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第44篇 机械创新设计概论 3

第1章 概述 3

1创新是我国科技和经济发展的重要战略 3

2创新设计的概念和基本内涵 3

3创新设计的特点 4

4创新设计的发展与现状 4

4.1创新设计的发展历程 4

4.2创新设计的国内外发展现状 5

4.2.1国外创新设计发展现状 5

4.2.2我国创新设计发展现状 5

5创新设计发展的智能化 8

第2章 创新设计的指导思想与目标 9

1创新设计的指导思想 9

2创新设计的目标 9

2.1创新设计的总体目标和广义目标 9

2.2创新设计的技术目标 10

第3章 创新设计的任务、内容与方法 12

1创新设计的任务 12

2创新设计的基本内容 12

3创新设计的方法 13

3.1创新设计应采取的科学技术与方法 13

3.2创新设计方法的分类 13

3.3综合设计理论方法的产生 14

第4章 创新设计的未来发展战略 15

1创新设计的总体战略 15

2创新设计的重点任务 15

2.1提升重点产业领域的创新设计能力 15

2.2加强设计共性关键技术研发 15

2.3建设完善创新设计系统 15

3创新设计的路线图 15

4创新设计的发展趋势 16

4.1绿色低碳 16

4.2网络智能 16

4.3超常融合 16

4.4共创分享 17

第5章 创新设计方法论的体系和规则 18

1创新设计方法论的体系 18

2创新设计方法论的规则 18

参考文献 20

第45篇 创新设计方法论 23

第1章 创新设计方法论的体系、规则及研究意义 25

1概述 25

2创新设计的概念、定义及发展战略的探索 25

2.1创新设计的概念 25

2.2创新设计的定义 25

2.3创新设计发展战略的探索 25

3创新设计的目标、内容、方法及特点 25

3.1创新设计的目标 25

3.2创新设计的内容和种类 26

3.3创新设计的方法 26

3.4创新设计的特点 26

4创新设计方法论的体系和特点 26

4.1创新设计方法论的体系框图 26

4.2创新设计方法论体系的内容 26

4.3创新设计方法论指导思想的特点 26

5创新设计方法论的十二对规则 27

6创新设计方法论取得的效果 28

6.1创新设计方法论应用的智能化 28

6.2运用创新设计方法论取得的效果 28

第2章 创新设计的目的和要求 29

1概述 29

2创新设计要有明确的目的 29

2.1确立远大的理想和具体的目标 29

2.2四类个人的理想和目标 29

2.3理想和目标在实践过程中可进行必要的调整 30

2.4理想和目标要经过长期的不懈努力才能实现 30

3创新设计要有具体的要求 31

3.1创新设计质量的准则 31

3.2创新设计的六项要求 31

4处理好六项要求之间的关系 32

5实现六项要求的最终目标是取得最高的效益 32

第3章 创新设计的内容和态度 33

1概述 33

2创新设计要有切实的内容 33

2.1把创新设计工作融入国家的总目标之中 33

2.2根据自身条件和能力选择创新设计的任务 33

2.3考虑客观环境和条件 34

2.4选择创新设计任务要紧抓良好契机 34

2.5对确定的创新设计任务进行详细剖析 35

2.6通过分析找出创新设计任务的重点和难点 36

2.7创新设计要勇于克服困难 36

2.8研究成果必须依靠不断积累 36

3创新设计要有正确的态度和理念 36

3.1勤奋和刻苦 36

3.2严谨和求实 37

3.3改革与开放，开拓与奋进 37

3.4勤于思考，善于创新 38

3.5“勤奋、求实、改革（开拓）、创新”要有正确的目标 38

第4章 创新设计的步骤、程序及科学方法 39

1概述 39

1.1创新设计的四个阶段 39

1.2创新设计要广泛运用先进的科学技术和方法 39

2创新设计要有合理的步骤和程序 39

2.1创新设计首先要做好调研 39

2.2创新设计应事先制定好规划 39

2.3创新设计科学实施是关键环节 41

2.4创新设计要重视检验和评估 41

3创新设计要广泛运用先进的科学技术和方法 42

第5章 创新设计工作者自身的四项潜能 45

1概述 45

2创新设计工作者要有良好的思想品德 45

3创新设计工作者要有必需的知识和能力 46

3.1学习和掌握必需的知识 46

3.2以顽强拼搏的精神进行学习 47

3.3创新设计所必需具备的能力 48

4创新设计工作者要具备健康的身体和珍爱生命 48

4.1创新设计的基本条件 48

4.2保持健康和维持生命的意义是为社会做出更多的贡献 49

5创新设计工作者要有坚韧的毅力和合理的战略战术 49

5.1坚韧的毅力和顽强的斗志 49

5.2良好的心理素质和合理的战略战术 50

第6章 集体（单位）创新设计的四项潜能 51

1概述 51

2要有远见卓识和善于组织的领导 51

3要有足够的技术能力和管理能力的领导 51

4要有一个团结协作的集体 52

5顽强拼搏的奋斗精神和合理的战略战术 53

第7章 创新设计客观因素的影响 54

1概述 54

2要善于发现和利用良好的机遇 54

3应选择好合适的环境 55

3.1环境的类型 55

3.2如何利用良好的客观环境 55

4充分利用好客观条件 55

4.1客观条件的种类 55

4.2如何营造和利用良好的条件 56

第8章 创新设计动态因素的作用 57

1概述 57

2不断学习，学用结合 57

3经常检查，定期总结 58

4学习和总结会使人更聪明 59

第9章 用科学哲学思想来统领创新设计工作 60

1概述 60

2科学哲学思想六个特点的具体内容 60

2.1“以人为本” 60

2.2全面性和系统性 61

2.3实践性和科学性 61

2.3.1实践性 61

2.3.2科学性 62

2.4继承性和创新性 62

2.5协调性和稳定性 63

2.6可持续性和长期性 63

2.6.1人与自然之间保持协调与和谐的基本措施 63

2.6.2人与社会环境保持协调与和谐 63

2.6.3人与技术环境、资金环境、市场环境和政策环境保持协调与和谐 64

3六个特点与五大发展理念的一致性 64

第10章 创新设计方法论的应用 65

1概述 65

2创新设计的具体内容 65

3创新设计方法论可应用的设计领域 67

3.1创新设计方法论在产品设计中的应用 67

3.2创新设计方法论在工艺设计、工业设计、流程设计等领域中的应用 68

第11章 创新设计方法论应用的智能化及专家系统 71

1概述 71

2专家系统的应用研究与发展 71

3专家系统 72

3.1专家系统的基本结构 72

3.2科学方法论应为知识库中最重要的共性核心知识 72

3.3比较推理是专家系统中最易实施的推理形式 73

4最简单的专家系统 73

5基于逻辑的故障诊断专家系统 76

第12章 创新设计的关键因素及制约因素分析 79

1概述 79

2创新设计工作要突出重点和抓住难点 79

3要处理好目标、内容和方法三者之间的关系 80

4创新设计工作中制约因素的分析 81

参考文献 83

第46篇顶层设计原理、方法与应用 85

第1章 概论 87

1顶层设计的概念 87

2做好顶层设计的意义 87

3做好顶层设计应先了解做事的特点和要求 88

4做好顶层设计及实现高效做事的十二对规则 89

