第44篇 机械创新设计概论

第1章 概述

1创新是我国科技和经济发展的重要战略

2创新设计的概念和基本内涵

3创新设计的特点

4创新设计的发展与现状

4.1创新设计的发展历程

4.2创新设计的国内外发展现状

4.2.1国外创新设计发展现状

4.2.2我国创新设计发展现状

5创新设计发展的智能化

第2章 创新设计的指导思想与目标

1创新设计的指导思想

2创新设计的目标

2.1创新设计的总体目标和广义目标

2.2创新设计的技术目标

第3章 创新设计的任务、内容与方法

1创新设计的任务

2创新设计的基本内容

3创新设计的方法

3.1创新设计应采取的科学技术与方法

3.2创新设计方法的分类

3.3综合设计理论方法的产生

第4章 创新设计的未来发展战略

1创新设计的总体战略

2创新设计的重点任务

2.1提升重点产业领域的创新设计能力

2.2加强设计共性关键技术研发

2.3建设完善创新设计系统

3创新设计的路线图

4创新设计的发展趋势

4.1绿色低碳

4.2网络智能

4.3超常融合

4.4共创分享

第5章 创新设计方法论的体系和规则

1创新设计方法论的体系

2创新设计方法论的规则

参考文献

第45篇 创新设计方法论

第1章 创新设计方法论的体系、规则及研究意义

1概述

2创新设计的概念、定义及发展战略的探索

2.1创新设计的概念

2.2创新设计的定义

2.3创新设计发展战略的探索

3创新设计的目标、内容、方法及特点

3.1创新设计的目标

3.2创新设计的内容和种类

3.3创新设计的方法

3.4创新设计的特点

4创新设计方法论的体系和特点

4.1创新设计方法论的体系框图

4.2创新设计方法论体系的内容

4.3创新设计方法论指导思想的特点

5创新设计方法论的十二对规则

6创新设计方法论取得的效果

6.1创新设计方法论应用的智能化

6.2运用创新设计方法论取得的效果

第2章 创新设计的目的和要求

1概述

2创新设计要有明确的目的

2.1确立远大的理想和具体的目标

2.2四类个人的理想和目标

2.3理想和目标在实践过程中可进行必要的调整

2.4理想和目标要经过长期的不懈努力才能实现

3创新设计要有具体的要求

3.1创新设计质量的准则

3.2创新设计的六项要求

4处理好六项要求之间的关系

5实现六项要求的最终目标是取得最高的效益

第3章 创新设计的内容和态度

1概述

2创新设计要有切实的内容

2.1把创新设计工作融入国家的总目标之中

2.2根据自身条件和能力选择创新设计的任务

2.3考虑客观环境和条件

2.4选择创新设计任务要紧抓良好契机

2.5对确定的创新设计任务进行详细剖析

2.6通过分析找出创新设计任务的重点和难点

2.7创新设计要勇于克服困难

2.8研究成果必须依靠不断积累

3创新设计要有正确的态度和理念

3.1勤奋和刻苦

3.2严谨和求实

3.3改革与开放，开拓与奋进

3.4勤于思考，善于创新

3.5“勤奋、求实、改革（开拓）、创新”要有正确的目标

第4章 创新设计的步骤、程序及科学方法

1概述

1.1创新设计的四个阶段

1.2创新设计要广泛运用先进的科学技术和方法

2创新设计要有合理的步骤和程序

2.1创新设计首先要做好调研

2.2创新设计应事先制定好规划

2.3创新设计科学实施是关键环节

2.4创新设计要重视检验和评估

3创新设计要广泛运用先进的科学技术和方法

第5章 创新设计工作者自身的四项潜能

1概述

2创新设计工作者要有良好的思想品德

3创新设计工作者要有必需的知识和能力

3.1学习和掌握必需的知识

3.2以顽强拼搏的精神进行学习

3.3创新设计所必需具备的能力

4创新设计工作者要具备健康的身体和珍爱生命

4.1创新设计的基本条件

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

5创新设计工作者要有坚韧的毅力和合理的战略战术

5.1坚韧的毅力和顽强的斗志

5.2良好的心理素质和合理的战略战术

第6章 集体（单位）创新设计的四项潜能

1概述

2要有远见卓识和善于组织的领导

3要有足够的技术能力和管理能力的领导

4要有一个团结协作的集体

5顽强拼搏的奋斗精神和合理的战略战术

第7章 创新设计客观因素的影响

1概述

2要善于发现和利用良好的机遇

3应选择好合适的环境

3.1环境的类型

3.2如何利用良好的客观环境

4充分利用好客观条件

4.1客观条件的种类

4.2如何营造和利用良好的条件

第8章 创新设计动态因素的作用

1概述

2不断学习，学用结合

3经常检查，定期总结

4学习和总结会使人更聪明

第9章 用科学哲学思想来统领创新设计工作

1概述

2科学哲学思想六个特点的具体内容

2.1“以人为本”

