产品设计工程基础（工业设计专业应用型人才培养规划教材）

　　本书以应用为主，省略了深奥的原理描述及繁琐的计算公式，以生活中常见产品为案例分析引出相关的知识点，深入浅出地介绍工业设计专业必须的机构、力学、材料与工艺等工程基础知识。本书附带光盘，利用现代教学手段进行相关知识点的动画演示。 

　　本书以应用为主，省略了深奥的原理描述及烦琐的计算公式，以生活中常见产品为案例，分析引出相关的知识点，深入浅出地介绍工业产品设计必需的机构、力学、材料与工艺等基础知识。本书共分7章，第1章介绍基于工程思维和工程软件的工业产品设计方法；第2章介绍常用材料特性、力学性能，典型材料加工工艺与技术；第3章给出常见产品结构形式，常见机构的类别；第4章说明不同材料和加工工艺所需要的模具特点及模具设计要点；第5章介绍表面工程技术的种类、属性、流程和关键技术；第6章论述能量与转换方式；第7章给出拓展训练的4个课题。
　　本书可作为高等学校工业设计及其他相关专业教材，也可供相关工程技术人员参考。

第1章  融合——设计师与工程师的握手
  1.1  设计话语权
    1.1.1  感性与理性的博弈
    1.1.2  理性的光芒
  1.2  工业设计的设计方法
    1.2.1  理性设计法
    1.2.2  感性设计法
  1.3  设计师的知识结构体系
  课题1  桌椅的设计——日用品的工程设计
第2章  材料登场——被设计的材料
  2.1  产品设计常用材料集锦
  2.2  产品的外衣——材料解析
    2.2.1  材料的分类
    2.2.2  材料的力学性能
    2.2.3  材料的整形手术——材料加工工艺与技术
  2.3  喜新厌旧——新型材料的体验与运用
  2.4  典型成型工艺
  课题2  材料的体验实践——触摸、观察、记录、改造身边的材料
第3章  产品的骨骼一结构与机构设计
  3.1  产品结构大家族——产品结构形式集锦
  3.2  结构的本质——力的接力棒
  3.3  运动的载体——机构的组成
    3.3.1  平面机构
    3.3.2  机械传动
    3.3.3  静联接
    3.3.4  杆件与桁架
    3.3.5  钣金设计
  3.4  通用零部件
    3.4.1  轴
    3.4.2  轴毂联接
    3.4.3  轴承
    3.4.4  联轴器和离合器
    3.4.5  弹簧
  课题3  动手实验——折纸的受力分析
第4章  脱胎换骨——模具
  4.1  不装菜的篮子——模具的定义及功能
    4.1.1  模具的定义
    4.1.2  模具的发展历史
  4.2  从流动态到固定态的支架——模具设计的要点
    4.2.1  模具的分类
    4.2.2  金属材料成型模具
    4.2.3  塑料成型模具
    4.2.4  橡胶模具
    4.2.5  陶瓷模具
    4.2.6  石膏模具
  4.3  典型产品模具设计案例
  4.4  新技术在模具设计中的应用
  课题4  理解与验证——勺子的模具设计
第5章  华丽面具——表面工程基础
  5.1  魔镜告诉我——美丽外表的必要性与重要性
  5.2  产品化妆间
    5.2.1  产品化妆的种类——表面工程技术的分类
    5.2.2  产品用化妆品的材料与属性
    5.2.3  时尚靓妆风——汽车表面改装应用
  课题5  参观电镀和拉丝工艺工厂
第6章  强大的内芯——声光电热常识
  6.1  无敌正能量——驱动产品的声光电热
    6.1.1  能量
    6.1.2  能量转换
  6.2  能源
  6.3  声学常识及声的利用
  6.4  光学常识及光的利用
    6.4.1  光的概念
    6.4.2  自然界中的光
    6.4.3  光的利用
  6.5  电学常识及电的利用
    6.5.1  电的概念
    6.5.2  自然界中的电
    6.5.3  电的利用
  6.6  热力学与传热学常识
    6.6.1  热力学与传热学概念
    6.6.2  自然界中的热
    6.6.3  热的利用
  6.7  无形的能量场——空气动力学
    6.7.1  汽车空气动力学
    6.7.2  飞行器空气动力学
    6.7.3  工业空气动力学
  6.8  产品的造血机制——液压及气动装置
    6.8.1  液压传动与液压装置
    6.8.2  气压传动
    6.8.3  气弹簧
  6.9  超越与升级——新型能源
    6.9.1  核能技术
    6.9.2太阳能技术
    6.9.3  风能技术
    6.9.4  生物质能技术
    6.9.5  氢能技术
    6.9.6  地热能技术
    6.9.7  潮汐能技术
  课题6  参观学校声、光、电、热学实验室
第7章  课題拓展训练
  课题拓展实例1  材料研究
  课题拓展实例2  产品结构原理研究
  课题拓展实例3  人与工具
  课题拓展实例4  以“靠近”为主题的专题设计
参考文献