第2章 顶层设计的目标 92

1概述 92

2顶层设计的对象与执行者 92

3做好顶层设计的前提 92

4做好顶层设计和实现高效做事的目标的一致性 93

5做好顶层设计和实现高效做事目标的种类 93

6顶层设计的方案可适时调整 94

7顶层设计及高效做事的目标经过不懈努力可予以实现 94

第3章 顶层设计的要求 95

1概述 95

2顶层设计对做事的六项具体要求 96

2.1顶层设计对做事“指导思想”的要求 96

2.2顶层设计对做事“工作质量”的要求 96

2.3顶层设计对做事“所付代价”的要求 97

2.4顶层设计对做事“花费时间”的要求 97

2.5顶层设计对做事“环境保护”的要求 98

2.6顶层设计对做事“后续服务”的要求 98

3顶层设计要处理好这六项要求之间的关系 98

第4章 顶层设计的任务 99

1概述 99

2顶层设计之前应做的一些准备工作 99

3顶层设计的总体规划和框架 100

4顶层设计的各子规划模型及内容 102

5做好顶层设计预计可产生的效果 105

第5章 做好顶层设计应具有的正确态度 106

1概述 106

2做好顶层设计要有勤奋刻苦的态度 106

3做好顶层设计要有严谨求实的态度 106

4做好顶层设计要有勇于实践和开拓奋进的理念 106

5做好顶层设计要有勤于思考和敢于创新的精神 107

6“勤奋、求实、开拓、创新”，要有正确的目标 108

6.1要确立明确的目标 108

6.2要培养学习和工作的兴趣 108

第6章 顶层设计的步骤 109

1概述 109

2顶层设计前先要做好调查研究 109

3顶层设计的基本任务是制定好规划 110

4顶层设计对实施过程要有充分的了解 110

5顶层设计要考虑对所做事的检查和评估 111

第7章 顶层设计的方法 112

1概述 112

2现代科学技术中的先进理论和方法 112

3顶层设计应重视科学的哲学思想和方法的应用 113

4顶层设计要应用系统论和系统工程的思想和方法 113

5顶层设计要广泛应用现代信息技术 113

6顶层设计应重视各种优化理论和方法的应用 114

7顶层设计应重视创新的原理和方法的应用 114

8顶层设计应重视预测学理论和方法的应用 117

第8章 做好顶层设计的主观因素（对个人） 118

1概述 118

2做好顶层设计要有正确的思想和品德 118

3做好顶层设计要有必需的知识和能力 119

3.1学习和掌握各种必要的知识 120

3.2要培育各种必需的能力 120

4做好顶层设计要保持身体健康和生命安全 121

5做好顶层设计要有坚韧的毅力和采取合理的战术 121

第9章 做好顶层设计的主观因素（对集体） 123

1概述 123

2顶层设计要考虑如何充分发挥领导和组织的积极作用 123

3顶层设计要考虑如何充分发挥集体的技术能力和管理能力 125

4顶层设计要考虑如何搞好集体的团结和协作 126

4.1团结是集体的生命及活力所在 126

4.2好的领导应善于把群众组织起来 126

4.3良好分工是发挥集体力量的基础 126

5顶层设计要考虑如何充分发挥集体的奋斗精神和采取的战术 126

第10章 做好顶层设计的客观因素 128

1概述 128

2顶层设计要考虑如何紧抓所做事的良好机遇 128

2.1机遇来源于对某一事物的迫切需求 128

2.2机遇存在于新技术的形成和发展过程中 129

2.3机遇存在于一些地区滞后发展的过程中 129

2.4机遇存在于各个国家和地区不平衡的环境中 129

2.5机遇存在于事物不断振荡的过程中 130

2.6机遇存在于某些空白研究领域或交叉领域 130

2.7机遇蕴藏在一些尚未解决的科学技术和工程难题中 131

2.8机遇来源于可利用的人、财、物 131

2.9机遇来源于某一国家或某一地区所制定的特殊政策 131

2.10机遇产生于对某些经济规则的调整过程 132

2.11机遇只给有准备的人 132

3顶层设计要考虑所做事如何保护和利用环境 133

3.1狭义环境 133

3.2广义环境 133

3.3如何利用良好的客观环境 134

4顶层设计要考虑所做事如何充分利用外部条件 134

4.1外部条件的种类 134

4.2如何营造和利用良好的条件 135

第11章 做好顶层设计要重视两件要事：学习和总结 136

1概述 136

2顶层设计要对工作过程中的学习进行规划 136

3顶层设计要对所做事的检查和总结进行规划 136

3.1检查和总结的目的与意义 137

3.2检查和总结的内容 137

3.3检查和总结的步骤 137

3.4检查和总结的主要成果 138

4顶层设计要重视和了解经常学习和定期总结的意义 139

第12章 顶层设计提纲的编写及顶层设计实例 140

1概述 140

2顶层设计提纲应该考虑的主要问题 140

3顶层设计提纲的拟订 141

4顶层设计实例 142

参考文献 146

第47篇 创新原理、思维、方法与应用 147

第1章 绪论 149

1创新的基本概念 149

2创新理论及其应用 149

2.1创新设计 149

2.2创新理论 150

2.2.1本体论 150

2.2.2公理性设计 153

2.2.3领先用户法 155

2.2.4模糊前端法 157

2.2.5发明问题解决理论 158

第2章 创新思维的基本方法 160

1创新思维方法 160

1.1主要的创新思维方法 160

1.2主要的创新思维方法应用实例 162

1.2.1应用逆向思维的实例 162

1.2.2应用联想思维的实例 163

1.2.3应用灵感思维的实例 163

1.2.4应用演绎思维的实例 163

2创新技法 163

2.1创新技法简介 163

2.2主要创新技法简述 164

2.2.1智力激励法 164

2.2.2检核表法 165

2.2.3列举法 166

2.2.4模拟法 168

2.2.5联想法 169

2.2.6组合法 171

2.2.7移植法 171

2.2.8综摄法 172

3创新技法的运用 173

第3章 发明问题的情境分析与描述 174

1发明问题的资源分析与描述 174

1.1直接利用资源 174

1.2导出资源 174

1.3差动资源 174

2发明创造的理想化分析与描述 175

2.1发明创造的理想化概述 175

2.2利用理想化思想实现发明创造 175

2.3提高理想化程度的八种方法 176

2.4实现理想化的步骤 178

3实例分析——如何制作预应力混凝土 178

4实例分析——汽车驾驶杆的抖振分析 179

第4章 技术系统进化理论分析 180

1技术进化过程中创新设计实例分析 180

2创新设计中技术系统进化模式 181

2.1技术系统进化模式 181

2.2技术系统各进化模式分析 181

2.2.1技术系统的生命周期 181

2.2.2提高理想化水平 182

2.2.3系统元件的不均衡发展 182

2.2.4增加系统的动态性和可控性 182

2.2.5技术系统集成化进而简化 184

2.2.6系统元件匹配和不匹配的交替出现 186

2.2.7由宏观系统向微观系统进化 187

2.2.8提高系统的自动化程度以及减少人的介入 187

2.2.9系统的分割 187

2.2.10系统进化从改善物质的结构入手 187

2.2.11系统元件的一般化处理 189

3产品技术成熟度预测方法 189

4技术系统进化工程实例分析 190