2.2全面性和系统性

2.3实践性和科学性

2.3.1实践性

2.3.2科学性

2.4继承性和创新性

2.5协调性和稳定性

2.6可持续性和长期性

2.6.1人与自然之间保持协调与和谐的基本措施

2.6.2人与社会环境保持协调与和谐

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

3六个特点与五大发展理念的一致性

第10章 创新设计方法论的应用

1概述

2创新设计的具体内容

3创新设计方法论可应用的设计领域

3.1创新设计方法论在产品设计中的应用

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

第11章 创新设计方法论应用的智能化及专家系统

1概述

2专家系统的应用研究与发展

3专家系统

3.1专家系统的基本结构

3.2科学方法论应为知识库中最重要的共性核心知识

3.3比较推理是专家系统中最易实施的推理形式

4最简单的专家系统

5基于逻辑的故障诊断专家系统

第12章 创新设计的关键因素及制约因素分析

1概述

2创新设计工作要突出重点和抓住难点

3要处理好目标、内容和方法三者之间的关系

4创新设计工作中制约因素的分析

参考文献

第46篇顶层设计原理、方法与应用

第1章 概论

1顶层设计的概念

2做好顶层设计的意义

3做好顶层设计应先了解做事的特点和要求

4做好顶层设计及实现高效做事的十二对规则

第2章 顶层设计的目标

1概述

2顶层设计的对象与执行者

3做好顶层设计的前提

4做好顶层设计和实现高效做事的目标的一致性

5做好顶层设计和实现高效做事目标的种类

6顶层设计的方案可适时调整

7顶层设计及高效做事的目标经过不懈努力可予以实现

第3章 顶层设计的要求

1概述

2顶层设计对做事的六项具体要求

2.1顶层设计对做事“指导思想”的要求

2.2顶层设计对做事“工作质量”的要求

2.3顶层设计对做事“所付代价”的要求

2.4顶层设计对做事“花费时间”的要求

2.5顶层设计对做事“环境保护”的要求

2.6顶层设计对做事“后续服务”的要求

3顶层设计要处理好这六项要求之间的关系

第4章 顶层设计的任务

1概述

2顶层设计之前应做的一些准备工作

3顶层设计的总体规划和框架

4顶层设计的各子规划模型及内容

5做好顶层设计预计可产生的效果

第5章 做好顶层设计应具有的正确态度

1概述

2做好顶层设计要有勤奋刻苦的态度

3做好顶层设计要有严谨求实的态度

4做好顶层设计要有勇于实践和开拓奋进的理念

5做好顶层设计要有勤于思考和敢于创新的精神

6“勤奋、求实、开拓、创新”，要有正确的目标

6.1要确立明确的目标

6.2要培养学习和工作的兴趣

第6章 顶层设计的步骤

1概述

2顶层设计前先要做好调查研究

3顶层设计的基本任务是制定好规划

4顶层设计对实施过程要有充分的了解

5顶层设计要考虑对所做事的检查和评估

第7章 顶层设计的方法

1概述

2现代科学技术中的先进理论和方法

3顶层设计应重视科学的哲学思想和方法的应用

4顶层设计要应用系统论和系统工程的思想和方法

5顶层设计要广泛应用现代信息技术

6顶层设计应重视各种优化理论和方法的应用

7顶层设计应重视创新的原理和方法的应用

8顶层设计应重视预测学理论和方法的应用

第8章 做好顶层设计的主观因素（对个人）

1概述

2做好顶层设计要有正确的思想和品德

3做好顶层设计要有必需的知识和能力

3.1学习和掌握各种必要的知识

3.2要培育各种必需的能力

4做好顶层设计要保持身体健康和生命安全

5做好顶层设计要有坚韧的毅力和采取合理的战术

第9章 做好顶层设计的主观因素（对集体）

1概述

2顶层设计要考虑如何充分发挥领导和组织的积极作用

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

4顶层设计要考虑如何搞好集体的团结和协作

4.1团结是集体的生命及活力所在

4.2好的领导应善于把群众组织起来

4.3良好分工是发挥集体力量的基础

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

第10章 做好顶层设计的客观因素

1概述

2顶层设计要考虑如何紧抓所做事的良好机遇

2.1机遇来源于对某一事物的迫切需求

2.2机遇存在于新技术的形成和发展过程中

2.3机遇存在于一些地区滞后发展的过程中

2.4机遇存在于各个国家和地区不平衡的环境中

2.5机遇存在于事物不断振荡的过程中

2.6机遇存在于某些空白研究领域或交叉领域

2.7机遇蕴藏在一些尚未解决的科学技术和工程难题中

2.8机遇来源于可利用的人、财、物

2.9机遇来源于某一国家或某一地区所制定的特殊政策

2.10机遇产生于对某些经济规则的调整过程

2.11机遇只给有准备的人

3顶层设计要考虑所做事如何保护和利用环境

3.1狭义环境

3.2广义环境

3.3如何利用良好的客观环境

4顶层设计要考虑所做事如何充分利用外部条件

4.1外部条件的种类

4.2如何营造和利用良好的条件

第11章 做好顶层设计要重视两件要事：学习和总结

1概述

2顶层设计要对工作过程中的学习进行规划

3顶层设计要对所做事的检查和总结进行规划

3.1检查和总结的目的与意义

3.2检查和总结的内容

3.3检查和总结的步骤

3.4检查和总结的主要成果

4顶层设计要重视和了解经常学习和定期总结的意义

第12章 顶层设计提纲的编写及顶层设计实例

1概述

2顶层设计提纲应该考虑的主要问题

3顶层设计提纲的拟订

4顶层设计实例

参考文献

第47篇 创新原理、思维、方法与应用

第1章 绪论

1创新的基本概念

2创新理论及其应用

2.1创新设计

2.2创新理论

2.2.1本体论

2.2.2公理性设计

2.2.3领先用户法

2.2.4模糊前端法

