机械设计名词解释

１计算机辅助设计，２概念设计，

３功能设计，４原理设计，５结构设计，

６材料设计，７系统设计，８优化设计，９可靠性设计，１０安全设计， １１价值工程设计，１２成本设计，１３规模定制设计，１４标准化设计，

１５系列化设计，１６模块化设计，１７逆向设计，１８再设计，１９变形设计， ２０相似设计，２１并行设计，２２协同设计，２３网络化设计，２４可视化，

２５机电光设计，２６保质设计，２７稳健设计，２８虚拟设计，２９数字化设计，３０仿生设计，

３１智能设计，３２模块化设计，３３绿色设计，３４节能设计，３５摩擦学设计，３６疲劳设计，３７动态设计，３８五网格法设计，３９重用设计，４０创新设计，

４１ｔｒｉｚ，４２三次设计，４３公理设计，４４全生命周期设计，４５快速响应设计，４６面向Ｘ的设计，４７人机工程，４８机电产品造型，４９微机电系统，

５０分形设计，５１本体设计，５２集成设计，５３智能设计，５４基于实例的推理，５５知识工程，５６人机智能系统，５７交叉综合集成方法，５８动态优化设计，５９智能控制系统设计，６０可视化设计的综合设计，６１基于ＱＦＤ，ＴＲＩＺ和三次设计的集成化设计方法。

31.智能设计：

智能设计假说（又称“智慧设计假说”）这一种思想认为，“宇宙和生物的某些特性用智能原因可以更好地解释，而不是来自无方向的自然选择。”这一假说的主要支持者包括发现研究院等基督教智囊团体，他们认为，智能设计假说是同等重要的科学理论，甚至比现有的科学理论对生命起源问题的解释更加合理。

智能设计是指应用现代信息技术，采用计算机模拟人类的思维活动，提高计算机的智能水平，从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务，成为设计人员的重要辅助工具。 1智能设计的特点

1)以设计方法学为指导。智能设计的发展，从根本上取决于对设计本质的理解。设计方法学对设计本质、过程设计思维特征及其方法学的深入研究是智能设计模拟人工设计的基本依据。

2)以人工智能技术为实现手段。借助专家系统技术在知识处理上的强大功能，结合人工神经网络和机器学习技术，较好地支持设计过程自动化。

3)以传统CAD技术为数值计算和图形处理工具。提供对设计对象的优化设计、有限元分析和图形显示输出上的支持。

4)面向集成智能化。不但支持设计的全过程，而且考虑到与CAM的集成，提供统一的数据模型和数据交换接口。

5)提供强大的人机交互功能。使设计师对智能设计过程的干预，即与人工智能融合成为可能。

2智能设计的层次

综合国内外关于智能设计的研究现状和发展趋势，智能设计按设计能力可以分为三个层次：常规设计、联想设计和进化设计。

常规设计

即设计属性、设计进程、设计策略已经规划好，智能系统在推理机的作用下，调用符号模型(如规则、语义网络、框架等)进行设计。目前，国内外投入应用的智能设计系统大多属于此类，如日本NEC公司用于VLSI产品布置设计的Wirex系统，华中理工大学开发的标准V带传动设计专家系统(JDDES)、压力容器智能CAD系统等。这类智能系统常常只能解决定义良好、结构良好的常规问题，故称常规设计。

联想设计

目前研究可分为两类：一类是利用工程中已有的设计事例，进行比较，获取现有设计的指导信息，这需要收集大量良好的、可对比的设计事例，对大多数问题是困难的；另一类是利用人工神经网络数值处理能力，从试验数据、计算数据中获得关于设计的隐含知识，以指导设计。这类设计借助于其他事例和设计数据，实现了对常规设计的一定突破，称为联想设计。

进化设计

遗传算法(GA，即Geneticalgorithms)是一种借鉴生物界自然选择和自然进化机制的、高度并行的、随机的、自适应的搜索算法。20世纪80年代早期，遗传算法已在人工搜索、函数优化等方面得到广

泛应用，并推广到计算机科学、机械工程等多个领域。进入20世纪90年代，遗传算法的研究在其基于种群进化的原理上，拓展出进化编程(EP，即Evolutionaryprogramming)、进化策略(ES,即Evolutionarystrategies)等方向，它们并称为进化计算(EC,即Evolutionarycomputation)。

进化计算使得智能设计拓展到进化设计，其特点是：

*设计方案或设计策略编码为基因串，形成设计样本的基因种群。 *设计方案评价函数决定种群中样本的优劣和进化方向。 *进化过程就是样本的繁殖、交叉和变异等过程。

进化设计对环境知识依赖很少，而且优良样本的交叉、变异往往是设计创新的源泉，所以在1996年举办的“设计中的人工智能”(Artificialintelligenceindesign96)国际会议上，M.A.Rosenman提出了设计中的进化模型，进而进化计算作为实现非常规设计的有利工具。

3智能设计的分类 原理方案智能设计

方案设计的结果将影响设计的全过程，对于降低成、提高质量和缩短设计周期等有至关重要的作用。原理方案设计是寻求原理解的过程，是实现产品创新的关键。原理方案设计的过程是总功能分析——功能分解——功能元(分功能)求解——局部解法组合——评价决策——最佳原理方案。按照这种设计方法，原理方案设计的核心归结为面向分功能的原理求解。面向通用分功能的设计目录能全面地描述分功能的要求和原理解，且隐含了从物理效应向原理解的映射，是智能

原理方案设计系统的知识库初始文档。基于设计目录的方案设计智能系统，能够较好的实现概念设计的智能化。

协同求解

ICAD应具有多种知识表示模式、多种推理决策机制和多个专家系统协同求解的功能，同时需把同理论相关的基于知识程序和方法的模型组成一个协同求解系统，在元级系统推理及调度程序的控制下协同工作，共同解决复杂的设计问题。

某一环节单一专家系统求解问题的能力，与其他环节的协调性和适应性常受到很大限制。为了拓宽专家系统解决问题的领域，或使一些互相关联的领域能用同一个系统来求解，就产生了所谓协同式专家系统的概念。在这种系统中，有多个专家系统协同合作，这就是协同式多专家系统。多专家系统协同求解的关键，是要工程设计领域内的专家之间相互联系与合作，并以此来进行问题求解。协同求解过程中信息传递的一致性原则与评价策略，是判断目前所从事的工作是否向着有利于总目标的方向进行。多专家系统协同求解，除在此过程中实现并行特征外，尚需开发具有实用意义的多专家系统协同问题求解的软件环境。

