产品设计中的材料选择方法

产品设计中的材料选择方法

材料设计创新化与材料设计研究创新等理念,是目前我国培养相关产品设计专业领域人才所必备的教学要求。为此关于产品设计理念与产品设计材料的专家特此编写《产品设计中的材料选择》,为国家材料创新发展提供一定的理念基础支持。本书是由迈克尔•阿什比著,庄新村译,机械工业出版社出版(2017.12月),该书适合产品工业材料选择相关专业、相关研究人员进行研究阅读。在此基础上,本书主要有三个看点。

一、全书重视产品质量工艺,推出创新产品材料思维

本书提出产品的材料特点与质量工艺,有时甚至是国民经济发展的关键性因素。在过去很长一段时间内,人们往往更聚焦于材料的制造和研发,相对而言,忽视了材料的合理使用、有效利用和延寿。根据2010年之前的调查,我国材料腐蚀(含老化)造成的损失达到全国GDP的5%,磨损造成的损失约为GDP的4.5%。如此惊人的损失,应该引起各界人士、学者的高度重视。特别是在面临资源、能源问题和倡导绿色发展的今天,材料延寿和可持续发展问题逐步凸显,实在是一个十分重要、十分紧迫的命题。首先,作者阐述了关于不同用途的材料质量要求标准,并且提出材料有关物理化学性质等。本书也结合了材料学、材料制品设计、制造、使用、维护与维修、管理等方面,包括16名院士、61名教授或研究员在内的科研团队,调查和研究我国装备制造、能源电力、现代交通、化工与石化、基础设施和农业机械等6大领域的工程材料使用过程中因腐蚀、摩擦磨损和疲劳断裂造成的损失和预防措施。对我国传统工程材料的应用现状、使用寿命和环境影响有了更客观、更清晰的认识。

二、全书引经据典,提出针对绿色材料产品建议

本书从战略研究的高度上提出了“材料环境适应性”“从设计开始的系统控制”“全寿命周期管理”等材料合理使用和延寿思路以及一系列极具针对性的对策建议,也为科技创新驱动绿色发展提供了一条新的路径。材料及其制品在产品应用中存在问题,但也是可以预防和控制的。有研究指出,正确应用腐蚀学、摩擦学、断裂力学等方面的知识,采取得当的措施,有可能减少约1/3的失效损失。在本书中,也明确指出了我国在材料的质量稳定性、均一性方面还有许多工作要做,在材料的标准化、规范化方面有待进一步强化,材料的检测和评估体系尚未完善,材料使用指导手册方面的工作应该进一步加强普及,材料生命周期的协同跟踪研究明显不足,材料选择、应用方面的咨询也缺位等,这些见解都具有鲜明的时代性和针对性。材料及材料的衍生品在商业上甚至具有品牌效应。为了预防材料及其制品的失效,促进其延寿,需要相关各界人士共同努力,从材料及其制品的维护、材料循环利用等方面开展工作,不断追求新的目标、新的境界。从这层意义上看,“材料延寿与可持续发展”还有必要以不同形式持续深化和扩展,例如通过“服务型制造业”,建立材料与设备服役状态大数据库,实现对服役状态的即时检测和维护等;应该看到,通过这些创新途径和技术手段,可以进一步推动材料延寿的技术进步、学术研究,并不断拓展其应用领域,为相关企业产业升级、结构调整开拓新的路径。

三、全书系统性探究材料发展的多元化,助推产品材料产业发展

本书系统地介绍了“材料多元化发展与可持续发展战略研究”的成果。受惠于电子技术和数字化技术的飞快发展,我们身边的信息设备及家电制品不断高性能化,使我们的生活日益高效便捷。与此同时,装置日益轻薄短小化,过去难以想象的复杂装置,变为今天可以装在便服口袋中的袖珍产品。例如,智能手机、小型信息终端、无人机、肠内检查用的胶囊照相机、IC卡等。在这些高技术产品中,使用了大量的磁性材料。磁性器件的绝对数量可能不多,但其作用不可替代,对于电子设备的高品质化、高功能化有着重要的作用。

本书是针对特殊材料及日常材料综合的一本材料百科书。全书共17章,每章的内容都配备大量的演示图标供读者深入仔细研究。本书从材料与环境、材料与设备以及材料与材料工艺设计等几方面论述。读者可以根据要求,探究本书有关材料的案例以及有关材料的数据。本书可以帮助机械设计加工、机械设计工艺、材料设计加工等专业的研究人员掌握材料设计过程中的基本理念与基本构造,使研究者能够在进行材料设计与机械设计中提炼出相关指标数据,实现最完美的材料选择方案。

作者:沈琦  陈俊智  吴淑明  单位:江苏海事职业技术学院  东方设计大学 国立高雄师范大学