中国机械设计大典 第1卷 现代机械设计方法PDF格式文档图书下载

第1篇 总论 3

1前言 3

2设计综合 4

2．1 参数化工程设计——功能领域和物理领域 4

2．2 设计的规模大小及复杂程度 5

2．3 元模型 6

2．4 稳健概念探索法 6

2．5 反向映射法 7

2．6 假设推理法 8

3 概念设计 9

3．1 设计主意的生成 9

3．2 概念设计的自动生成——基于神经网络的模糊推理法 10

3．3 基于多自主体的概念设计法 11

3．4 约束管理集成的概念设计法 12

3．5 生产过程规划的概念设计 13

4反向工程 14

3．6 装配的概念设计 14

4．1 自由曲面成像 15

4．2 CAD模型重建 16

5虚拟设计 16

5．1 概述 16

5．2 基于特征的复杂产品的VR 17

5．3 VR-CAD 17

5．4 VR的应用 18

6．1概述 19

6 虚拟装配 19

6．2 虚拟装配设计环境VADE 20

6．3评价产品可装配性及可维修性的交互式模拟环境（IPSEAM） 20

6．4 开放式装配设计环境（OpenADE） 21

7 虚拟企业 21

7．1 虚拟企业的数据集成 21

7．2 虚拟企业多数据库冲突的解决途径 22

7．3 开展虚拟企业工作的“瓶颈”问题 22

8．1 概述 23

8．2 分布式的设计 23

8分布式的设计和制造 23

8．3 分布式的协同设计 25

8．4 分布式的敏捷生产 26

9后记 27

参考文献 29

2．2创新设计类型 39

2．1设计阶段 39

2 创新设计 39

1创新是社会发展的需要 39

第1章 引言 39

第2篇 创新设计 39

3创造性思维的特点 40

3．1独创性 40

3．2连动性 40

3．3多向性 41

3．4综合性 41

3．5洞察力 41

1．1智力激励法（智暴法小组会） 42

第2章 常用创造技法 42

1群体集智法（智力激励法、集思广益法） 42

1．2书面集智法 43

1．3 德尔菲法（Delphi法） 43

2系统分析法 43

2．1 检核表法 43

2．2 列举分析法 44

2．3 形态分析法 45

2．4 定量分析法 46

3．1 联想法 48

3联想类比法 48

3．2 类比推理及其应用 49

3．3 仿生法 49

3．4联想类比法的应用步骤 50

4 转向探求法 50

4．1逆向法 50

4．2 换向探求法 52

5．1 实体要素组合 53

5组合创新法 53

5．2 概念性要素组合 54

5．3 重组组合 55

5．4 综合摄取法（Synectics） 56

第3章 系统化设计法 58

1 总功能分析 58

3．1 功能元解 59

3．2 系统原理解 59

3 功能求解 59

2 功能分析 59

4 设计目录 61

4．1 设计目录的内容 61

4．2 设计目录的建立 65

5 评价系统 70

5．1 评价目标 70

5．2 评分法 71

5．3 模糊评价法 72

2 依据工作原理进行方案变异 75

1．3 搜索与选择 75

2.1 工作原理变异 75

第4章 变异设计 75

1．2 确定产品变异点 75

1．1 提出对产品的变异要求 75

1 变异设计基本程序 75

2．2 机构方案变异设计 85

3 结构方案变异设计 90

3．1 结构元及其变异 90

3．2 材料变异 95

3．3 结构方案变异 98

第5章 变型产品设计 105

1 概述 105

1．1 变型产品的系列类型 105

1．2 优先数和标准公比 105

2．1 基型设计 106

2．2 级差公比的选定 106

2 相似系列产品设计 106

2．3 系列产品参数尺寸计算 107

3 模块化系列产品设计 110

3．1 模块化系列产品的特点 110

3．2 模块化系列产品的设计要点 112

参考文献 120

1．1 环境立法背景 123

2 绿色化：环保的根基和未来 123

1．2 可持续发展战略的涵义 123

1 环境意识的觉醒和可持续发展战略 123

第1章 概述 123

第3篇 生命周期设计 123

3 产品生命周期设计：产品绿色化的重要手段 124

3．1 产品的整体环保问题 124

3．2 产品的生态设计 124

4 在我国进行产品生命周期设计的意义 125

2 产品生命周期设计及其组成 126

1 概述 126

第2章 生命周期设计的基本概念 126

3 产品生命周期设计和DFX 127

4 生命周期设计的系统观、并行观和集成观 129

4．1 系统观 129

4．2 并行观 130

4．3 集成观 130

5 价值系统 131

2．1 面向维修的设计与可靠性设计的关系 138

2．2 维修度和维修度函数 138

1 产品的生命周期与回收策略 138

2 面向维修的设计 138

第3章 面向维修/回收的设计 138

2．3 面向维修的设计准则 140

2．4 面向维修的设计方法 141

2．5 DFS的应用实例 142

3 面向回收的设计 146

3．1 DFR的理论体系 146

3．2 产品回收的经济性分析 148

3．3 BD-148型冰柜应用实例 150

第4章 材料选择设计 155

1零件的失效分析 155

1．1 失效的定义 155

1．2 失效的直接原因 155

2 零件材料的选择原则 155

2．1 满足功能要求原则 155

2．3 经济性原则 156

2．2 可获得性原则 156

2．4 环境友好性原则 157

3 材料选择方法 157

3．1 几何选择方法 157

3．2 数学选择方法 158

3．3面向生命周期的选择方法 159

4 材料选择实例 161

4．1 电动链锯 161

4．2 大功率栅极管 162

