基于能量流的耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計方法
定 價：80 元
叢書名：國家出版基金項目·綠色制造叢書
- 作者：向東 牟鵬 沈銀華 等 著
- 出版時間：2022/7/1
- ISBN：9787111706656
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TH122
- 頁碼：
- 紙張：純質(zhì)紙
- 版次：
- 開本：16開
本書以耗能機電產(chǎn)品為研究對象，介紹了基于能量-物質(zhì)作用的耗能機電產(chǎn)品的綠色設(shè)計方法和應(yīng)用。全書圍繞資源環(huán)境需求與產(chǎn)品功能和性能這一主要矛盾，從產(chǎn)品功能、性能和設(shè)計流程兩個維度探討了綠色設(shè)計框架，并系統(tǒng)全面地介紹了基于能量流的耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計方法及其關(guān)鍵技術(shù)。書中總結(jié)了作者多年的研究成果，給出了多種耗能機電產(chǎn)品的綠色設(shè)計案例。
本書理論與工程實踐相結(jié)合，可作為機械工程等相關(guān)專業(yè)本科生的教材，也可供研究生、教師、科研技術(shù)人員等相關(guān)人員參考。
隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，綠色設(shè)計逐漸成了社會各界關(guān)注的焦點。作為綠色設(shè)計關(guān)注重點的機電產(chǎn)品，其資源環(huán)境需求往往與功能和性能產(chǎn)生矛盾。而能量是耗能機電產(chǎn)品消耗能源實現(xiàn)功能和性能的關(guān)鍵因素，因此本書將關(guān)注點集中在與能量相關(guān)的產(chǎn)品功能和性能實現(xiàn)上。
耗能機電產(chǎn)品的主要功能和性能的實現(xiàn)都是能量作用于產(chǎn)品零部件的結(jié)果，這個原理其實就是“發(fā)明問題解決理論（TRIZ）”中的物場理論。此外，概念設(shè)計階段的功能分析法、鍵合圖法等也都涉及能量流，這些方法雖然闡釋了產(chǎn)品功能和性能實現(xiàn)的基本原理，但是對于能量作用復(fù)雜的機電產(chǎn)品，從產(chǎn)品或系統(tǒng)層面將物場理論或者概念設(shè)計中的能量流、物質(zhì)流、信息流建模應(yīng)用于詳細設(shè)計，仍缺乏有力的方法支撐。例如，如何定量地判斷零部件之間的能量作用為標(biāo)準(zhǔn)作用？如何消除其間的不足作用、過剩作用和有害作用？如何在系統(tǒng)層面對產(chǎn)品及其零部件的可控參數(shù)進行匹配與優(yōu)化？這些問題都是產(chǎn)品綠色設(shè)計中有待解決的重要課題，也是本書提出基于能量流的耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計方法的實際需求。
本書主要探討基于能量-物質(zhì)作用的耗能機電產(chǎn)品的綠色設(shè)計方法和應(yīng)用。全書共分5章：第1章主要介紹環(huán)境資源需求引入與產(chǎn)品功能和性能的矛盾；第2章從產(chǎn)品功能、性能和設(shè)計流程兩個維度探討綠色設(shè)計的框架與內(nèi)容，提出基于能量流的耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計方法；第3章討論概念設(shè)計中的能量、物質(zhì)和信息表征；第4章討論基于能量流的耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)；第5章則從工程實踐的角度介紹耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計的典型案例。
本書是基于向東教授所帶領(lǐng)的“綠色制造”課題組的研究成果編寫完成的。編寫分工：第1~3章以及第4章的4.1~4.3節(jié)由向東編寫，第4章4.4節(jié)和第5章5.1節(jié)由王翔編寫，第5章5.2節(jié)由牟鵬編寫，第5章5.3節(jié)由沈銀華編寫。全書由向東統(tǒng)稿，清華大學(xué)段廣洪教授主審。
本書是課題組研究成果的總結(jié)，在此對做出貢獻的王洪磊、高浪、鄧瀚暉、王坦、武士祺、沈崗、蔣李、段傳凱和游孟醒等研究生表示感謝。本書的研究
