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。

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，最根本的是，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：wangbx@tup.tsinghua.edu.cn 。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

第1 章融合——设计师与工程师的握手1

11 设计话语权1

111 感性与理性的博弈1

112 理性的光芒2

12 工业设计的设计方法4

121 理性设计法5

122 感性设计法8

13 设计师的知识结构体系12

课题1 桌椅的设计——日用品的工程设计13

第2 章材料登场——被设计的材料17

21 产品设计常用材料集锦17

22 产品的外衣——材料解析18

221 材料的分类18

222 材料的力学性能40

223 材料的整形手术——材料加工工艺与技术43

23 喜新厌旧——新型材料的体验与运用65

24 典型成型工艺70

课题2 材料的体验实践——触摸、观察、记录、改造身边的材料71

第3 章产品的骨骼——结构与机构设计73

31 产品结构大家族——产品结构形式集锦73

32 结构的本质——力的接力棒76

33 运动的载体——机构的组成77

331 平面机构80

332 机械传动90

333 静联接95

334 杆件与桁架98

335 钣金设计101

34 通用零部件101

341 轴102

342 轴毂联接102

343 轴承103

344 联轴器和离合器106

345 弹簧107

课题3 动手实验——折纸的受力分析108

第4 章脱胎换骨——模具110

41 不装菜的篮子——模具的定义及功能110

411 模具的定义110

412 模具的发展历史 111

42 从流动态到固定态的支架——模具设计的要点112

421 模具的分类112

422 金属材料成型模具112

423 塑料成型模具119

424 橡胶模具122

425 陶瓷模具123

426 石膏模具123

43 典型产品模具设计案例124

44 新技术在模具设计中的应用125

课题4 理解与验证——勺子的模具设计127

第5 章华丽面具——表面工程基础129

51 魔镜告诉我——美丽外表的必要性与重要性129

52 产品化妆间130

521 产品化妆的种类——表面工程技术的分类130

522 产品用化妆品的材料与属性138

523 时尚靓妆风——汽车表面改装应用140

课题5 参观电镀和拉丝工艺工厂142

第6 章强大的内芯——声光电热常识144

61 无敌正能量——驱动产品的声光电热144

611 能量144

612 能量转换147

62 能源152

63 声学常识及声的利用156

64 光学常识及光的利用158

641 光的概念158

642 自然界中的光158

643 光的利用159

65 电学常识及电的利用161

651 电的概念161

652 自然界中的电164

653 电的利用165

66 热力学与传热学常识166

661 热力学与传热学概念166

662 自然界中的热166

663 热的利用167

67 无形的能量场——空气动力学169

671 汽车空气动力学169

672 飞行器空气动力学170

673 工业空气动力学172

68 产品的造血机制——液压及气动装置174

681 液压传动与液压装置174

682 气压传动175

683 气弹簧176

69 超越与升级——新型能源177

691 核能技术177

692 太阳能技术178

693 风能技术179

694 生物质能技术179

695 氢能技术181

696 地热能技术182

697 潮汐能技术182

课题6 参观学校声、光、电、热学实验室183

第7 章课题拓展训练186

课题拓展实例1 材料研究186

课题拓展实例2 产品结构原理研究187

课题拓展实例3 人与工具187

课题拓展实例4 以“靠近”为主题的专题设计188

参考文献189