2．1 目标及范畴定义 165

2 产品生命周期分析实施框架 165

第5章 产品生命周期评估 165

1 LCA的概念 165

2．2 清单分析 166

2．3 影响评估 167

2．4 改进分析 168

3 实例 168

3．1 汽油车和电动车的能源消耗、污染物排放的LCA分析 168

3．2 塑料LCA分析 170

第6章 LCED的工具软件 172

1 LASeR 1.0 172

2 DFA/Pro 7.1和DFS Version 1.0 176

2．1 DFA/Pro 7.1 176

2．2 DFS Version 1.0 176

2．3 应用实例 176

参考文献 180

第1章 有限元方法在工程设计中的应用 185

第4篇 有限元设计 185

第2章 有限元的基本理论和方法 187

1 弹性力学的基本方程和基本原理 187

1．1弹性力学基本方程 187

1．2弹性力学基本原理 188

2 位移模式有限元的一般方法 189

2．1连续体的离散化 189

2．2单元位移模式和形函数 189

2．3单元特性分析 190

2．4坐标变换 191

2．5建立整个结构的平衡方程 192

2．6边界条件的处理 193

2．7求解未知节点位移和计算单元应力 193

3 常用单元的基本列式 194

3．1 空间桁架单元 194

3．2 空间梁单元 195

3．3 平面问题三节点三角形单元 196

3．4 轴对称问题环单元 200

3．5 平面矩形单元 201

3．6空间四面体单元 203

4 等参数单元 205

4．1 平面等参数单元 205

4．2 空间等参数单元 207

4．3 高斯积分法的应用 209

1．2 质量矩阵 211

1．1 控制方程 211

1 动力有限元分析的基本方程 211

第3章 动力学分析有限元法 211

1．3 阻尼矩阵 212

2 动力特征值问题 212

2．1 特征值问题的基本特点 212

2．2 特征值问题的求解方法 212

3 求解动力响应问题 215

3．1 求解振动响应的振型叠加法 215

3．2 求解振动响应的时域积分方法 216

4 减缩动力系统自由度的方法 219

第4章 热传导有限元方法 221

1 热传导微分方程 221

2 线性热传导方程的有限元方法 221

3 单元分析 222

3．1 一维单元 222

3．2 二维单元 223

3．3 八节点等参块体元 225

5非稳态热传导的有限元分析 226

4稳态热传导的有限元分析 226

6非线性热传导的有限元方法 227

7场问题的有限元分析方法 227

第5章 非线性有限元分析 229

1 非线性方程组的解法 229

1．1 直接迭代法 229

1．2 Newton-Raphson(N-R)方法 229

1．3 修正的Newton-Raphson方法 230

1．4 增量法 230

1．5 加速收敛方法 231

2材料非线性有限元分析 232

2．1 塑性力学基本法则 232

2．2 弹塑性应力应变关系 232

2．3 弹塑性增量有限元分析 233

2．4与时间相关的材料非线性问题分析 234

3 几何非线性问题的有限元分析 235

3．1 应变与应力度量 235

3．2 几何非线性问题的表达方式 236

3．3 有限元求解方程及解法 237

3．4 结构稳定性分析 238

4 接触问题有限元分析 238

第6章 有限元设计分析软件中的若干问题 241

1 有限元离散模型的有效性确认 242

1．1 有限元分析结果的误差 242

1．2 有限元模型的性能指标 242

2．3 几何近似、曲面与曲线的逼近 243

2．2 建模准则 243

2．1 问题性质的判断 243

2有限元计算模型的建立 243

2．4 结构模型的合理简化 244

2．5 网格划分 245

2．6 边界条件的处理 246

2．7 连接条件的处理 246

3 缩小解题规模的常用措施 247

3．1对称性和反对称性 247

3．2 周期性条件 248

3．3 降维处理和几何简化 248

3．4 子结构技术 248

3．5 线性近似化 249

3．6 多工况载荷的合并处理 249

3．7节点编号优化 249

4 计算结果的后置处理 249

1 国外主要有限元分析软件 250

1．1 ANSYS有限元分析软件 250

第7章 有限元分析软件 250

1．2 MSC/NASTRAN有限元分析软件 252

1．3 MARC有限元分析软件 253

1．4 ABAQUS有限元分析软件 254

1．5 ADAMS动力学仿真分析软件 255

1．6 DADS多体动力学仿真分析软件 255

1．7 MSC/FATIGUE疲劳分析软件 256

1．8 I-DEAS中的有限元分析模块 256

1．11 SYSNOISE软件 257

1．9 Pro/ENGINEER中的有限元分析模块 257

1．10 UNIGRAPHICS中的有限元分析模块 257

2 结构有限元分析与优化设计软件JIFEX 258

2．1 前置处理子系统 258

2．2 后置处理子系统 258

2．3 有限元分析子系统 258

2．4 结构优化设计子系统 259

参考文献 259

1．2 虚拟环境 263

1．1 虚拟现实 263

1．3 虚拟环境的分类 263

第1章 概述 263

1 虚拟现实 263

第5篇 虚拟设计 263

1．4 虚拟现实与CAD/CAM 265

第2章 虚拟设计 266

1 概述 266

2需要传送数据的虚拟设计系统 266

2．1 典型系统的构成VEDAM 266

2．2 数据集成器 267

2．3 主界面 267

2．4 数据表达及传送 267

2．5 在虚拟环境中面向对象的建模方法 268

