本书的定位是作为机械设计的教科书、创新设计的参考书和设计过程的工具书，供读者学习、研究和应用正向设计、创新设计时参考。全书共分12章，内容包括：概论、基于创意创新的概念设计技术、基于逐步求精的方案设计技术、基于需求响应的功能设计技术、基于运动建模的机构设计技术、基于模块递归的结构设计技术、基于自顶向下的装配设计技术、基于误差反馈的精度设计技术、基于耦合求解的性能设计技术、基于综合优化的工艺设计技术、基于知识工程的设计大模型技术和正向设计典型应用。 本书可作为本科生、研究生的教材。也可作为从事机械设计和创新设计的学习、研究和应用人员的参考书。

高等院校教师

目录
前言
第1章概论
1.1引言
1.2典型设计理论
1.2.1公理设计理论
1.2.2集成设计理论
1.2.3TRIZ创新设计理论
1.2.4通用设计理论
1.3正向设计与创新设计
1.3.1正向设计
1.3.2创新设计
1.4正向设计关键技术与技术体系
1.4.1正向设计关键技术
1.4.2正向设计技术体系
1.5本章小结
参考文献
第2章基于创意创新的概念设计技术
2.1引言
2.1.1概念设计的定义与作用
2.1.2创意创新的来源与表征
2.2创意创新设计的基础科学问题
2.3概念设计的创意创新途径
2.3.1基于具身认知的生成式混合原型方法
2.3.2设计过程中的概念产生与迭代
2.3.3设计过程中的虚实融合交互
2.3.4多通道信息交互支持下的设计意图捕捉
2.4面向概念设计原型的表达建模、评价与演化
2.4.1基于形体符号的概念设计原型定性建模
2.4.2基于形体特征的概念设计原型评价
2.4.3基于形体评价的概念设计原型演化
2.5概念设计的三步策略法
2.5.1概念设计创意创新的三步策略法
2.5.2概念设计软件系统与工具
2.6热流道的概念设计应用案例
2.7本章小结
参考文献
第3章基于逐步求精的方案设计技术
3.1引言
3.1.1方案设计的定义和作用
3.1.2方案设计的经典方法与演进
3.1.3逐步求精的基本思想与步骤
3.2方案设计的过程模型与方法
3.2.1方案设计的逐步求精表征
3.2.2方案设计的层次分解策略
3.2.3方案设计求解流程具体化
3.2.4方案设计结果验证与迭代
3.3导向混合图的方案设计建模与表征
3.3.1导向混合图的结构定义与建模
3.3.2导向混合图的方案设计优化
3.4启发式混合演化的方案设计求解
3.4.1方案设计的启发式混合演化建模
3.4.2支持邻域重构的方案设计求解
3.5方案设计的启发式逐步求精法
3.5.1启发式混合演化的时序与布局求解
3.5.2方案设计的启发式混合演化功能
3.6三维元件布局方案设计应用
3.7本章小结
参考文献
第4章基于需求响应的功能设计技术
4.1引言
4.1.1功能设计的定义及正向驱动作用
4.1.2机械产品的功能分类与设计一般流程
4.1.3功能设计的经典方法与演进
4.1.4面向定制化设计的需求响应表征与转化
4.2面向功能设计的功能需求响应
4.2.1与方案设计的衔接：将需求转化为具体功能单元
4.2.2功能设计的目标：从功能需求到功能规格的映射
4.3产品功能设计的建模与表征
4.3.1功能需求获取与分析：识别与分类功能需求
4.3.2功能定义与参数化：明确输入、处理与输出
4.3.3功能分解与关联：建立功能层次与接口关系
4.3.4功能验证与确认：确保设计满足原始需求
4.4基于场景的多域功能变更
4.4.1面向任务扩展的多域功能拓扑扩展
4.4.2需求演进下的功能重构变更与性能校核
4.5功能参数分层递进演化方法
4.5.1空间搜索-性能寻优-场景锁定的参数演化模型
4.5.2支撑正向设计的集成化功能求解系统
4.5.3面向复杂装备的功能设计实施框架
4.6关节康复助力机器人功能设计案例
4.7本章小结
参考文献
第5章基于运动建模的机构设计技术
5.1引言
5.2机构运动方案基元的定义与表征
5.2.1机构运动方案基元的定义
5.2.2机构运动方案基元的表征
5.3基于基元联结约束的运动方案建模
5.3.1基元联结约束的关联要素
5.3.2基元联结约束关系的构建
5.3.3机构运动方案的层次信息模型
5.4复杂机构运动方案的关联进化设计
5.4.1运动链基元的进化
5.4.2基元联结语义的进化
5.4.3机构运动方案的关联进化设计
5.4.4机构运动方案设计实例
5.5本章小结
参考文献
第6章基于模块递归的结构设计技术
6.1引言
6.2模块化设计原理
6.2.1模块化设计原则与分类
6.2.2模块化设计过程与方法
6.3模块多粒度递归划分
6.3.1基于模糊C均值算法的模块多粒度划分
6.3.2基于模糊熵的模块划分评价
6.4模块递归配置的结构设计
6.4.1产品配置模板的递归
6.4.2配置知识递归组织
6.4.3递归化配置设计过程
6.5模块递归变异的结构设计
6.5.1结构移植的产品变异设计过程
6.5.2结构移植的零件可变异模型
6.5.3结构移植的切割与搭接方法
6.5.4结构变异设计系统及应用
6.6本章小结
参考文献