4.1超声波焊接技术成熟度预测分析 190

4.2快速原型技术进化模式分析 192

4.3车轮的发明及其技术进化过程分析 195

第5章 技术冲突及其解决原理 197

1物理冲突及其解决原理 197

1.1物理冲突的概念及类型 197

1.2物理冲突的解决原理 198

1.3分离原理及实例分析 198

2技术冲突及其解决原理 199

2.1技术冲突的概念及工程实例 199

2.2技术冲突的一般化处理 199

2.3技术冲突的解决原理 201

2.3.1原理概述 201

2.3.2 40条发明创造原理 201

3利用冲突矩阵实现创新设计 210

3.1冲突矩阵的简介 210

3.2利用冲突矩阵创新 210

4实例分析——汽车侧向安全气囊概念设计 212

第6章 技术系统物-场模型分析方法 215

1如何建立技术系统的物-场模型 215

2利用物-场模型实现创新设计 218

3实例分析 219

第7章 解决发明问题的程序——ARIZ法 220

1概述 220

2解决发明问题的程序 220

2.1选择问题 220

2.2建立模型 221

2.3分析问题模式 221

2.4消除物理矛盾 222

2.5初步评价所得解决方案 223

2.6发展所得答案 223

2.7分析解决进程 223

3工程实例分析 223

第8章 综合案例分析 225

1航空燃气涡轮发动机的进化 225

1.1应用背景 225

1.2结论与体会 226

2玛氏公司“小包装食品袋”的进化历程 226

2.1新包装袋概念 226

2.2小食品袋存在的问题 227

2.3利用TRIZ解决包装袋问题 227

2.3.1寻找TRIZ标准方案 227

2.3.2概念革命 229

2.4制胜想法与验证 230

2.5专利保护 230

2.6未来 230

2.7结论 230

3技术预测——医学用核磁共振成像技术的发展历程 230

4清除全自动数控车床刀具上的切屑问题 232

4.1描述问题 232

4.2阐述技术矛盾 232

4.3选择技术矛盾 232

4.4确定技术矛盾中要改善的参数和被恶化的参数 232

4.5将改善和恶化的参数一般化为阿奇舒勒通用工程参数 233

4.6在阿奇舒勒矛盾矩阵中定位改善和恶化通用工程参数交叉的单元，确定发明原理 233

4.7应用发明原理的提示确定最适合解决技术矛盾的具体解决方案 233

5打桩机的进化路径 234

6恒流阀系统改进设计 234

6.1对恒流阀系统中存在的问题及相关的系统进行分析 235

6.1.1定义恒流阀系统中存在的问题 235

6.1.2分析系统 235

6.2构造恒流阀系统的逻辑图表 235

6.3分析逻辑图表——确定解决问题的可能方向 235

6.3.1分析最终不良结果产生的根本原因 235

6.3.2确定冲突 237

6.3.3确定解的方向 237

6.4产生解 237

附录 239

附录A 76个标准解 239

附录B解决发明问题的某些物理效应表 241

参考文献 242

第48篇 绿色设计与和谐设计 245

第1章 绿色设计概述 247

1绿色设计基本概念 247

2绿色设计方法 248

3绿色设计的实施步骤 248

第2章 绿色设计中的材料选择 249

1绿色设计对材料的要求 249

2绿色材料的选择原则 249

3绿色材料的选择 251

3.1选材基本步骤 251

3.2绿色材料选择的三维方法 251

4材料的绿色性能评价 252

4.1泛环境函数法 252

4.2材料再生循环利用度的评价及表示系统 253

5材料数据库的构建 254

6设计案例 254

第3章 面向拆卸回收的产品设计 256

1面向拆卸的产品设计 256

1.1可拆卸设计的概念 256

1.2可拆卸设计原则 256

1.3可拆卸结构设计 257

1.3.1可拆卸连接结构设计 257

1.3.2主动拆卸结构设计 260

1.3.3几种特殊的主动拆卸结构 267

1.4 Snap-Fit结构设计 270

1.4.1 Snap-Fit结构的概念与特点 270

1.4.2 Snap-Fit结构设计方法 271

2面向回收的产品设计 275

2.1回收设计概念 275

2.2回收设计原则 275

2.3回收设计方法 276

3面向拆卸回收的产品设计实例 277

第4章 面向包装的绿色设计 278

1绿色包装设计的概念 278

2绿色包装设计原则 278

2.1材料选择 278

2.2减量化 278

2.3包装材料的回收再利用 280

3绿色包装设计流程和内容 282

第5章 面向节能的绿色设计方法 284

1能耗标签与能耗标准 284

1.1中国节能认证标识 284

1.2欧盟家电能效等级标识 284

1.3我国产品能效标识 284

2节能降耗设计方法 285

2.1低能耗加工工艺的选择 286

2.1.1典型工艺能耗分析 286

2.1.2切削工艺能耗优化方法 286

2.1.3低能耗工艺规划方法 287

2.2产品低能耗设计方法 288

2.2.1产品能耗特性 288

2.2.2能耗设计参数 289

2.2.3低能耗设计方法 290

2.3节能结构设计 291

2.3.1结构数字分析 291

2.3.2能耗优化设计 292

2.3.3有限元优化设计 293

3面向节能的绿色设计案例 293

3.1液压机成形过程的能量流分析 293

3.2典型机构节能设计 294

3.3液压机活动横梁的轻量化设计 296

3.3.1液压机活动横梁的结构和载荷分析 296

3.3.2轻量优化结构设计 296

第6章 绿色设计评价 297

1绿色产品评价 297

1.1绿色产品的概念 297

1.2绿色产品的认证与绿色标志 297

1.3绿色产品的评价指标体系 297

1.4常用的评价方法 300

2生命周期评价 301

2.1生命周期评价的技术框图 302

2.2 LCI的数据收集和确认 303

2.3生命周期影响评价 306

3拆卸性能评估 310

3.1拆卸性能评估指标 310

3.2拆卸性能评估方法 313

第7章 绿色设计案例 315

1电冰箱绿色设计案例 315

1.1设计对象的选择 315

1.2参照产品的确定 315

1.3产品基本资料的分析 315

1.4核查清单的建立 315

1.5绿色设计策略的确定 316

1.6绿色设计方案的制定 316

2轿车生命周期评价研究实例 317

2.1研究目标 317

2.2定义系统边界 317

2.3清单分析模型及数据收集 318

2.4轿车生产阶段生命周期评价 320

2.5轿车使用阶段生命周期评价 322

2.6环境影响 322

第8章 和谐设计 323

1和谐设计的目标 323

1.1和谐设计的提出背景 323

1.1.1产品设计的不和谐因素 323

1.1.2现代产品设计的趋势所需 323

1.2和谐设计的概念 324

1.3和谐设计的意义 324

1.4和谐设计的应用前景 325

2和谐设计的内容 325

2.1产品与环境的和谐设计 325

2.1.1与自然环境的和谐设计 325

2.1.2与社会环境的和谐设计 325

2.1.3与技术、市场及资金环境的和谐设计 325

2.2产品设计单元间的和谐设计 326

2.2.1设计目标的最佳配合 326

2.2.2设计内容的最佳组合 327