2．6需要传送数据的虚拟设计系统的组成和结构 270

2．7采用的硬件设备及工具软件 270

3．2 COVIRDSTM 271

3．1 VR-CAD的特点及建造方法 271

2．8 测试结果 271

3不需要传送数据的虚拟设计系统（VR-CAD） 271

3．3 基于约束的许用运动法的VR-CAD 273

3．4 基于约束的VR-CAD 274

4 虚拟菜单的建造 274

4．1 概述 274

4．2 虚拟菜单的种类 274

4．3 虚拟菜单的特性 274

4．5 虚拟菜单支持系统的模型 275

4．4 用户的素质和虚拟菜单支持系统所应完成任务的分析 275

5 智能虚拟现实系统 277

第3章 虚拟原型及虚拟原型生成 278

1 概述 278

1．1 虚拟原型 278

1．2 虚拟原型系统应具备的功能 278

1．3 虚拟原型系统的应用实例 278

2 综合性的虚拟原型生成 279

2．1 VEDAM的虚拟原型生成 279

1．5 虚拟原型生成 279

1．4 虚拟原型的种类 279

2．2 DFADS的虚拟原型生成 281

3 产品设计的虚拟原型生成 281

3．1 产品设计的虚拟原型生成 281

2．1 概述 282

3．2 生成虚拟原型的硬件及软件组成 282

4设计过程的虚拟原型生成 283

4．1 COVIRDSTM的虚拟原型生成 283

4．2 基于约束的VR-CAD 284

4．3 产品数据管理中的产品结构的虚拟原型生成 284

第4章 虚拟环境的输入设备 288

1 位置和方向跟踪传感器 288

1．1 鸟标，鸟标族（The BirdTM, Flock of BirdsTM） 288

1．2 po鸟标(pcBIRDTM) 289

1．3 微型鸟标(MiniBIRDTM) 289

1．4 快速跟踪器(FASTRAKTM) 289

1．5 ISOTRAKⅡTM 290

1．6 球标2003（SpaceBall2003TM） 291

1．7 球标3003(SpaceBall3003TM) 292

1．8 球标4000(SpaceBall4000TM) 292

1．9 TrackBallsTM 293

1．10 生物鼠标(BioMuseTM) 293

1．11 游杆(JoystickTM) 294

2 信息输入手套 294

2．1 信息手套（CyberGloveTM） 294

3．2 CyberTouchTM 295

3．1 CyberGraspTM 295

3 触觉输入 295

2．3 PinchGlovesTM 295

2．2 GesturePlusTM 295

3．3 SpacePenTM 296

3．4 6DOFTM 296

3．5 FingerForeTM 296

3．6 DismountTM 296

4 视觉输入(EyeTrackerTM) 296

1．2 V4TM型头盔 297

1．1 V8TM型头盔 297

1 视觉输出 297

第5章 虚拟环境的输出设备 297

1．3 V8双目镜（V8 BinocularsTM） 298

1．4 GlasstronTM型头盔 298

1．5 大型屏幕(WorkWallTM) 298

1．6 微型工作台(MiniWorkBenchTM) 298

1．7 工作台(WorkBenchTM) 298

1．8 VersaBenchTM 298

1．12 PUSH 640TM 299

1．13 CAVETM 299

1．11 PUSH 1280TM 299

1．10 BOOM HFTM 299

1．9 BOOM 3CTM 299

1．14 ImmersaDeskTM 301

1．15立体眼镜(CrystalEyesTM) 301

1．16 CrystalEyesTMWired 302

1．17 Z ScreenTM显示器 302

1．18 Z ScreenTM投影屏幕 302

2．3 功能 303

2．2 界面 303

第6章 虚拟环境的软件 303

2．1应用范围 303

2 WorldToolKitTM (WTKTM) 303

1 概述 303

2．4 工作环境 305

3 WorldUPTM 305

3．1 组成 305

3．2 特性及功能 305

3．3 工作环境 305

3．4 工作过程 305

4 World2WorldTM 306

5 MockUPTM 306

6 ProductViewTM 306

7 SafeWorkTM 306

12 XVS-LINKTM 307

11 3DWebMasterTM 307

9 VRTTM 307

10 SDKTM 307

8 CAD/PDM IntegrationsTM 307

13 XVS-LIZATM 308

14 Jack 308

第7章 虚拟环境中的硬件和软件选择及其搭配 310

1选择及搭配原则 310

1．1 选择图形显示装置 310

1．2 选择信息输入设备及跟踪器 310

2 选择及搭配示例 310

1．2 虚拟思想空间 312

第8章 虚拟设计的应用举例 312

1．1 工具操作力 312

1 基于力控制策略的信息传输 312

2 厨房布局设计 313

2．1 厨房布局设计概况 313

2．2 硬件组成 313

3．2 数字实物的组成 314

3 数字实物代替实际实物的技术 314

3．1 数字实物的内容 314

2．3 软件组成 314

3．3 硬件及软件组成 315

4 表面变形法生成自由曲面 315

4．1 硬件及软件组成 315

4．2操作方法 315

5信息技术的应用和虚拟制造系统的集成 316

5．1 虚拟模型企业 316

5．2 信息技术的应用和虚拟制造系统的集成 316

5．3 硬件及软件组成 316

6 有限元分析的虚拟原型系统 317

