機電產品現代設計方法

目 錄
第1章 緒論 1
1.1 機電產品的組成、發展趨勢及研究內容 1
1.1.1 機電產品的組成 1
1.1.2 機電產品的發展趨勢 3
1.1.3 機電產品的研究內容 6
1.2 設計方法的發展與一般設計理論 7
1.2.1 設計方法的發展 7
1.2.2 產品設計理論 9
1.3 機電產品設計介紹 14
1.3.1 機電產品設計內容與方法 14
1.3.2 本書的組成結構 16
第2章 現代設計方法的理論基礎 18
2.1 解決復雜問題的方法論 18
2.1.1 方法論的定位 18
2.1.2 現代方法論的內容 20
2.1.3 方法論的應用 24
2.2 數學建模基礎 25
2.2.1 數學體系的統一性與層次性 25
2.2.2 數學建模基礎 26
2.3 智能建模基礎 30
2.3.1 人工智能的產生和內容 30
2.3.2 符號智能 35
2.3.3 計算智能 38
2.3.4 認知智能 39
2.4 系統建模基礎 41
2.4.1 系統建模的需求與內容 41
2.4.2 MBSE建模方法 42
2.4.3 數字孿生建模方法 43
2.5 工業軟件的開發過程 48
2.5.1 工業軟件的發展與分類 48
2.5.2 軟件的基本組成 49
2.5.3 軟件開發的基本流程（軟件工程） 52
第3章 需求與概念設計方法 54
3.1 概念設計內容及模式 54
3.1.1 概念設計內容 54
3.1.2 概念設計模式 54
3.2 SysML建模方法 55
3.2.1 SysML基本組成 55
3.2.2 SysML建模過程 57
3.3 SysML軟件及其應用 60
3.3.1 SysML軟件 60
3.3.2 基於SysML的機電產品設計實例 63
3.4 QFD分析法 67
3.4.1 QFD基本原理 67
3.4.2 質量屋的結構與參數計算 68
3.5 QFD軟件與應用實例 70
3.5.1 QFD軟件 70
3.5.2 應用實例 71
第4章 電腦輔助設計方法 74
4.1 CAD的功能與系統構成 74
4.1.1 CAD的功能與分類 74
4.1.2 CAD發展趨勢與系統構成 74
4.2 曲線的表達與處理 78
4.2.1 曲線表達基礎 78
4.2.2 Hermite曲線 84
4.2.3 Bezier曲線 85
4.2.4 B樣條曲線 87
4.2.5 NURBS曲線 89
4.3 曲面的表達 89
4.3.1 雙線性曲面 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建模方法與數據結構 94
4.4.1 CAD建模方法 94
4.4.2 數據結構 95
4.5 反求建模與應用 101
4.5.1 數據採集系統 101
4.5.2 反求建模與分析算法 103
4.5.3 軟件實現 106
4.6 CAD二次開發技術 108
4.6.1 基於商用軟件的二次開發 108
4.6.2 基於CAD內核的軟件開發 109
第5章 有限元設計方法 112
5.1 有限元法簡介 112
5.1.1 有限元法的產生與解決的工程問題 112
5.1.2 有限元系統的組成與發展 114
5.2 有限元力學建模 117
5.2.1 彈性力學的建模方法 117
5.2.2 彈性問題三大方程的推導 120
5.2.3 力學模型的三種表示 124
5.3 有限元求解的數學原理 126
5.3.1 數學求解的一般過程與方法 126
5.3.2 伽遼金法 127
5.3.3 變分法 130
5.4 有限元建模與求解過程 132
5.4.1 有限元求解過程 132
5.4.2 單元類型與形函數的構造 136
5.4.3 網格劃分方法 140
5.5 有限元軟件的應用實例與二次開發 143
5.5.1 有限元軟件的應用實例 143
5.5.2 有限元復雜問題求解的二次開發 146
第6章 優化設計方法 149
6.1 優化設計的框架與模型 149
6.1.1 基於模擬的優化設計框架 149