2.2.3设计方法的最佳匹配 327

2.2.4设计目标、设计内容和设计方法之间的协调 327

2.3关联度分析与和谐度评价 327

2.3.1产品与各类环境间的关联度分析 327

2.3.2对产品和谐度的评价与质量管理 327

3和谐设计的方法及应用 327

3.1和谐设计的实施方法 327

3.2和谐设计的实施原则 327

3.3企业与环境及产品与环境之间关系的应用 328

3.3.1企业应研究与解决的关键问题 328

3.3.2基本做法 328

3.4产品工业设计中的和谐设计应用 328

3.4.1产品工业设计中的和谐性特征 328

3.4.2产品工业设计中的和谐性要求 328

3.4.3产品工业设计中的和谐性措施 329

3.5和谐度评价方法与应用实例 329

3.5.1和谐度评价一般方法 329

3.5.2工程实例应用 330

参考文献 332

第49篇 智能设计 335

第1章 智能模拟的科学 337

1信息社会与思维科学 337

1.1思维与思维科学 337

1.2思维的类型 337

1.2.1抽象（逻辑）思维学 337

1.2.2形象（直觉）思维学 339

1.2.3灵感（顿悟）思维学 340

2思维的基础和认知的发展 341

2.1思维与智能 341

2.2思维的神经基础 341

2.3认知发展 342

2.3.1皮亚杰认知发展理论 342

2.3.2斯腾伯格的认知三元素理论 343

2.3.3信息加工理论 343

2.3.4思维的瞬间达尔文进化机制理论 343

2.3.5广义进化认知模式 344

2.3.6复杂自适应系统 344

2.3.7认知发展总论 345

3智能模拟 346

3.1智能模拟的科学基础 346

3.2智能模拟的哲学基础 346

3.3智能模拟的基本途径 346

3.3.1基于逻辑推理的智能模拟——符号主义（symblism ） 346

3.3.2基于神经网络的智能模拟——联结主义（connectionism ） 347

3.3.3基于“感知—行动”的智能模拟——行为主义（behaviourism） 347

第2章 智能设计方法和技术综述 349

1智能设计的发展概述 349

1.1 CAD的发展 349

1.2智能设计的两个阶段 349

2智能设计的概念和特征 350

2.1智能设计的特点 350

2.2智能设计技术的研究重点 350

2.3智能化方法的分类和智能设计的层次 351

2.3.1智能化方法的分类 351

2.3.2智能设计的层次 351

2.4智能设计的基本方法 352

2.4.1智能设计的分类 352

2.4.2智能设计系统与技术 353

3智能设计体系和知识表达 354

3.1智能设计体系 354

3.1.1智能设计的抽象层次模型 355

3.1.2设计知识的结构体系 355

3.1.3智能设计的集成求解策略 356

3.1.4智能设计集成求解策略的工程应用 357

3.2智能设计的知识表达 357

3.3智能设计的基因模型表达 361

3.3.1知识模型 361

3.3.2基因模型 361

第3章 进化设计技术与方法 363

1进化设计技术基础 363

1.1遗传算法的概貌 363

1.2单纯型遗传算法 364

1.3模式定理（schemata theorem） 367

1.4遗传算法的有关操作规则和方法 367

1.5多个体参与交叉的遗传算法 370

1.6多目标进化算法简介 373

1.6.1传统多目标算法及其存在问题 373

1.6.2 Pareto多目标进化算法 374

1.6.3几种主要的多目标进化算法 377

1.6.4扩展P areto进化算法（Extended Pareto Evolutionary Algorithm，EPEA） 378

1.6.5算例 379

2基于进化的健壮性设计方法 381

2.1健壮性开发方法的基本思路 381

2.2基于进化的健壮性设计方法的总体框架 383

2.3基于进化的健壮性设计方法的说明 385

3结构智能优化设计——进化设计 386

3.1结构智能设计的概念 386

3.2结构进化智能优化设计 387

3.3基于进化的桁架结构相位设计 387

3.4基于进化的结构非线性强制振动解法 388

3.5基于进化的圆抛物面天线健壮结构设计 390

3.5.1圆抛物面天线结构设计的要求和特点 390

3.5.2天线反射面精度计算 392

3.5.3最佳吻合抛物面各点对原设计面相应点的半光程差 392

3.5.4 10m圆抛物面天线健壮设计模型 393

3.5.5 10m圆抛物面天线体结构的健壮性设计过程 395

3.5.6总结 403

4供应链库存策略的进化重组 404

4.1供应链运行策略的持续改进 404

4.2供应链中的库存设置 405

4.3供应链运行过程中的库存控制策略 406

4.4敏捷供应链多级库存策略重组模型 408

第4章 自组织设计技术与方法 413

1自组织技术基础 413

1.1“生命的游戏” 413

1.2元胞自动机的基础 414

1.3元胞自动机的自组织建模方法 417

1.4元胞自动机的应用领域 419

2结构拓扑的自组织进化 420

2.1结构拓扑优化中的ECA规则 420

2.2 ECA规则的进化表达 422

2.3结构拓扑形态优化的算例 422

第5章 自学习设计技术与方法 424

1自学习技术基础 424

1.1神经网络的主要特点 424

1.2细胞元模型 425

1.3神经网络模型 427

1.4神经网络的学习 428

1.5多层前向神经网络（BP网络） 431

1.6典型反馈网络——Hopfield网络 437

1.7基于概率学习的Boltzmann机模型 440

2非线性振动的自学习建模 443

2.1神经网络和系统识别 443

2.2非线性振动脉冲响应的学习和系统预测 444

2.3 Duffing振动的学习和预测 445

2.4预测精度和泛用性的考察 447

3基于学习的机械系统特性预测 449

3.1机械系统特性预测的问题 449

3.2机械系统特性预测的基本模型 450

3.3雷达结构系统固频的预测例 450

4神经网络专家系统的智能设计体系结构 451

4.1建立人工神经网络专家系统的必要性 452

4.2面向设计的智能平台 452

4.2.1专家系统和神经网络的结合方式 452

4.2.2智能平台的“外壳”结构 452

4.2.3设计求解过程 453

4.2.4知识的处理方法 453

4.3说明 453

5基于神经网络的CAD／CAM一体化 453

5.1系统的结构 453

5.2产品零件数据结构 454

5.3智能CAPP系统 454

5.3.1 BP网络实现加工链的选择 454

5.3.2工艺尺寸链计算的Hopfield网络 455

5.4 CAM模块 455

第6章 人工生命设计技术与方法 457

1人工生命技术基础 457

1.1人工生命的进化模型 457

1.2 L系统与形态生成模型 460

2人工生命的研究内容归纳 461

2.1数字生命的研究 461

2.2数字社会的研究 462

2.3虚拟生态环境 462

2.4人工脑（Artificial Brain） 462

2.5进化机器人（Evolutionary Robotics） 462

2.6进化软件代理（Evoluable Multiagent ） 463