6．1 有限元分析的虚拟原型系统的构成 317

6．2 边界条件及载荷的交互方法 317

7 基于敏度分析的结构形状设计 317

8 双手操作进行装配设计 318

7．2 硬件及软件组成 318

7．1 系统的构成及功能 318

9 球面机构综合 319

10 残疾人的康复辅助装置 320

11 生命周期的虚拟原型设计 321

第9章 基于Internet及Web的设计、制造和控制 323

1．1 特点 323

1．2 对网上系统的要求 323

1．3 网上所用术语 323

1 概述 323

2 一般用途的网络结构 325

2．1 基于小程序（Applet）的网络结构 325

2．2 基于CGI的网络结构 325

2．3 通用类型的网络结构 326

2．4 信息切削（Cybercut） 328

2．5 信息显示 330

3．3 网上协作需要解决的基本问题 332

3．4 垂直伙伴关系 332

3．2 中小型企业的优势及劣势 332

3 中小型企业的网络结构 332

3．1 概述 332

3．5 供求链 333

3．6 中小型企业的通用网络结构 334

4大型企业的网络结构 335

4．1 大型企业所面临的问题及对策 335

4．2 设计网上系统需要考虑的问题 335

4．3 大型虚拟企业的网络结构 336

5．1 概述 338

5．2 对控制器的要求 338

5 生产远程控制 338

5．3 基于Web的控制方法 339

参考文献 339

第6篇 优化设计 345

第1章 基本概念 345

1．1 数学模型三要素 347

1．2 数学模型的标准格式 347

1 优化设计数学模型 347

2．3 无约束极值问题的算法 348

2．4 约束极值问题算法的基本思想 348

2 优化设计常用算法 348

2．1 非线性规划数值算法的基本思想 348

2．2 一维搜索计算方法 348

3 OPB-2优化设计程序库 349

3．1 总体结构 349

3．2 主要程序算法 349

1 连续变量约束非线性优化设计的主要方法及特点 353

2 广义简约梯度法 354

2．1 基本原理 354

2．2 算法步骤 355

2．3 算法评价 355

3 序列二次规划算法 356

3．1 约束变尺度法 356

3．2单调性分析的序列二次规划法 357

4复合形法 359

4．1 基本原理 359

4．2 算法步骤 360

4．3 算法评价 360

5 应用实例 360

第3章 混合离散变量的优化设计方法 362

1 基本理论 362

1．1 概念和定义 362

第2章 变量的优化设计方法 363

1．2 数学模型 363

2 主要方法及特点 363

3 典型的混合离散变量优化方法 364

3．1 拟离散序列二次规划法 364

3．2 人工智能技术的离散二次规划法 365

3．3 次梯度直接搜索法 367

4 应用实例 367

5．2 算法步骤 368

5 混合离散变量优化的基因遗传算法 368

5．1 基本思路 368

5．3 应用实例 372

第4章 非光滑优化方法 374

1 引言 374

2 基本特点与最优性条件 375

2．1基本特点 375

2．2 最优性条件 375

3 非光滑优化算法 376

3．1 极大熵方法 376

3．2 一般非光滑问题的算法 377

4计算例题 380

第5章 多目标问题的优化设计方法 385

1 基本概念 385

1．1 数学模型 385

1．2 基本定义 385

2 主要方法及其特点 386

4．2 常用权函数 387

4．1 基本原理 387

3．1 基本原理 387

3．2 算法步骤 387

4权函数法 387

3 宽容分层序列法 387

4．3 权系数的选取方法 388

4．4 权函数法步骤 388

5 功效函数法 389

5．1基本原理 389

5．2 确定方法 389

5．3 算法步骤 389

6 交互式协调割平面法 389

6．1 基本思想 389

6．2 算法原理 390

6．3 算法步骤 390

7 混合离散多目标优化问题的处理方法 391

7．1 多目标评价函数混合离散优化算法 391

7．2 混合离散多目标优化序列圆整算法 391

8 计算实例 392

2 结构优化常用算法 395

第6章 结构优化设计方法 395

2．1 结构优化准则法 395

1 数学模型 395

1．2 拓扑优化设计数学模型 395

1．1 尺寸优化设计数学模型 395

2．2 齿行法 396

2．3 结构优化基因遗传算法 397

2．4 多级结构优化设计的模型及算法 400

3．1 敏度分析 401

3 结构优化常用技术 401

3．2 约束近似技术 402

3．3 结束和设计变量减少技术 402

3．4 结构近似分析技术 403

4 结构优化设计的集成 403

5 应用实例 403

5．1 大型工业剪切机组合结构优化设计 403

5．2 大型工业打包机组合结构优化设计 404

5．3 起重机端梁优化设计 405

第7章 形状优化设计方法 406

1 模型建立的方法 406

1．1数学模型 406

1．2 几何建模 406

2 敏度分析 407

2．1 有限元离散模型形状解析敏度 407

2．2 单位虚拟载荷法 408

2．3 半解析法 408

2．4 物质导数法 409

3自适应形状优化方法 409

3．1 网格自动生成 409

3．2 自适应有限元分析 412

3．3 形状优化算法 413

4 应用实例 414

1．1基本人工神经元模型 417

1 人工神经网络 417

第8章 人工神经网络优化设计方法 417

1．2 神经网络的分类 419

1．3 神经网络的学习规则 419

2 前向网络及算法 420