2.2.5发明问题解决理论

第2章 创新思维的基本方法

1创新思维方法

1.1主要的创新思维方法

1.2主要的创新思维方法应用实例

1.2.1应用逆向思维的实例

1.2.2应用联想思维的实例

1.2.3应用灵感思维的实例

1.2.4应用演绎思维的实例

2创新技法

2.1创新技法简介

2.2主要创新技法简述

2.2.1智力激励法

2.2.2检核表法

2.2.3列举法

2.2.4模拟法

2.2.5联想法

2.2.6组合法

2.2.7移植法

2.2.8综摄法

3创新技法的运用

第3章 发明问题的情境分析与描述

1发明问题的资源分析与描述

1.1直接利用资源

1.2导出资源

1.3差动资源

2发明创造的理想化分析与描述

2.1发明创造的理想化概述

2.2利用理想化思想实现发明创造

2.3提高理想化程度的八种方法

2.4实现理想化的步骤

3实例分析——如何制作预应力混凝土

4实例分析——汽车驾驶杆的抖振分析

第4章 技术系统进化理论分析

1技术进化过程中创新设计实例分析

2创新设计中技术系统进化模式

2.1技术系统进化模式

2.2技术系统各进化模式分析

2.2.1技术系统的生命周期

2.2.2提高理想化水平

2.2.3系统元件的不均衡发展

2.2.4增加系统的动态性和可控性

2.2.5技术系统集成化进而简化

2.2.6系统元件匹配和不匹配的交替出现

2.2.7由宏观系统向微观系统进化

2.2.8提高系统的自动化程度以及减少人的介入

2.2.9系统的分割

2.2.10系统进化从改善物质的结构入手

2.2.11系统元件的一般化处理

3产品技术成熟度预测方法

4技术系统进化工程实例分析

4.1超声波焊接技术成熟度预测分析

4.2快速原型技术进化模式分析

4.3车轮的发明及其技术进化过程分析

第5章 技术冲突及其解决原理

1物理冲突及其解决原理

1.1物理冲突的概念及类型

1.2物理冲突的解决原理

1.3分离原理及实例分析

2技术冲突及其解决原理

2.1技术冲突的概念及工程实例

2.2技术冲突的一般化处理

2.3技术冲突的解决原理

2.3.1原理概述

2.3.2 40条发明创造原理

3利用冲突矩阵实现创新设计

3.1冲突矩阵的简介

3.2利用冲突矩阵创新

4实例分析——汽车侧向安全气囊概念设计

第6章 技术系统物-场模型分析方法

1如何建立技术系统的物-场模型

2利用物-场模型实现创新设计

3实例分析

第7章 解决发明问题的程序——ARIZ法

1概述

2解决发明问题的程序

2.1选择问题

2.2建立模型

2.3分析问题模式

2.4消除物理矛盾

2.5初步评价所得解决方案

2.6发展所得答案

2.7分析解决进程

3工程实例分析

第8章 综合案例分析

1航空燃气涡轮发动机的进化

1.1应用背景

1.2结论与体会

2玛氏公司“小包装食品袋”的进化历程

2.1新包装袋概念

2.2小食品袋存在的问题

2.3利用TRIZ解决包装袋问题

2.3.1寻找TRIZ标准方案

2.3.2概念革命

2.4制胜想法与验证

2.5专利保护

2.6未来

2.7结论

3技术预测——医学用核磁共振成像技术的发展历程

4清除全自动数控车床刀具上的切屑问题

4.1描述问题

4.2阐述技术矛盾

4.3选择技术矛盾

4.4确定技术矛盾中要改善的参数和被恶化的参数

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

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

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

5打桩机的进化路径

6恒流阀系统改进设计

6.1对恒流阀系统中存在的问题及相关的系统进行分析

6.1.1定义恒流阀系统中存在的问题

6.1.2分析系统

6.2构造恒流阀系统的逻辑图表

6.3分析逻辑图表——确定解决问题的可能方向

6.3.1分析最终不良结果产生的根本原因

6.3.2确定冲突

6.3.3确定解的方向

6.4产生解

附录

附录A 76个标准解

附录B解决发明问题的某些物理效应表

参考文献

第48篇 绿色设计与和谐设计

第1章 绿色设计概述

1绿色设计基本概念

2绿色设计方法

3绿色设计的实施步骤

第2章 绿色设计中的材料选择

1绿色设计对材料的要求

2绿色材料的选择原则

3绿色材料的选择

3.1选材基本步骤

3.2绿色材料选择的三维方法

4材料的绿色性能评价

4.1泛环境函数法

4.2材料再生循环利用度的评价及表示系统

5材料数据库的构建

6设计案例

第3章 面向拆卸回收的产品设计

1面向拆卸的产品设计

1.1可拆卸设计的概念

1.2可拆卸设计原则

1.3可拆卸结构设计

1.3.1可拆卸连接结构设计

1.3.2主动拆卸结构设计

1.3.3几种特殊的主动拆卸结构

1.4 Snap-Fit结构设计

1.4.1 Snap-Fit结构的概念与特点

1.4.2 Snap-Fit结构设计方法

2面向回收的产品设计

2.1回收设计概念

2.2回收设计原则

2.3回收设计方法

3面向拆卸回收的产品设计实例

第4章 面向包装的绿色设计

1绿色包装设计的概念

2绿色包装设计原则

2.1材料选择

2.2减量化

2.3包装材料的回收再利用

3绿色包装设计流程和内容

第5章 面向节能的绿色设计方法

1能耗标签与能耗标准

1.1中国节能认证标识

1.2欧盟家电能效等级标识

1.3我国产品能效标识

2节能降耗设计方法

2.1低能耗加工工艺的选择

2.1.1典型工艺能耗分析

2.1.2切削工艺能耗优化方法

2.1.3低能耗工艺规划方法

2.2产品低能耗设计方法

2.2.1产品能耗特性

2.2.2能耗设计参数

2.2.3低能耗设计方法