3人工生命的设计方法 463

3.1金融证券市场分析决策中的人工生命应用 463

3.2计算机动画的人工生命应用 464

3.3基于人工生命的因特网提速 465

参考文献 467

第50篇 仿生机械设计 471

第1章 仿生机械设计概述 473

1仿生机械的概念 473

1.1仿生要素 473

1.2仿生机械的分类 473

1.3仿生机械设计 474

2仿生机械设计的特点 475

3仿生机械设计的原理 476

3.1相似性原理 476

3.2功能性原理 476

3.3比较性原理 476

4仿生机械设计的方法 477

5仿生机械设计的信息获取与处理 477

5.1仿生信息获取方法 477

5.2仿生信息处理方法 478

5.3仿生信息工程化原则 478

6仿生机械设计的步骤 478

6.1明确设计要求 478

6.2选择生物模本 478

6.3模本表征与建模 479

6.4提出设计原理与方法 480

第2章 仿生机械设计生物模本 481

1生物模本的概念 481

2生物模本的基本特征 481

2.1特异性 481

2.2功能性 482

2.3工程性 482

3生物模本的选择原则 484

3.1代表性原则 484

3.2相似性原则 484

3.3可实现原则 485

4生物模本的选择方法 486

4.1从生物到工程的正序选择 486

4.2从工程到生物的逆序选择 486

5生物模本分析举例 488

5.1生物模本建模分析 488

5.2生物模本多元耦合分析 492

第3章 仿生机械形态与结构设计 495

1设计原则 495

2设计方法与步骤 495

2.1仿生机械形态与结构设计的方法 495

2.2仿生机械形态与结构设计的步骤 495

3仿生机械外形设计 496

3.1平滑流线型 496

3.1.1平滑流线型的概念 496

3.1.2平滑流线型的设计原则、方法、步骤 496

3.1.3设计实例：奔驰盒形汽车 496

3.2力学稳健型 496

3.2.1力学稳健型的概念 496

3.2.2力学稳健型的设计原则、方法、步骤 497

3.2.3设计实例：仿袋鼠机器人 497

3.3环境适应型 497

3.3.1环境适应型的概念 497

3.3.2环境适应型的设计原则、方法、步骤 497

3.3.3设计实例：仿野猪头起垄器 497

4仿生机械表面形态设计 498

4.1拓扑形态 498

4.1.1拓扑形态的概念 498

4.1.2拓扑形态设计的原则 498

4.1.3拓扑形态设计的方法 498

4.1.4拓扑形态设计的步骤 498

4.1.5拓扑形态设计案例：螳螂特征的认识 498

4.2几何形态 499

4.2.1几何形态的概述 499

4.2.2几何形态的设计原则 499

4.2.3几何形态设计的步骤 499

4.2.4几何形态设计的案例：凹槽型仿生针头优化设计 499

4.3非光滑形态 500

4.3.1非光滑形态的概述 500

4.3.2非光滑形态的设计步骤 500

4.3.3非光滑形态的设计案例：仿生不粘锅 500

5仿生机械表面功能设计 500

5.1仿生机械表面功能设计的原则、方法、步骤 500

5.2仿生机械表面功能设计的实例 501

6仿生机械结构设计 501

6.1微纳结构 501

6.1.1微纳结构概述 501

6.1.2微纳结构设计的原则、方法、步骤 501

6.1.3微纳结构设计实例：有机硅乳胶漆 501

6.2蜂窝结构 502

6.2.1蜂窝结构概述 502

6.2.2蜂窝结构的设计原则、方法、步骤 502

6.2.3蜂窝结构设计实例：蜂窝板 502

6.3梯度结构 502

6.3.1梯度结构概述 502

6.3.2梯度结构设计的原则、方法、步骤 502

6.3.3梯度结构设计实例：泡沫玻璃 502

6.4鞘连结构 503

6.4.1鞘连结构概述 503

6.4.2鞘连结构设计的原则、方法、步骤 503

6.4.3鞘连结构应用实例 503

第4章 仿生机械运动学设计 504

1运动方案设计 504

1.1方案设计步骤 504

1.2运动原理分析 505

1.3系统方案设计 506

2运动过程的仿生构思 508

2.1构思原则 508

2.2构思方法 508

2.3动作过程与模本的相似性 509

3运动过程分解和执行机构选择 509

3.1运动过程的分解 509

3.2运动过程的描述和表达 510

3.3执行机构的选择 512

4运动系统方案的组成原则 512

4.1相容性原则 512

4.2能量最低消耗原则 513

4.3仿生机械运动系统智能控制 513

5仿生机械运动设计数学方法 513

5.1旋转变换张量法 514

5.2直角坐标矢量法 514

5.3坐标变换矩阵法 514

第5章 仿生机构设计 515

1仿生机构设计概述 515

1.1仿生机构基本概念 515

1.2仿生机构组成 515

1.3仿生机构的设计原则 515

1.4仿生机构设计方法与设计步骤 516

2仿生机构功能分类 516

3仿生作业机构 516

3.1仿生抓取机构 516

3.1.1类似人拇指的抓取机构 516

3.1.2弹性材料制成通用手爪的抓取机构 516

3.1.3用挠性带和开关机构组成的柔软手爪 516

3.1.4仿物体轮廓的柔性抓取机构 517

3.1.5挠性指抓取机构 517

3.2仿生手臂和手腕机构 517

3.2.1圆柱坐标式手臂 517

3.2.2活塞液压缸与齿轮齿条组成的手臂回转运动机构 518

3.2.3直角坐标式手臂 518

3.2.4多关节式手臂 518

3.2.5用平行四边形机构作小臂驱动器的关节式机械手 519

3.3仿生行走机构 519

3.3.1步行机构 519

3.3.2轮式移动机构 521

3.3.3车轮式步行机 521

3.3.4仿生爬行机构 522

4仿生推进机构 522

4.1扑翼飞行机构 522

4.1.1扑翼飞行机构的基本概念 522

4.1.2扑翼飞行机构组成及设计要求 523

4.1.3扑翼飞行机构举例 523

4.2水下航行器仿生推进机构 526

4.2.1喷射式仿生水下推进机构 526

4.2.2 MPF仿生水下推进机构 527

4.2.3 BCF仿生水下推进机构 527

4.2.4仿生扑翼推进机构 528

5仿生机构发展趋势 528

5.1仿生机构的总体发展趋势 528

5.2不同类型机构的具体发展趋势 529

5.2.1仿生作业机构发展趋势 529

5.2.2仿生水下推进器推进机构发展趋势 529

5.2.3扑翼飞行机构发展趋势 529

第6章 仿生机械设计范例 530

1仿生行走机械 530

1.1生物模本 530

2仿生设计思路 530

1.3基本参数的选择 530

1.3.1腿数 530

1.3.2主要结构参数的优化 530

1.3.3连杆大端滑动面包角对偏心轮驱动腿数的影响 530

1.4传动方案 530

1.5步行轮机构运动学 531

1.6步行轮性能试验 531

1.6.1步行轮牵引附着性能试验 531

1.6.2平顺性能试验 532

2仿生飞行机械 532

2.1生物模本 532

2.1.1鸟类和昆虫的翅膀结构 532

2.1.2鸟翼及昆虫翅翼的运动方式 532

2.2仿生设计思路 533

2.3生物飞行参数 533