第7章基于自顶向下的装配设计技术
7.1引言
7.1.1装配设计的典型方法
7.1.2自顶向下的建模与表征
7.2自顶向下的装配设计过程与技术
7.2.1空间约束与装配设计接口
7.2.2三维几何与参数关联驱动
7.2.3装配设计模型再生与变更
7.3考虑静态优配公差的装配精度降敏设计方法
7.3.1装配公差设计与概率误差建模方法
7.3.2装配精度敏感度构建与分析方法
7.3.3公差优化分配降敏设计方法
7.4考虑多源混合误差的装配精度降敏设计方法
7.4.1多源混合不确定性误差分析与建模方法
7.4.2基于摄动法的装备执行器误差建模方法
7.5考虑多源混合误差的装配精度降敏设计实例
7.6并联调姿机器人装配设计应用
7.7本章小结
参考文献
第8章基于误差反馈的精度设计技术
8.1引言
8.2精度设计的基本理论与方法
8.2.1精度设计的术语与定义
8.2.2产品精度设计的发展历程
8.2.3尺寸链理论
8.2.4形位公差理论
8.2.5表面形貌表征方法
8.3形性关联的复杂功能形面公差设计技术
8.3.1基于旋量簇的功能形面公差建模与分析方法
8.3.2结构与性能多约束的功能形面公差均衡优化方法
8.3.3基于敏感度分块的功能形面大规模离散单元公差设计
8.4基于混合维的复杂零件表面精度设计技术
8.4.1零件表面多尺度高度场分析与修正技术
8.4.2零件表面形貌混合维融合与特征参数辨识技术
8.4.3基于控制点权重优化的表面形貌等几何表征技术
8.5本章小结
参考文献
第9章基于耦合求解的性能设计技术
9.1引言
9.2性能设计的基本理论与方法
9.2.1产品设计关注的主要性能
9.2.2产品性能设计的内涵
9.2.3机理驱动的物理场耦合仿真
9.2.4数据驱动的物理场高效预测
9.2.5机理与数据融合驱动的物理场计算
9.3POD-Kriging降阶模型驱动的物理场重构
9.3.1产品设计空间超球面参数采样
9.3.2POD-Kriging降阶模型构建
9.3.3传感数据驱动的物理场在线重构
9.4基于变工况动态条件PINN的物理场计算
9.4.1关键难测节点物理状态的虚拟感知技术
9.4.2空间坐标嵌入的物理场初始/边界特征加载
9.4.3基于互关联注意力PINN的动态物理场求解
9.5稀疏耦合场样本驱动的产品可靠性优化设计
9.5.1物理先验约束的多保真自适应重要性采样
9.5.2稀疏样本约束下的多级桥接失效概率估计
9.5.3考虑高维失效空间的产品可靠性优化设计
9.6性能设计的典型案例
9.7本章小结
参考文献
第10章基于综合优化的工艺设计技术
10.1引言
10.2工艺设计的基本理论与方法
10.2.1工艺流程规划与建模
10.2.2制造资源配置与调度
10.2.3工艺质量稳健优化与控制
10.3配合精度-接触特性-装配性能多层次选配工艺设计技术
10.3.1基于广度匈牙利算法的零部件尺寸公差选配技术
10.3.2基于权重约束的零部件接触特性选配技术
10.3.3基于离散烟花算法的零部件性能选配技术
10.4面向装配变形抑制的产品定制化修配工艺设计技术
10.4.1整体过约束条件下的装配约束求解方法
10.4.2虚拟装配中的干涉检测与可装性验证方法
10.4.3理想模型引导扫描模型变动的修配方案生成方法
10.5本章小结
参考文献
第11章基于知识工程的设计大模型技术
11.1引言
11.2知识工程与大模型技术概述
11.2.1从设计数据、设计知识到设计大模型
11.2.2知识图谱建模与推理
11.2.3大语言模型微调技术
11.2.4大语言模型推理与生成
11.3融合结构与规则信息的产品设计多模态知识建模
11.3.1产品多模态设计知识本体化表征
11.3.2基于逻辑-技术双架构的设计知识图谱演化
11.3.3基于模糊逻辑推理的设计知识图谱表示学习
11.4设计知识图谱引导的垂域大语言模型训练与推理
11.4.1设计知识图谱驱动的高质量垂域训练语料生成
11.4.2设计任务-设计知识自适应的大模型知识增强
11.4.3基于图结构增量更新的产品设计大模型推理
11.5基于知识增强大模型的产品概念设计方案智能创成
11.5.1产品概念设计的多智能体协同机制
11.5.2多维需求约束下的产品设计方案智能生成
11.5.3基于大模型设计方案重构的产品设计优化
11.6知识驱动的产品智能设计案例
11.6.1精密数控磨床驱动系统的智能概念设计
11.6.2集成家居厨柜厨电系统的智能概念设计
11.7本章小结
参考文献
第12章正向设计典型应用
12.1引言
12.2数控机床正向设计应用
12.2.1数控机床加工特征分析
12.2.2数控机床运动机构设计
12.2.3数控机床布局方案设计
12.2.4数控机床精度分配设计
12.2.5数控机床结构性能设计
12.2.6数控机床整机装配设计
12.2.7数控机床设计大模型技术
12.2.8数控机床设计方案综合评价
12.3智能集成烹饪系统正向设计应用
12.3.1厨电设备多物理场分区强化设计
12.3.2轻量级嵌入式知识建模与推理决策
12.4本章小结
参考文献