《機構軌跡生成理論及其創新設計》系統地闡述了機構軌跡生成理論及基于機構軌跡生成的計算機輔助創新設計方法。全書內容共分為8章。第1章作為緒論，對機構軌跡生成理論進行概述。第2章著重講解機構軌跡分析理論與方法，第3章和第4章分別討論機構軌跡直接綜合方法和間接綜合方法，上述三章構成了機構軌跡生成的基本理論。第5章論述了基于機構軌跡生成的創新設計，在此基礎上，第6-8章討論了基于機構軌跡生成的計算機輔助創新設計的若干關鍵支撐技術，它們分別是機構同構判定、基于軌跡特征的機械運動方案生成和面向協同設計的機械CAD模型簡化。《機構軌跡生成理論及其創新設計》附錄介紹了作者開發的計算機輔助機構軌跡創新設計原型系統。
《機構軌跡生成理論及其創新設計》適合于從事機械工程和CAD研究與應用的科技工作者和工程技術人員閱讀使用，也可作為高等院校機械等工程類、計算機應用等信息類相關專業研究生和本科生的教學參考書。
21世紀，先進制造技術呈現出精微化、數字化、信息化、智能化和網絡化的顯著特點，同時也代表了技術科學綜合交叉融合的發展趨勢。高技術領域如光電子、納電子、機器視覺、控制理論、生物醫學、航空航天等學科的發展，為先進制造技術提供了更多更好的新理論、新方法和新技術，出現了微納制造、生物制造和電子制造等先進制造新領域。隨著制造學科與信息科學、生命科學、材料科學、管理科學、納米科技的交叉融合，產生了仿生機械學、納米摩擦學、制造信息學、制造管理學等新興交叉科學。2l世紀地球資源和環境面臨空前的嚴峻挑戰，要求制造技術比以往任何時候都更重視環境保護、節能減排、循環制造和可持續發展，激發了產品的安全性和綠色度、產品的可拆卸性和再利用、機電裝備的再制造等基礎研究的開展。
《21世紀先進制造技術叢書》旨在展示先進制造領域的最新研究成果，促進多學科多領域的交叉融合，推動國際間的學術交流與合作，提升制造學科的學術水平。我們相信，有廣大先進制造領域的專家、學者的積極參與和大力支持，以及編委們的共同努力，本叢書將為發展制造科學，推廣先進制造技術，增強企業創新能力做出應有的貢獻。
《21世紀先進制造技術叢書》序
序
前言
第1章 緒論
1.1 選題的意義
1.2 機構軌跡生成理論概述
1.2.1 機構軌跡生成問題的內涵說明
1.2.2 機構軌跡生成理論的主要研究內容
1.2.3 機構軌跡生成問題的模型描述
1.3 機構軌跡生成理論研究進展
1.3.1 機構軌跡分析研究進展
1.3.2 機構軌跡綜合研究進展
1.4 機構軌跡創新
1.4.1 機構軌跡創新問題的提出
1.4.2 機構軌跡創新設計方法及其計算機輔助創新設計
1.5 本書的主要內容
參考文獻
第2章 機構軌跡分析理論與方法
2.1 早期典型軌跡分析方法
2.1.1 四連桿曲線的模糊數學識別方法
2.1.2 基于矩常量的軌跡分析方法
2.2 軌跡分析理論基礎
2.2.1 傅里葉變換理論
2.2.2 相關函數
2.3 基于二次傅里葉變換的均勻采樣軌跡分析方法
2.3.1 消除旋轉、平移和比例變換效應的傅里葉描述函數
2.3.2 標準化形狀函數的二次傅里葉變換
2.3.3 機構軌跡幾何特征匹配度及其有效性討論
2.4 基于最大幾何特征譜的非均勻采樣軌跡分析方法
2.4.1 非均勻采樣機構軌跡的純幾何特征量化提取方法
2.4.2 純幾何特征量化提取的快速數值算法
2.4.3 非均勻采樣機構軌跡的幾何特征譜求解步驟
2.4.4 機構運動軌跡幾何特征譜的有效性討論
2.5 軌跡相關分析
2.6 比較與討論
參考文獻
第3章 機構軌跡直接綜合方法
3.1 引言
3.2 基于遺傳算法的機構軌跡直接綜合方法
3.2.1 遺傳算法簡介
3.2.2 基于遺傳算法的機構軌跡綜合方法
3.3 基于人工免疫網絡的機構軌跡直接綜合方法
3.3.1 機構軌跡優化綜合的多峰優化特性分析
3.3.2 基于人工免疫網絡的機構軌跡多峰優化模型及算法
3.3.3 實例
3.3.4 實例分析
參考文獻
第4章 機構軌跡間接綜合方法
4.1 原始軌跡曲線生成方法
4.1.1 軌跡冗余問題
4.1.2 實例：平面四桿機構軌跡曲線生成
4.2 電子軌跡圖譜庫的建立方法
4.2.1 軌跡分類方法
4.2.2 電子軌跡圖譜庫的建立
4.2.3 電子軌跡圖譜庫的檢索
4.3 軌跡識別方法
4.3.1 軌跡識別方法分類及其基本實現途徑
4.3.2 機構軌跡曲線進化識別方法
4.4 基于免疫計算的機構軌跡間接綜合方法
4.4.1 機構軌跡綜合的模式匹配模型
4.4.2 免疫計算方法的分類、聚類與模式匹配的機理
4.4.3 基于免疫計算的機構軌跡間接綜合方法步驟
4.4.4 實例與分析
4.4.5 小結
參考文獻
第5章 基于機構軌跡生成的創新設計
5.1 創新設計方法概論
5.1.1 創新設計的基本法則
