第1章 绪论 1
1.1 林业机械及其设计 2
1.1.1 林业生产与生态文明 2
1.1.2 林业机械概述 3
1.1.3 中国林业机械发展任重道远 7
1.2 产品设计内容与设计过程 10
1.2.1 设计概述 10
1.2.2 机械产品设计要求和设计过程 13
1.3 设计方法发展历史 15
1.3.1 直觉设计阶段 15
1.3.2 经验设计阶段 16
1.3.3 中间试验辅助设计阶段 16
1.3.4 现代设计法设计阶段 16
1.3.5 现代设计与传统设计 17
1.4 现代设计方法综述 19
1.4.1 设计理论与方法概述 20
1.4.2 现代设计方法纵览 22
1.4.3 设计工具概述 26
1.4.4 设计方法发展趋势 31
1.4.5 设计思想创新 38
1.5 现代林业机械设计方法学概览 46
1.5.1 林业机械设计工程师的素质 46
1.5.2 现代林业机械设计方法学教学内容 47
1.5.3 林业机械设计方法学教学方法 48
第2章 机械系统化设计法与创新设计 55
2.1 系统及系统工程方法 56
2.1.1 系统的概念 56
2.1.2 系统的分类 57
2.1.3 系统的基本特征 58
2.1.4 系统设计的过程 60
2.1.5 系统工程方法 60
2.2 机械系统与人机系统 66
2.2.1 机械系统的概念 67
2.2.2 机械系统总体分析 67
2.2.3 机械系统价值分析 71
2.2.4 人机系统 72
2.3 机械系统化设计方法 76
2.3.1 机械系统化设计原则和关键内容 76
2.3.2 产品规划 77
2.3.3 机械系统化设计过程 80
2.3.4 系统功能原理方案探讨 83
2.3.5 结构方案的探求 87
2.4 创新设计理论与方法 90
2.4.1 创新设计概述 90
2.4.2 TRIZ理论与创新 91
第3章 相似与模拟仿真设计 108
3.1 相似理论及相似准则 109
3.1.1 相似理论 109
3.1.2 相似准则 111
3.2 相似设计方法 115
3.2.1 风机的相似设计 115
3.2.2 转笼式静电喷头参数分析 117
3.3 模拟仿真设计 119
3.3.1 仿真系统的组成和分类 119
3.3.2 模型 120
3.3.3 模拟仿真技术的发展 121
3.3.4 模拟仿真 127
3.3.5 数值模拟仿真实例 129
3.3.6 数字仿真 132
3.3.7 森林防火数字仿真实例 134
3.3.8 多媒体仿真技术简介 136
3.3.9 混合仿真法简介 136
3.4 3D打印与定制设计方法 136
3.4.1 3D打印 137
3.4.2 定制设计方法 141
3.4.3 应用实例 143
第4章 协同设计方法 151
4.1 机电系统协同设计概述 152
4.1.1 协同设计产生的背景 152
4.1.2 协同设计的基本概念 153
4.1.3 协同设计的应用及发展 157
4.2 协同设计方法及关键技术 159
4.2.1 协同设计关键技术 159
4.2.2 协同设计支撑技术 166
4.3 协同设计特征建模技术 167
4.3.1 特征概述 167
4.3.2 特征建模 170
4.4 协同设计过程动态建模与控制 176
4.4.1 协同设计模型的基本概念 176
4.4.2 基于OOPN元模型调用的协同设计过程动态建模 179
4.5 协同设计过程管理技术 184
4.5.1 任务规划 184
4.5.2 冲突与约束管理 186
4.5.3 数据库管理技术 192
4.6 CAD/CAM/CAE/CAPP协同 194
4.6.1 协同设计CAD/CAM/CAE/CAPP集成系统概述 194
4.6.2 CAD/CAM/CAE集成总体结构 195
4.6.3 面向协同设计的CAD/CAM/CAE/CAPP集成系统体系结构 198
4.7 机电产品的协同设计实例 202
4.7.1 原型系统体系框架 202
4.7.2 面向机床产品协同设计系统实例 203
4.7.3 应用效果分析 210
第5章 机械动态分析设计法 213
5.1 动态分析及其软件概述 214
5.1.1 动态分析概述 214
5.1.2 动态分析的目标 214
5.1.3 动态分析设计指标 215
5.1.4 动态分析软件概述 216
5.2 机械动态设计法 218
5.2.1 机械动态设计步骤 218
5.2.2 机械动态设计理论建模方法 219
5.3 模态分析设计方法 227
5.3.1 模态分析概述 227
5.3.2 试验模态分析法 228
5.3.3 模态综合方法 240
5.3.4 机械结构动力修改 247
5.4 典型林业机械模态设计 249
5.4.1 树木移栽机铲刀的模态分析 249
5.4.2 木工圆锯片模态分析 251
5.4.3 玉米根茬收集装置动态分析 257
5.4.4 植物保护喷雾机喷杆有限元模态分析 261
第6章 摩擦学设计 272
6.1 机械系统功能与摩擦学系统过程 273
6.1.1 摩擦学系统过程 273
6.1.2 摩擦学过程对机械系统功能的影响 274
6.2 表面工程及摩擦学设计方法 284
6.2.1 表面工程 284