成果還得到了國家863計劃“基于全生命周期的家電產(chǎn)品綠色設(shè)計方法、工具及應(yīng)用”（編號：2013AA041305）、工業(yè)和信息化部“家電行業(yè)綠色供應(yīng)鏈系統(tǒng)集成”（編號：工信部節(jié)函〔2016〕562號）、國家自然科學(xué)基金“動態(tài)特性與統(tǒng)計特征融合的風(fēng)電裝備動力傳動系統(tǒng)可靠性及環(huán)境影響評估”(編號：51975323）等項目支持，在此也表示衷心感謝。
由于作者水平有限，所提出的綠色設(shè)計方法還有待進一步完善，書中錯誤及不當(dāng)之處在所難免，歡迎廣大讀者批評指正。
作 者
2021年11月
向 東
博士，北京科技大學(xué)教授，兼任全國綠色制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會委員兼副秘書長，中國機械制造工藝協(xié)會常務(wù)理事等職。長期從事機電產(chǎn)品綠色設(shè)計與制造、廢棄機電產(chǎn)品資源化工藝與裝備、大型構(gòu)件疲勞可靠性研究等方面的教學(xué)科研工作。承擔(dān)國家和企業(yè)課題20余項，發(fā)表論文80余篇，出版教材和專著5部，授權(quán)國家發(fā)明專利30余項，獲省部級科學(xué)技術(shù)進步一等獎2項，二等獎3項。
叢書序一
叢書序二
叢書序三
前 言
第1章 緒言1
1.1 耗能機電產(chǎn)品的資源環(huán)境問題2
1.1.1 能源和資源問題2
1.1.2 環(huán)境問題6
1.2 資源環(huán)境需求引入與產(chǎn)品功能、性能的矛盾9
1.2.1 矛盾沖突的案例9
1.2.2 矛盾沖突的歸類11
參考文獻13
第2章 設(shè)計與綠色設(shè)計15
2.1 產(chǎn)品的功能與性能16
2.1.1 功能的定義16
2.1.2 性能的定義16
2.1.3 能量、物質(zhì)在產(chǎn)品功能和性能實現(xiàn)中的作用20
2.2 設(shè)計的二重性與設(shè)計流程25
2.2.1 設(shè)計的二重性26
2.2.2 設(shè)計流程27
2.3 綠色設(shè)計框架與方法體系29
2.3.1 綠色設(shè)計框架29
2.3.2 綠色設(shè)計常用方法與工具31
2.3.3 基于能量流的耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計方法的提出33
參考文獻36
第3章 概念設(shè)計中的能量、物質(zhì)和信息表征39
3.1 功能分析方法40
3.1.1 功能模塊劃分40
3.1.2 功能鏈中的能量流、物質(zhì)流與信息流42
3.2 與能量相關(guān)的建模方法45
3.2.1 鍵合圖45
3.2.2 Modelica建模48
參考文獻51
第4章 基于能量流的耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)53
4.1 能量流建模54
4.1.1 能量流元表征方法54
4.1.2 能量流建模中的其他要素60
4.1.3 特征能量與能量特性方程61
4.1.4 能量建模方法的比較67
4.2 基于功能基的耗能機電產(chǎn)品能量流建模流程68
4.2.1 性能約束下的功能鏈模型69
4.2.2 能量流元的劃分74
4.2.3 接口與接口參數(shù)76
4.2.4 特征能量計算77
4.3 電冰箱能量流模型構(gòu)建與驗證81
4.3.1 能量流模型穩(wěn)態(tài)仿真建模81
4.3.2 能量流元及其能量特性方程82
4.3.3 仿真計算90
4.3.4 試驗驗證94
4.3.5 基于能量流建模仿真的設(shè)計參數(shù)分析101
4.4 基于能量流的耗能機電產(chǎn)品性能匹配方法131
4.4.1 基于能量流模型的性能匹配方法與流程131
4.4.2 基于因果模型的性能關(guān)重度分析134
4.4.3 基于能量流的電冰箱制冷系統(tǒng)性能匹配實例分析143
參考文獻152
第5章 耗能機電產(chǎn)品綠色設(shè)計案例155
5.1 綜合考慮能效的家用電冰箱穩(wěn)健設(shè)計156
5.1.1 家用電冰箱的性能匹配設(shè)計156
5.1.2 電冰箱系列產(chǎn)品穩(wěn)健性設(shè)計166
5.2 被動安全性約束下的汽車車身輕量化設(shè)計171
5.2.1 輕量化與被動安全性171
5.2.2 被動安全性約束下的汽車車身能量流模型173
5.2.3 被動安全性約束下的汽車車身輕量化設(shè)計方法179
5.3 風(fēng)電齒輪箱齒輪失效及其成因分析189
5.3.1 風(fēng)電齒輪箱失效形式190
5.3.2 能量在失效中的作用192
5.3.3 行星輪疲勞開裂失效分析與改進202
5.3.4 高速輪系小齒輪點蝕疲勞原因分析222
參考文獻237
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