現(xiàn)代設計理論與方法

前言

我曾提出過高等工程教育邊界再設計的想法，這個想法源于社會的反應。常聽到工業(yè)界人士提出這樣的話題：大學能否為他們進行人才的訂單式培養(yǎng)。這種要求看似簡單、直白，卻反映了當前學校人才培養(yǎng)工作的一種尷尬：大學培養(yǎng)的人才還不是很適應企業(yè)的需求，或者說畢業(yè)生的知識結(jié)構還難以很快適應企業(yè)的丁作。當今世界，科技發(fā)展日新月異，業(yè)界需求千變?nèi)f化。為了適應工業(yè)界和人才市場的這種需求，也即是適應科技發(fā)展的需求，工程教學應該適時地進行某些調(diào)整或變化。一個專業(yè)的知識體系、一門課程的教學內(nèi)容都需要不斷變化，此乃客觀規(guī)律。我所主張的邊界再設計即是這種調(diào)整或變化的體現(xiàn)。邊界再設計的內(nèi)涵之一即是課程體系及課程內(nèi)容邊界的再設計。技術的快速進步，使得企業(yè)的工作內(nèi)容有了很大變化。如從20世紀9c年代以來，信息技術相繼成為很多企業(yè)進一步發(fā)展的瓶頸，因此不少企業(yè)紛紛把信息化作為一項具有戰(zhàn)略意義的T作。但是業(yè)界人士很快發(fā)現(xiàn)，在畢業(yè)生中很難找到這樣的專門人才。計算機專業(yè)的學生并不熟悉企業(yè)信息化的內(nèi)容、流程等，管理專業(yè)的學生不熟悉信息技術，工程專業(yè)的學生可能既不熟悉管理，也不熟悉信息技術。我們不難發(fā)現(xiàn)，制造業(yè)信息化其實就處在某些專業(yè)的邊緣地帶。那么對那些專業(yè)而言，其課程體系的邊界是否要變？某些課程內(nèi)容的邊界是否有可能變？目前不少課程的內(nèi)容不僅未跟上科學研究的發(fā)展，也未跟上技術的實際應用。極端情況甚至存在有些地方個別課程還在講授已多年棄之不用的技術。若課程內(nèi)容滯后于新技術的實際應用好多年，則是高等工程教育的落后甚至是悲哀。課程體系的邊界在哪里？某一門課程內(nèi)容的邊界又在哪里？這些實際上是業(yè)界或人才市場對高等工程教育提出的我們必須面對的問題。因此可以說，真正驅(qū)動工程教育邊界再設計的是業(yè)界或人才市場，當然更重要的是大學如何主動響應業(yè)界的驅(qū)動。當然，教育理想和社會需求是有矛盾的，對通才和專才的需求是有矛盾的。高等學校既不能喪失教育理想、喪失自己應有的價值觀，又不能無視社會需求。明智的學校或教師都應該而且能夠通過合適的邊界再設計找到適合自己的平衡點。

內(nèi)容概要

本書重點介紹了現(xiàn)代設計理論與方法中的基本理論與方法，具體內(nèi)容包括： 優(yōu)化設計、摩擦學設計、計算機輔助設計、可靠性設計、創(chuàng)造性設計、反求工程設計、綠色設計、人機工程學和設計方法學。在編寫過程中，盡可能將所講授理論方法與工程中的實際問題相結(jié)合，通過算例使學習者更容易對所述現(xiàn)代設計理論與方法的基本內(nèi)容加以理解和掌握。另外，本書附有課堂討論和設計實驗兩部分內(nèi)容，以加強學習的效果。本書各章附有相應的習題，供教學中使用?！　”緯勺鳛闄C械工程類各專業(yè)高年級本科生的教材，亦可作為這些專業(yè)研究生和其他相近專業(yè)本科生、研究生的參考教材，以及工程技術人員的參考書。

