本书是中国机械工程学会关于《见习机械设计工程师资格认证实施细则》的规定与要求编写的，其目的是提高大学生从业的适应能力，满足用人单位对人才的迫切需要。 本书的编写充分考虑了工科专业大学生的基础和现实需要，内容全面，体系清楚，着重实例示范。本书内容包括四大部分：创新设计——TRIZ理论、有限元方法与州SYS应用、优化设计、可靠性设计。本书基本上包括了工程技术人员需要掌握的现代设计理论知识，在内容上力求做到深入浅出。 本书主要作为高等院校机械工程类专业毕业生和在校学生参加见习机械设计工程师资格考试的指导教材，也可供有关工程技术人员参考。

#21世纪是设计的世纪”。为了更好地满足顾客的需求，保证产品质量，给企业带来最大的效益，减少对资源的消耗及环境产生的不利影响，科学、先进的设计方法的价值日益突显。 在“设计的世纪”，产品的质量在很大程度上依赖于产品的设计，据统计，产品的设计对产品质量的贡献率可达70％左右，而设计的成本只占总成本的20％—30％。这就要求设计工程师有科学设计的理念，掌握先进的设计方法，综合多学科的知识，创造性地应用各种各样的技术。同时，知识经济时代也是一个终生学习的时代，是一个更注重规范的时代。在这样的时代里，知识更新、持续发展都变得更加迫切，为了适应这样的需求， 中国机械工程学会展开了见习工程师资格认证及相应的培训工作。作为“见习机械设计工程师”培训教材，本书以“适当阐释原理、力求学以致用、着重实例示范”为宗旨，安排了创新设计、优化设计、有限元方法和可靠性设计四部分内容。 设计的核心是创新。创新能力已是当今企业核心竞争力的重要标志，也是设计人员能力与价值的体现。本书在创新设计部分介绍了创造、创新、发明以及创新设计等基本概念，结合大量的工程应用实例，对解决创新、创造问题的理论(TRIZ)进行了详细的分析和论述。通过TRIZ理论的学习，能帮助设计人员打破思维定势，避免思维惰性，挖掘自身的潜能，开发人们的创新，创造或发明意识实现技术创新。内容包括冲突的概念及其分类、设计中物理冲突的解决原理和方法、设计中技术冲突的解决原理和方法、给出了利用冲突矩阵实现设计创新的具体步骤，使创新设计具体化。通过技术进化的实例分析，介绍了技术进化的基本思想，比较详细地论述了技术系统进化的11种模式，并对产品的技术成熟度预测方法进行了分析，从而使创新设计有章可循，方便快捷。 有限元方法是一种应用十分广泛的数值计算方法。在有限元方法部分，作为弹性力学问题有限元法的理论基础，介绍弹性力学中的基本概念、基本假设、基本方程以及虚位移原理等。结合弹性力学的平面问题，讲述有限元方法的基本内容、方法与步骤，包括边界条件处理和计算结果的后处理等内容， 以及应用有限元法解决工程实际问题时常见的处理方法与技术。本书还通过典型实例比较详细地介绍了大型商用有限元分析软件ANSYS的应用。 在优化设计部分，从优化设计的基本概念、分类及进行机械优化设计的一般过程开始，从机械优化设计的实例入手，介绍机械优化设计的数学模型、数学模型的标准格式、数学模型中应用到的基本概念， 以及优化设计问题的基本解法。 在可靠性设计方法方面，讲述工程中可靠性问题的表述方法和可靠度、失效率、平均无故障工作时间等可靠性度量指标， 以及可靠性设计的基本内容和程序。介绍可靠性设计中经常用到的概率分布函数，作为零件可靠性设计基本原理的应力—强度干涉模型及其应用，包括载荷分布参数的计算与强度分布参数的计算等。还有系统可靠性计算模型和系统可靠性分配模型等内容。 本书由谢里阳主编，参加编写的有：赵新军(第1篇)，谢里阳(第2篇部分、第4篇)， 由美雁(第2篇部分)，何雪法(第3篇)。在本书的编写过程中得到了亿维迅集团的赵敏先生、AIVSYS—CHINA公司的田锋先生的真诚帮助，在此表示衷心的感谢。 本书为高等院校机械工程类专业毕业生和在校学生参加见习机械设计工程师资格考试的培训教材，也可供有关工程技术人员参考。愿此教材能作为设计人员拓展设计能力的工具，对设计人员应用先进的设计方法与技术、提高设计水平有所补益。

