面向工业设计智能选材系统分析与实现

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1、面向工业设计智能选材系统分析与实现第一章绪论1.1课题研究背景及意义如何正确合理的选材是工业设计领域内重要的因素，它影响着整个产品设计过程。材料选择失误不仅会提高成本造成浪费，严重的会造成产品失效，甚至发生产品事故以致危及生命和财产安全。随着工业设计广泛的应用于各个领域，材料的选取越来越多元化。材料是产品设计与生产制造的基础，产品所用的材料，很大程度上决定了产品的设计结构、功能以及性能。进行工业设计的优化设计，其重要的一部分就是从巨大的材料数据信息中选择合适的材料和工艺，使其满足各项需求。目前用于工业设计的材料有近万种，加工方法至少有上千

2、种，同时材料选择涉及的选材因素复杂，而所有材料的性能（强度、塑性、韧性、硬度、耐磨性等）又常常相互矛盾、相互制约，使得工业设计的选材过程成为了一套经过多次综合与折衷的复杂程序，设计师如果不能掌握大量的材料相关信息，很难快速选择得到最佳的材料。同时对于思维较为感性的工业设计师来说，偏于理性的工程数据并不完全符合其选材需求。目前工业设计师大多是凭积累的经验进行选材，选材过程缺乏理论依据和可操作性，工作作效率低，甚至会因为材料知识掌握的局限性影响到最终成果。除此之外，选材经验不能以固定化的形式保存下去，因此不能做到知识的积累与共享[1]。近年来

3、，随着科技的发展，材料与工艺的种类越来越多，设计的因素也是愈加复杂，单纯的经验选材已远远不能满足这些变化，而且已有的选材系统是以专业的材料科学为基础进行设计和构建的，其针对性及抽象性较强，缺少对工业设计属性方面的指导，所以研究开发面向工业设计的材料管理及选材系统是势在必行。1.2国内外研究现状建立各种材料数据库与工艺数据库是以美国为代表的世界工业发达国家竞相研究的课题。其国家标准学会（ANSI）建立了包括合金、陶瓷在内的材料的腐蚀性及摩擦磨损性的数据信息系统，其国防部也投入大量资金建立了大量服务于陆、海、空装备及自身升级发展的数据系统，其

4、中就包括了各种新型材料的信息及高新科技成果。目前，在我国较为完善的材料数据库包括：航空工业部和北京航空材料研究所共同完成的存有八千多个型号上百万个数据的多个数据库系统，其内容涉及面比较全面不但存储了国内较为先进的材料，还存有大量的国外材料数据；清华大学等高校机构单位也联合对材料科学进行研究，并综合自身实力及实际应用进行了数据库设计与建立；国家相关研究所也建立了大量的工程数据库满足各种行业需求[2]。.第二章工业设计材料的基本知识2.1材料的分类在工业设计领域内，材料被定义为不因人的意识而客观存在的所有物质。换而言之，几乎所有可见的物质都可

5、以成为设计所需的材料[5]。根据不同学科的侧重点不同，对材料的分类也存在多种形式，最常见的主要由以下几种：按材料的分类：天然材料，加工材料，合成材料，复合材料，智能材料。天然材料即自然界中自然存在而不加修改的材料，或只是采用稍微加工而不影响材料本质的材料，如植物类的树木花草，矿物类的山石矿藏，动物类的骨骼皮毛等；加工材料是通过对自然材料进行直接处理，这些处理不影响天然材料的固有属性。如通过石灰石打磨出水泥，通过矿石提取金属等；合成材料则是通过高端技术将天然材料的内部构造进行重构而获得的具有特殊性能的材料。如高度处理而得的高分子化合物材料等

6、；复合材料是将加工材料或者合成材料等各种原料通过高温、高压、催化剂等特殊条件下进行融合得到的新型材料。智能材料是现如今研究力度最大也是最高薪的材料技术，主要针对某种特殊要求对一种或多种材料进行创造性研究开发而获得的具有特性的材料。..2.2材料的固有属性材料的固有属性是根据材料自身的内部分子机构所决定的，是通过使用中体现其价值和性能的属性。固有的属性包括物理性质属性、化学性质属性。色彩依附材料而存在，同时材料通过色彩展示其魅力。在感性属性种色彩是首当其冲的因素。根据色彩的可将材料分为自然色彩和人为色彩。材料的自然色彩：在设计工作中以固有色

7、彩属性为基础进行创新设计，而不能偏激的完全削弱其自然色彩属性，应采用恰当的设计手法提高和强化固有色彩的表达，丰富固有色彩的展示。材料的人为色彩：由于设计需要而对材料的自然色彩进行部分处理，以照应材料自然色彩，从而得到更具价值的色彩感。在人为处理色彩时，可以通过调整色彩的明度、饱和度、色相等属性到大理想要求，但应当注意不要影响到材料自身所带的其他感性属性。肌理是天然材料自身的组织结构或经人为处理而形成的一种纹理特性，经由触觉或视觉神经分析得出的表面材质效果。在工业设计过程中，肌理是一重要因素，具有极强的表现力，同时也是感性属性的主要。不同的

8、材料之间因其构造差异产生了各具特色的肌理形态，这些肌理体现了独特的审美特色，给人产生了不同的心理影响，一些肌理给人浑厚刚劲的冲击，而一些肌理却给人带来细腻的享受。肌理的差异性不但体现在不同类型