6.1.2 優化設計的基本模型 151
6.1.3 優化設計的代理體模型 152
6.1.4 優化問題的分類 156
6.2 優化模型的處理方法與求解策略 158
6.2.1 多目標處理 158
6.2.2 約束處理 160
6.2.3 優化模型的求解策略 163
6.3 優化模型的數值求解方法 165
6.3.1 梯度法 165
6.3.2 牛頓法及擴展 167
6.4 優化模型的搜索求解方法 170
6.4.1 搜索空間的生成 170
6.4.2 搜索求解方法 174
6.5 優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 遺傳算法 177
6.6 多學科優化方法的實現 183
6.6.1 多學科優化方法的軟件實現框架 183
6.6.2 多學科優化設計應用案例 184
第7章 可靠性設計方法 186
7.1 可靠性的研究內容與特徵量 186
7.1.1 可靠性的研究內容 186
7.1.2 可靠性特徵量 187
7.2 可靠性分析方法的數學基礎 188
7.2.1 常用概率分佈 188
7.2.2 蒙特卡羅模擬 190
7.3 機械強度的可靠性設計 192
7.3.1 機械強度的可靠性設計框架 192
7.3.2 應力-強度乾涉模型 192
7.3.3 正態分佈函數的零部件強度可靠性設計 194
7.3.4 差變系數和安全系數 197
7.4 機械系統的可靠性設計 198
7.4.1 機械系統的可靠性設計框架 198
7.4.2 機械系統的可靠性模型 198
7.4.3 可靠性分配 199
7.4.4 可靠性預計 201
7.5 故障分析技術 204
7.5.1 故障模式與故障分析 204
7.5.2 故障樹分析方法 206
7.5.3 故障模式和影響及危害性分析 211
7.6 電子系統和軟件系統的可靠性設計 212
7.6.1 電子系統的可靠性設計方法 212
7.6.2 軟件系統的可靠性設計方法 213
7.7 可靠性設計分析軟件介紹 218
第8章 基於知識的產品設計方法 221
8.1 基於知識的產品設計概念與框架 221
8.1.1 基於知識的產品設計概念 221
8.1.2 基於知識的產品設計框架 222
8.2 設計信息與設計知識 222
8.2.1 產品設計過程中的信息 222
8.2.2 設計信息模型 226
8.2.3 設計知識的概念 229
8.3 基於專家系統的產品設計方法 230
8.3.1 專家系統的概念 230
8.3.2 專家系統的結構和原理 231
8.3.3 專家系統應用與開發的困難 231
8.3.4 產生式規則專家系統 233
8.3.5 不確定性推理 236
8.3.6 事實庫和解釋機制 238
8.3.7 專家系統的開發與實例 239
8.4 基於知識的產品設計綜合實例 246
8.4.1 電站給水加熱設備知識分類與獲取 246
8.4.2 電站給水加熱設備的知識規範化表示 247
8.4.3 電站給水加熱設備的設計平臺框架 248
8.4.4 參數化和變型設計方法 249
8.4.5 產品設計過程 250
第9章 網絡化協同設計方法 252
9.1 網絡化協同設計的概念和特點 252
9.1.1 網絡化協同設計的概念和體系結構 252
9.1.2 網絡化協同設計實例 252
9.1.3 網絡化協同設計的特點 255
9.2 並行協同設計的標準數據模型 255
9.2.1 初級圖形交換規範（IGES） 255
9.2.2 產品模型數據交換標準（STEP） 256
9.3 並行工程和基於DFX的協同設計方法 260
9.3.1 並行工程簡介 260
9.3.2 面向集成的DFX技術 260
9.4 網絡化協同設計的支撐軟件 263
9.4.1 產品數據管理系統功能介紹 263
9.4.2 產品全生命周期管理平臺功能簡介 267
9.4.3 基於PLM軟件平臺Teamcenter實現工程協同設計 268
參考文獻 270