書籍目錄

第1章　緒論 　1.1　現(xiàn)代設計理論與方法內(nèi)容簡介 　1.2　課程學習基本要求 　第1章習題 　參考文獻 第2章　優(yōu)化設計 　2.1　概述 　2.2　優(yōu)化設計數(shù)學模型 　2.3　優(yōu)化方法數(shù)學基礎 　2.4　一維搜索法 　2.5　無約束多維優(yōu)化算法 　2.6　有約束多維優(yōu)化算法 　2.7　多目標優(yōu)化 　第2章習題 　參考文獻 第3章　摩擦學設計 　3.1　概述 　3.2　摩擦學設計基本原理 　3.3　常用機械摩擦學設計 　第3章習題 　參考文獻 第4章　計算機輔助設計 　4.1　概述 　4.2　曲面表示與曲面造型 　4.3　實體造型方法 　4.4　參數(shù)化特征造型技術 　4.5　工程圖紙的自動生成 　4.6　CAD模型的數(shù)據(jù)交換 　第4章習題 　參考文獻 第5章　可靠性設計 　5.1　概述 　5.2　可靠性設計原理與計算 　5.3　靜載可靠性設計 　5.4　疲勞可靠性設計 　5.5　系統(tǒng)可靠性設計 　第5章習題 　參考文獻 第6章　創(chuàng)造性設計 　6.1　概述 　6.2　創(chuàng)造性設計思維的特點和類型 　　6.3　創(chuàng)造性設計原理 　6.4　創(chuàng)造性設計方法 　第6章習題 　參考文獻 第7章　反求工程設計 　7.1　概述 　7.2　實物反求設計 　7.3　軟件反求設計與創(chuàng)新 　7.4　反求工程設計實例 　第7章習題 　參考文獻 第8章　綠色設計 　8.1　概述 　8.2　產(chǎn)品的綠色設計 　8.3　綠色設計的原則與方法 　8.4　綠色設計流程 　8.5　綠色設計的評價指標體系 　8.6　綠色設計案例分析 　第8章習題 　參考文獻 第9章　人機工程學 　9.1　概述 　9.2　人機系統(tǒng) 　9.3　人的因素 　　9.4　基于人因的設計 　　9.5　人機原則 　第9章習題 　參考文獻 第10章　設計方法學 　10.1　概述 　10.2　產(chǎn)品設計 　10.3　確定設計任務 　10.4　方案設計 　10.5　結(jié)構設計 　第10章習題 　參考文獻 附錄A　課堂討論 　A.1　單級直齒圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設計 　A.2　圓柱螺旋壓縮彈簧的優(yōu)化設計 　A.3　自行車鞍座曲面反求設計 　A.4　綠色設計與汽車制造業(yè) 附錄B　設計實驗 　B.1　一維優(yōu)化實驗 　B.2　無約束多維優(yōu)化實驗 　B.3　有約束多維優(yōu)化實驗 　附錄A、B參考文獻 附錄C　中英文索引

章節(jié)摘錄

插圖：1.人機工程學在現(xiàn)代生產(chǎn)中的作用（1）擴大了全面機械化和自動化的綜合運用  用傳統(tǒng)的勞動方式進行工作時，人的體力消耗很大，而操縱現(xiàn)代化自動設備時，人的主要工作是編制操縱程序和檢查程序。這就要求人要成為生產(chǎn)過程中所使用的全部設備所組成的完整系統(tǒng)的操縱者。對于一個復雜系統(tǒng)來說，其操縱過程也相當復雜，在這種情況下，人也就成為這個系統(tǒng)的一個組成部分。把人和整個系統(tǒng)綜合統(tǒng)一考慮，使人能很好地與整個系統(tǒng)相配合，無疑是可以擴大全面機械化和自動化生產(chǎn)的綜合應用，并提高工作效率。（2）擴大操作距離  在現(xiàn)代遙控過程中，人和設備之間要有大量的信息。人通過這些信息對設備工作狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)進行判斷，以便操縱和調(diào)整這些裝置。其中關鍵的問題是判斷信息。只有在人能高速、準確地判斷信息時，才能采取正確無誤的操縱措施。如果按“人機工程學”的要求來安排信息顯示裝置和設計信息輸出方式，決定信息數(shù)量，既能使人們?nèi)菀渍_、高速地辨別和判斷信息。這就使遙控技術的效率提高，并可以廣泛地使用遠距離操縱。（3）加快現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程在現(xiàn)代化生產(chǎn)里，生產(chǎn)過程是否迅速提高，也可以通過設備的各種工作參數(shù)：速度、功率、壓力、溫度、連續(xù)性等來評定。這些工作參數(shù)的改變，大多數(shù)是離不開人直接或間接操縱活動的。為了使人能夠順利準確地和高速地操縱設備，改變這些工作參數(shù)，既要創(chuàng)造舒適、方便又符合人的心理、生理特點的操縱機構和工作條件，只有這樣才能夠加快現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程。由于自動化設備和計算技術已經(jīng)廣泛地在工業(yè)生產(chǎn)中應用，所以在很多場合，人不是直接去操縱和控制目標，而是根據(jù)目標的各種信息反映和統(tǒng)計特性來判斷目標的狀況，并決定采取什么樣的措施。接受、處理、發(fā)送信息等過程在人一機系統(tǒng)內(nèi)不斷地循環(huán)，并且成為人在生產(chǎn)過程中的一種有規(guī)律的活動，這樣一來，生產(chǎn)設備的結(jié)構應首先考慮人的感覺和生理特點，其次考慮人的心理特點。在心理特點上應該考慮人的知覺、記憶力和思維。在生理特點上要考慮最有利的姿勢、合理的動作，使單獨操作者和成組操作者間的活動，都能達到最佳狀態(tài)。

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