3 神经网络优化方法 421

3．1 动力系统与稳定性分析 421

3．2 无约束优化问题的神经网络方法 422

3．3 二次规划问题的神经网络方法 423

3．4 非线性约束优化问题的神经网络方法 423

3．5 组合优化问题的神经网络方法 424

3．6 结构优化的神经网络方法 426

第9章 随机变量优化设计方法 430

1 基本原理 430

1．1 概念和定义 430

1．2 数学建模 431

1．3 随机模型的约束极值和求解 432

2 随机模型的概率分析和优化方法 433

2．1 概率分析 433

2．2 优化方法 433

4 模拟搜索法 434

3 一次二阶矩法 434

5．2 概率约束等价转换逐次逼近计算方法 435

5 拟次梯度法 435

5．1 算法步骤 435

6 应用实例 436

第10章 模糊优化设计方法 440

1 隶属函数 440

2 基本理论 441

2．1 数学模型 441

2．3 求解思想 442

3 对称型模糊优化设计方法 442

3．1 对称模糊优化模型的直接解法 442

3．2 对称模糊优化模型的迭代解法 442

2．2 若干定义 442

3．3 模糊约束清晰目标函数极值问题的求解 443

4非对称型模糊优化设计 443

4．1 模糊约束下函数的条件极值 443

4．2 非对称模糊优化设计的数学模型 444

4．3 非对称模糊优化模型的水平截集法 444

5 多目标模糊优化设计 446

5．1常规的模糊解法 446

5．2 多目标模糊优化设计 446

6 应用实例 448

第11章 全性能优化设计 456

1 建模方法 456

1．1 建模策略 456

1．2 产品建模 456

1．3 求解过程规划 457

2 并行寻优方法 459

2．1 任务分配 459

2．2 模型特征识别 459

2．3 协同寻优方法 459

3 后置处理 461

3．1 系统隐函数的灵敏度分析 461

4 应用实例 462

3．2 学科直接输出和泰勒展开 462

参考文献 465

第7篇 稳健设计 469

第1章 稳健设计的概念 469

1 基本术语 469

2 产品质量的稳健性 469

2．1 质量特性值 469

2．2 产品质量的稳健性与稳健性产品 470

3．1 分类 471

3 质量特性的分类及评价指标 471

3．2 评价指标 472

4 产品质量设计模型 473

4．1 产品的功能因素 473

4．2 模型的基本要素 474

4．3稳健性特征量 474

4．4 稳健设计 475

第2章 因子试验与分析 477

1．2 试验设计的种类 477

1 试验设计的作用与种类 477

1．1 试验设计的作用 477

2．1 2k和3 k因子设计 478

1．3 试验设计的一般程序 478

2 因子设计与正交表 478

2．2 正交表 479

3 试验数据的分析基础 484

3．1 无交互作用的方差分析 485

3．2 有交互作用的方差分析 491

第3章 损失模型法 492

1信噪比设计 492

1．1 静态特性信噪比的计算 492

1．2 动态特性信噪比的计算 493

2 正交试验设计 494

2．1 试验步骤与安排方法 494

2．2 正交试验结果的直观分析和方差分析 495

3 Taguchi稳健设计 496

3．1 一般的设计步骤 496

3．2 实例 497

3．3 动态特性的参数设计 500

4．1 基本思想和步骤 503

4 约束多目标的Taguchi稳健设计 503

4．2 矛盾目标的处理方法 504

第4章 响应面模型法 507

1 响应面模型的回归和分析 507

1．1 一阶响应面模型的回归 507

1．2 二阶响应面模型的回归 507

1．3 正交多项式回归 508

1．4 二阶响应面模型分析 511

2 响应面的试验设计 512

2．1 编码变换和设计矩阵 512

2．2 因子设计 513

2．3 响应面模型的基本性质 514

3．2 稳健优化设计准则 515

3．1 最速上升法 515

3 响应面法在稳健设计中的应用 515

3．3 响应面法的一般程序 516

3．4 应用实例 516

第5章 容差模型法 520

1 容差分析 520

1．1 容差带 520

1．2 容差的计算 520

1．3 方差的计算 521

1．4 因子设计求积法 521

2 容差模型 522

2．1 稳健设计准则 522

2．2 可行稳健性 522

2．3 稳健设计模型 523

3 容差模型稳健设计的二步解法 523

3．1 基本步骤 523

3．2应用实例 523

4 容差模型稳健设计的优化法 525

第6章 随机模型法 526

1．1 可控因素的随机性 526

1．2 不可控因素的随机性 526

1．3 设计函数的随机性及约束 526

2 稳健设计的随机模型 526

2．1 产品质量设计准则 526

1 基本要素 526

2．2 稳健优化设计建模 527

3 随机模型的计算 527

3．1 计算方法 527

3．2 优化算法 527

3．3 应用实例 528

4 成本-质量模型的混合稳健设计 531

4．1 产品成本分析与估算 531

4．2 混合稳健设计方法 532

4．3 应用实例 533

参考文献 534

2．1 并行设计的建模与仿真 539

第1章 概述 539

第8篇 并行设计 539

1 目的和意义 539

2并行设计的关键技术 539

2．2 多功能团队的协同工作 543

2．3 集成化产品模型 545

2．4 产品数据管理及其与各种CAX工具的集成 548

2．5 面向应用领域的设计评价技术（DFX技术） 551

第2章 并行化产品设计过程的建模 555

1 复杂系统的分析和建模方法 555