2.3节能结构设计

2.3.1结构数字分析

2.3.2能耗优化设计

2.3.3有限元优化设计

3面向节能的绿色设计案例

3.1液压机成形过程的能量流分析

3.2典型机构节能设计

3.3液压机活动横梁的轻量化设计

3.3.1液压机活动横梁的结构和载荷分析

3.3.2轻量优化结构设计

第6章 绿色设计评价

1绿色产品评价

1.1绿色产品的概念

1.2绿色产品的认证与绿色标志

1.3绿色产品的评价指标体系

1.4常用的评价方法

2生命周期评价

2.1生命周期评价的技术框图

2.2 LCI的数据收集和确认

2.3生命周期影响评价

3拆卸性能评估

3.1拆卸性能评估指标

3.2拆卸性能评估方法

第7章 绿色设计案例

1电冰箱绿色设计案例

1.1设计对象的选择

1.2参照产品的确定

1.3产品基本资料的分析

1.4核查清单的建立

1.5绿色设计策略的确定

1.6绿色设计方案的制定

2轿车生命周期评价研究实例

2.1研究目标

2.2定义系统边界

2.3清单分析模型及数据收集

2.4轿车生产阶段生命周期评价

2.5轿车使用阶段生命周期评价

2.6环境影响

第8章 和谐设计

1和谐设计的目标

1.1和谐设计的提出背景

1.1.1产品设计的不和谐因素

1.1.2现代产品设计的趋势所需

1.2和谐设计的概念

1.3和谐设计的意义

1.4和谐设计的应用前景

2和谐设计的内容

2.1产品与环境的和谐设计

2.1.1与自然环境的和谐设计

2.1.2与社会环境的和谐设计

2.1.3与技术、市场及资金环境的和谐设计

2.2产品设计单元间的和谐设计

2.2.1设计目标的最佳配合

2.2.2设计内容的最佳组合

2.2.3设计方法的最佳匹配

2.2.4设计目标、设计内容和设计方法之间的协调

2.3关联度分析与和谐度评价

2.3.1产品与各类环境间的关联度分析

2.3.2对产品和谐度的评价与质量管理

3和谐设计的方法及应用

3.1和谐设计的实施方法

3.2和谐设计的实施原则

3.3企业与环境及产品与环境之间关系的应用

3.3.1企业应研究与解决的关键问题

3.3.2基本做法

3.4产品工业设计中的和谐设计应用

3.4.1产品工业设计中的和谐性特征

3.4.2产品工业设计中的和谐性要求

3.4.3产品工业设计中的和谐性措施

3.5和谐度评价方法与应用实例

3.5.1和谐度评价一般方法

3.5.2工程实例应用

参考文献

第49篇 智能设计

第1章 智能模拟的科学

1信息社会与思维科学

1.1思维与思维科学

1.2思维的类型

1.2.1抽象（逻辑）思维学

1.2.2形象（直觉）思维学

1.2.3灵感（顿悟）思维学

2思维的基础和认知的发展

2.1思维与智能

2.2思维的神经基础

2.3认知发展

2.3.1皮亚杰认知发展理论

2.3.2斯腾伯格的认知三元素理论

2.3.3信息加工理论

2.3.4思维的瞬间达尔文进化机制理论

2.3.5广义进化认知模式

2.3.6复杂自适应系统

2.3.7认知发展总论

3智能模拟

3.1智能模拟的科学基础

3.2智能模拟的哲学基础

3.3智能模拟的基本途径

3.3.1基于逻辑推理的智能模拟——符号主义（symblism ）

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

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

第2章 智能设计方法和技术综述

1智能设计的发展概述

1.1 CAD的发展

1.2智能设计的两个阶段

2智能设计的概念和特征

2.1智能设计的特点

2.2智能设计技术的研究重点

2.3智能化方法的分类和智能设计的层次

2.3.1智能化方法的分类

2.3.2智能设计的层次

2.4智能设计的基本方法

2.4.1智能设计的分类

2.4.2智能设计系统与技术

3智能设计体系和知识表达

3.1智能设计体系

3.1.1智能设计的抽象层次模型

3.1.2设计知识的结构体系

3.1.3智能设计的集成求解策略

3.1.4智能设计集成求解策略的工程应用

3.2智能设计的知识表达

3.3智能设计的基因模型表达

3.3.1知识模型

3.3.2基因模型

第3章 进化设计技术与方法

1进化设计技术基础

1.1遗传算法的概貌

1.2单纯型遗传算法

1.3模式定理（schemata theorem）

1.4遗传算法的有关操作规则和方法

1.5多个体参与交叉的遗传算法

1.6多目标进化算法简介

1.6.1传统多目标算法及其存在问题

1.6.2 Pareto多目标进化算法

1.6.3几种主要的多目标进化算法

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

1.6.5算例

2基于进化的健壮性设计方法

2.1健壮性开发方法的基本思路

2.2基于进化的健壮性设计方法的总体框架

2.3基于进化的健壮性设计方法的说明

3结构智能优化设计——进化设计

3.1结构智能设计的概念

3.2结构进化智能优化设计

3.3基于进化的桁架结构相位设计

3.4基于进化的结构非线性强制振动解法

3.5基于进化的圆抛物面天线健壮结构设计

3.5.1圆抛物面天线结构设计的要求和特点

3.5.2天线反射面精度计算

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

3.5.4 10m圆抛物面天线健壮设计模型

3.5.5 10m圆抛物面天线体结构的健壮性设计过程

3.5.6总结

4供应链库存策略的进化重组

4.1供应链运行策略的持续改进

4.2供应链中的库存设置

4.3供应链运行过程中的库存控制策略

4.4敏捷供应链多级库存策略重组模型

第4章 自组织设计技术与方法

1自组织技术基础

1.1“生命的游戏”

