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| 內容簡介： |
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本书依据Top-Down设计思想，将机电产品设计过程分为初步设计、详细设计、仿真分析、优化设计、可靠性设计和协同设计等几个阶段，不同设计阶段对应不同的设计方法。从设计问题框架、数学模型和软件实现三个方面讲述现代设计方法，包括公理化设计方法、系统建模方法、需求与概念设计方法、计算机辅助设计方法、有限元设计方法、优化设计方法、可靠性设计方法、基于知识的产品设计方法和网络化协同设计方法等。讲述了现代设计方法的支撑软件，如QFD、SysML、CAD、CAE、MDO、PDM等。本书可以作为高等学校机械工程、机械电子工程等专业的教材，也可以作为相关研究人员的参考书。
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| 關於作者： |
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金天国，哈尔滨工业大学机电工程学院副教授，毕业于哈尔滨工业大学机械电子工程专业，研究方向为数字化设计与制造。为本科生开设课程包括计算机集成制造技术，机电产品现代设计方法以及本科综合课程设计2（机电控制系统设计）。为硕士研究生开设的课程包括智能制造系统概论。负责\基于虚实映射的制造工艺智能设计与执行控制方法研究”项目，并获得2019年获黑龙江省自然科学进步二等奖。
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| 目錄：
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目 录
第1章 绪论1
1.1 机电产品的组成、发展趋势及研究内容1
1.1.1 机电产品的组成1
1.1.2 机电产品的发展趋势3
1.1.3 机电产品的研究内容6
1.2 设计方法的发展与一般设计理论7
1.2.1 设计方法的发展7
1.2.2 产品设计理论9
1.3 机电产品设计介绍14
1.3.1 机电产品设计内容与方法14
1.3.2 本书的组成结构16
第2章 现代设计方法的理论基础18
2.1 解决复杂问题的方法论18
2.1.1 方法论的定位18
2.1.2 现代方法论的内容20
2.1.3 方法论的应用24
2.2 数学建模基础25
2.2.1 数学体系的统一性与层次性25
2.2.2 数学建模基础26
2.3 智能建模基础30
2.3.1 人工智能的产生和内容30
2.3.2 符号智能35
2.3.3 计算智能38
2.3.4 认知智能39
2.4 系统建模基础41
2.4.1 系统建模的需求与内容41
2.4.2 MBSE建模方法42
2.4.3 数字孪生建模方法43
2.5 工业软件的开发过程48
2.5.1 工业软件的发展与分类48
2.5.2 软件的基本组成49
2.5.3 软件开发的基本流程（软件工程）52
第3章 需求与概念设计方法54
3.1 概念设计内容及模式54
3.1.1 概念设计内容54
3.1.2 概念设计模式54
3.2 SysML建模方法55
3.2.1 SysML基本组成55
3.2.2 SysML建模过程57
3.3 SysML软件及其应用60
3.3.1 SysML软件60
3.3.2 基于SysML的机电产品设计实例63
3.4 QFD分析法67
3.4.1 QFD基本原理67
3.4.2 质量屋的结构与参数计算68
3.5 QFD软件与应用实例70
3.5.1 QFD软件70
3.5.2 应用实例71
第4章 计算机辅助设计方法74
4.1 CAD的功能与系统构成74
4.1.1 CAD的功能与分类74
4.1.2 CAD发展趋势与系统构成74
4.2 曲线的表达与处理78
4.2.1 曲线表达基础78
4.2.2 Hermite曲线84
4.2.3 Bezier曲线85
4.2.4 B样条曲线87
4.2.5 NURBS曲线89
4.3 曲面的表达89
4.3.1 双线性曲面90
4.3.2 COONS曲面91
4.3.3 NURBS曲面91
4.3.4 插值曲面92
4.4 CAD建模方法与数据结构94
4.4.1 CAD建模方法94
4.4.2 数据结构95
4.5 反求建模与应用101
4.5.1 数据采集系统101
4.5.2 反求建模与分析算法103
4.5.3 软件实现106
4.6 CAD二次开发技术108
4.6.1 基于商用软件的二次开发108
4.6.2 基于CAD内核的软件开发109
第5章 有限元设计方法112
5.1 有限元法简介112
