產品設計工程基礎[清華大學出版社出版圖書]

《產品設計工程基礎》是2014年8月12日清華大學出版社出版的圖書,作者是孫利、吳儉濤、陳繼剛。本書以套用為主,省略了深奧的原理描述及煩瑣的計算公式,以生活中常見產品為案例,分析引出相關的知識點,深入淺出地介紹工業產品設計必需的機構、力學、材料與工藝等基礎知識。本書共分7章,第1章介紹基於工程思維和工程軟體的工業產品設計方法;第2章介紹常用材料特性、力學性能,典型材料加工工藝與技術;第3章給出常見產品結構形式,常見機構的類別;第4章說明不同材料和加工工藝所需要的模具特點及模具設計要點;第5章介紹表面工程技術的種類、屬性、流程和關鍵技術;第6章論述能量與轉換方式;第7章給出拓展訓練的4個課題。 本書可作為高等學校工業設計及其他相關專業教材,也可供相關工程技術人員參考。

前言

產品設計工程基礎[清華大學出版社出版圖書] 產品設計工程基礎[清華大學出版社出版圖書]

中國工業設計學科的引入始於20 世紀70 年代末,起步於80 年代初,發展於90 年代末,經歷了一個理解和認識逐漸深化和統一的過程。目前,中國已經設立了設計學一級學科。通常情況下,工業設計學科是涉及機械設計的一門學科,其發展的目標是設計相關的系統、結構或工業製成品,以知識形態的成果服務社會,對接社會和經濟發展的需求。

設計已經進入到一個新的時代。在這個新的時代,設計必須、也正在被重新定義。技術、社會和經濟的變革促使設計去“想得更大、更多”。設計的角色、方法、作用正在不斷拓展,設計思維結合科技思維,實現了需求、可能性和可行性之間的平衡,給未來設計和創新發展以新的可能性。舊的知識體系和舊的職業分工,在一定程度上會被打破,取而代之的是融匯了的、界限模糊的設計方法和設計群體。產品、平面、建築、景觀、包裝等一切設計,在過去曾經被無限細分,在將來或許會被無限融合,本著一個原則,即設計是面向人的設計,設計的服務對象是人。

同樣,工業設計師和工程師之間的界限也在反覆地進行著融合和分離的過程,早些時候工程師就是工業設計師,現在工業設計師已經獨立於工程師而存在,然而各自為政的弊端已經逐漸顯現:設計師理性思維和工程知識的欠缺禁錮著設計的發展和大設計工程的展開;而工程師墨守成規,設計成果僵化、呆板。如何做到設計師和工程師的水乳交融,分工而不分家,連線而不套牢,便是本書需要解決的問題之一。

快速發展的科學技術使得知識更新成為時代對設計師的一個新要求。當代產品設計師應具備怎樣的知識結構體系,如何拓展其對新科技成果及其套用的了解深度和廣度,是本書要解決的第二個問題。

從目前我國企業對工業設計人才需求的增長和對人才的要求上來看,企業需要精通產品策劃、產品創新和產品商品化,了解現代科技發展,懂得現代設計方法與技能,熟悉生產製造的綜合化高素質的優秀設計人才。

歷來優秀的設計師,不僅僅精通善用各種表現技法,最根本的是,他能夠熟悉和理解工程知識,或者與工程師達到無障礙溝通,從而把紙面上的東西變為產品(成品)。

設計不可能脫離工程而獨立存在。在現階段的分工條件下,工業設計師需要良好的工程素養,這是設計師和工程師交流的重中之重。在設計工作中,面對浩若煙海的工程知識、前沿科技,設計師如何去面對,如何去理解,如何去套用,這需要很高的工程素養。而工程素養是可以培養的。

現階段設計師的工程素養培養面臨著一些尷尬。理工院校的工業設計專業,人文知識無法作為重點來進行教學,學生即使學過工程知識,但面對感性化、模糊化的設計工作,如何與工程知識結合、靈活運用成了一個問題;藝術院校的工業設計專業,強調著色彩、光影、華麗而個性的效果圖,對工程素養的重視程度無法提高,大量的文科生面對和理工院校一樣的工程知識類教材感到無所適從。

本教材從工程知識的認知、擴展、提高到套用的一系列過程,囊括了過去“工程力學基礎”、“電工電路”、“材料與加工工藝”、“機械原理”、“機械設計基礎”等科目的工業設計相關工程知識,還包括了前沿的加工工藝和工程方法,通過小課題與大課題結合、動腦與動手結合的方式展開。用大量形象生動的語言和能夠動手的、互動式的實例提高學生對工程知識學習的興趣,在學習工程知識的同時套用一些學過的知識,比如人機工程、設計思維、市場等。此外,本教材著重讓學生找到適合自己的對工程知識的學習方法,在脫離學校教育後,能夠有能力、有目的、自主地在工作中學到新的、對口的工程知識,這也是本書編寫的另一目標——培育良好的工程素養。

