本教材共分11章，是以全国大学生综合工程能力大赛赛题无碳小车展开的。
　　第1章，主要讲述工程技术人员应具备的基本素养，包括科学素养、工程素养、人文素养、艺术素养和心理素养，同时阐述了广义设计与机械设计的主要内涵；第2、3章，主要讲述工业工程和概念设计的概念和内涵，并提供了很多标志设计案例；第4、5、6章，以工程零件图的完成为主，综合介绍Inventor设计软件，讲述Inventor平面设计、草图绘制、编辑和约束、特征的创建与编辑等；第7、8、9、10章，除了选择无碳小车为实例外，还在第9章穿插了结构相对简单的节流阀和齿轮泵作为典型案例，系统讲述Inventor装配仿真、表达视图的创建以及工程装配视图创建等；第11章，主要讲述综合工程能力竞赛中“无碳小车”的命题要求、设计中的技术准备、设计方案的探讨、小车装配后的整机调试以及赛场上按给定运行轨迹的赛前调试，将无碳小车的设计制造由定性分析逐步向定量计算转化。
　　本教材适合于普通高等学校和职业技术院校的学生，也可供教师和相关工程人员参考。

　　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

第1章设计素养、制造工艺与机械创新
1.1设计素养
1.2广义设计与机械设计
1.2.1广义设计
1.2.2机械设计
1.3机械制造工艺
1.4机械创新
1.4.1从车床的起源与发展看机械创新
1.4.2机械创新的类型
1.4.3机械创新的方法
1.4.4机械创新的思维方式和应具备的能力
复习思考题
第2章工业设计
2.1什么是工业设计
2.1.1工业设计的定义

第1章设计素养、制造工艺与机械创新
1.1设计素养
1.2广义设计与机械设计
1.2.1广义设计
1.2.2机械设计
1.3机械制造工艺
1.4机械创新
1.4.1从车床的起源与发展看机械创新
1.4.2机械创新的类型
1.4.3机械创新的方法
1.4.4机械创新的思维方式和应具备的能力
复习思考题
第2章工业设计
2.1什么是工业设计
2.1.1工业设计的定义
2.1.2工业设计的分类
2.1.3工业设计的意义
2.1.4工业设计的相关领域
2.1.5工业设计的历史
2.2怎样做工业设计
2.2.1设计程序
2.2.2设计评价
2.2.3产品设计的构成元素
2.3设计师的素质
复习思考题
第3章概念设计和标志设计
3.1什么是概念设计
3.1.1概念设计的定义
3.1.2概念设计的意义
3.1.3概念设计的分类
3.2怎样做概念设计
3.2.1发现问题
3.2.2分析问题
3.2.2解决问题
3.3概念设计评价
3.4设计举例：标志设计
3.4.1标志设计的类型
3.4.2标志设计的表现形式
复习思考题
第4章Inventor简介
4.1Inventor概述
4.2Inventor支持的文件类型
4.3Inventor基本使用环境
4.4Inventor工作界面一览
4.4.1草图环境
4.4.2零件(模型)环境
4.4.3部件环境
4.4.4工程图环境
4.4.5表达视图环境
4.5模型的浏览、动态观察和导航
4.5.1模型的显示
4.5.2模型的动态观察
4.5.3导航工具
4.6直接操纵
4.7工作界面定制与系统环境设置
4.7.1文档设置
4.7.2系统环境常规设置
4.7.3用户界面颜色设置
4.7.4显示设置
复习思考题
第5章草图的绘制、编辑和约束
5.1草图概述
5.2绘制草图
5.2.1点和直线
5.2.2圆、椭圆和圆弧
5.2.3矩形和多边形
5.2.4二维倒角和圆角
5.2.5文本和几何图元文本
5.2.6样条曲线
5.2.7投影几何图元
5.2.8插入AutoCAD文件
5.2.9插入图像
5.3编辑草图
5.3.1草图几何图元的修改
5.3.2镜像特征与阵列特征
5.4约束草图
5.4.1草图几何约束
5.4.2草图尺寸标注
5.5草绘实例
5.5.1草绘实例1——无碳小车底板
5.5.2草绘实例2——无碳小车驱动轴
复习思考题
第6章零件图——特征的创建和编辑
6.1草图特征
6.1.1拉伸特征
6.1.2旋转特征
6.1.3放样特征
6.1.4扫掠特征
6.1.5螺旋扫掠特征
6.2放置特征
6.2.1打孔特征
6.2.2圆角特征
6.2.3倒角特征
6.2.4抽壳特征
6.2.5拔模特征
6.2.6螺纹特征
6.2.7加强筋和肋板
6.3定位特征
6.3.1工作平面
6.3.2工作轴
6.3.3工作点
6.3.4用户坐标系
6.4阵列特征
6.4.1镜像特征
6.4.2矩形阵列特征
6.4.3环形阵列特征
6.5无碳小车特征造型实例
6.5.1零件造型实例1——无碳小车底板
6.5.2零件造型实例2——无碳小车驱动轴
6.5.3零件造型实例3——无碳小车轴承支架
6.5.4零件造型实例4——无碳小车主动轮
6.6无碳小车典型工程零件图
复习思考题
第7章Inventor装配仿真
7.1无碳小车的装配仿真
7.1.1后轮部件装配
7.1.2前轮部件装配
7.1.3转向杆部件装配
7.1.4偏心轮部件装配
7.1.5立杆部件装配
7.1.6无碳小车总装配
7.2装配模型的编辑
7.2.1节流阀的装配
7.2.2旋转平移缩放视图
7.2.3编辑装配约束
7.2.4装配干涉分析
7.2.5可见性控制
7.2.6装配零部件尺寸测量
7.2.7装配过程中改变零件颜色的方法
7.2.8装配过程中改变零件结构的方法
7.2.9装配过程中查看零部件的内部结构的方法
复习思考题
第8章Inventor表达视图的创建
8.1无碳小车后轮表达视图的创建
8.2无碳小车总装配表达视图的创建
8.3编辑表达视图
复习思考题
第9章InventorStudio演示
9.1节流阀工作原理动画演示
9.2齿轮泵工作原理动画演示
复习思考题
第10章创建工程装配视图
10.1创建工程装配视图环境
10.2工程装配视图的制作
10.3工程装配视图的修改
10.4工程装配视图标注尺寸
10.5工程装配视图标注序号
10.6工程装配视图标注明细栏
复习思考题
第11章项目驱动的整机设计
11.1项目的命题要求
11.2设计中的技术准备
11.3设计方案
11.3.1一级齿轮减速为基础的设计方案
11.3.2两级齿轮减速为基础的设计方案
11.4小车行走的调试
11.4.1小车前轮左右偏摆的对称性调试
11.4.2小车前轮左右偏摆角度的调试
11.4.3小车起始摆放位置的调试
11.5绕“8”字轨迹小车的设计探讨
11.5.1项目的命题要求
11.5.2小车“8”字运行轨迹的设计与制作
11.5.3前轮转向应具备的两个重要调节功能
11.5.4绕“8”字小车的设计方案
11.5.5小车行走的调试
复习思考题
参考文献