前言
中国工业设计学科的引入始于20 世纪70 年代末，起步于80 年代初，发展于90 年代末，经历了一个理解和认识逐渐深化和统一的过程。目前，中国已经设立了设计学一级学科。通常情况下，工业设计学科是涉及机械设计的一门学科，其发展的目标是设计相关的系统、结构或工业制成品，以知识形态的成果服务社会，对接社会和经济发展的需求。
设计已经进入到一个新的时代。在这个新的时代，设计必须、也正在被重新定义。技术、社会和经济的变革促使设计去“想得更大、更多”。设计的角色、方法、作用正在不断拓展，设计思维结合科技思维，实现了需求、可能性和可行性之间的平衡，给未来设计和创新发展以新的可能性。旧的知识体系和旧的职业分工，在一定程度上会被打破，取而代之的是融汇了的、界限模糊的设计方法和设计群体。产品、平面、建筑、景观、包装等一切设计，在过去曾经被无限细分，在将来或许会被无限融合，本着一个原则，即设计是面向人的设计，设计的服务对象是人。
同样，工业设计师和工程师之间的界限也在反复地进行着融合和分离的过程，早些时候工程师就是工业设计师，现在工业设计师已经独立于工程师而存在，然而各自为政的弊端已经逐渐显现：设计师理性思维和工程知识的欠缺禁锢着设计的发展和大设计工程的展开；而工程师墨守成规，设计成果僵化、呆板。如何做到设计师和工程师的水乳交融，分工而不分家，连接而不套牢，便是本书需要解决的问题之一。
快速发展的科学技术使得知识更新成为时代对设计师的一个新要求。当代产品设计师应具备怎样的知识结构体系，如何拓展其对新科技成果及其应用的了解深度和广度，是本书要解决的第二个问题。
从目前我国企业对工业设计人才需求的增长和对人才的要求上来看，企业需要精通产品策划、产品创新和产品商品化，了解现代科技发展，懂得现代设计方法与技能，熟悉生产制造的综合化高素质的优秀设计人才。
历来优秀的设计师，不仅仅精通善用各种表现技法，根本的是，他能够熟悉和理解工程知识，或者与工程师达到无障碍沟通，从而把纸面上的东西变为产品（成品）。
设计不可能脱离工程而独立存在。在现阶段的分工条件下，工业设计师需要良好的工程素养，这是设计师和工程师交流的重中之重。在设计工作中，面对浩若烟海的工程知识、前沿科技，设计师如何去面对，如何去理解，如何去应用，这需要很高的工程素养。而工程素养是可以培养的。
现阶段设计师的工程素养培养面临着一些尴尬。理工院校的工业设计专业，人文知识无法作为重点来进行教学，学生即使学过工程知识，但面对感性化、模糊化的设计工作，如何与工程知识结合、灵活运用成了一个问题；艺术院校的工业设计专业，强调着色彩、光影、华丽而个性的效果图，对工程素养的重视程度无法提高，大量的文科生面对和理工院校一样的工程知识类教材感到无所适从。

本教材从工程知识的认知、扩展、提高到应用的一系列过程，囊括了过去“工程力学基础”、“电工电路”、“材料与加工工艺”、“机械原理”、“机械设计基础”等科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，通过小课题与大课题结合、动脑与动手结合的方式展开。用大量形象生动的语言和能够动手的、交互式的实例提高学生对工程知识学习的兴趣，在学习工程知识的同时应用一些学过的知识，比如人机工程、设计思维、市场等。此外，本教材着重让学生找到适合自己的对工程知识的学习方法，在脱离学校教育后，能够有能力、有目的、自主地在工作中学到新的、对口的工程知识，这也是本书编写的另一目标——培育良好的工程素养。
本书分为7 章，由燕山大学孙利、吴俭涛、陈继刚组织编写，并进行全书的统稿工作。参加编写的还有燕山大学陈永亮、王之苑（第1 章），杨芳、张小利（第2 章），李蒙晓、曹新瑜（第3 章）， 张文青、卢颖（第4 章），饶琬婧、魏凯（第5 章），曹宝、于鸿飞（第6~7 章）。为方便高校教师选用，还制作了PPT 教案，有需要的教师可向清华大学出版社索要：[email protected] 。本书部分图片来源于网站，由于时间、精力有限，无法追溯其原始出处，故未能一一注明，在此向相关人士表示感谢。
在多年教学经验的基础上，本书在体例、系统和内容取舍上融入了自己的心得。但由于水平有限，缺点和错误在所难免，衷心期待读者批评指正。
编者2014 年7 月