6.2.2 摩擦学设计 288
6.3 林业集材拖拉机摩擦学设计 299
6.3.1 材料选择 300
6.3.2 表面设计 302
6.3.3 结构设计 304
6.3.4 综合分析设计实例 306
第7章 林业机械优化设计 312
7.1 优化设计及其软件概述 313
7.1.1 优化问题的数学描述 313
7.1.2 优化设计问题的基本解法 315
7.1.3 现代机械优化设计的发展趋势 317
7.1.4 优化设计的常用软件概述 319
7.2 机械优化设计方法 321
7.2.1 一维搜索 321
7.2.2 无约束优化方法 324
7.2.3 约束优化方法 328
7.3 机械设计的模糊优化方法 335
7.3.1 模糊集合的隶属函数及λ水平截集 336
7.3.2 模糊综合评判 337
7.3.3 模糊优化设计方法 338
7.4 典型林业机械优化设计 339
7.4.1 圆柱齿轮传动减速器的优化设计 339
7.4.2 伸缩臂叉车的液压缸三铰点变幅机构的优化设计 342
第8章 林业机械可靠性设计 349
8.1 可靠性设计概述 350
8.1.1 可靠性研究 350
8.1.2 可靠性的概念 350
8.1.3 可靠性设计的基本内容和特点 351
8.1.4 可靠性的度量指标 352
8.2 机械零件可靠性设计 357
8.2.1 可靠性设计中常用分布函数 357
8.2.2 机械零件可靠性概率设计法 362
8.2.3 零件强度及应力可靠性的计算 365
8.2.4 零件疲劳强度可靠性分析 368
8.3 林业机械系统可靠性设计 374
8.3.1 机械系统可靠性设计 374
8.3.2 故障树分析法 381
8.3.3 林业机械结构的时变可靠性设计 390
8.4 其他可靠性设计方法 394
8.4.1 可靠性优化设计 394
8.4.2 可靠性灵敏度设计 394
8.4.3 TTCP法 395
8.4.4 平均累计故障率方法 395
8.4.5 稳健型设计 396
8.4.6 故障模式影响及危害性分析 396
第9章 反求工程设计 401
9.1 反求工程技术概述 402
9.1.1 技术引进与反求工程 402
9.1.2 反求工程分析技术 406
9.2 反求工程设计方法 413
9.2.1 实物反求 413
9.2.2 软件反求 418
9.2.3 影像反求 424
9.3 反求工程与知识产权 429
9.3.1 反求工程的合法性争议 430
9.3.2 反求工程中的模仿与仿制 431
9.3.3 计算机软件反求工程合法性分析 432
9.3.4 反求工程与知识产权保护的协调平衡 433
9.3.5 知识产权国际公约 434
9.4 林业机械反求设计 435
9.4.1 ZLM30B装载机方案反求设计 435
9.4.2 车载式稳态燃烧烟雾机的反求设计 437
第10章 林业机械自动化与智能化技术 444
10.1 传感器与机器视觉技术 445
10.1.1 传感器的工作原理和分类 445
10.1.2 传感器在林业上的应用 446
10.1.3 多传感器信息融合 446
10.1.4 机器视觉技术的概念和发展 448
10.1.5 机器视觉的特点及组成 448
10.1.6 机器视觉在林业机械上的应用 450
10.2 3S技术概述 455
10.2.1 全球定位系统 455
10.2.2 地理信息系统 458
10.2.3 遥感技术 461
10.2.4 林业生产3S信息流集成 462
10.3 林业智能决策支持系统 464
10.3.1 决策支持系统 464
10.3.2 智能决策支持系统 464
10.3.3 林业智能决策支持系统 465
10.4 林业系统大数据与数据挖掘技术 468
10.4.1 大数据的概念和特点 468
10.4.2 大数据在机电产品上的应用 469
10.4.3 大数据在农林业领域的跨界应用 470
10.4.4 数据挖掘及其分类与过程 472
10.4.5 数据挖掘在林业上的应用 473
10.5 林业物联网技术 474
10.5.1 物联网的概念与发展 474
10.5.2 物联网的技术体系 475
10.5.3 智能林业物联网 479
第11章 林业机器人设计 487
11.1 机器人系统分析 488
11.1.1 机器人及其分类 488
11.1.2 机器人技术的发展与应用 488
11.1.3 机器人系统构成 490
11.2 林业机器人行走机构 491
11.2.1 轮式行走机构 491
11.2.2 腿式行走机构 492
11.2.3 轮腿复合式行走机构 493
11.2.4 履带式行走机构 493
11.3 机器人关键技术及控制系统 494
11.3.1 机器人导航 495
11.3.2 同步定位与地图构建 496
11.3.3 多机器人系统简介 497
11.4 典型林业机器人设计实例 497
11.4.1 杂草控制机器人 498
11.4.2 爬树机器人 500
11.4.3 伐根清理机器人 504
11.4.4 植树机器人 504
11.4.5 果园机器人 505
11.4.6 消防机器人 505
11.4.7 森林巡防机器人 505
11.4.8 智能化采茶机器人 506