1.2元胞自动机的基础

1.3元胞自动机的自组织建模方法

1.4元胞自动机的应用领域

2结构拓扑的自组织进化

2.1结构拓扑优化中的ECA规则

2.2 ECA规则的进化表达

2.3结构拓扑形态优化的算例

第5章 自学习设计技术与方法

1自学习技术基础

1.1神经网络的主要特点

1.2细胞元模型

1.3神经网络模型

1.4神经网络的学习

1.5多层前向神经网络（BP网络）

1.6典型反馈网络——Hopfield网络

1.7基于概率学习的Boltzmann机模型

2非线性振动的自学习建模

2.1神经网络和系统识别

2.2非线性振动脉冲响应的学习和系统预测

2.3 Duffing振动的学习和预测

2.4预测精度和泛用性的考察

3基于学习的机械系统特性预测

3.1机械系统特性预测的问题

3.2机械系统特性预测的基本模型

3.3雷达结构系统固频的预测例

4神经网络专家系统的智能设计体系结构

4.1建立人工神经网络专家系统的必要性

4.2面向设计的智能平台

4.2.1专家系统和神经网络的结合方式

4.2.2智能平台的“外壳”结构

4.2.3设计求解过程

4.2.4知识的处理方法

4.3说明

5基于神经网络的CAD／CAM一体化

5.1系统的结构

5.2产品零件数据结构

5.3智能CAPP系统

5.3.1 BP网络实现加工链的选择

5.3.2工艺尺寸链计算的Hopfield网络

5.4 CAM模块

第6章 人工生命设计技术与方法

1人工生命技术基础

1.1人工生命的进化模型

1.2 L系统与形态生成模型

2人工生命的研究内容归纳

2.1数字生命的研究

2.2数字社会的研究

2.3虚拟生态环境

2.4人工脑（Artificial Brain）

2.5进化机器人（Evolutionary Robotics）

2.6进化软件代理（Evoluable Multiagent ）

3人工生命的设计方法

3.1金融证券市场分析决策中的人工生命应用

3.2计算机动画的人工生命应用

3.3基于人工生命的因特网提速

参考文献

第50篇 仿生机械设计

第1章 仿生机械设计概述

1仿生机械的概念

1.1仿生要素

1.2仿生机械的分类

1.3仿生机械设计

2仿生机械设计的特点

3仿生机械设计的原理

3.1相似性原理

3.2功能性原理

3.3比较性原理

4仿生机械设计的方法

5仿生机械设计的信息获取与处理

5.1仿生信息获取方法

5.2仿生信息处理方法

5.3仿生信息工程化原则

6仿生机械设计的步骤

6.1明确设计要求

6.2选择生物模本

6.3模本表征与建模

6.4提出设计原理与方法

第2章 仿生机械设计生物模本

1生物模本的概念

2生物模本的基本特征

2.1特异性

2.2功能性

2.3工程性

3生物模本的选择原则

3.1代表性原则

3.2相似性原则

3.3可实现原则

4生物模本的选择方法

4.1从生物到工程的正序选择

4.2从工程到生物的逆序选择

5生物模本分析举例

5.1生物模本建模分析

5.2生物模本多元耦合分析

第3章 仿生机械形态与结构设计

1设计原则

2设计方法与步骤

2.1仿生机械形态与结构设计的方法

2.2仿生机械形态与结构设计的步骤

3仿生机械外形设计

3.1平滑流线型

3.1.1平滑流线型的概念

3.1.2平滑流线型的设计原则、方法、步骤

3.1.3设计实例：奔驰盒形汽车

3.2力学稳健型

3.2.1力学稳健型的概念

3.2.2力学稳健型的设计原则、方法、步骤

3.2.3设计实例：仿袋鼠机器人

3.3环境适应型

3.3.1环境适应型的概念

3.3.2环境适应型的设计原则、方法、步骤

3.3.3设计实例：仿野猪头起垄器

4仿生机械表面形态设计

4.1拓扑形态

4.1.1拓扑形态的概念

4.1.2拓扑形态设计的原则

4.1.3拓扑形态设计的方法

4.1.4拓扑形态设计的步骤

4.1.5拓扑形态设计案例：螳螂特征的认识

4.2几何形态

4.2.1几何形态的概述

4.2.2几何形态的设计原则

4.2.3几何形态设计的步骤

4.2.4几何形态设计的案例：凹槽型仿生针头优化设计

4.3非光滑形态

4.3.1非光滑形态的概述

4.3.2非光滑形态的设计步骤

4.3.3非光滑形态的设计案例：仿生不粘锅

5仿生机械表面功能设计

5.1仿生机械表面功能设计的原则、方法、步骤

5.2仿生机械表面功能设计的实例

6仿生机械结构设计

6.1微纳结构

6.1.1微纳结构概述

6.1.2微纳结构设计的原则、方法、步骤

6.1.3微纳结构设计实例：有机硅乳胶漆

6.2蜂窝结构

6.2.1蜂窝结构概述

6.2.2蜂窝结构的设计原则、方法、步骤

6.2.3蜂窝结构设计实例：蜂窝板

6.3梯度结构

6.3.1梯度结构概述

6.3.2梯度结构设计的原则、方法、步骤

6.3.3梯度结构设计实例：泡沫玻璃

6.4鞘连结构

6.4.1鞘连结构概述

6.4.2鞘连结构设计的原则、方法、步骤

6.4.3鞘连结构应用实例

第4章 仿生机械运动学设计

1运动方案设计

1.1方案设计步骤

1.2运动原理分析

1.3系统方案设计

2运动过程的仿生构思

2.1构思原则

2.2构思方法

2.3动作过程与模本的相似性

3运动过程分解和执行机构选择

3.1运动过程的分解

3.2运动过程的描述和表达

3.3执行机构的选择

4运动系统方案的组成原则

4.1相容性原则

4.2能量最低消耗原则

4.3仿生机械运动系统智能控制

5仿生机械运动设计数学方法

5.1旋转变换张量法

5.2直角坐标矢量法

5.3坐标变换矩阵法

第5章 仿生机构设计

1仿生机构设计概述

1.1仿生机构基本概念

1.2仿生机构组成

1.3仿生机构的设计原则

1.4仿生机构设计方法与设计步骤

2仿生机构功能分类

3仿生作业机构

3.1仿生抓取机构

3.1.1类似人拇指的抓取机构

3.1.2弹性材料制成通用手爪的抓取机构

3.1.3用挠性带和开关机构组成的柔软手爪

3.1.4仿物体轮廓的柔性抓取机构

3.1.5挠性指抓取机构

3.2仿生手臂和手腕机构

3.2.1圆柱坐标式手臂

3.2.2活塞液压缸与齿轮齿条组成的手臂回转运动机构

3.2.3直角坐标式手臂

3.2.4多关节式手臂

3.2.5用平行四边形机构作小臂驱动器的关节式机械手