5.1.2 常用創新設計方法
5.1.3 創新設計應注意的問題
5.2 機構創新設計方法研究進展與分析
5.2.1 機構創新設計研究內容
5.2.2 機構創新設計方法研究進展
5.2.3 機構創新設計方法研究進展分析
5.3 基于軌跡特征的機構創新設計方法
5.3.1 顏氏機構創新設計方法概要
5.3.2 顏氏機構創新設計方法中的創新途徑分析
5.3.3 機構軌跡創新設計方法
5.4 基于機構軌跡生成的計算機輔助創新設計
5.4.1 基于機構軌跡生成的計算機輔助創新設計的研究內容
5.4.2 基于機構軌跡生成的計算機輔助創新設計關鍵支撐技術
5.5 基于回路配置的機構運動鏈圖自動繪制方法
5.5.1 相關圖論基礎
5.5.2 實現算法
5.5.3 算法特性分析與實例
參考文獻
第6章 機構同構判定
6.1 機構同構判定的意義及其研究進展
6.1.1 機構同構判定問題對于創新設計的意義
6.1.2 機構同構判定問題研究進展
6.2 同構判定問題的基礎知識
6.2.1 圖的相關定義
6.2.2 圖的矩陣表示
6.2.3 TSP問題
6.2.4 圖的同構問題
6.3 機構同構判定問題的模型描述
6.3.1 運動鏈拓撲結構的表示方法
6.3.2 機構運動鏈框架排序法
6.3.3 機構同構問題的降次TSP模型
6.3.4 實例
6.4 同構判定問題的進化求解
6.4.1 遺傳算法求解
6.4.2 免疫算法求解
6.4.3 螞蟻算法求解
6.5 分析與討論
參考文獻
第7章 基于軌跡特征的機械運動方案生成
7.1 引言
7.2 基于矩陣分解的機構概念設計方案自動生成方法
7.2.1 方法概要
7.2.2 功能和物理積木塊
7.2.3 物理積木塊的層次抽象與矩陣表示
7.2.4 自動綜合方法
7.2.5 任務分解方法
7.2.6 組合分析
7.2.7 設計實例與分析
7.2.8 機構概念設計方案自動生成方法及其在定性軌跡機構設計中的應用
7.3 基于多粒度共進化功能推理的機械運動方案生成方法
7.3.1 面向機械運動方案設計的多粒度共進化功能推理模型
7.3.2 面向機械運動方案設計的多粒度共進化功能推理算法
7.3.3 算法特性分析
7.3.4 應用實例
7.3.5 小結
參考文獻
第8章 面向協同設計的機械CAD模型簡化
8.1 協同設計及其關鍵支撐技術概述
8.1.1 協同設計
8.1.2 協同設計的關鍵支撐技術
8.2 模型簡化技術及其研究進展
8.2.1 模型簡化的概念
8.2.2 網格模型簡化技術
8.2.3 模型簡化技術研究進展
8.3 機械CAD模型簡化
8.3.1 機械CAD網格模型及其簡化技術的特點
……
附錄 計算機輔助機構軌跡創新設計原型系統
參考文獻
眾所周知，設計是現代工業生產的關鍵性環節，在產品的整個生命周期中占有極為重要的位置，它從根本上決定著產品的內在和外在品質、質量及成本，是決定產品命運的決定性環節L1）。產品設計的根本目的就是要實現產品的創新，滿足市場需求和占領更大市場。產品設計本身是創造性的勞動，設計的本質是創新。因此，重視創新設計是增加產品競爭力的根本途徑”。面對21世紀產品競爭日益加劇的挑戰，世界各國普遍重視提高產品的設計水平，不斷創新，以縮短產品設計周期、降低成本和提高設計質量，從而增強產品競爭力。
機械產業在各國都占有舉足輕重的地位，也是我國重要的支柱產業之一，因此，我國一直高度重視機械產品設計方法的研究。由于對機械產品設計的內涵有不同的認識和理解，國內外提出了若干包含不同階段的機械產品設計過程模型。雖然這些過程模型之間存在一些差異，但如果從粗粒度來看，它們都可以概括成兩個階段，即概念設計（conceptual design）階段和構型設計（config-uration design）階段，前者的目的是制定出方案，后者的目的是設計出具體構型。概念設計階段對產品的性能影響最大，也是產品創新性大小的決定性階段，所以對產品設計方法研究的重點是概念設計。
機構是機械產品的骨架，機構設計是實現機械產品功能的基礎，機構學作為機械設計所依據的最重要的基礎理論學科之一，其主要任務是設計出性能良好的機構。因此，機構學是機械產品概念設計的重要研究內容，其基本內容可分為三大組成部分，即機構結構學、機構運動學和機構動力學。機構學所研究的基本問題又可分為兩大類，即機構分析與機構綜合。機構分析著重機構結構學、運動學及動力學特性的研究，揭示機構結構組成、運動學與動力學規律及其相互聯系，用于現有機械系統的性能分析與改進，但更重要的是為機構綜合提供理論依據；機構綜合則著重于創造性構思、發明、設計新機構的理論與方法的研究。
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