前言

为推动高等工程实践教育改革，助推我国高校卓越工程师培养计划的实施，根据教育部与欧特克公司《关于支持中国工程技术教育创新的合作备忘录》精神，欧特克公司决定对我国工程训练国家级、省市级和地方院校的部分工程训练中心捐赠AutoCAD，Inventor，3dsMax等正版软件。

为了使捐赠的软件更有效地服务于培养高质量的工程技术人员，笔者经过认真策划，组织有丰富设计、制造、装配与调试经验的教授、副教授和工程技术人员，倾注了很大的热情与精力，完成了《助推卓越工程师培养的INVENTOR》讲义(第1、2版)，并采用该讲义对我国高校部分指导学生设计与制造的教师开展了两轮培训。本教材就是在第1、2版讲义和两轮培训的基础上进一步完成的。

　　经过全体编写人员的不懈努力，使该教材具有下列特点。

(1)  真正体现出项目驱动本教材以全国大学生工程训练综合能力竞赛的“无碳小车”题目为驱动力。教材中的零件设计主要采用无碳小车中的零件； 部件设计中除了采用无碳小车中的部件外，为丰富设计内涵和贯彻由浅入深的原则，还采用了液压系统中的节流阀和齿轮泵部件，并对无碳小车进行了仿真设计； 对于整机设计、装配与调试，不仅结合了每隔1m绕柱前行的无碳小车，而且结合了按8字形绕柱循环而行的无碳小车。

(2) 提出了设计与制造无碳小车应重视的系列问题无碳小车在比赛中要实现两类绕柱行走的规范动作，因此对小车设计与制造的要求非常高，需要重视很多问题，如： 小车设计中的方案选择问题，小车关键零件的加工精度和配合精度问题，小车整车装配中的调试问题，小车自身内在的摩擦力问题，小车比赛绕障时遇到的问题，小车比赛时调试和选择起始点的问题，小车对不同赛道的适应性问题，指定零件的现场加工问题，以及参赛学生赛场上的心理素养等问题。要逐个解决这些问题，从学生报名参与赛事开始，指导教师就应关注与强调以上各点，并在整个过程中体现出来。

(3) 引入工业设计和概念设计教材引入了工业设计、概念设计和标志设计的相关内容，广泛列举了一系列国内外抽象和具体的典型案例。希望引导学生在参赛过程中，以更宽的现代设计视野和规范，在发现、提出、分析和解决问题时，进行关联度较大的跨专业的创造性系统思维。

(4) 重视理论分析与计算我们在指导中发现，学生在实践中比较注重将小车尽快设计与制造出来，并希望在比赛中取得好的成绩，而经常忽略隐含在设计过程中非常重要的深层次思考和理论计算。部分教师在指导学生时，对过程中的成功与失败也同样忽略深入性的反思与必要的理论分析。虽然要做到这点难度很大，但本教材仍然力图尝试小车设计中的定性分析，特别是难度较大的定量分析与计算。希望通过这些努力，使教师不仅重视实践能力的提高，而且能对学生进行更深入性的理论指导，引导学生在完成项目的过程中进行理论分析与计算，从而体现出大学本科设计性人才的培养目标。

(5) 注重学生工程综合素养的养成该教材不仅注重学生综合工程能力的培养，而且十分注重学生工程综合素养的养成。作为养成教育的重要组成部分，该教材不仅提出了当代工程技术人员应具备的科学素养、工程素养、人文素养、艺术素养和心理素养，而且力图指明其对工程技术人员的重要性，并对其内涵赋予了比较确定的含义。积极引导学生在参与赛事的过程中，注重个人工程综合素养的养成。

(6) 注重工程制造系统知识和综合能力的集成由于工程训练综合能力竞赛不只是强调机械设计、制造工艺、工程实践与创新思维，而且强调机械创新的类型和方法。因此，本教材的内容就不局限于相关设计软件的应用，而且关注工程技术人员在设计、制造、工艺、实践、创新与素养等各方面的整体成长，培养学生独立获取知识的能力和在实践中整合知识的能力。软件只是实现设计与创新目标的一个得心应手的重要而高效的工具。

(7) 注重教育科学研究成果和科学技术研究成果向工程实践类教材转化本书增强了教材内容的学术成分。教材第1章中的不少内容，如工程技术人员应具备的基本素养，制造工艺的目标、特点和内涵，创新的思维方式和应具备的能力，都是深入进行教育科学研究的产物。为了更好地说明实用新型专利和发明专利之间的差别，教材采用了作者在科研工作中获得国家专利的系列成果。例如创新案例中有人体下肢骨折牵引器、数控旋转电加工机床、十二工位数控激光淬火机床、体质智能化测试系统等。这样，将比较成熟的教育科学研究成果和科学技术研究成果经过转化，使之直接为创新实践教学服务，为培养当代的大学生服务。

　　本教材由清华大学的教师和工程技术人员编写，共分11章，傅水根任主编，王坦、初晓任副主编。参加编写的人员有： 傅水根(第1章)、傅瑞学(第2、3章)、初晓(第4、5、6章)、王坦(第7、8、9、10章)、裴文中(第11章)。本教材11.5.2节中的“二、小车8字运行轨迹展开长度的近似计算”由清华大学参赛学生赵嵩阳提供。

我们在编写实践中发现，要在教材中全面贯彻项目驱动，难度非常大，但经过集体的不懈努力，基本达到了预期的目标。由于以真实的工程训练综合能力竞赛项目和相关的高级软件学习作为教材体系的牵引，所涉及设计、制造、工艺、实践、创新和素养等多方面的内容需要整体系统集成，造成编写难度很大，因此，虽然编写组的全体老师对教材几易其稿，有的段落或句子经过反复斟酌、修改，但错误和缺点仍然很难避免。

　　真诚希望使用该教材的老师和同学提出宝贵意见，以便使其体系和内容进一步完善，并有利于今后的修订工作。

清华大学傅水根2013年3月20日