知识获取、表达和专家系统技术

知识获取、表达和利用技术专家系统技术是ICAD的基础，其面向CAD应用的主要发展方向，可概括为：

*机器学习模式的研究，旨在解决知识获取、求精和结构化等问题。

*推理技术的深化，要有正、反向和双向推理流程控制模式的单调推理，又要把重点集中在非归纳、非单调和基于神经网络的推理等方面。

*综合的知识表达模式，即如何构造深层知识和浅层知识统一的多知识表结构。

*基于分布和并行思想求解结构体系的研究。 *黑板结构模型

黑板结构模型侧重于对问题整体的描述以及知识或经验的继承。这种问题求解模型是把设计求解过程看作是先产生一些部分解，再由部分解组合出满意解的过程。其核心是由知识源、全局数据库和控制结构三部分组成。全局数据库是问题求解状态信息的存放处，即黑板。将解决问题所需的知识划分成若干知识源，它们之间相互独立，需通过黑板进行通信、合作并求出问题的解。通过知识源改变黑板的内容，从而导出问题的解。在问题求解过程中所产生的部分解全部记录在黑板上。各知识源之间的通信和交互只通过黑板进行，黑板是公共可访问的。控制结构则按人的要求控制知识源与黑板之间的信息更换过程，选择执行相应的动作，完成调计问题的求解。黑板结构模型是一种通用的适于大空间解和复杂问题的求解模型。

基于实例的推理(CBR)

CBR是一种新的推理和自学习方法，其核心精神是用过去成功的实例和经验来解决新问题。研究表明，设计人员通常依据以前的设计经验来完成当前的设计任务，并不是每次都从头开始，CBR的一

般步骤为提出问题，找出相似实例，修改实例使之完全满足要求，将最终满意的方案作为新实例存处实例库中。CBR中最重要的支持是实例库，关键是实例的高效提取。

CBR的特点是对求解结果进行直接复用，而不用再次从头推导，从而提高了问题求解的效率。另外，过去求解成功或失败的经历可用于动态地指导当前的求解过程，并使之有效地取得成功，或使推理系统避免重犯已知的错误。

4智能设计系统的关键技术

智能设计系统的关键技术包括：设计过程的再认识、设计知识表示、多专家系统协同技术、再设计与自学习机制、多种推理机制的综合应用、智能化人机接口等。

1)设计过程的再认识

智能设计系统的发展取决于对设计过程本身的理解。尽管人们在设计方法、设计程序和设计规律等方面进行了大量探索，但从计算机化的角度看，目前的设计方法学还远不能适应设计技术发展的需求，仍然需要探索适合于计算机处理的设计理论和设计模式。

2)设计知识表示

设计过程是一个非常复杂的过程，它涉及到多种不同类型知识的应用，因此单一知识表示方式不足以有效表达各种设计知识，如何建立有效的知识表示模型和有效的知识表示方式，始终是设计类专家系统成功的关键。

3)多专家系统协同技术

较复杂的设计过程一般可分解为若干个环节，每个环节对应一个专家系统，多个专家系统协同合作、信息共享，并利用模糊评价和人工神经网络等方法以有效解决设计过程多学科、多目标决策与优化难题。

4)再设计与自学习机制

当设计结果不能满足要求时，系统应该能够返回到相应的层次进行再设计，以完成局部和全局的重新设计任务。同时，可以采用归纳推理和类比推理等方法获得新的知识，总结经验，不断扩充知识库，并通过再学习达到自我完善。

5)多种推理机制的综合应用

智能设计系统中，除了演绎推理外，还应该包括归纳推理、基于实例的类比推理、各种基于不完全知识的模糊逻辑推理方式等。上述推理方式的综合应用，可以博采众长，更好地实现设计系统的智能化。

6)智能化人机接口

良好的人机接口对智能设计系统是十分必要的，对于复杂的设计任务以及设计过程中的某些决策活动，在设计专家的参与下，可以得到更好的设计效果，从而充分发挥人与计算机各自的长处。

5智能设计的产生与发展

智能设计的产生可以追溯到专家系统技术最初应用的时期，其初始形态都采用了单一知识领域的符号推理技术——设计型专家系统，这对于设计自动化技术从信息处理自动化走向知识处理自动化有着重要意义，但设计型专家系统仅仅是为解决设计中某些困难问题的局

部需要而产生的，只是智能设计的初级阶段。

近10年来，CIMS的迅速发展向智能设计提出了新的挑战。在CIMS这样的环境下，产品设计作为企业生产的关键性环节，其重要性更加突出，为了从根本上强化企业对市场需求的快速反应能力和竞争能力，人们对设计自动化提出了更高的要求，在计算机提供知识处理自动化(这可由设计型专家系统完成)的基础上，实现决策自动化，即帮助人类设计专家在设计活动中进行决策。需要指出的是，这里所说的决策自动化决不是排斥人类专家的自动化。恰恰相反，在大规模的集成环境下，人在系统中扮演的角色将更加重要。人类专家将永远是系统中最有创造性的知识源和关键性的决策者。因此，CIMS这样的复杂巨系统必定是人机结合的集成化智能系统。与此相适应，面向CIMS的智能设计走向了智能设计的高级阶段——人机智能化设计系统。虽然它也需要采用专家系统技术，但只是将其作为自身的技术基础之一，与设计型专家系统之间存在着根本的区别。

设计型专家系统解决的核心问题是模式设计，方案设计可作为其典型代表。与设计型专家系统不同，人机智能化设计系统要解决的核心问题是创新设计，这是因为在CIMS这样的大规模知识集成环境中，设计活动涉及多领域和多学科的知识，其影响因素错综复杂。CIMS环境对设计活动的柔性提出了更高要求，很难抽象出有限的稳态模式。换言之，即使存在设计模式的自豪感，设计模式也是千变万化，几乎难以穷尽。这样的设计活动必定更多地带有创新色彩，因此创新设计是人机智能化设计系统的核心所在。

设计型专家系统与人机智能化设计系统在内核上存在差异，由此可派生出两者在其他方面的不同点，例如，设计型专家系统一般只解决某一领域的特定问题，比较孤立和封闭，难以与其他知识系统集成，而人机智能化设计系统面向整个设计过程，是一种开放的体系结构。

智能设计的发展与CAD的发展联系在一起，在CAD发展的不同阶段，设计活动中智能部分的承担者是不同的。传统CAD系统只能处理计算型工作，设计智能活动是由人类专家完成的。在ICAD阶段，智能活动由设计型专家系统完成，但由于采用单一领域符号推理技术的专家系统求解问题能力的局限，设计对象(产品)的规模和复杂性都受到限制，这样ICAD系统完成的产品设计主要还是常规设计，不过借助于计算机机支持，设计的效率大大提高。而在面向CIMS的ICAD，即I3CAD阶段，由于集成化和开放性的要求，智能活动由人机共同承担，这就是人机智能化设计系统，它不仅可以胜任常规设计，而且还可支持创新设计。因此，人机智能化设计系统是针对大规模复杂产品设计的软件系统，它是面向集成的决策自动化，是高级的设计自动化。

32.模块化设计

模块化设计，简单地说就是程序的编写不是开始就逐条录入计算机语句和指令，而是首先用主程序、子程序、子过程等框架把软件的主要结构和流程描述出来，并定义和调试好各个框架之间的输入、输出链接关系。逐步求精的结果是得到一系列以功能块为单位的算法描述。以功能块为单位进行程序设计，实现其求解算法的方法称为模块化。模块化的目的是为了降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化。

（Block-based design） 所谓的模块化设计，简单地说就是将产品的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，将这个子系统作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的系统，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列产品。模块化设计是绿色设计方法之一，它已经从理念转变为较成熟的设计方法。将绿色设计思想与模块化设计方法结合起来，可以同时满足产品的功能属性和环境属性，一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面，可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。