前言
第1篇 创新设计——TRIZ理论
第1章 创新设计的基本概念
1．1 创新设计
1．2 TRIZ的基本概念
第2章 设计中的冲突及其解决原理
2．1 概述
2．2物理冲突及其解决原理
2．3 技术冲突及其解决原理
2．4 利用冲突矩阵实现创新
第3章 利用技术进化模式实现创新
3．1 概述
3．2技术系统进化模式
第4章 计算机辅助创新设计软件(CAI)
4．1 概述
4．2 创新能力拓展平台CBT／NOVA
思考题与习题
第2篇 有限元方法与ANSYS应用
第5章 弹性力学有限元法的基本
思想和特点
5．1 弹性力学问题概述
5．2 有限元法的基本思想和特点
5．3 有限元法的应用领域
第6章 弹性力学的基本理论
6．1 弹性力学中的基本假设
6．2 弹性力学中的基本概念
6．3 弹性力学的基本方程
6．4平面问题基础理论
6．5 弹性力学中的能量原理
第7章 弹性力学有限元法
7．1 有限元法求解问题的基本步骤
7．2连续体离散化
7．3 单元分析
7．4 整体分析
7．5 边界约束条件的处理
7．6 求解、计算结果的整理和有限元后处理
第8章 有限元设计分析中的若干问题
8．1 有限元计算模型的建立
8．2 减小解题规模的常用措施
第9章 有限元分析软件
9．1 通用有限元分析软件
9．2 ANSYS有限元分析软件介绍
9．3 ANSYS程序的界面简介
9．4 ANSYS程序的菜单简介
9．5 ANSYS的单位制
9．6 ANSYS分析实例
思考题与习题
第3篇优化设计
第10章 概述
10．1 优化设计与传统设计中优化概念的比较
10．2优化设计的分类
10．3 机械优化设计的一般过程
第11章 优化设计问题的数学模型
11．1 机械优化设计问题示例
11．2 优化问题数学模型的标准格式
11．3 优化设计数学模型中的几个基本概念
11．4优化设计问题的基本解法
第12章 优化设计的数学基础
12．1 等值线(面)的概念
12．2 二次型函数
12．3 多元函数的方向导数与梯度
12．4 函数的泰勒级数展开
12．5共轭方向
12．6 函数极值的判别及K-T条件
12．7 迭代算法及终止准则
第13章 无约束问题的优化计方法
13．1一维搜索方法
13．2 最速下降法(梯度法)
13．3共轭梯度法
13．4 牛顿法
13．5变尺度法(DFP法)
13．6坐标轮换法
13．7 Powell法
第14章 约束问题的优化设计方法
14．1 内点惩罚函数法
14．2外点惩罚函数法
14．3 混合惩罚函数法
第15章 机械优化设计的应用
15．1 机械优化设计的一般步骤
15．2建立数学模型的基本原则
15．3 机床主轴结构的优化设计
思考题与习题
第4篇可靠性设计
第16章 产品可靠性及其度量指标
16．1 产品设计中的可靠性问题
16．2 产品质量与可靠性
16．3 可靠性问题的统计描述和表达
16．4统计学参数
16．5应用范例
16．6 产品可靠性指标
16．7 可靠性设计程序
第17章 可靠性设计中常用的概率分布
17．1 二项分布
17．2 泊松(Poisson)分布
17．3 正态(Gauss)分布
17．4 对数正态分布
17．5 威布尔(Weibull)分布
17．6 指数分布
第18章 机械零件可靠性设计
18．1 零件可靠度计算的应力一强度干涉模型
18．2 典型机械零件的可靠性设计
第19章 机械系统的可靠性
19．1 系统可靠性模型
19．2可靠性分配
思考题与习题
参考文献
附录A
附录B