3.3仿生行走机构

3.3.1步行机构

3.3.2轮式移动机构

3.3.3车轮式步行机

3.3.4仿生爬行机构

4仿生推进机构

4.1扑翼飞行机构

4.1.1扑翼飞行机构的基本概念

4.1.2扑翼飞行机构组成及设计要求

4.1.3扑翼飞行机构举例

4.2水下航行器仿生推进机构

4.2.1喷射式仿生水下推进机构

4.2.2 MPF仿生水下推进机构

4.2.3 BCF仿生水下推进机构

4.2.4仿生扑翼推进机构

5仿生机构发展趋势

5.1仿生机构的总体发展趋势

5.2不同类型机构的具体发展趋势

5.2.1仿生作业机构发展趋势

5.2.2仿生水下推进器推进机构发展趋势

5.2.3扑翼飞行机构发展趋势

第6章 仿生机械设计范例

1仿生行走机械

1.1生物模本

2仿生设计思路

1.3基本参数的选择

1.3.1腿数

1.3.2主要结构参数的优化

1.3.3连杆大端滑动面包角对偏心轮驱动腿数的影响

1.4传动方案

1.5步行轮机构运动学

1.6步行轮性能试验

1.6.1步行轮牵引附着性能试验

1.6.2平顺性能试验

2仿生飞行机械

2.1生物模本

2.1.1鸟类和昆虫的翅膀结构

2.1.2鸟翼及昆虫翅翼的运动方式

2.2仿生设计思路

2.3生物飞行参数

2.4仿生扑翼飞行器结构参数设计

2.4.1微扑翼机总质量m

2.4.2全翼展b

2.4.3翼面积S

2.5仿生扑翼飞行器运动参数设计

2.5.1最小功率速度vmp

2.5.2扑翼拍打频率fw

2.5.3扑翼拍打幅值φ

2.6仿生扑翼飞行器驱动机构设计

2.7仿生扑翼飞行器翅翼设计

2.8仿生微型扑翼飞行器风洞试验

3仿生游走机械

3.1生物模本

3.2仿生设计思路

3.3墨鱼游动机理分析

3.4 SMA丝驱动柔性鳍单元

3.5仿生水平鳍设计

3.6仿生喷射系统设计

3.7仿墨鱼机器鱼结构设计

4仿生运动机械（多关节机械手）

4.1生物模本

4.2仿生设计思路

4.3旋伸型气动人工肌肉

4.4气动单向弯曲柔性关节

4.5气动多向弯曲柔性关节

4.6柔性手指

4.7柔性五指机械手结构

5生机电仿生假肢手臂

5.1生物模本

5.2仿生设计思路

5.3生机电仿生假肢手臂性能指标

5.4生机电仿生假肢手臂结构设计

5.5生机电仿生假肢手臂运动学分析

5.6生机电仿生假肢手臂运动功能试验

参考文献

第51篇 互联网上的合作设计

第1章 互联网上合作设计的意义

1现代设计一般过程的描述

1.1需求的确认

1.2技术可能扫描

1.3概念设计

1.4技术经济分析

1.5详细设计

2现代设计的基本特征

3设计为什么要在网上合作

第2章 设计知识服务和分布式智力资源

1设计中的知识

1.1产生知识的信息源分类

1.2设计知识的结构特征

2获取信息的资源

2.1虚拟现实需要的资源

2.2物理模型试验需要的资源

2.3样机试验需要的资源

2.4在运行产品状态监测需要的资源

2.5其他信息资源

第3章 分布式智力资源的运作模式

1智力资源的构成——服务提供方

1.1智力资源的构成要素

1.2智力资源的生存条件

2设计实体（服务请求方）的构成要素

3合作设计的层次结构

第4章 互联网上合作设计的设计知识流

1引言

2现代设计的基本属性

2.1现代设计的竞争性

2.2现代设计以知识为基础、以新知识获取为中心

2.3现代设计对分布式资源环境的依赖性

3设计知识流研究的必要性

4面向分布式资源环境的设计知识流框架

4.1面向分布式资源环境的设计知识流概念框架

4.2面向分布式资源环境的设计知识流层次模型

4.3设计决策和知识获取的实施过程

5设计知识流若干研究问题

5.1关于设计知识流的认知建模

5.2关于设计知识流动力学分析与实证研究

5.3关于设计知识流的控制与实现

5.4关于设计知识流理论与方法研究的实证

第5章 基于设计知识流理论的摩擦学设计

1引言

2摩擦学设计任务

2.1摩擦学设计目标

2.2摩擦学设计对象的选择

2.2.1设计对象的选择理由

2.2.2活塞组-缸套系统摩擦学设计的基本内容

2.2.3摩擦学设计的一般目标

2.3摩擦学系统行为的建模方法

2.3.1摩擦学系统

2.3.2摩擦学系统行为的状态空间法建模

3活塞组-缸套系统摩擦学设计知识流分析

3.1活塞组-缸套系统摩擦学设计知识流要素分析

3.1.1知识和知识需求分析

3.1.2知识供求双方分析

3.1.3支持第二类知识流的途径分析

3.2第二类知识流中的阻力分析

4活塞组-缸套系统摩擦学设计中的知识流控制

4.1基于知识需求的知识流控制

4.2实例

5基于PFWSB本体的活塞组-缸套系统摩擦学设计实现

5.1基于PFWSB模型的活塞组-缸套系统摩擦学设计过程

5.2活塞裙部摩擦学设计知识获取实例

6小结

第6章 互联网上合作设计的支撑技术

1群体合作技术

1.1 CSCW研究的发展

1.2 CSCW研究的内涵

1.3 CSCW和群件的关系

2产品设计信息共享技术

2.1 STEP技术

2.2 XML技术

3设计知识资源的构建、发布、发现和集成技术

3.1 TCP／IP协议系列

3.2分布式对象技术

3.3 Web Services技术

3.4 UDDI技术

3.5 Agent

3.5.1 Agent的基本概念

3.5.2 Agent的属性

3.5.3 Agent的优点、局限性和面临的挑战

4设计过程管理技术

4.1 PDM技术

4.2安全控制

第7章 现代设计与制造网上合作研究中心及相关的资源

1中心的创建与进展

1.1中心的创建

1.2中心的进展

2中心的网上资源介绍

2.1性能分析评估服务

2.2支持设计的数据库服务

2.2.1系统的主要功能

2.2.2系统的特点

2.3性能试验评估服务

2.4服务供应商的评估服务

2.4.1供应商信息管理

2.4.2指标体系管理

2.4.3供应商评价

2.5虚拟仪器服务

2.5.1背景及意义

2.5.2功能介绍

3如何组织远程会议

3.1远程会议实现背景

3.2远程假体异地合作设计的业务流程

4中心的发展方向

第8章 互联网上合作设计实例

1项目背景

2涡轮膨胀机采用动压滑动轴承支撑的缺点

3涡轮膨胀机采用主动电磁轴承支撑的优点

4互联网上的合作设计过程