本書分為7 章,由燕山大學孫利、吳儉濤、陳繼剛組織編寫,並進行全書的統稿工作。參加編寫的還有燕山大學陳永亮、王之苑(第1 章),楊芳、張小利(第2 章),李蒙曉、曹新瑜(第3 章), 張文青、盧穎(第4 章),饒琬婧、魏凱(第5 章),曹寶、於鴻飛(第6~7 章)。為方便高校教師選用,還製作了PPT 教案,有需要的教師可向清華大學出版社索要。本書部分圖片來源於網站,由於時間、精力有限,無法追溯其原始出處,故未能一一註明,在此向相關人士表示感謝。

在多年教學經驗的基礎上,本書在體例、系統和內容取捨上融入了自己的心得。但由於水平有限,缺點和錯誤在所難免,衷心期待讀者批評指正。

編者2014 年7 月

目錄

第1 章融合——設計師與工程師的握手1

11 設計話語權1

111 感性與理性的博弈1

112 理性的光芒2

12 工業設計的設計方法4

121 理性設計法5

122 感性設計法8

13 設計師的知識結構體系12

課題1 桌椅的設計——日用品的工程設計13

第2 章材料登場——被設計的材料17

21 產品設計常用材料集錦17

22 產品的外衣——材料解析18

221 材料的分類18

222 材料的力學性能40

223 材料的整形手術——材料加工工藝與技術43

23 喜新厭舊——新型材料的體驗與運用65

24 典型成型工藝70

課題2 材料的體驗實踐——觸摸、觀察、記錄、改造身邊的材料71

第3 章產品的骨骼——結構與機構設計73

31 產品結構大家族——產品結構形式集錦73

32 結構的本質——力的接力棒76

33 運動的載體——機構的組成77

331 平面機構80

332 機械傳動90

333 靜聯接95

334 桿件與桁架98

335 鈑金設計101

34 通用零部件101

341 軸102

342 軸轂聯接102

343 軸承103

344 聯軸器和離合器106

345 彈簧107

課題3 動手實驗——摺紙的受力分析108

第4 章脫胎換骨——模具110

41 不裝菜的籃子——模具的定義及功能110

411 模具的定義110

412 模具的發展歷史 111

42 從流動態到固定態的支架——模具設計的要點112

421 模具的分類112

422 金屬材料成型模具112

423 塑膠成型模具119

424 橡膠模具122

425 陶瓷模具123

426 石膏模具123

43 典型產品模具設計案例124

44 新技術在模具設計中的套用125

課題4 理解與驗證——勺子的模具設計127

第5 章華麗面具——表面工程基礎129

51 魔鏡告訴我——美麗外表的必要性與重要性129

52 產品化妝間130

521 產品化妝的種類——表面工程技術的分類130

522 產品用化妝品的材料與屬性138

523 時尚靚妝風——汽車表面改裝套用140

課題5 參觀電鍍和拉絲工藝工廠142

第6 章強大的內芯——聲光電熱常識144

61 無敵正能量——驅動產品的聲光電熱144

611 能量144

612 能量轉換147

62 能源152

63 聲學常識及聲的利用156

64 光學常識及光的利用158

641 光的概念158

642 自然界中的光158

643 光的利用159

65 電學常識及電的利用161

651 電的概念161

652 自然界中的電164

653 電的利用165

66 熱力學與傳熱學常識166

661 熱力學與傳熱學概念166

662 自然界中的熱166

663 熱的利用167

67 無形的能量場——空氣動力學169

671 汽車空氣動力學169

672 飛行器空氣動力學170

673 工業空氣動力學172

68 產品的造血機制——液壓及氣動裝置174

681 液壓傳動與液壓裝置174

682 氣壓傳動175

683 氣彈簧176

69 超越與升級——新型能源177

691 核能技術177

692 太陽能技術178

693 風能技術179

694 生物質能技術179

695 氫能技術181

696 地熱能技術182

697 潮汐能技術182

課題6 參觀學校聲、光、電、熱學實驗室183

第7 章課題拓展訓練186

課題拓展實例1 材料研究186

課題拓展實例2 產品結構原理研究187

課題拓展實例3 人與工具187

課題拓展實例4 以“靠近”為主題的專題設計188

參考文獻189

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