2.4仿生扑翼飞行器结构参数设计 533

2.4.1微扑翼机总质量m 533

2.4.2全翼展b 533

2.4.3翼面积S 534

2.5仿生扑翼飞行器运动参数设计 534

2.5.1最小功率速度vmp 534

2.5.2扑翼拍打频率fw 534

2.5.3扑翼拍打幅值φ 534

2.6仿生扑翼飞行器驱动机构设计 534

2.7仿生扑翼飞行器翅翼设计 534

2.8仿生微型扑翼飞行器风洞试验 535

3仿生游走机械 535

3.1生物模本 535

3.2仿生设计思路 536

3.3墨鱼游动机理分析 536

3.4 SMA丝驱动柔性鳍单元 536

3.5仿生水平鳍设计 536

3.6仿生喷射系统设计 537

3.7仿墨鱼机器鱼结构设计 537

4仿生运动机械（多关节机械手） 538

4.1生物模本 538

4.2仿生设计思路 538

4.3旋伸型气动人工肌肉 539

4.4气动单向弯曲柔性关节 539

4.5气动多向弯曲柔性关节 539

4.6柔性手指 540

4.7柔性五指机械手结构 540

5生机电仿生假肢手臂 542

5.1生物模本 542

5.2仿生设计思路 543

5.3生机电仿生假肢手臂性能指标 543

5.4生机电仿生假肢手臂结构设计 543

5.5生机电仿生假肢手臂运动学分析 544

5.6生机电仿生假肢手臂运动功能试验 544

参考文献 545

第51篇 互联网上的合作设计 553

第1章 互联网上合作设计的意义 555

1现代设计一般过程的描述 555

1.1需求的确认 555

1.2技术可能扫描 556

1.3概念设计 556

1.4技术经济分析 556

1.5详细设计 556

2现代设计的基本特征 556

3设计为什么要在网上合作 557

第2章 设计知识服务和分布式智力资源 559

1设计中的知识 559

1.1产生知识的信息源分类 559

1.2设计知识的结构特征 559

2获取信息的资源 560

2.1虚拟现实需要的资源 560

2.2物理模型试验需要的资源 561

2.3样机试验需要的资源 561

2.4在运行产品状态监测需要的资源 561

2.5其他信息资源 562

第3章 分布式智力资源的运作模式 564

1智力资源的构成——服务提供方 564

1.1智力资源的构成要素 564

1.2智力资源的生存条件 565

2设计实体（服务请求方）的构成要素 565

3合作设计的层次结构 565

第4章 互联网上合作设计的设计知识流 567

1引言 567

2现代设计的基本属性 567

2.1现代设计的竞争性 567

2.2现代设计以知识为基础、以新知识获取为中心 568

2.3现代设计对分布式资源环境的依赖性 569

3设计知识流研究的必要性 570

4面向分布式资源环境的设计知识流框架 570

4.1面向分布式资源环境的设计知识流概念框架 570

4.2面向分布式资源环境的设计知识流层次模型 570

4.3设计决策和知识获取的实施过程 571

5设计知识流若干研究问题 572

5.1关于设计知识流的认知建模 573

5.2关于设计知识流动力学分析与实证研究 573

5.3关于设计知识流的控制与实现 573

5.4关于设计知识流理论与方法研究的实证 573

第5章 基于设计知识流理论的摩擦学设计 574

1引言 574

2摩擦学设计任务 574

2.1摩擦学设计目标 574

2.2摩擦学设计对象的选择 574

2.2.1设计对象的选择理由 574

2.2.2活塞组-缸套系统摩擦学设计的基本内容 575

2.2.3摩擦学设计的一般目标 575

2.3摩擦学系统行为的建模方法 575

2.3.1摩擦学系统 575

2.3.2摩擦学系统行为的状态空间法建模 576

3活塞组-缸套系统摩擦学设计知识流分析 577

3.1活塞组-缸套系统摩擦学设计知识流要素分析 577

3.1.1知识和知识需求分析 577

3.1.2知识供求双方分析 579

3.1.3支持第二类知识流的途径分析 580

3.2第二类知识流中的阻力分析 580

4活塞组-缸套系统摩擦学设计中的知识流控制 580

4.1基于知识需求的知识流控制 580

4.2实例 582

5基于PFWSB本体的活塞组-缸套系统摩擦学设计实现 583

5.1基于PFWSB模型的活塞组-缸套系统摩擦学设计过程 583

5.2活塞裙部摩擦学设计知识获取实例 585

6小结 586

第6章 互联网上合作设计的支撑技术 587

1群体合作技术 587

1.1 CSCW研究的发展 587

1.2 CSCW研究的内涵 587

1.3 CSCW和群件的关系 587

2产品设计信息共享技术 588

2.1 STEP技术 588

2.2 XML技术 589

3设计知识资源的构建、发布、发现和集成技术 589

3.1 TCP／IP协议系列 589

3.2分布式对象技术 590

3.3 Web Services技术 592

3.4 UDDI技术 593

3.5 Agent 594

3.5.1 Agent的基本概念 594

3.5.2 Agent的属性 595

3.5.3 Agent的优点、局限性和面临的挑战 595

4设计过程管理技术 596

4.1 PDM技术 596

4.2安全控制 597

第7章 现代设计与制造网上合作研究中心及相关的资源 598

1中心的创建与进展 598

1.1中心的创建 598

1.2中心的进展 598

2中心的网上资源介绍 599

2.1性能分析评估服务 599

2.2支持设计的数据库服务 599

2.2.1系统的主要功能 600

2.2.2系统的特点 600

2.3性能试验评估服务 600

2.4服务供应商的评估服务 601

2.4.1供应商信息管理 601

2.4.2指标体系管理 601

2.4.3供应商评价 601

2.5虚拟仪器服务 602

2.5.1背景及意义 602

2.5.2功能介绍 602

3如何组织远程会议 603

3.1远程会议实现背景 603

3.2远程假体异地合作设计的业务流程 603

4中心的发展方向 604

第8章 互联网上合作设计实例 605

1项目背景 605

2涡轮膨胀机采用动压滑动轴承支撑的缺点 605

3涡轮膨胀机采用主动电磁轴承支撑的优点 606

4互联网上的合作设计过程 606

4.1知识资源注册 606

4.2搜索设计资源单元并评估 607

4.3初步组成虚拟设计联盟 607

4.4主动电磁轴承的结构设计 607

4.5转子轴承系统的动力学分析 609

4.6涂层设计 609

4.7与厂家交换设计意见 609

4.8可铸造性评估 610

4.9可加工性评估 611

4.10可装配性评估 611

4.11制造 612

4.12基于 Internet的远程试验 612

4.13台架试验 612

5结论 612

参考文献 613

第52篇 工业通信网络 615

第1章 工业通信网络概述 617

1工业通信网络基本术语 617

2工业通信网络基本要求 618

3工业通信网络发展历程及发展趋势 618

4数据编码 618

5数据通信与信号传输模式 619

6差错控制 621

第2章 开放系统互联参考模型 623

1概述 623

2网络互联 624

3现场总线分层模型 627

第3章 工业通信网络物理结构 628

