具体描述
《工业设计工程基础》是“21世纪普通高等学校工业设计专业通用教材”之一，该书囊括了过去《工程力学基础》、《电工电子》、《材料与加工工艺》、《机械原理》、《机械设计基础》等课目的工业设计相关工程知识，还包括了前沿的加工工艺和工程方法，并通过小课题的方式展开，用大量能够动手的、交互式的实例来提高学生对工程知识学习的兴趣，以及让其在学习工程知识的同时应用一些学过的知识。
工业设计工程基础 内容简介 一、 绪论：设计的本质与工程的融合 本书旨在为读者构建一个全面而深入的工业设计工程基础知识体系。我们首先从设计的哲学层面切入，探讨设计思维的本质——如何从需求、功能、美学和市场等多个维度进行综合考量。设计绝非凭空想象的艺术创作，而是严谨的、目标导向的工程活动。 本部分将详细阐述工业设计的核心范畴及其在现代制造业中的地位。设计流程不再是线性的瀑布模型，而是迭代、敏捷的循环过程。我们将分析设计的不同阶段，包括概念构思、方案推敲、技术可行性分析、原型制作以及最终的产品化。重点讨论如何将“以人为本”的设计理念（Human-Centered Design, HCD）系统地融入到工程实践中去，确保最终产品不仅具有吸引力，更具备卓越的可用性和可制造性。 二、 材料科学与结构力学基础 工业设计的实现，离不开对材料特性的深刻理解。本章将系统介绍工程材料的基本分类及其应用特性。 金属材料： 重点剖析钢铁、铝合金、镁合金等在不同应力环境下的表现。探讨材料的屈服强度、抗拉强度、疲劳极限以及导热、导电性能，并结合具体产品案例，讲解如何根据承载需求选择合适的合金牌号。 高分子材料（塑料）： 深入讲解热塑性塑料（如PP, ABS, PC, Nylon）和热固性塑料的分子结构差异，及其注塑、挤出、吹塑等成型工艺的限制与可能性。内容将涵盖材料的耐老化性、着色性以及环境影响。 复合材料与新兴材料： 介绍碳纤维增强复合材料（CFRP）和玻璃纤维的应用，探讨其在轻量化设计中的潜力。同时，涉及陶瓷、生物基材料等前沿领域的应用前景。 结构力学部分，将聚焦于如何进行初步的结构设计和稳定性校核。读者将学习到基础的受力分析方法，如静力平衡、应力与应变的概念。强调结构形式对产品性能、成本和制造工艺的决定性影响，例如如何运用桁架结构、框架结构实现强度与重量的最佳平衡。 三、 制造工艺与可制造性设计（DFM） 将设计图纸转化为实体产品，必须跨越制造工艺的门槛。本章是连接设计与生产的关键桥梁。 切削加工基础： 介绍车削、铣削、钻削等传统机加工工艺的原理、精度限制和表面粗糙度要求。特别讨论数控（NC）编程对复杂曲面加工的影响。 成型工艺深度解析： 详细阐述金属的铸造（砂铸、压铸）、锻造，以及塑料的注射成型、热压成型等过程。讲解模具设计的基本原则，如拔模斜度、壁厚均匀性、浇口排布等，这些直接决定了产品的外观质量和制造成本。 连接技术： 涵盖机械连接（螺栓、铆接、卡扣）和永久性连接（焊接、粘接）。分析不同连接方式在装配效率、可维修性和结构强度上的权衡。 可制造性设计（DFM）： 引入DFM的核心理念，即“在设计阶段就预防制造难题”。通过大量反面教材案例，指导读者如何设计出易于加工、减少工序、避免二次返工的零件。 四、 产品系统与人机工程学 现代工业产品往往是复杂的系统集成体。本部分着重于系统集成思维和用户体验的工程化实现。 模块化设计与系统集成： 探讨如何将复杂产品分解为易于管理和升级的子系统（模块）。分析模块化设计在供应链管理、快速迭代和成本控制中的优势。讨论标准件与定制件的比例控制。 人机工程学（Ergonomics）的应用： 这部分将超越简单的“外观好看”层面，深入到科学量化。介绍人体尺寸数据库（Anthropometry）的使用，讨论工作空间设计、操作力矩、视觉反馈和触觉反馈的工程标准。例如，如何根据标准化的抓握尺寸设计工具手柄，或根据人体视野范围设计仪表盘布局。 可靠性与可维护性设计（DFR/DFM）： 强调产品从设计之初就要考虑其在整个生命周期内的可靠性指标（如MTBF，平均故障间隔时间）。讲解如何通过冗余设计、环境适应性测试预估产品寿命。同时，分析可拆卸性、易于更换部件的设计，以优化售后服务成本。 五、 工业设计过程中的数字化工具与标准 本章聚焦于现代工业设计工程流程中不可或缺的数字化技术和行业规范。 三维建模与仿真： 介绍主流的CAD/CAE软件在概念设计、详细工程图生成中的作用。重点讲解参数化建模、曲面拟合技术。深入探讨有限元分析（FEA）在结构强度验证、模态分析中的应用，以及计算流体动力学（CFD）在散热和气动性能优化中的作用。强调仿真结果必须与实际制造公差相结合。 快速原型制造（RP）： 详细介绍3D打印技术（SLA, FDM, SLS）的原理、材料局限性以及在设计验证周期中的关键作用。讨论如何根据打印技术选择最佳的模型支撑结构和层厚设置。 工程图标准与公差配合： 严格遵循国家及国际标准（如ISO, ASME），讲解二维工程图的绘制规范、基准选择、尺寸标注方法。重点剖析几何尺寸和公差（GD&T）的含义和应用，确保设计意图在制造环节被精确传达，解决设计与加工之间的“语言不通”问题。 六、 产品生命周期管理（PLM）与可持续性 最后的章节将视角拉远，关注产品从摇篮到坟墓的全过程管理。 产品数据管理（PDM/PLM）： 讲解如何利用数字化平台对设计文档、BOM（物料清单）、工程变更单（ECO）进行集中管理，确保跨部门协作的同步性与一致性。 绿色设计与循环经济： 探讨环境责任在工程设计中的体现。分析产品的可回收性（Recyclability）、可降解性设计。如何选择低环境负荷的材料，优化生产过程的能耗，并设计易于拆解的产品结构，以符合未来严格的环保法规要求。 本书力求通过严谨的工程视角，系统地梳理工业设计领域的理论框架与实践方法，为有志于从事产品创新与制造领域的人才提供坚实的技术支撑。
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