1．1 欧共体提出的CIM-OSA建模方法 555

1．2 美国军方提出的IDEF建模方法 555

1．3 美国OMG组织提出的面向对象的UML建模方法 556

1．4 德国提出的ARIS建模方法 567

1．5 中国提出的PPORF/P-PROCE建模方法 568

1．6 BANN提出的动态企业建模方法 575

2 过程建模和运行控制工具 576

2．1 FileNet的Visual Workflo系统 576

2．2 Eastman Software Inc 的Open/Workflow系统 577

2．4 Staffware Ltd的Staffware2000系统 578

2．5 KBSI的Prosim（IDEF3）系统 578

2．3 JetForm的Intempo系统 578

2．6 Action Technology,Inc的Metro系统 579

第3章 多功能团队的协同工作 581

1团队组织 581

2 团队协同工作模式 582

3 分布协同工作中的关键技术 582

3．1分布对象计算技术概念 582

3．2 CORBA技术 582

3．3 微软的方案（OLE、ODBC and DLL） 584

3．4 WEB技术 587

3．5 CSCW 587

3．6面向并行工程的集成框架系统（CEIF） 590

1 集成化产品数据交换标准（STEP） 594

第4章 集成化产品模型 594

2 支持产品级数据交换的零部件库标准（Part Library(PLIB)） 596

1．1 STEP的集成策略 596

1．2 STEP标准的描述方法 596

2．1 ISO 13584概要 597

2．2零件库参考模型 598

2．3 零件库信息 600

2．4 ISO 13584和STEP标准的互操作性 601

2．5 ISO 13584的实施步骤 602

2．6 ISO 13584应用举例 603

第5章 面向应用领域的设计评价技术（DFX技术） 610

1 DFX概念与原则 610

1．1 面向Life-cycle的DFX技术 610

1．2 面向制造的设计概念与基本原则 610

1．3 面向装配的设计概念与基本原则 612

1．4 面向成本的设计概念与基本方法 616

1．5 面向环保的设计概念与基本原则 617

2 DFX系统结构与工具 620

2．2 DFX系统的体系结构 620

2．1 DFX应用的途径 620

2．3 DFX工具与CAD工具的集成 621

2．4实现新一代DFX工具的有关技术 622

参考文献 625

第9篇 智能设计 629

第1章 智能设计系统的基本构成 629

1 CAD与智能设计 629

1．1 机械设计的流程与特点 629

1．2 CAD中的智能行为 630

1．3 人工智能与智能设计 634

1．4 智能设计系统的基本功能构成 635

第2章 知识表达方式及其实现 637

1知识的产生式规则表达 637

1．1 产生式规则的表达形式 637

1．2 产生式规则的存储结构 638

2．1 一阶谓词逻辑的基本概念 641

2 知识的谓词逻辑表达 641

2．3 基于一阶谓词逻辑的推理 642

2．2 知识的一阶谓词逻辑表达 642

3 知识的语义网络表达 643

3．1 语义网络的基本表达形式 643

3．2 语义网络的特点 644

4 知识的框架表达 644

4．1 框架的逻辑结构 644

4．2 框架系统的构成及框架描述语言 645

4．3 框架系统的存储结构及计算机实现 646

4．4 框架表示的特点 647

5 面向对象的知识表达 647

5．1 面向对象的方法学 648

5．2 面向对象的知识表达方法 649

5．3 OOKR的特点 655

1．3 推理方法 656

1．2 推理方法与控制策略 656

1 推理方法与控制策略概述 656

1．1 推理机的基本要求 656

第3章 基于知识的推理 656

1．4 推理中的搜索策略 657

1．5 推理费用与控制费用的关系 660

2 推理控制策略 661

2．1 正向推理 661

2．2 反向推理 667

2．3混合推理 670

2．4不精确推理 671

1．1 概述 676

第4章 其他知识处理技术 676

1 基于神经网络的知识处理技术 676

1．2 人工神经网络基本原理 677

1．3 知识处理的神经网络方法 678

1．4 神经网络知识库的构造 678

1．5 神经网络产生式系统 679

1．6 神经网络产生式系统的构造 681

2．2 基于实例推理的基本思想 682

2 基于实例的推理 682

2．3 设计实例的表达与组织 683

2．4 设计实例的检索 684

2．5 基于实例推理简例 684

3 基于遗传算法的知识处理技术 685

3．1 遗传算法的工作原理 685

3．2 染色体复制、交叉和实变的方法 686

3．3 实例分析 686

1．1 智能设计系统的复杂性分析 692

1 智能设计系统的建造方法 692

第5章 智能设计系统的建造 692

1．2 智能设计系统建造过程 693

2 面向对象的智能设计系统开发工具OODEST 698

2．1 系统结构 698

2．2 设计对象模型及对象管理器设计 700

2．3 面向对象的知识系统 705

2．4 应用举例 716

1．1 功能和结构 727

1机电一体化的基本原理 727

第10篇 机电一体化设计 727

第1章 概论 727

1．2 分类 728

2 机电一体化的关键技术 728

2．1 传感器与自动检测技术 729

2．2 信息处理技术 729

2．3 微机自动控制技术 729

2．4 伺服驱动技术 729

3 机电一体化系统的设计开发原则 729

3．1 设计要求 729

3．2 设计类型 730