33.绿色设计

绿色设计（GreenDesign）也称生态设计(EcologicalDesign),环境设计（DesignforEnvironment）,环境意识设计（EnvironmentConsciousDesign）。在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。绿色设计的原则被公认为“3R”的原则，即Reduce 、Reuse、Recycle，减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的回收再生循环或者重新利用。

一 . 绿色设计的概念

绿色设计(Green Design)也称为生态设计(Ecological Design)，环境设计(Design for Environment)等。相似于抗震设计，是一种概念设计。虽然叫法不同，内涵却是一致的，绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造过程中对环境的总体负影响减到最小，使产品的各项指标符合绿色环保的要求。其基本思想是：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。对工业设计而言，绿色设计的核心是“3R1D”，即Reduce、Recycle、Reuse、Degradable，不仅要减少物质和能源的消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回收并再生循环或重新利用。

绿色产品设计包括：绿色材料选择设计；绿色制造过程设计；产品可回收性设计；产品的可拆卸性设计：绿色包装设计；绿色物流设计；绿色服务设计；绿色回收利用设计等。在绿色设计中要从产品材料的选择、生产和加工流程的确定，产品包装材料的选定，直到运输等都要考虑资源的消耗和对环境的影响。以寻找和采用尽可能合理和优化的结构和方案，使得资源消耗和环境负影响降到最低。

绿色设计来自旨在保护自然资源、防止工业污染破坏生态平衡的一场运动。虽然他它今人处于萌芽阶段，但却已成为一种极其重要的新趋向。绿色设计源于20世纪60年代在美国兴起的反消费运动。这场反消费运动是由记者帕卡德（Vance Packard）猛烈抨击美国汽车工业及其带来的废料污染问题而引发的。绿色设计本身已成为了一门工业。（来自《设计学概论》，尹定邦主编，湖南科学技术出版社，第26页）

二 . 绿色设计的主要内容包括：绿色产品设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计。

1).绿色产品设计的材料选择与管理

一方面，不能把含有有害成分与无害成分的材料混放在一起；另一方面，对于达到寿命周期的产品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要用一定的工艺方法进行处理，使其对环境的影响降到最低

2).产品的可回收性设计 综合考虑材料的回收可能性，回收价值的大小，回收的处理方法等

3).产品的可拆卸性设计 设计师要使所设计的结构易于拆卸，维

护方便，并在产品报废后能够重新回收利用。

除此之外，还有绿色产品的成本分析，绿色产品设计数据库等。 绿色设计是一个体系与系统。也就是说它不是一个单一的结构与孤立的艺术现象。正式多学科彼此交融嫁接交叉使得这一设计思潮包罗万象。具体特征如下：

1. 生态设计必须采用生态材料，即其用材不能对人体和环境造成任何危害，做到无毒害、无污染、无放射性、无噪音，从而有利于环境保护和人体健康。

2.其生产材料应尽可能采用天然材料、大量使用废渣、垃圾、废液等废弃物。

3.采用低能耗制造工艺和无污染环境的生产技术。

4.在产品配制和生产过程中，不得使用甲醛、卤化物溶剂、或芳香族碳氢化合物；产品中不得含有汞及其化合物的颜料和添加剂。

5.产品的设计是以改善生态环境、提高生活质量为目标，即产品不仅不损害人体健康，而应有益于人体健康，产品具有多功能化，如抗菌、除臭、隔热、阻燃、调温、调湿、消磁、放射线、抗静电等。

6. 产品可循环或回收利用无污染环境的废弃物。

7.在可能的情况下选用废弃的设计材料，如拆卸下来的木材、五金等，减轻垃圾填埋的压力。

8.避免使用能够产生破坏臭氧层的化学物质的机构设备和绝缘材料。

9.购买本地生产的设计材料，体现设计的乡土观念。 避免使用

会释放污染物的材料。

10.最大限度地使用可再生材料，最低限度地使用不可再生材料。 11.将产品的包装减到最低限度。”[1] 三. 绿色设计的方法 模块化设计

对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能，不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，满足不同的需求。

模块化设计既可以很好的解决产品品种规格，产品设计制造周期和生产成本之间的矛盾，又可为产品的快速更新换代，提高产品的质量，方便维修，有利于产品废弃后的拆卸，回收，为增强产品的竞争力提供必要条件。

循环设计

循环设计既是回收设计(Design for Recovering &Recycling)，就是实现广义回收所采用的手段或方法，即在进行产品设计时，充分考虑产品零部件及材料的回收的可能性，回收价值的大小，回收处理方法，回收处理结构工艺性等与回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能源的充分有效利用，环境污染最小的一种设计的思想和方法。

除此之外，还有组合设计，可拆卸设计，绿色包装设计等等，其基本的内涵也是大致如上所述。

如果说19世纪末的设计师们是以对传统风格的扬弃和对新世纪

的渴望与激情，用充满思辨生命活力的新艺术风格来迎接20世纪，那么20世纪末的设计师们则更多地以冷静、理性的思辩来反省一个世纪以来工业设计的历史进程，展望新世纪的发展方向，而不只是追求形式上的创新。实际上，进入20世纪90年代，在人---社会---环境之间建立起一种协调发展的机制，这标志着工业设计发展的一次重大转变。绿色设计的概念应运而生，成了当今工业设计发展的主要趋势之一。

绿色设计源于人们对于现代技术文化所引起的环境及生态破坏的反思，体现了设计师的道德和社会责任心的回归。在很长一段时间内，工业设计在为人类创造了现代生活方式和生活环境的同时，也加速了资源、能源的消耗，并对地球的生态平衡造成了巨大的破坏。特别是工业设计的过度商业化，使设计成了鼓励人们无节制消费的重要介质，\有计划的商品废止制\就是这种现象的极端表现，因而招致了许多的批评和责难，设计师们不得不重新思考工业设计的职责与作用。

对于绿色设计产生直接影响的是美国设计理论家维克多·巴巴纳克(Victor Papanek)。早在20世纪60年代末，他就出版了一部引起极大争议的著作《为真实世界而设计》(Design for the real world ）。该书专注于设计师面临的人类需求的最紧迫的问题，强调设计师的社会及伦理价值。巴巴纳克认为，设计的最大作用并不是创造商业价值，也不是在包装及风格方面的竞争，而是一种适当的社会变革过程中的元素。他强调，设计应认真考虑有限的地球资源的使用问题，并为保护地球的环境服务。对于他的观点，当时能了解人不多。但是，自从

70年代\能源危机\爆发，他的\有限资源论\得到了普遍的认同。

就象现代主义所追求的乌托邦式的社会理想与资本主义社会的经济现实难以协调一样，绿色设计在一定程度上也具有理想主义的色彩，要达到舒适生活与资源消耗的平衡以及短期经济利益与长期环保目标的平衡并非易事。这不仅需要消费者有自觉的环保意识，也需要政府从法律、法规方面予以推进。当然，设计师努力也是必不可少的。