5.1.1 有限元法的产生与解决的工程问题112
5.1.2 有限元系统的组成与发展114
5.2 有限元力学建模117
5.2.1 弹性力学的建模方法117
5.2.2 弹性问题三大方程的推导120
5.2.3 力学模型的三种表示124
5.3 有限元求解的数学原理126
5.3.1 数学求解的一般过程与方法126
5.3.2 伽辽金法127
5.3.3 变分法130
5.4 有限元建模与求解过程132
5.4.1 有限元求解过程132
5.4.2 单元类型与形函数的构造136
5.4.3 网格划分方法140
5.5 有限元软件的应用实例与二次开发143
5.5.1 有限元软件的应用实例143
5.5.2 有限元复杂问题求解的二次开发146
第6章 优化设计方法149
6.1 优化设计的框架与模型149
6.1.1 基于仿真的优化设计框架149
6.1.2 优化设计的基本模型151
6.1.3 优化设计的代理体模型152
6.1.4 优化问题的分类156
6.2 优化模型的处理方法与求解策略158
6.2.1 多目标处理158
6.2.2 约束处理160
6.2.3 优化模型的求解策略163
6.3 优化模型的数值求解方法165
6.3.1 梯度法165
6.3.2 牛顿法及扩展167
6.4 优化模型的搜索求解方法170
6.4.1 搜索空间的生成170
6.4.2 搜索求解方法174
6.5 优化模型的智能求解方法176
6.5.1 智能求解方法概述176
6.5.2 遗传算法177
6.6 多学科优化方法的实现183
6.6.1 多学科优化方法的软件实现框架183
6.6.2 多学科优化设计应用案例184
第7章 可靠性设计方法186
7.1 可靠性的研究内容与特征量186
7.1.1 可靠性的研究内容186
7.1.2 可靠性特征量187
7.2 可靠性分析方法的数学基础188
7.2.1 常用概率分布188
7.2.2 蒙特卡罗仿真190
7.3 机械强度的可靠性设计192
7.3.1 机械强度的可靠性设计框架192
7.3.2 应力-强度干涉模型192
7.3.3 正态分布函数的零部件强度可靠性设计194
7.3.4 差变系数和安全系数197
7.4 机械系统的可靠性设计198
7.4.1 机械系统的可靠性设计框架198
7.4.2 机械系统的可靠性模型198
7.4.3 可靠性分配199
7.4.4 可靠性预计201
7.5 故障分析技术204
7.5.1 故障模式与故障分析204
7.5.2 故障树分析方法206
7.5.3 故障模式和影响及危害性分析211
7.6 电子系统和软件系统的可靠性设计212
7.6.1 电子系统的可靠性设计方法212
7.6.2 软件系统的可靠性设计方法213
7.7 可靠性设计分析软件介绍218
第8章 基于知识的产品设计方法221
8.1 基于知识的产品设计概念与框架221
8.1.1 基于知识的产品设计概念221
8.1.2 基于知识的产品设计框架222
8.2 设计信息与设计知识222
8.2.1 产品设计过程中的信息222
8.2.2 设计信息模型226
8.2.3 设计知识的概念229
8.3 基于专家系统的产品设计方法230
8.3.1 专家系统的概念230
8.3.2 专家系统的结构和原理231
8.3.3 专家系统应用与开发的困难231
8.3.4 产生式规则专家系统233
8.3.5 不确定性推理236
8.3.6 事实库和解释机制238
8.3.7 专家系统的开发与实例239
8.4 基于知识的产品设计综合实例246
8.4.1 电站给水加热设备知识分类与获取246
8.4.2 电站给水加热设备的知识规范化表示247
8.4.3 电站给水加热设备的设计平台框架248
8.4.4 参数化和变型设计方法249
8.4.5 产品设计过程250
第9章 网络化协同设计方法252
9.1 网络化协同设计的概念和特点252
9.1.1 网络化协同设计的概念和体系结构252
9.1.2 网络化协同设计实例252
9.1.3 网络化协同设计的特点255
9.2 并行协同设计的标准数据模型255
9.2.1 初级图形交换规范（IGES）255
9.2.2 产品模型数据交换标准（STEP）256
9.3 并行工程和基于DFX的协同设计方法260
9.3.1 并行工程简介260
9.3.2 面向集成的DFX技术260
9.4 网络化协同设计的支撑软件263
9.4.1 产品数据管理系统功能介绍263
9.4.2 产品全生命周期管理平台功能简介267
9.4.3 基于PLM软件平台Teamcenter实现工程协同设计268
参考文献270
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