1工业通信网络传输媒介 628

2工业通信网络的拓扑形式 630

3介质访问控制方式 631

第4章 现场总线 633

1现场总线概述 633

1.1现场总线的概念及其描述 633

1.2现场总线设计结构特点 633

1.3工业网络层次 634

1.4现场总线网络拓扑结构 635

2现场总线系统的组成 635

3现场总线标准 636

3.1现场总线国际标准 636

3.2现场总线网络分类 637

3.3主流总线 638

4现场总线网络布线与安装 639

5现场总线的技术优势与不足 640

6无线通信技术在现场总线中的应用 642

6.1无线通信与现场总线的融合 642

6.2现场总线的无线接入方法 642

6.3无线通信协议WIA-PA、 WIA-FA简介 643

7现场总线应用领域 644

第5章 工业以太网技术 647

1工业以太网概述 647

1.1工业以太网简介 647

1.2工业现场对工业以太网产品的要求 647

1.3工业以太网应用于工业自动化中的关键问题 647

2工业以太网通信机制 648

3工业以太网的特点 649

3.1传统商用以太网主要缺陷及解决方案 649

3.2工业以太网的可靠性与安全性 649

3.3工业以太网的优势 650

3.4以太网与其他技术的对比 650

4工业以太网应用案例 650

第6章 工业通信网络应用 656

1概述 656

1.1 S7-300／400PLC的通信功能 656

1.2 S7通信的分类 657

2 MPI网络 658

2.1全局数据包 658

2.2组态MPI网络 658

2.3组态全局数据表 659

2.4编写程序 660

3 PROFIBUS网络 661

3.1 PROFIBUS协议 661

3.2 PROFIBUS的硬件 662

3.3 PROFIBUS-DP的应用 664

3.4 SFC和SFB在PROFIBUS通信中的应用 668

4工业以太网 668

4.1工业以太网的交换技术 669

4.2 S7-300／400 PLC的工业以太网组成方案 669

4.3 S7-300／400 PLC的工业以太网通信组态与编程举例 670

4.4 S7-300／400 PLC的工业以太网IT解决方案举例 673

5 PROFINET 673

5.1 PROFINET技术 673

5.2 PROFINET IO组态 674

6 AS-I网络 675

6.1 AS-I网络结构 675

6.2 AS-I寻址模式 675

6.3 AS-I硬件模块 676

6.4 AS-I通信方式 676

6.5 AS-I通信举例 677

7常用组态软件 679

7.1常用国外组态软件 680

7.2常用国内组态软件 681

参考文献 684

第53篇 面向机械工程领域的大数据、云计算与物联网技术 687

第1章 大 数据 689

1大数据的概念与基本原理 689

1.1大数据的定义 689

1.2大数据的关键特征 689

1.3大数据的关键技术 690

1.4大数据的应用 690

2大数据存储技术 691

2.1大数据的存储问题 691

2.2数据的存储方式 692

2.3云存储 692

2.4数据存储的可靠性 692

3大数据的管理 692

3.1数据管理方式 692

3.2大数据管理技术 693

3.3关系数据库和NoSQL数据库的区别 694

4大数据分析与处理技术 694

4.1大数据处理工具 694

4.2大数据处理流程 694

5大数据与云计算及物联网的关系 696

5.1云计算及其特点 696

5.1.1概述 696

5.1.2云计算的特点 697

5.1.3大数据走向云端 697

5.2物联网的概念与特征 698

5.2.1物联网的概念 698

5.2.2物联网的特征 698

5.3大数据、云计算、物联网的关系 698

5.4大数据、云计算、物联网应用案例——DS8云物联与防作弊系统 698

6大数据时代下的机械工程制造 699

6.1用大数据经营企业 699

6.2用大数据占领先机 700

6.3用大数据重塑销售 700

6.4大数据在机械行业的典型应用 701

第2章 云 计算 703

1云计算的起源与概述 703

1.1云计算的起源 703

1.2云计算的概念 703

1.3云计算的特征 703

2云计算体系架构 704

2.1软件即服务（SaaS） 705

2.1.1 SaaS发展历史 705

2.1.2 SaaS相关产品 705

2.2平台即服务（PaaS） 705

2.2.1 PaaS发展历史 705

2.2.2 PaaS相关产品 706

2.3基础设施即服务（IaaS） 706

2.3.1 IaaS发展历史 706

2.3.2 IaaS相关产品 706

3云资源调度与虚拟化技术 706

3.1云资源调度目标 707

3.2云资源调度算法 707

3.3虚拟化技术 707

3.4云计算下的安全与隐私保护技术 707

3.4.1数据安全 708

3.4.2应用安全 708

3.4.3虚拟化安全 708

3.5新一代云计算与人机融合的云计算架构与平台 709

3.6面向工程机械的云平台构建 710

第3章 物联网技术 712

1物联网的概念及内涵 712

2物联网与信息物理系统的关系 713

3物联网体系架构与关键要素 715

3.1物联网体系架构 715

3.2物联网关键要素 715

4物联网产业体系与技术标准 715

4.1感知、网络通信和应用关键技术 716

4.2支撑技术 716

4.3共性技术 716

4.4标准化 716

5工业物联网技术的应用现状 717

5.1全球物联网相关产业现状 717

5.2我国物联网相关产业现状 718

6面向“工业4.0”的智慧工厂建设 718

6.1“工业4.0”的概念 719

6.2智慧工厂 720

6.3智能制造 720

7物联网在机械制造行业中的典型应用 723

7.1物联网技术在生产制造环节的应用举例 723

7.2物联网技术在机械制造行业销售环节的应用举例 723

7.3物联网技术在机械制造行业产品应用环节的应用举例 724

7.4物联网技术在机械制造行业的其他应用举例 724

参考文献 725

第54篇3D打印设计与制造技术 727

第1章 概述 729

1主要概念 729

1.1快速原型技术的特点 729

1.2快速原型技术的分类 729

2市场应用 731

第2章CAD建模与分层处理 734

1实体建模与分层 734

1.1常用的数据格式 735

1.1.1三维面片模型格式 735

1.1.2 CAD三维数据格式 737

1.1.3二维层片数据格式 737

1.1.4三种常用的数据格式 739

1.2数据检验与处理软件系统 739

1.3 STL文件的切片处理 741

1.4 3D打印数据处理软件 744

2 CT数据采集与处理 745

2.1 CT成像原理 745

2.2 CT数据存储格式 746

2.3 CT数据的采集 747

3数据可视化技术 748

3.1可视化流程 748

3.2体数据定义 748

3.3 DICOM文件的读取 749

3.3.1单幅DICOM文件的读取 749

3.3.2一组DICOM文件的读取 749

4模型交互性设计 750

4.1模型旋转 750

4.2鼠标拾取 751