尽管绿色设计并不注重美学表现或狭义的设计语言，但绿色设计强调尽量减少无谓的材料消耗，重视再生材料使用的原则在产品的外观上也有所体现。在绿色设计中\小就是美\、\少就是多\具有了新的含义。从80年代开始，一种追求极端简单的设计流派兴起，将产品的造型化简到极致，这就是所谓的\减约主义\。法国著名设计师菲利普·斯塔克(Philip Starck,1949-）是减约主义的代表人物。菲利普是一位全才，设计领域涉及建筑设计、室内设计、电器产品设计、家具设计等等。他的家具设计异常简洁，基本上将造型减化到了最单纯但又十分典雅的形态，从视觉上和材料的使用上都体现了\少就是多\的原则。斯塔克设计的路易20椅及圆桌。椅子的前腿、座位及靠背由塑料一体化成型，就好像靠在铸铝后腿上的人体，简洁而又幽默。

1994年，斯塔克为沙巴法国公司设计的一台电视机采用了一种用可回收的材料----高密度纤维模压成型的机壳，同时也为家用电器创造了一种\绿色\的新视觉。（右上角图）

新技术、新能源和新工艺的不断出现，

另外，还需要从外观造型上加强整体性，减少风阻。美国通用汽车公司的EV1是最早的电动汽车，也是世界上节能效果最好的汽车。它采用全铝合金结构，流线造型，一次充电可行驶112-114km。进入21世纪，人类社会的可持续发展将是一项极为紧迫的课题，绿色设计必然会在重建人类良性的生态家园的过程中发挥关键性的作用。

5产生原因

绿色设计产生的原因

资源、环境、人口是当今人类社会面临的三大主要问题，特别是环境问题，正对人类社会生存与发展造成严重的威胁。随着全球环境问题的日益恶化，人们愈来愈重视对于环境问题的研究。研究和实践使人们认识到：环境问题决非是孤立存在的，它和资源、人口两大问题有着根本性的内

在联系，特别是资源问题，它不仅涉及人类世界有限资源的合理利用，而且它又是环境问题的主要根源。

为了寻求从根本上解决制造业环境污染的有效方法，到了90年代，随着全球性产业结构的调整和人类对客观认识的日益深化，在全球掀起了一股“绿色消费浪潮”。在这股“绿色浪潮”中设计师们更多地以冷静、理性的思辩来反省一个世纪以来工业设计的历史进程。展望新世纪的发展方向，而不只是追求形式上的创新。而实际上，进入90年代，风格上的花样翻新似乎已经走到了尽头，后现代已成明日黄花，解构主义依旧是曲高和寡，工业设计需要理论上的突破。于是不少设计师转向从深层次上探索工业设计与人类可持续发展的关系，力图通

过设计活动，在人——社会——环境之间建立起一种协调发展的机制，这标志着工业设计发展的一次重大转变。“绿色设计”的概念应运而生，成了当今工业设计发展的主要趋势之一。

绿色设计(Green Design)，又称又称生态设计(Ecological Design)、面向环境的设计(Design for Environment)等，是指借助产品生命周期中与产品相关的各类信息（技术信息、环境协调性信息、经济信息），利用并行设计等各种先进的设计理论，使设计出的产品具有先进的技术性、良好的环境协调性以及合理的经济性的一种系统设计方法。绿色设计着眼于人与自然的生态平衡关系，在设计过程的每一个决策中都充分考虑到环境效益，尽量减少对环境的破坏。对工业设计而言，绿色设计的核心是“3R”，即Reduce、Recycle和Reuse,不仅要尽量减少物质和能源的消耗、减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便地分类回收并再生循环或重新利用。绿色设计不仅是一种技术层面的考量，更重要的是一种观念上的变革，要求设计师放弃那种过分强调产品在外观上标新立异的做法，而将重点放在真正意义上的创新上面，以一种更为负责的方法去创造产品的形态，用更简洁、长久的造型使产品尽可能地延长其使用寿命。

绿色设计之环境的需求——环保的产品

在不少国家和地区，交通工具不仅是空气和噪声污染的主要来源，并且消耗了大量宝贵的能源和资源。因此交通工具，特别是汽车的绿色设计备受设计师们的关注。新技术、

新能源和新工艺的不断出现，为设计出对环境友善汽车工辟了崭

新的前景。不少工业设计师在这方面进行了积极的探索，在努力解决环境问题的同时，也创造了新颖、独特的产品形象。绿色设计不仅成了企业塑造完美企业形象的一种公关策略，也迎合了消费者日益增强的环保意识。

减少污染排放是汽车绿色设计最主要的问题。以技术而言，减少尾气污染的方法主要有两个方面，一是提高效率从而减少排污量，二是采用新的清洁能源。

2004款Prius将是第一台装备新的高压/高量的混合协同驱动系统的丰田车。完全混合动力系统的优势是非常明显的，更重要的是在某些情况下汽车可以完全用电能驱动，这在燃料消耗以及排放的减少上，意义非常。混合协同驱动系统的排放比当前已经非常环保的Prius还要低30%。比普通的内燃机引擎尾管排出的废气物质低了近90%。另外非常重要的一点是Prius彻底打破了环保与性能不可兼得的定论。

绿色设计之时代需求——简洁的产品

绿色设计之时代需求——简洁的产品(Reduce)

远古的人类，磨石为刀，削木成箭，抓住了造物的本质。通过应用、感觉，进而使之得心应手，却从不去雕饰形态。“舍”得大胆，“取”得精简。即使有些装饰，也都给与深刻的内容，且服务于功能结构。随着工业的发展，包豪斯创始人格罗佩斯打破了洛可可和文艺复兴的建筑模式，适合现代世界对功能的严格要求和尽量节省材料、费用、劳动力和时间，提出设计师的脑力劳动的贡献表现在井然有序的平面布置和具有良好的比例的体量，而不在于多余的装饰。

绿色设计正是这种并不十分注意美学表现或狭义的设计语言，但绿色设计强调尽量减少无谓的材料消耗。在绿色设计中，“小就是美”，“少就是多”具有了新的含义。从20世纪80年代开始，一种追求极端简单的设计流派，讲产品的造型化简到极致，这就是所谓的“简约主义”(Minimalism)。简约设计不仅是功能上达到了设计的目的，而最为重要的就在于材料的节省与加工的方便。芬兰设计大师卡伊·弗兰克说：“我不愿意为外形而设计，我更愿意探究餐具的基本功能——用来做什么？我的设计理念与其说是设计，不如说是基本想法。”这种注重产品功能，以“为大众提供人人都觉得好”的设计宗旨正是“绿色设计”与“艺术”的完美体现。芬兰设计中最经典的杰作——白瓷餐具系列体现了北欧设计哲学的精髓：好的设计就是没有设计。看似不起眼的餐具，却是最以人为本的设计。

造型简洁，没有多余装饰的现代设计产品不仅适宜于大批量生产，而且大大降低了生产成本，使多数人能够承担。现代主义的设计经典MT8金属台灯是包豪斯的代表作之一。这个台灯充分利用了材料的特性：乳白的透明玻璃灯罩，金属质地的支架，同时其几何造型零部件十分适用于大批量工业生产。这个现代主义风格的经典作品在市场上十分成功，直到今天依然在生产。

