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出版者:中国农业出版社

作者:袁周华

出品人:

页数:292

译者:

出版时间:2006-11

价格:24.80元

装帧:平装

isbn号码:9787109106536

丛书系列:

图书标签:

• 数控机床
• CNC
• 操作实训
• 机械制造
• 工业技术
• 实训教程
• 机床操作
• 数控技术
• 加工工艺
• 职业教育

现代工业设计与制造前沿探索 本书导读： 在当今快速迭代的制造业浪潮中，产品设计与制造的深度融合已成为决定企业核心竞争力的关键要素。本书旨在为读者提供一个全面、深入的视角，探讨如何在高科技、高精度制造领域中实现创新设计理念的有效转化。我们聚焦于设计美学、人机工程学、材料科学的最新进展，以及如何利用先进的仿真与优化技术来驱动制造过程的效率革命。 第一部分：设计思维的重塑与数字化转型 本部分深入剖析了驱动现代工业产品创新的核心思维模式。我们不再仅仅满足于功能的实现，而是将用户体验（UX）和情感设计提升到战略高度。 1.1 以用户为中心的设计（UCD）的深化应用： 传统的以产品功能为导向的设计方法正被彻底颠覆。本书详细阐述了如何通过民族志研究、情境观察和深度访谈，捕捉用户潜在且未被满足的需求。我们将介绍一系列从定性到定量的数据收集与分析工具，用以构建多维度用户画像。重点讨论了如何将这些复杂的用户洞察转化为具体的产品特性和界面交互逻辑。特别关注了跨文化设计差异的考量，以及如何在国际化产品开发中保持设计的普适性和文化敏感性。 1.2 仿生学与可持续设计的前沿实践： 自然界是永恒的设计灵感源泉。本章探讨了最新的仿生学研究成果，如模仿昆虫外骨骼的轻量化结构设计、模仿植物叶脉的流体动力学优化。同时，可持续性已不再是附加选项，而是设计伦理的基石。我们详细解析了“从摇篮到摇篮”（Cradle-to-Cradle）的设计原则，包括生命周期评估（LCA）的精确计算方法、如何选择低环境影响的生物基材料、以及设计易于拆解和回收的产品结构。内容涉及模块化设计策略，用以延长产品生命周期并降低报废成本。 1.3 工业设计中的参数化与生成式设计： 计算机辅助设计（CAD）已进入新的纪元。本节重点介绍了参数化建模工具（如Grasshopper, Dynamo）在复杂几何体生成中的应用。更进一步，我们探讨了生成式设计（Generative Design）的哲学与技术路径。通过定义性能目标（如最大强度、最小重量、特定应力分布），算法能够自动探索出数以万计的潜在设计方案。本书将通过案例分析，展示如何筛选、优化这些由AI驱动生成的拓扑结构，并将这些高度复杂的、非传统的几何形态有效地转化为可制造的实体模型。 第二部分：先进制造技术的集成与优化 设计的美好蓝图必须依赖于高效、精确的制造手段来实现。本部分聚焦于如何将前沿的制造技术融入设计流程，确保设计意图的完美落地。 2.1 高性能材料科学在结构设计中的应用： 新材料是实现突破性设计的物质基础。我们深入研究了高性能复合材料（如碳纤维、玄武岩纤维增强聚合物）的微观结构与宏观力学性能之间的关系。内容涵盖了先进陶瓷材料在极端温度和腐蚀环境下的应用潜力，以及智能材料（如形状记忆合金、压电材料）如何被整合到产品的功能系统中，赋予产品“感知”和“响应”的能力。特别分析了增材制造（AM）对材料性能的影响，例如激光粉末床熔融（LPBF）工艺中残余应力的控制和各向异性强度的管理。 2.2 增材制造（AM）的工艺拓扑优化与后处理： 增材制造已从原型制作工具演变为大规模生产的关键技术。本章侧重于如何针对特定AM工艺（如SLA, SLS, DED）来“设计为制造”（Design for Additive Manufacturing, DfAM）。内容包括支撑结构的优化设计、避免内部空洞和缺陷的摆放角度选择。此外，后处理工艺（如热等静压HIP、表面精加工）对最终产品性能的决定性作用被详尽阐述，并提供了不同材料在不同后处理路径下的性能对比数据。 2.3 数字化孪生（Digital Twin）在制造验证中的作用： 构建物理资产的精确虚拟对应体——数字化孪生——是实现智能制造的关键环节。本书探讨了如何将CAD模型、FEA仿真结果、传感器实时数据流汇集到一个动态的数字模型中。这不仅用于实时监控生产线的健康状况，更重要的是，它允许设计师和工程师在虚拟环境中对产品生命周期中的各种工况进行快速、无风险的迭代测试。内容包括基于孪生的预测性维护模型的构建逻辑与数据要求。 第三部分：人机交互界面（HMI）的创新与未来趋势 在所有工业产品中，人与机器的交互界面是感知产品价值的窗口。本部分探讨了如何设计直观、高效且富有未来感的HMI系统。 3.1 沉浸式技术在工业设计中的应用： 增强现实（AR）和虚拟现实（VR）正在改变产品设计评审和装配指导的方式。本书详细介绍了如何利用这些沉浸式工具进行远程协作设计评审，极大地缩短了反馈周期。在制造环节，AR头戴设备如何为一线操作人员提供叠加式的工作指令和实时质量检测反馈，从而显著降低人为错误率。内容侧重于3D空间中的信息密度控制和交互自然度的设计原则。 3.2 触觉反馈与多感官界面的设计： 纯粹的视觉和听觉交互已不足以满足复杂机械操作的需求。我们研究了触觉界面（Haptics）的设计，包括如何通过微振动、电阻或形状变化来传达重要的系统状态信息（如过载、锁定）。此外，探讨了整合嗅觉和温度感知的多感官系统如何应用于特定工业环境，以提高操作人员的警觉性和环境适应性。 3.3 界面设计的认知负荷管理： 高效的界面设计必须最小化认知负荷。本章将从认知心理学的角度分析信息呈现的原则，如费茨定律（Fitts's Law）和希克-海曼定律（Hick-Hyman Law）在界面布局中的应用。重点是开发适应不同操作熟练度和环境光线条件的自适应界面，确保在紧急情况下，操作者仍能快速、准确地接收并响应关键信息。 结语： 本书汇集了设计学、材料工程、人机工程学和数字化技术的交叉前沿知识，旨在培养一批不仅能“画出”优美产品，更能“驾驭”复杂制造流程，并深刻理解用户需求的复合型工业人才。它是一份对未来制造业生态系统的深度调研报告，也是指导实践者实现设计与制造深度集成的路线图。

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