版社，2002第1版，2007第2版），《分布交互式虚拟汽车驾驶训练模拟系统》（陈定方、尹念东、李勋祥，科学出版社，2009），《现代机械设计师手册》（陈定方主编，孔建益、杨家军、李勇智副主编，谭建荣主审，机械工业出版社，2014），《五彩缤纷的虚拟现实世界》（陈定方主编，中国水利水电出版社，2015）、《Galfenol合金磁滞非线性模型与控制方法》（舒亮、陈定方，国防工业出版社，2016）等。本书以上述专著为主要参考，在编者多年相关教学实践的基础上，按照本科生教材的要求编写而成，本书于2010出版第1版，2012-2018年曾多次印刷，受到广大读者的喜爱，现应读者要求，在第1版的基础上进行修订，出版第2版。本书根据重应用、重综合的需要安排章节，侧重实例教学，以培养学生的学习兴趣。在具体内容的编排上，注重先进性与实用性的结合，并遵从由浅入深的教学规律。同时，本书也借鉴了国内外诸多现代设计方法领域知名学者的成果，特别是余俊教授、谢友柏院士、谭建荣院士、闻邦椿院士、邬贺铨院士、顾元宪教授、陈立周教授、万耀青教授、赵汝嘉教授、腾弘飞教授、檀润华教授、殷国富教授、张鄂教授、钟毅芳教授、宾鸿赞教授、吴昌林教授、杨家军教授等。在此，深表感谢并致以深深的敬意。本书共有11章，由陈定方、卢全国等编著。其中，绪论由陈定方、卢全国编写，第1章由张争艳、郭蕴华、陈定方编写，第2章由吴隽、李宁、陈定方编写，第3章由梅杰、陈定方编写，第4章由由陈昆、魏国前、陈定方编写，第5章由卢全国、刘方晨、陈定方编写，第6章由陶孟仑、陈定方编写，第7章由由卢全国、苑庆杰、陈定方编写，第8章由郭菁、高震东、陈定方编写；第9章由谭建荣、李波、陈定方编写，第10章由刘莹、李文锋、梅杰、石端伟、李勋祥、刘坤、梅杰、陈定方编写。另外，在编写过程中，杨珠敏、赵亚鹏、沈琛林、刘哲、张波、张晶华、车畅、肖锐、杨公波、李涛涛、张鸿翔、聂少文参与了部分内容的校对工作。全书由陈定方、卢全国担任主编并统稿。本书的编写得到了湖北省高等学校省级教学研究项目借鉴美国斯坦福大学与硅谷的经验，探索我国理工科大学教学改革道路（20040080）的支持，另外，第7章的编写还得到了江西省高等学校教学改革研究项目TRIZ理论在机械类学生创新设计能力培养中的应用研究（JXJG081811）的支持。同时，得到一批高等学校、研究所和制造企业在现代设计方法研究与实践方面的大力支持。华中科技大学出版社机械分社为本书的策划、写作和编辑出版作了很好的工作。在此，一并表示感谢。本书适用于机械类高年级本科生，建议学时数为40学时，使用本书的高校可根据具体情况进行调整。同时，本书也可供相关专业的研究生、技术人员和企业管理人员参考。由于现代设计方法在不断发展，加之作者水平所限，书中难免有疏漏和不足，望广大读者不吝指正。
陈定方 卢全国
2020年于武汉
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