4.3数据导出 752

第3章3D打印树脂材料 753

1设备工作原理 753

2设备的组成 753

2.1机械系统 753

2.2硬件控制系统 754

2.3软件控制系统 755

3打印用材料 755

4工艺流程 756

第4章3D打印金属材料 759

1金属材料3D打印的分类 759

1.1选择性激光熔化技术 759

1.2激光工程化净成型技术 759

1.3电子束选区熔化技术 759

2 3D打印TC4合金 760

2.1成型件宏观形貌 760

2.2基材对LENS成型TC4合金的影响 761

3柱状晶形成机理 762

4显微组织分析 762

5力学性能分析 764

5.1显微硬度分析 764

5.2室温拉伸性能 764

第5章3D打印技术综合实例 766

1采用3D打印技术的必要性 766

2下颌骨三维重建 766

3实体模型打印 767

4手术指导 769

5术后效果 770

6推广应用 770

参考文献 774

第55篇 系统化设计理论与方法 775

第1章 概论 777

1概述 777

2实施基于系统工程的产品系统化设计的目的与意义 777

3基于系统工程的产品系统化设计的内容与方法 778

4机械产品设计工作过程的四个阶段 779

4.1现代机械产品设计的第一阶段——调研阶段 779

4.2现代机械产品设计的第二阶段——规划阶段 780

4.2.1产品设计的7D总体规划模型 780

4.2.2产品设计的各子规划模型 781

4.3现代机械产品设计的第三阶段——实施阶段 781

4.3.1面向产品广义质量的1＋3＋X系统化设计法的内涵 781

4.3.2一般系统化设计法和深层次系统化设计法 786

4.3.3系统化设计法与其他设计法的区别 787

4.4现代机械产品设计的第四阶段——检验阶段 788

第2章 产品功能与性能的内涵及质量的定义 789

1概述 789

2现代机械产品的基本功能与辅助功能 789

2.1产品的基本功能与辅助功能 789

2.2产品功能的主要特性及要求 789

3机械产品的综合性能 791

3.1产品综合性能的分类 791

3.2产品综合性能的内涵 791

4产品功能和性能的集成优化 793

5现代机械产品设计质量的内涵 794

6机械产品的质量与设计质量的定义 796

7产品质量组成元素公式与产品质量方程 797

7.1产品质量元素公式及各元素在系统中的作用 797

7.2系统组成元素的量与质 797

7.3各组成元素对产品质量的贡献率 797

7.4产品的质量与设计质量公式 797

第3章 机械产品的功能及功能优化设计 799

1概述 799

2产品功能的分析（功能的种类、内涵、特性及其分解） 800

2.1功能的种类 800

2.2产品功能的内涵：基本功能和辅助功能 800

2.3对产品功能设计的要求 801

2.4产品功能的分解 802

3实现产品主辅功能的工作系统设计 803

3.1物质输送系统设计方案的要点 803

3.2物件夹持系统设计方案的要点 803

3.3运动传递系统设计方案的要点 804

3.4机器操纵系统设计方案的要点 804

3.5动力传输系统设计方案的要点 805

3.6信息传输和处理系统设计方案的要点 808

4产品功能需求的四类参数 811

5产品几种机构的组合 811

6产品构造的集成与结构的布置及总体设计图的绘制 812

6.1构造集成与结构布置 812

6.2绘制总体设计图 814

第4章 机械产品的结构性能及动态优化设计 817

1概述 817

2结构性能优化设计的目标、内容与方法及其关联性方程式 817

2.1动态优化设计的主要目标、内容与方法 817

2.2动态优化设计的主要目标、内容与方法的关联方程式 817

3动态优化设计的种类和特点 818

4动态优化设计的内涵 819

4.1动态优化设计的目的 819

4.2一般动态优化设计法 819

4.3深层次动态优化设计法 821

5动态优化设计的步骤和方法 822

5.1机器的运动学分析和参数的计算 822

5.2机械系统的线性或非线性动力学建模 822

5.3机器线性或非线性的动态特性分析与动力学参数计算 823

5.4其他线性或非线性动力学特性分析 823

5.5试验研究和试验分析 824

5.6根据试验结果对线性或非线性机械系统的未知参数进行辨识 824

5.7制定审核与修改准则 824

5.8对机器或结构的线性或非线性问题进行修改设计 824

6应用举例 825

第5章 机械产品的使用性能及智能优化设计 829

1概述 829

1.1智能化设计的发展过程 829

1.2智能优化设计的概念及研究的意义 829

1.3智能控制的概念与方法 830

2智能优化设计的目标、内容与方法 831

2.1智能优化设计的内涵 831

2.2智能优化设计的主要目标、内容和方法 831

3机械产品的操纵系统 832

4机械产品的监测系统 835

5机械产品的控制系统 835

5.1机械产品工艺参数的控制 835

5.2多机传动机械系统的运动学状态的控制 835

5.3机械产品动力学状态的控制 840

5.4机械产品工作过程的控制 840

6机械产品的诊断系统 842

第6章 机械产品的制造性能及可视优化设计 843

1概述 843

2可视优化设计法的理论框架 843

2.1可视优化设计方法的定义和特点 843

2.2可视优化设计的具体内容 844

2.3可视优化设计法的技术流程 845

2.4可视优化设计法的关键技术 846

2.5主要研发软件 847

2.6可视优化设计法的应用原则 847

3加工过程可视化 848

3.1研究内容及目标 848

3.2研究方法及实施过程 849

3.3研究实例 850

4装配（拆卸）过程可视化 850

4.1研究内容及目标 850

4.2研究方法及实施过程 851

4.3应用实例 852

5运动学可视化 852

5.1研究内容及目标 852

5.2研究方法与步骤 852

5.3研究实例 854

6动力学可视化 856

6.1研究内容及目标 856

6.2研究方法与步骤 856

6.3研究实例 857

7工作过程可视化 859

7.1研究内容及目标 859

7.2研究方法与步骤 859

7.3研究实例 860

8控制过程可视化 861

8.1研究内容及目标 861

8.2研究方法及步骤 861

8.3研究实例 861

第7章 机械产品设计质量的检验与评价 864

1产品设计质量检验与评价的必要性 864

2产品设计质量评价指标的内涵 864

3评价指标的加权系数 866

4产品设计质量评价方法的种类 866

5通过样机试验检验产品设计质量 871

6通过用户使用检验产品设计质量 872

7产品综合质量模糊综合评价应用实例 872

第8章 系统化设计法在产品设计中的应用举例 875

1振动沉拔桩机功能优化设计 875

1.1沉拔桩机加压机构和行走机构 875

1.2新型振动沉拔桩机振动机构的选取 876

1.3旋转阀 876

1.4隔振系统设计 879

2振动沉拔桩机的动态优化设计 879

3振动沉拔桩机智能优化设计 883

4振动沉拔桩机可视优化设计 885

4.1振动沉拔桩机系统 885

4.2实现方案 885

4.3振动沉拔桩机系统可视优化设计 885

参考文献 888