3．3 设计开发原则 730

4 机电一体化系统设计的评价和工程路线 731

4．1 系统设计的评价 731

4．2 工程路线 731

第2章 传感器与自动检测技术 735

1 位移传感器 736

1．1 位移传感器的主要性能 736

1．2 电阻式位移传感器 738

1．3 电感式位移传感器 739

1．4 电容式位移传感器 741

1．5 编码式位移传感器 743

1．6 感应同步器式位移传感器 744

2 角度、角位移传感器 746

2．1 角度、角位移传感器主要性能 746

2．2 电容式角位移传感器 747

2．3 感应同步式角位移传感器 747

2．4 光栅式角位移传感器 748

2．5 编码盘式角位移传感器 749

3 速度传感器 750

3．1 速度传感器的主要性能 750

3．2 磁电式速度传感器 752

3．3 光电式速度传感器 755

4 压力传感器 756

4．1 压磁传感器 756

4．2 压电传感器 757

5 其他传感器 758

5．1 行程开关/接近开关 758

5．2 温度传感器 758

6 仪表与选用 759

6．1 显示仪表 759

6．2 显示仪表的选用 763

6．3 调节仪表与选用 763

第3章 微机控制 764

1 常用控制算法 764

1．1 直接数字控制算法 764

1．2 数字程序控制算法 768

2 微机接口技术 770

2．1 D/A、A/D转换器及接口 770

2．2 并行接口 775

2．3 串行数据通信接口 777

3 可编程序控制器（PLC） 781

3．1基本结构 782

3．2 工作原理 783

3．3 SIMATICS7系列可编程序控制器 783

3．4 日本OMRON公司C系列可编程序控制器 794

3．5 美国A-B公司SLC-500系列可编程序控制器 795

3．6 可编程序控制器应用系统设计 801

4 工业控制机 803

4．1 工业控制机的特点和类型 803

4．2 PC-Based模块化工业控制机 804

5 单片机 806

5．1 单片机的内部结构 806

5．2 MCS-51单片机引脚功能 809

5．3 8089单片机的组成与性能特点 812

5．4 单片机总线及接口 814

5．5 应用举例 820

第4章 控制电机及系统 823

1 步进电动机 823

1．1 工作原理 823

1．2 分类与型号命名 824

1．3 基本结构与特点 824

1．4 主要参数及性能指标 825

1．5步进电动机产品及技术数据 826

2．1 分类及产品名称代号 830

2 交流伺服电动机 830

2．2 结构与特点 831

2．3 工作原理 831

2．4 性能与运行特点 832

2．5 运行特征 833

2．6交流伺服电动机的选择 834

2．7 交流伺服电动机 835

2．8 三菱交流伺服电动机及放大器 839

1 PLC控制钻扩铰组合机床 846

1．1 机床结构 846

第5章 机电一体化系统典型设计 846

1．2 机床液压系统与传统电控系统 847

1．3 PLC控制系统 850

2 PLC控制行李自动输送机 854

2．1 构成 855

2．2 控制要求 855

2．3 PLC控制系统 855

3．1 全自动洗衣机单片机控制系统逻辑结构 857

3 单片机控制全自动洗衣机 857

3．2 全自动洗衣机的模糊推理 859

3．3 洗衣机物理量检测 860

3．4 控制软件 861

4 打印机 861

4．1 LQ-1600K打印机的系统构成和功能 861

4．2 工作原理 862

4．3 控制软件 865

5．2 系统工作原理 866

5．1系统构成 866

5 多用途数控五轴联动激光加工机 866

5．3 系统设计 867

5．4 五轴联动计算机数控（CNC）系统 868

5．5 激光切割加工焦点位置的检测系统设计 868

5．6 三维激光加工示教录返装置的设计 871

第11篇 计算机辅助设计 877

第1章 CAD基础 877

1 基本概念 877

2．2 设计资料处理 878

2 CAD中的信息处理 878

2．1数据结构 878

3 图形几何变换 879

3．1 坐标系 879

3．2 三维变换 879

3．3 三维变换 880

4 参数化技术 881

5.3 Pro/Engineer 882

5.2 Unigraphics 882

5 流行CAD软件 882

5.1 AutoCAD2000 882

5.4 CADDS5 883

5.5 SolidWorks 883

5.6 开目CAD 884

6 CAD二次开发 884

1．1 DXF的总体结构 885

1．2 DXF的实体段结构 885

1 DXF标准 885

第2章 图形与工程信息交换标准 885

2 IGES标准 886

2．1 概述 886

2．2 IGES文件的数据记录格式 887

3 STEP标准 888

3．1描述语言 889

3．2 中性文件实现方式 889

4 信息交换标准的应用 889

1 曲线 893

第3章 几何造型 893

2 参数曲面 894

2．1 参数曲面的定义 894

2．2 Bezier曲面 894

2．3 线性Coons曲面和张量积曲面 894

2．4 B样条曲面 895

2．5 非均匀有理B样条（NURBS）曲面 895

2．6 扫描面 896

3造型方法 898

4 真实感图形绘制技术 898

4．1 光照模型 899

4．2 纹理映射 900

4．3 粒子系统 901

4．4 物理的建模和衣物的模拟 901

4．5 图形的实时绘制 902

1．1 特征的概念 903

1．2 特征的分类 903

第4章 特征造型 903