绿色设计之未来的需求——绿色产品

时代在前进，人类生活水准在提高，生活节奏在加快，生产效率在突飞猛进，但同时面临能源的短缺、工业垃圾日益增加等诸多困惑。这些都要求伴随人类生活和工作的产品应该简洁明快，新颖亲切，具

有一种与信息时代相关联的现代感，包涵一种同现代生活相符合的精神。

以一新型电视机的设计为例：

项目描述与制定。随着环境与生产矛盾的日益突出以及绿色观念的盛行，再加上生产技术成熟程度、普及率的提升，电视机，作为人们常用的大型家电之一，其传统模式的生产与销售面临着重重压力。为提高产品竞争力和市场占有率，宜采用可持续发展的绿色设计观，研制出健康、宜人的绿色电视。

市场调研。网络调查为主，实地考察为辅，以调查问卷或设计竞赛的形式搜集电视机需求与创意，把握目标对象及大致价格；从专利、新闻资料中搜查科技、法律信息，利于产品材料选择、结构工艺的设计，调查生产企业的企业文化、生产能力、设备、绿色程度等。

产品及工艺设计。可持续发展的绿色设计观要求产品设计要综合考虑环境、材料、工艺、造型、使用环境、消费者心理等各种因素，而以环境亲和性、使用合理性、消费者心理的满足性为开发重点。

⑴设计定位：经过信息汇总后，我们将使用人群主要定位于初建家庭的青中年身上，价格在人民币1000－3000之间。他们正处于精力旺盛的时期，收入丰厚，生活紧张。电视机对他们来说，既是获得信息、充实生活的工具，更是饭后休息、缓解生活压力的有效渠道。因此，他们对电视机的健康安全性、造型体现的文化性尤其关心。

⑵设计方案：经过创意整合，各部门的共同参与，确立了本套方案。

A.环境因素：

a 材料——以可完全回收的聚碳酸酯类为主，配以木质外壳；因技术所限，部分有毒有害材料集成于模块之中。外包装为可再生纸，内衬泡类防震物。

b 结构工艺——通过可拆卸、可回收的模块化设计，使整个产品成为利于拆卸的几个部分，方便装配、拆卸、维修、回收。

c 生产加工——注重生产过程的环境、资源属性，对木质材料浅加工。

d 运输与销售——提高运输效率，适度扩大生产网点；货到后立即拆去包装，运回再使。

e 使用——杜绝辐射污染，采用新技术节能节点。

f 维修与服务——模块化生产零部件，再加上易拆卸结构，遍布网点，为消费者创造优秀的服务。

g 回收处理——优先重用回收零部件，尽量提高材料回收利用率，革新废弃物的处理工艺，减弱其对环境的影响。

B 人体生理因素；

采用液晶(LCA)等先进无辐射技术，保证人体健康；设定电视摆放高度、倾斜度、视距等参考值；遥控器、按键等按人机工程学设计，并保证较大自由度，方便抓握、使用。C 人体心理因素：

本作品取名“画影”，深刻阐释了其造型及功能的完美含义：彩电荧屏好似一幅侧放的国画，纯平，比例恰当；“画轴”则是两个可互换的音箱，营造出立体声的效果；内设电子器件的木质底座，平衡稳定。

另外，彩电的遥控器造型精巧，风格飘逸。

这款绿色电视充分的体现了未来电视所应具备的优点。它在生产制造的过程中采用了环保节能型材料加工、零部件制造、装配工艺，慎重到了考虑生产部门的工作环境对人们生理、心理的影响，充分的展现了绿色未来产品的方向。这既符合法律法规的要求，又体现人类的道德伦理。

四、 未来绿色设计的要求——顺应世界发展，迈向绿色设计时代

从某些角度看，“绿色设计”不能被看作是一种风格的表现。成功的“绿色设计”的产品来自于设计师对环境问题的高度意识，并在设计和开发过程中运用设计师和相关组织的经验、知识和创造性结晶。大致有以下几种设计主题和发展趋势：

1)使用天然的材料，以“未经加工的”形式在家具产品、建筑材料和织物中得到体现和运用。

2)怀旧的简洁的风格，精心融入“高科技”的因素，使用户感到产品是可亲的、温暖的。

3)实用且节能。

4)强调使用材料的经济性，摒弃无用的功能和纯装饰的样式，创造形象生动的造型，回归经典的简洁。

5)多种用途的产品设计，通过变化可以增加乐趣的设计，避免因厌烦而替换的需求；它能够升级、更新，通过尽可能少地使用其它材料来延长寿命；使用“附加智能”或可拆卸组件。

6)产品与服务的非物质化。 7)组合设计和循环设计。

历史是不断向前推进的，每时每刻都在更新着，因而绿色设计的相对性也就愈加明显，并且由其时代性，进而引发出局限性，有局限性就有了发展的必要性，固于成法，墨守成规，只能把绿色设计埋进历史的黄沙之中，成为陈迹；设计当随时代，每个时期的人眼中都有自己的设计，不断创造着自己的设计，改造着自己的设计，在承继与欣赏设计的同时，又不断注入新的内容，使其发展。即使有着曲折与反复，但是绿色设计的意义仍是不断的前行着，是一种螺旋式的上升。真正的绿色设计已经不单单是设计本身，它已然上升到一种文化，提纯为一种精神，对于一个民族、一个社会乃至一切的文化领域和文化现象都具有普遍的意义，是民族的，也是世界的。并且真正的绿色设计是永远也不会过时的，它随着时代的发展而发展，并时刻感染着人们的生命，进而影响着人们的生活。

历史不可谏，来者犹可追。要有效地、正确地处理好人类与自然及人类自身的各种关系，“绿色设计”理念为我们提供了光明的前途。沿着“绿色设计”之路走下去，为了世间万物，也为了我们自己！

6结语

在产品开发过程中，如果不重视环境意识，不考虑产品本身是否对环境造成污染和危害，而一味地关心它们的造型是否具有十足的创意，成本能否十足的低廉等等，从长远的角度看，只会给企业带来损失，更会给人类赖以生存的自然社会带来不可逆转的损失和灾难。绿

色产品开发，应该从产品的绿色设计开始。绿色设计的设计理念和方法以节约资源和保护环境为宗旨，它强调保护自然生态，充分利用资源，以人为本，善待环境。绿色设计不应仅仅是一个倡议或提议，它应成为现实文明和未来发展的方向。面对当前全球的环境污染、生态破坏、资源浪费、温室效应和资源殆尽，每个地球人都应感到生存的危机。