4.1知识资源注册

4.2搜索设计资源单元并评估

4.3初步组成虚拟设计联盟

4.4主动电磁轴承的结构设计

4.5转子轴承系统的动力学分析

4.6涂层设计

4.7与厂家交换设计意见

4.8可铸造性评估

4.9可加工性评估

4.10可装配性评估

4.11制造

4.12基于 Internet的远程试验

4.13台架试验

5结论

参考文献

第52篇 工业通信网络

第1章 工业通信网络概述

1工业通信网络基本术语

2工业通信网络基本要求

3工业通信网络发展历程及发展趋势

4数据编码

5数据通信与信号传输模式

6差错控制

第2章 开放系统互联参考模型

1概述

2网络互联

3现场总线分层模型

第3章 工业通信网络物理结构

1工业通信网络传输媒介

2工业通信网络的拓扑形式

3介质访问控制方式

第4章 现场总线

1现场总线概述

1.1现场总线的概念及其描述

1.2现场总线设计结构特点

1.3工业网络层次

1.4现场总线网络拓扑结构

2现场总线系统的组成

3现场总线标准

3.1现场总线国际标准

3.2现场总线网络分类

3.3主流总线

4现场总线网络布线与安装

5现场总线的技术优势与不足

6无线通信技术在现场总线中的应用

6.1无线通信与现场总线的融合

6.2现场总线的无线接入方法

6.3无线通信协议WIA-PA、 WIA-FA简介

7现场总线应用领域

第5章 工业以太网技术

1工业以太网概述

1.1工业以太网简介

1.2工业现场对工业以太网产品的要求

1.3工业以太网应用于工业自动化中的关键问题

2工业以太网通信机制

3工业以太网的特点

3.1传统商用以太网主要缺陷及解决方案

3.2工业以太网的可靠性与安全性

3.3工业以太网的优势

3.4以太网与其他技术的对比

4工业以太网应用案例

第6章 工业通信网络应用

1概述

1.1 S7-300／400PLC的通信功能

1.2 S7通信的分类

2 MPI网络

2.1全局数据包

2.2组态MPI网络

2.3组态全局数据表

2.4编写程序

3 PROFIBUS网络

3.1 PROFIBUS协议

3.2 PROFIBUS的硬件

3.3 PROFIBUS-DP的应用

3.4 SFC和SFB在PROFIBUS通信中的应用

4工业以太网

4.1工业以太网的交换技术

4.2 S7-300／400 PLC的工业以太网组成方案

4.3 S7-300／400 PLC的工业以太网通信组态与编程举例

4.4 S7-300／400 PLC的工业以太网IT解决方案举例

5 PROFINET

5.1 PROFINET技术

5.2 PROFINET IO组态

6 AS-I网络

6.1 AS-I网络结构

6.2 AS-I寻址模式

6.3 AS-I硬件模块

6.4 AS-I通信方式

6.5 AS-I通信举例

7常用组态软件

7.1常用国外组态软件

7.2常用国内组态软件

参考文献

第53篇 面向机械工程领域的大数据、云计算与物联网技术

第1章 大 数据

1大数据的概念与基本原理

1.1大数据的定义

1.2大数据的关键特征

1.3大数据的关键技术

1.4大数据的应用

2大数据存储技术

2.1大数据的存储问题

2.2数据的存储方式

2.3云存储

2.4数据存储的可靠性

3大数据的管理

3.1数据管理方式

3.2大数据管理技术

3.3关系数据库和NoSQL数据库的区别

4大数据分析与处理技术

4.1大数据处理工具

4.2大数据处理流程

5大数据与云计算及物联网的关系

5.1云计算及其特点

5.1.1概述

5.1.2云计算的特点

5.1.3大数据走向云端

5.2物联网的概念与特征

5.2.1物联网的概念

5.2.2物联网的特征

5.3大数据、云计算、物联网的关系

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

6大数据时代下的机械工程制造

6.1用大数据经营企业

6.2用大数据占领先机

6.3用大数据重塑销售

6.4大数据在机械行业的典型应用

第2章 云 计算

1云计算的起源与概述

1.1云计算的起源

1.2云计算的概念

1.3云计算的特征

2云计算体系架构

2.1软件即服务（SaaS）

2.1.1 SaaS发展历史

2.1.2 SaaS相关产品

2.2平台即服务（PaaS）

2.2.1 PaaS发展历史

2.2.2 PaaS相关产品

2.3基础设施即服务（IaaS）

2.3.1 IaaS发展历史

2.3.2 IaaS相关产品

3云资源调度与虚拟化技术

3.1云资源调度目标

3.2云资源调度算法

3.3虚拟化技术

3.4云计算下的安全与隐私保护技术

3.4.1数据安全

3.4.2应用安全

3.4.3虚拟化安全

3.5新一代云计算与人机融合的云计算架构与平台

3.6面向工程机械的云平台构建

第3章 物联网技术

1物联网的概念及内涵

2物联网与信息物理系统的关系

3物联网体系架构与关键要素

3.1物联网体系架构

3.2物联网关键要素

4物联网产业体系与技术标准

4.1感知、网络通信和应用关键技术

4.2支撑技术

4.3共性技术

4.4标准化

5工业物联网技术的应用现状

5.1全球物联网相关产业现状

5.2我国物联网相关产业现状

6面向“工业4.0”的智慧工厂建设

6.1“工业4.0”的概念

6.2智慧工厂

6.3智能制造

7物联网在机械制造行业中的典型应用

7.1物联网技术在生产制造环节的应用举例

7.2物联网技术在机械制造行业销售环节的应用举例

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

7.4物联网技术在机械制造行业的其他应用举例

参考文献

第54篇3D打印设计与制造技术

第1章 概述

1主要概念

1.1快速原型技术的特点

1.2快速原型技术的分类

2市场应用

第2章CAD建模与分层处理

1实体建模与分层

1.1常用的数据格式

1.1.1三维面片模型格式

1.1.2 CAD三维数据格式

1.1.3二维层片数据格式

1.1.4三种常用的数据格式

1.2数据检验与处理软件系统

1.3 STL文件的切片处理

1.4 3D打印数据处理软件

2 CT数据采集与处理

2.1 CT成像原理