1 特征概念与分类 903

1．3 特征联系 904

1．4 特征的表达模式 904

2 特征造型技术 905

2．1 特征集与特征空间 905

2．2 特征造型和特征造型系统 905

2．3 特征造型方法综述 905

3．1 特征库的建立 906

3 基于特征的产品设计系统环境 906

3．2 用户界面的设计 907

4 特征造型实例 907

4．1回转类零件的特征造型 907

4．2 箱体类零件的特征造型 910

4．3 支架类零件的特征造型 911

2．1 定性空间关系 913

2 定性形状建模 913

1 产品概念设计 913

第5章 产品概念设计 913

2．2 定性立体操作 914

2．3 定性立体实例 915

3 几何推理 916

3．1 ASVP法的一般原理 916

3．2 ASVP几何推理法的关键点 917

3．3 ASVP几何推理法的特点 917

3．4 ASVP几何推理实例 917

4 计算机辅助概念设计的实现方法 917

4．1 面向概念设计特点的CACD系统 918

4．2 面向应用领域的专家系统 918

4．3 运用特征管理的CAD系统 918

第6章 模块化设计 919

1 模块化设计的概念 919

1．1 模块 919

2 模块的信息分析与特征分类 920

2．1 模块的信息分析 920

1．2 模块化设计 920

2．2 模块特征分类 921

3 产品的模块划分 923

3．1 模块划分的基本原则 923

3．2 模块的分级 923

4 模块的创建与再设计 923

4．1 模块创建过程 923

4．2 设计的知识模型 924

4．3 模块创建支持系统 924

4．4 模块设计的一般步骤 925

5模块化设计实例 926

5．1减速器模块化设计 926

5．2 塑料门窗挤出模具模块化设计 929

1．2 产品的几何尺寸/公差 931

2 公差模型与分析 931

2．1 公差模型 931

1 产品的几何尺寸与工程信息 931

第7章 几何尺寸与公差分析 931

1．1 产品的工程信息 931

2．2 公差综合 932

3 CAD中的尺寸与公差表达 933

3．1 尺寸公差的表达 934

3．2 形状公差的表达 934

3．3 位置公差的表达 935

3．4 尺寸/尺寸链的表达 935

3．5 尺寸/公差链的自动生成 936

1 表面工程 939

第8章 产品的表面设计 939

2 色彩设计 940

2．1 色彩的描述模型 940

2．2 色彩的工程特性 940

2．3 色彩的设计策略 941

3 纹理技术 942

3．1 纹理概念 942

3．2 数字纹理生成 943

5 产品表面设计 946

4．2 综合图案设计 946

4．1 图案的基本要素 946

4 图案设计 946

5．1 基于性能的产品表面设计 947

5．2 基于美学装饰的产品表面设计 948

5．3 表面性能动态仿真 950

第9章 面向对象设计 951

1 面向对象、对象及类 951

2 机械零件设计类库及CAD图形软件开发 953

2．1 机械零件设计类库结构 953

2．2 CAD图形软件开发 954

3 设计自动化 954

4 面向Agent的分析与建模 955

4．1 什么是Agent 955

4．2 面向Agent的分析与建模 956

5．2 网上对象（Object on Web） 957

5．3 W3 Objects 957

5．4 面向对象操作系统 957

5 面向对象应用的新进展 957

5．1 自治对象 957

5．5 CORBA标准 958

5．6 DCOM标准 958

6 应用实例 958

6．1 建立一个图形基本类 958

6．2 通过继承建立直线类 959

6．3 建立图形参数类 959

1．2 仿真的分类 961

1．3 仿真的基本步骤 961

1 仿真技术 961

1．1 系统、模型、仿真 961

第10章 机械仿真设计 961

1．4 仿真的关键技术 962

2 曲柄连杆机构CAD仿真 964

2．1 机构CAD仿真的基本要求 964

2．2 四连杆机构中的数据处理 964

2．3机构CAD仿真的实现 965

3．4 用范成法加工齿轮仿真系统流程图 967

3．3 齿条刀具分度线的运动轨迹 967

3 齿轮加工仿真系统 967

3．2 用范成法加工齿轮的工艺特点 967

3．1 范成法加工齿轮的仿真系统功能 967

3．5 齿廊的包络生成 968

3．6 齿轮加工仿真系统软件界面 968

4 集装箱装卸桥计算机辅助设计与仿真系统 968

4．1 差动式小车原理仿真 968

4．2 原型快速生成及虚拟浏览 969

4．3 虚拟布局 969

4．4 工作过程仿真 969

5 机械加工仿真实例 970

5．1 系统功能 970

5．2 加工工艺处理的可视化 970

5．3 数控加工指令生成 973

5．4 数控加工模拟 973

1．2 PDM的体系结构 975

1．1 PDM的定义 975

1 PDM的概述 975

第11章 产品数据管理 975

1．3 PDM的类型 976

1．4 PDM的功能 978

1．5 PDM技术在企业中的发展需求 978

1．6 PDM的应用范畴和实现目标 980

1．7 PDM的发展趋势 980

2．1 文档管理功能 981

2 PDM的管理功能 981

2．2 版本管理 983

2．3 产品配置管理 986

2．4 工作流程管理 987

3．1 PDM系统的集成 988

3．2 PDM系统的实施 991

4 系统的建立和维护 995

参考文献 996

3 PDM系统的集成及其实施 998

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