“绿色设计”在现代化的今天，不仅仅是一句时髦的口号，而是切切实实关系到每一个人的切身利益的事。这对子孙后代，对整个人类社会的贡献和影响都将是不可估量的。

7设计范围

要使设计真正成为绿色设计，并不是一件容易的事，除了需要注意产品的各项功能外，还需要设计师具有多方面的产品设计知识。

绿色设计-自行车 绿色设计-自行车

绿色设计的第一步是材料选择，绿色材料是指在满足一般功能要求的前提下，具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制备、使用以及用后处置等生命周期的各阶段，具有最大的资源利用率和最小的环境影响。“一般情况下，我们会优先选用可再生材料及回收材料，并且尽量选用低能耗、少污染的材料，环境兼容性好也是绿色材料需要注意的地方，有毒、有害和有辐射性的材料必须避免，所用材料应易于再利用、回收、再制造或易于降解。”为了便于产品的有效回收，还应该尽量减少产品中的材料种类，还必须考虑材料之间的相容性。材

料之间的相容性好，意味着这些材料可一起回收，能大大减少拆卸分类的工作量。

除了材料的选择外，设计中还要应用到人机工程学的原理，让使用者感到舒适、方便、心情愉快，无压抑感；同时也要避免电磁辐射、噪声、有毒气体、有刺激性的气体和液体对人的危害。同时，还要考虑到产品的环境性能设计，将环境性能作为设计目标是绿色设计区别于传统设计的主要特点之一。由于不同产品有不同的环境性能，设计时应根据产品特点、使用环境与要求等分别予以满足。加长产品的使用寿命也可以起到环保的作用，设计师在对产品功能和经济性进行分析的基础上，采用各种先进的设计理论和工具，使设计出的产品能满足当前和将来相当长一段时间内的市场需求。最大限度地减少产品过时，也就减少了报废处理和过时产品的数量，当然也就节约了能源和资源，减轻了环境的压力。

绿色设计中很重要的一点是节能降耗的设计，减少能源需求，可以通过减少实际应用能源消耗和减少待机能源消耗来实现。设计师需要合理的设计产品结构、功能、工艺或利用新技术、新理论，使产品在使用过程中消耗能量最少、能量损失最少。因此，在产品的设计阶段，对其使用造成的能源消耗问题应给予足够的重视。

绿色设计-自行车 绿色设计-自行车

“除了在使用中需要考虑到绿色设计，我们还要关注产品在使用之外的问题。”业内人士指出，可拆卸性设计也是需要考虑的问题，产

品在设计时应该充分考虑到产品报废后较多的零部件拆卸方便，便于回收与再利用，从而达到节省成本、减少污染、保护环境的目的，这将作为产品性能和结构设计的一项重要评价指标。“现在许多产品已经注意到了这些问题，譬如现在不少电子产品都开始采用简单结构和外型，减少零部件种类，采用易于拆卸或破坏的连接方法，减少卸部位的紧固件数量，尽量避免零件表面的二次加工，减少产品中所用材料的种类并在模具上模压出材料的代号标识等，这些都是绿色设计取得的成绩。”

在设计初期，还要考虑到该产品报废后回收和再利用的问题，广泛采用标准化、模块化的零部件有利于报废时的回收利用。使产品报废后，容易拆卸和分解，并可以加以回收或再生将是21世纪绿色工业产品的一项重要指标。业内人士指出，资源回收和再利用是回收设计的主要目标，其途径一般有两种，即原材料的再循环和零部件的再利用。鉴于材料再循环的困难和高昂的成本，较为合理的资源回收方式是零部件的再利用。

包装作为产品的最后一个环节，也与绿色设计密不可分。绿色包装技术是从环境保护的角度优化产品包装方案，使得资源消耗和废弃物产生最少。这方面的研究很广泛，大致可以分为包装材料、包装结构和包装废弃物回收处理3个方面。当今世界主要工业国都要求包装应做到“4R1D”(Reduce减量化、Reuse回收重用、Recycle循环再生、Recover能量再生和Degrad-able可降解）原则。

“无论是材料、工艺、结构还是包装设计，都是与绿色密不可分

的。绿色设计可以是选择环保材料，也可以是在设计过程中尽量不浪费材料并使材料能保证被回收。其实绿色设计并不像很多人想像的那么复杂，很多时候我们可以从小处做起，有时候小的设计也可能带来大的改变。”东道设计公司产品设计中心总监廖捷指出，“譬如我们在设计过程中可以减少多余的设计，少用一个盒子，少用一条不易回收的尼龙绳或是金属边，使设计作品的色彩不过于繁复，这都能减少设计带来的环境问题。甚至我们在产品包装上不使用过多的装饰和说明，节约消费者阅读的时间，这也是一种环保，而节约了消费者的购买时间，从某种意义上来说，对企业本身也是一种环保。这些都是绿色设计的范围。”

8设计意义

欧盟曾在其《官方公报》上公布了《报废电子电气设备指令》和《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》，前一个指令特别强调了生产商的收集责任，这必将增加制造商的回收处理费用；而后一个指令则说明自2006年7月1日起，投入于市场的新电子和电气设备不包含铅、汞、镉、六价铬、聚溴二苯醚和聚省联苯等6种有害物质。而中国在这方面的相关法律法规也相继出台。

“绿色设计的话题其实非常重要，”清华美院工业设计系主任蔡军说，在中国现阶段是非常缺少绿色设计意识，这是一个新的问题。社会可持续发展的要求预示着“绿色设计”将成为21世纪工业设计的热点之一。为了减少环境问题，设计师要对产品进行环保性能的改进，要对环境问题和其影响有很好的了解;这就得要比以往对科学和技术

有更多的了解，同时需要创造性、新思维和富于想象力。而工业设计的商业价值日益受到众多厂家的认同和重视，设计师在不少公司的研发部门被委以重任，这一切使得设计师有机会展示他们对环保问题处理的能力。“实际上我觉得中国产业结构的发展已经走到了这样的阶段——必须在环保方面做重新的调整，这实际上是产业结构的升级和环境意识强化的问题。这也是和我们提倡的可持续设计相通的。在社会层面，在大学层面，真正的可持续设计做得比较少。尤其对中国来讲，企业关注的是生产低成本、大批量的产品，要达到这样的市场情况，在环保上必须要付出。”

“绿色设计”给工业设计带来了更多的挑战，也带来了更多的机会。一场“绿色革命”已经来到，在环保成为世界发展趋势的情况下，绿色设计正起着前所未有的重要作用。

绿色设计应运而生

当属“绿色节能”。2007年，绿色节能引起了全社会的共同关注——生存的环境日益恶化，可利用的资源日趋枯竭，经济的进一步发展爱到了严重制约，这些问题甚至直接影响到人类文明的繁衍，令人们再也无法忽视。制造业企业不断消耗自然资源，不断开发新产品，淘汰旧产品，产生大量废弃物，污染环境。为此人们不得不改变传统的生产模式，实行可持续发展模式，即合理地利用资源，最大限度地减少对环境的破坏和污染，使人类和环境协调地发展。相关的法规也开始逐步被制订出来,2006年7月1日，欧盟《电气、电子设备中限制使用某些有害物质》(RoHS)指令正式生效，这将对全球的电子制造

厂商进行约束。

另一方面，在产品同质化越来越明显的当下，设计被奉为产品竞争中求得差异化的法宝，财富创造的主要源泉已经不仅仅来源于工业化生产，越来越多的生产厂商以创造流行为己任，诱导人们购买更新、更in（流行）的商品。这种趋势之下，每款产品的寿命越来越短，更新换代频率大大加快，许多完好的商品迅速被更时尚的产品所取代，而回收环节的缺失使得大量过时产品被废弃，导致了危及地球环境的许多问题。