2.2 CT数据存储格式

2.3 CT数据的采集

3数据可视化技术

3.1可视化流程

3.2体数据定义

3.3 DICOM文件的读取

3.3.1单幅DICOM文件的读取

3.3.2一组DICOM文件的读取

4模型交互性设计

4.1模型旋转

4.2鼠标拾取

4.3数据导出

第3章3D打印树脂材料

1设备工作原理

2设备的组成

2.1机械系统

2.2硬件控制系统

2.3软件控制系统

3打印用材料

4工艺流程

第4章3D打印金属材料

1金属材料3D打印的分类

1.1选择性激光熔化技术

1.2激光工程化净成型技术

1.3电子束选区熔化技术

2 3D打印TC4合金

2.1成型件宏观形貌

2.2基材对LENS成型TC4合金的影响

3柱状晶形成机理

4显微组织分析

5力学性能分析

5.1显微硬度分析

5.2室温拉伸性能

第5章3D打印技术综合实例

1采用3D打印技术的必要性

2下颌骨三维重建

3实体模型打印

4手术指导

5术后效果

6推广应用

参考文献

第55篇 系统化设计理论与方法

第1章 概论

1概述

2实施基于系统工程的产品系统化设计的目的与意义

3基于系统工程的产品系统化设计的内容与方法

4机械产品设计工作过程的四个阶段

4.1现代机械产品设计的第一阶段——调研阶段

4.2现代机械产品设计的第二阶段——规划阶段

4.2.1产品设计的7D总体规划模型

4.2.2产品设计的各子规划模型

4.3现代机械产品设计的第三阶段——实施阶段

4.3.1面向产品广义质量的1＋3＋X系统化设计法的内涵

4.3.2一般系统化设计法和深层次系统化设计法

4.3.3系统化设计法与其他设计法的区别

4.4现代机械产品设计的第四阶段——检验阶段

第2章 产品功能与性能的内涵及质量的定义

1概述

2现代机械产品的基本功能与辅助功能

2.1产品的基本功能与辅助功能

2.2产品功能的主要特性及要求

3机械产品的综合性能

3.1产品综合性能的分类

3.2产品综合性能的内涵

4产品功能和性能的集成优化

5现代机械产品设计质量的内涵

6机械产品的质量与设计质量的定义

7产品质量组成元素公式与产品质量方程

7.1产品质量元素公式及各元素在系统中的作用

7.2系统组成元素的量与质

7.3各组成元素对产品质量的贡献率

7.4产品的质量与设计质量公式

第3章 机械产品的功能及功能优化设计

1概述

2产品功能的分析（功能的种类、内涵、特性及其分解）

2.1功能的种类

2.2产品功能的内涵：基本功能和辅助功能

2.3对产品功能设计的要求

2.4产品功能的分解

3实现产品主辅功能的工作系统设计

3.1物质输送系统设计方案的要点

3.2物件夹持系统设计方案的要点

3.3运动传递系统设计方案的要点

3.4机器操纵系统设计方案的要点

3.5动力传输系统设计方案的要点

3.6信息传输和处理系统设计方案的要点

4产品功能需求的四类参数

5产品几种机构的组合

6产品构造的集成与结构的布置及总体设计图的绘制

6.1构造集成与结构布置

6.2绘制总体设计图

第4章 机械产品的结构性能及动态优化设计

1概述

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

2.1动态优化设计的主要目标、内容与方法

2.2动态优化设计的主要目标、内容与方法的关联方程式

3动态优化设计的种类和特点

4动态优化设计的内涵

4.1动态优化设计的目的

4.2一般动态优化设计法

4.3深层次动态优化设计法

5动态优化设计的步骤和方法

5.1机器的运动学分析和参数的计算

5.2机械系统的线性或非线性动力学建模

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

5.4其他线性或非线性动力学特性分析

5.5试验研究和试验分析

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

5.7制定审核与修改准则

5.8对机器或结构的线性或非线性问题进行修改设计

6应用举例

第5章 机械产品的使用性能及智能优化设计

1概述

1.1智能化设计的发展过程

1.2智能优化设计的概念及研究的意义

1.3智能控制的概念与方法

2智能优化设计的目标、内容与方法

2.1智能优化设计的内涵

2.2智能优化设计的主要目标、内容和方法

3机械产品的操纵系统

4机械产品的监测系统

5机械产品的控制系统

5.1机械产品工艺参数的控制

5.2多机传动机械系统的运动学状态的控制

5.3机械产品动力学状态的控制

5.4机械产品工作过程的控制

6机械产品的诊断系统

第6章 机械产品的制造性能及可视优化设计

1概述

2可视优化设计法的理论框架

2.1可视优化设计方法的定义和特点

2.2可视优化设计的具体内容

2.3可视优化设计法的技术流程

2.4可视优化设计法的关键技术

2.5主要研发软件

2.6可视优化设计法的应用原则

3加工过程可视化

3.1研究内容及目标

3.2研究方法及实施过程

3.3研究实例

4装配（拆卸）过程可视化

4.1研究内容及目标

4.2研究方法及实施过程

4.3应用实例

5运动学可视化

5.1研究内容及目标

5.2研究方法与步骤

5.3研究实例

6动力学可视化

6.1研究内容及目标

6.2研究方法与步骤

6.3研究实例

7工作过程可视化

7.1研究内容及目标

7.2研究方法与步骤

7.3研究实例

8控制过程可视化

8.1研究内容及目标

8.2研究方法及步骤

8.3研究实例

第7章 机械产品设计质量的检验与评价

1产品设计质量检验与评价的必要性

2产品设计质量评价指标的内涵

3评价指标的加权系数

4产品设计质量评价方法的种类

5通过样机试验检验产品设计质量

6通过用户使用检验产品设计质量

7产品综合质量模糊综合评价应用实例

第8章 系统化设计法在产品设计中的应用举例

1振动沉拔桩机功能优化设计

1.1沉拔桩机加压机构和行走机构

1.2新型振动沉拔桩机振动机构的选取

1.3旋转阀

1.4隔振系统设计

2振动沉拔桩机的动态优化设计

3振动沉拔桩机智能优化设计

4振动沉拔桩机可视优化设计

4.1振动沉拔桩机系统

4.2实现方案

4.3振动沉拔桩机系统可视优化设计

参考文献