节能降耗也是人们关注的热点之一，越来越多的人都在关注产品的使用过程中所消耗的资源及其给环境带来的负担。美国能源部估计，美国每年要为关机的电视机和录像机支付约10亿美元的电费。待机功耗已经引起了社会的广泛重视。

愈加严厉的环保标准以及公众对环保的关注为供应商带来了新的压力：如何保证自己的产品具有独树一帜的时尚气质，又能延长产品的生命周期，在相对长的时间内不至于被流行趋势淘汰，降低自己的回收压力？解决这个问题，只有通过工业设计，也惟有通过工业设计。这些都对工业设计提出了更高要求。

此时，作为产品生命周期第一环节的IT设计更加任重道远，除了为厂商带来更大利益以外，将绿色环保纳入设计理念之中，无论是对于产业，还是对于厂商自身，都显得尤为重要。

于是，绿色设计的理念应运而生。 34.节能设计；

35.摩擦学设计；

摩擦学是研究表面摩擦行为的学科。摩擦学是研究相对运动的相互作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的基础理论和实践（包括设计和计算、润滑材料和润滑方法、摩擦材料和表面状态以及摩擦故障诊断、监测和预报等）的一门边缘学科。世界上使用的能源大约有1/3～1/2消耗于摩擦。

概况

摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。

世界上使用的能源大约有1/3～1/2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。另外，机械产品的易损零件大部分是由于磨损超过限度而报废和更换的，如果能控制和减少磨损，则既减少设备维修次数和费用，又能节省制造零件及其所需材料的费用。

人类对摩擦现象早有认识，并能用来为自己服务，如史前人类 的钻木取火。《诗经·邶风·泉水》中有“载脂载宣，还车言迈”的诗句，表明中国在春秋时期已应用动物脂肪来润滑车轴。

应用矿物油作润滑剂的记载最早见于西晋张华所著《博物志》，书中提到酒泉延寿和高奴有石油，并且用于“膏车及水碓甚佳”。但长久以来摩擦学的研究进展缓慢，直到15世纪，意大利的列奥纳多·达芬奇才开始把摩擦学引入理论研究的途径。

摩擦学研究的对象很广泛，在机械工程中主要包括动、静摩擦，

如滑动轴承、齿轮传动、螺纹联接、电气触头和磁带录音头等；零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击，如犁铧和水轮机转轮等；机械制造工艺的摩擦学问题，如金属成形加工、切削加工和超精加工等；弹性体摩擦，如汽车轮胎与路面的摩擦、弹性密封的动力渗漏等；特殊工况条件下的摩擦学问题，如宇宙探索中遇到的高真空、低温和离子辐射等，深海作业的高压、腐蚀、润滑剂稀释和防漏密封等。

此外，还有生物中的摩擦学问题，如研究海豚皮肤结构以改进舰只设计，研究人体关节润滑机理以诊治风湿性关节炎，研究人造心脏瓣膜的耐磨寿命以谋求最佳的人工心脏设计方案等。地质学方面的摩擦学问题有地壳移动、火山爆发和地震，以及山、海，断层形成等。在音乐和体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题。

摩擦学涉及许多学科。如完全流体润滑状态的滑动轴承的承载油膜，基本上可以运用流体力学的理论来解算。但是齿轮传动和滚动轴承这类点、线接触的摩擦，就还需要考虑接触变形和高压下润滑油粘度变化的影响；在计算摩擦阻力时则需要认真考虑油的流变性质，甚至要考虑瞬时变化过程的效应，而不能把它简化成牛顿流体。

如果油膜厚度接近于接触表面的粗糙度，还需要考虑表面纹理对润滑油的阻遏和疏导作用，以及油温所引起的热效应。油膜再薄，两摩擦表面粗糙峰点 也会发生接触或碰撞，接触峰将分担一部分载荷，接触峰点区域处于边界润滑状态。在使用油性添加剂时，表面形成吸附膜，而在使用极压添加剂时，表面形成反应膜。

为了了解磨损的发生发展机理，寻找各种磨损类型的相互转化以

及复合的错综关系，需要对表面的磨损全过程进行微观研究。仅就油润滑金属摩擦来说，就需要研究润滑力学、弹性和塑性接触、润滑剂的流变性质、表面形貌、传热学和热力学、摩擦化学和金属物理等问题，涉及物理、化学、材料、机械工程和润滑工程等学科。

随着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。

2研究简史

人类对摩擦现象早有认识，并能用来为自己服务，如史前人类已知钻木取火。《诗经·邶风·泉水》已有“载脂载舝，还车言迈”的诗句，表明中国在春秋时期已较普遍地应用动物脂肪来润滑车轴。应用矿物油作润滑剂的记载最早见于西晋张华所著《博物志》。书中提到酒泉延寿和高奴有石油，并且用于“膏车及水碓甚佳”。但长久以来摩擦学的研究进展缓慢。直到15世纪，意大利的列奥纳多·达芬奇才开始把摩擦学引入理论研究的途径。1785年，法国C.库仑继前人的研究，用机械啮合概念解释干摩擦，提出摩擦理论。

后来又有人提出分子吸引理论和静电力学理论。1935年，英国的F.P.鲍登等人开始用材料粘着概念研究干摩擦。1950年，鲍登提出了粘着理论。关于润滑的研究，英国的O·雷诺于1886年继前人观察到的流体动压现象，总结出流体动压润滑理论。20世纪50年代普遍应用电子计算机之后，线接触弹性流体动压润滑的理论有所突破。对磨损的研究开展较晚，50年代提出粘着理论后，60年代在相继研制出各种表面分析仪器的基础上，磨损研究才得以迅速开展。至此综

合研究摩擦、润滑和磨损相互关系的条件已初步具备，并逐渐形成摩擦学这一新的发展中的学科。然而发展成为Tribology还是1966年的事。中译Tribology为“摩擦学”，在1980年冬才被正式确定。美国接受以Tribology代替Lubrication的地位，始于1984年。

3学科范围

摩擦学研究的对象很广泛，在机械工程中主要包括：①动、静摩擦副，如滑动轴承、齿轮传动、螺纹联接、电气触头和磁带-录音头等；②零件表面受工作介质摩擦或碰撞、冲击，如犁铧和水轮机转轮等；③机械制造工艺的摩擦学问题，如金属成形加工、切削加工和超精加工等；④弹性体摩擦副，如汽车轮胎与路面的摩擦(见地面车辆力学)、弹性密封的动力渗漏等；⑤特殊工况条件下的摩擦学问题。在音乐和体育以及人们日常生活中也存在大量的摩擦学问题。

摩擦学涉及许多学科。例如油润滑的金属摩擦副，处于完全流体润滑状态的滑动轴承的承载油膜，基本上可以运用流体力学的理论来解算。但是齿轮传动和滚动轴承这类点、线接触的摩擦副，在计算它的流体动压润滑的承载油膜时，还需要考虑接触变形和高压下润滑油粘度变化的影响；在计算摩擦阻力时则需要认真考虑油的流变性质（从应力、应变、温度和时间几方面研究物质变形和流动的物理性质），甚至要考虑瞬时变化过程的效应，而不能把它简化成牛顿流体。这样，仅就油润滑金属摩擦副来说就需要研究润滑力学、弹性和塑性接触、润滑剂的流变性质、表面形貌、传热学和热力学、摩擦化学和金属物理等问题，涉及物理、化学、材料、机械工程和润滑工程等学科。随

着科学技术的发展，摩擦学的理论和应用必将由宏观进入微观，由静态进入动态，由定性进入定量，成为系统综合研究的领域。

4系统

摩擦学问题涉及多种因素，错综复杂，应用系统分析的方法进行研究，可以明了诸因素之间的依赖和制约关系，以及分析问题的思路。互相接触的两个物体，当有相对滑动或有相对滑动的趋势时，在它们接触面上出现的阻碍相对滑动的力。摩擦对工程技术和日常生活极为重要。摩擦阻碍物体的运动，使运动能量遭受损失，人类生产的总能量有很大一部分就是这样被消耗掉的。因摩擦而损失的机械能转化为热，使机器中许多滑动面必须冷却。同时，摩擦还伴随着表面材料的损失，即发生磨损。磨损使零件的尺寸改变，失去应有的精度和功能。世界上有很大一部分生产力就是用于补充、替换因磨损而变为无用的零件的。

因此，人们采取各种减小摩擦的措施，例如在相对滑动的表面上施用润滑剂；用轮子、滚柱和滚珠使滑动改为滚动等。但摩擦也有有用的一面，许多传动与制动设备是通过摩擦起作用的。常用的皮带传动功能就是通过摩擦力实现的；汽车和机车的行驶也要依靠地面和钢轨上的摩擦力。严冬冰雪覆盖路面，有时必须在汽车后轮上加装铁链或在钢轨上喷砂，才能产生足够的摩擦力推动车辆前进。若摩擦力完全消失，则结绳、织布、打钉、执笔以至坐立行走，都将成为不可能。因此，摩擦又是人类生存所不可缺少的。

图1以油润滑金属摩擦副为例表示摩擦学系统的组成，它表明运

动件、静止件、润滑油和环境大气间的相互作用原理。图2是摩擦学系统的过程，用功能平面和由它分解出的3个概念性平面（功平面、热平面、材料平面）来表示。材料平面包括固体材料面、流体（润滑油、气体）平面和反应产物平面。图中画出这些概念性平面间可能发生的摩擦学过程。垂直的实线表示化学转变过程，垂直的虚线表示由功转到熵的过程，它们都集中到热平面上。因此系统过程图是分析摩擦学问题时的有力工具。

两个相接触的物体做相对运动时发生的阻碍它们相对运动的现象，称为“动摩擦”。 在动摩擦中出现的摩擦力称为“动摩擦力”。对物体所施之力大于最大静摩擦力时，物体就开始运动。在运动起来之后，若将所施加之力减小，物体便又停止运动。这一情况表明，物体运动之后，还有阻止物体运动的力，即还有摩擦阻力。这种物体运动时所产生的摩擦力即称动摩擦力。

置于固定平面上的物体由于受沿它们接触表面切向的外力作用有相对滑动的趋势但还没有发生相对滑动的时候，存在于接触表面的阻碍这种滑动趋势的现象，谓之“静摩擦”。这里应注意两点：一是两个紧密接触而又相对静止的物体；另一点是具有相对滑动的趋势，但又还没有发生相对的滑动。

36.疲劳设计；

材料、零件和构件在循环加载下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。

研究简史 有记载的最早进行疲劳试验是德国的W.A.艾伯特 。法国的J.-V.彭赛列首先论述了疲劳问题并提出“疲劳”这一术语。但疲劳研究的奠基人则是德国的A.沃勒，他在19世纪50～60 年代最早得到表征疲劳性能的S-N曲线并提出疲劳极限的概念 。20世纪50年代 P.J.E.福赛思首先观察到疲劳过程中在滑移带内有金属薄片挤出的现象。随后N.汤普孙等人发现这种滑移带不易用电解抛光去掉，称为“驻留滑移带”。后来证明，驻留滑移带常常成为裂纹源。1924年德国的J.V.帕姆格伦在估算滚动轴承寿命时，假设轴承的累积损伤与其转动次数成线性关系。1945年美国M.A.迈因纳明确 提出了 疲 劳 破 坏的线性损伤累积理 论 ，也称为帕 姆 格伦- 迈因纳定律，简称迈因纳定律。此后，断裂力学的进展丰富了传统疲劳理论的内容，促进了疲劳理论的发展。用概率统计方法处理疲劳试验数据，是20世纪20年代开始的。60年代后期 ，概率疲劳分析和设计从电子产品发展到机械产品，于是在航空、航天工业的先导下 ，开始了概率统计理论在疲劳设计中的应用。

循环应力 在工程上引起的疲劳破坏的应力或应变有时呈周期性变化，有时是随机的。在疲劳试验中人们常常把它们简化成等幅应力循环的波形 ，并用一些参数来描述 。图1中 σmax 和 σmin 是循

环应力的最 大和最小 代 数 值 ；γ =σmin/σmax是应力比；σm=（σmax+σmin）/2是平均应力；σa=（σmax－σmin） 是应力幅 。当 σm=0时 ，σmax与σmin的绝对值相等而符号相反，γ=－1，称为对称循环应力；当σmin=0时，γ=0称为脉动循环应力。

曲线S-N曲线中的S为应力（或应变）水平，N为疲劳寿命。S-N曲线是由试验测定的 ，试样采用标准试样或实际零件、构件，在给定应力比γ的前提下进行，根据不同应力水平的试验结果 ，以最大应力σmax或应力幅σa为纵坐标，疲劳寿命N为横坐标绘制S-N曲线（图2） 。当循环应力中的σmax小于某一极限值时，试样可经受无限次应力循环而不产生疲劳破坏，该极限应力值就称为疲劳极限，图2中S-N曲线水平线段对应的纵坐标就是疲劳极限。而左边斜线段上每一点的纵坐标为某一寿命下对应的应力极限值，称为条件疲劳极限。

疲劳特征 零件 、构件的疲劳破坏可分为3个阶段 ：①微观裂纹阶段。在循环加载下，由于物体的最高应力通常产生于表面或近表面区，该区存在的驻留滑移带、晶界和夹杂，发展成为严重的应力集中点并首先形成微观裂纹。此后，裂纹沿着与主应力约成45°角的最大剪应力方向扩展，裂纹长度大致在0.05毫米以内，发展成为宏观裂纹。②宏观裂纹扩展阶段。裂纹基本上沿着与主应力垂直的方向扩展。③瞬时断裂阶段。当裂纹扩大到使物体残存截面不足以抵抗外载荷时，物体就会在某一次加载下突然断裂。对应于疲劳破坏的3个阶段 ，在疲劳宏观断口上出现有疲劳源 、疲劳裂纹扩展和瞬时断裂3

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