基本概念 – 定义流体及其重要属性；粘度和切应力；牛顿粘性定律；牛顿流体和非牛顿流体；可压缩性和不可压缩性；冲击波简介。 流体静力学 – 流体压力；帕斯卡定律和压力高度关系；浸没表面的力和浮力；压差计；流体中无约束体的稳定性。 流体流动的一般描述及运动方程 – 流动：稳定和不稳定，均匀和非均匀，不可压缩和可压缩，层流和湍流；亚音速和超音速；冲击波；流线；连续性方程、欧拉方程、伯努利方程和动量方程；皮托管和皮托静压管、文丘里管和孔口；流体射流对静止或运动物体的力。 量纲分析 – 量纲分析原理；基本量纲；贝基姆π定理；无量纲群及其物理意义；相似性和模型试验。 守恒方程 – 涡流-斯托克斯方程和能量方程；涡流-斯托克斯方程在流体系统中的精确解：库奥特流和泊肃叶流；通过CFD软件和数值模拟模型求解涡流-斯托克斯方程的简介。 内部流动 – 管道中完全发展流动和入口段长度；达西定律；摩迪图表；管道系统中的主要（摩擦）损失和次要损失；并联和串联管道的设计。 外部流动 – 粘度和粘性应力；平板上的层流和湍流边界层；逆压梯度和流体分离的影响；平板和流线体上的流速分布和流动特性；升力、摩擦和型体阻力；边界层理论；边界层厚度；层流边界层分布；表面摩擦系数；湍流边界层分布、幂律和壁面定律。 实验：有两个2小时的实验课，典型实验包括：1. 可压缩流流动喷管；2. 潜流可视化（海勒-肖实验）；3. 气动风洞试验；4. 通用速度分布；5. 边界层实验。
基本概念：热力学及其应用；系统；性质；广延性质和强度性质；测量性质；能量；平衡；零定律；状态和状态原理；过程和循环；准平衡过程。 纯物质的性质：纯物质；相变过程；性质图；临界点和临界性质；焓；性质表；参考状态；气相状态方程；理想气体。 热和功：能量形式；热能传递；绝热过程；功能传递；机械形式的功；移动边界功；多变过程。 闭口系统的能量分析：比热容；内能；焓；第一定律；能量平衡。 开口系统的质量和能量分析：控制体积；质量守恒；能量守恒；流动功和流动流体的总能量；稳定流动和非稳定流动过程；在喷管、扩压器、涡轮机、压缩机、阀门、混合室和热交换器中的应用。 第二定律的热力学：热库；动力循环；效率；制冷和热泵循环；性能系数；开尔文-普朗克表述；克劳修斯表述；可逆和不可逆过程；卡诺原则；卡诺循环；热力学温度标度；循环的最大性能指标；能量的质量。 熵：克劳修斯不等式；熵；热熵流；熵生产；物质的熵；熵变化；闭口系统的熵平衡；熵增加原理；开口系统的熵流平衡。 热传导和对流：热；传导；强制对流；自然对流；傅里叶热传导定律；热导率；热传导方程；牛顿冷却定律；对流换热系数；无量纲数；经验关系。 热交换器：双管热交换器；壳管热交换器；叉流热交换器；总传热系数；对数平均温差；效能-NTU方法；设计与应用。
制造工艺——关节型、SCARA、Delta、笛卡尔和极坐标机器人的工作原理和应用，传统与现代制造工艺 机器（人工）智能——布尔逻辑；模糊逻辑；回归；分类；监督学习；无监督学习；深度学习 应用于制造的智能技术——通过控制、规划和调度提高多代理系统的精度
传感器 - 仪器与测量原理；位置、速度和加速度的线性和角度测量传感器原理；力和压力传感器，不同相机的工作原理，3D测量，飞行时间传感器等。 执行器 - 不同类型的电机：直流电机、交流电机、伺服电机、步进电机；电机控制屏蔽板；电动线性执行器；气动系统；液压系统等。 信号调理 - 概念与原理；电子中的复数；运算放大器；模拟与数字信号转换，多路复用；数据采集原理，信号滤波，有源和无源滤波器；调制与解调等。
课程大纲： 1) 常见材料（包括铁基金属、非铁基金属和聚合物）的性质和用途。 2) 金属去除工艺（包括车削、铣削、数控加工和电火花加工）的工作原理和操作。 3) 常见生产过程（包括金属零件的铸造方法和塑料注射成型）的工作原理和操作。 4) 电弧焊接和气体焊接的工作原理和操作。 5) 常见板材加工工艺（包括落料、成型和 turret 压弯）的工作原理和操作。 6) 表面处理工艺（包括电镀和铝合金阳极氧化）的工作原理、操作及其与其它工艺的比较。 7) 尺寸和几何测量工具的应用。
学生将被分成小组设计并制造一个满足集成电路市场或特定行业客户现有需求的工程产品。在整个项目过程中，学生将遇到以下技能强化的情况：1) 项目规范：识别客户的需求和愿望；识别资源限制，如时间、人力、设备、预算；制定项目计划。2) 工程设计：选择设计方法；协作设计；自制或外购决策；设计原型；测试和模拟。3) 产品制造：材料采购；组件加工；PCB 制作；编程；组装和微调。4) 项目协作：确定项目阶段和里程碑；CAD 和 PDM；领导力和协作决策；公差和配合；项目文档化。
课程大纲涵盖三大主题领域： 1. 服务学习的概念与实践 (i) 了解社会责任 (ii) 服务交付中的正确态度与行为 (iii) 反思作为学习工具 (iv) 服务学习中的伦理问题 2. 专业领域的概念、问题与技能 工程设计的基本知识，用于问题解决，包括： (i) 问题识别与分析 (ii) 制定设计项目，目标是解决问题 (iii) 制定设计规范 (iv) 人机工程设计 (v) 材料应用 (vi) 常用工程组件的使用 (vii) 可靠性、安全性和环保设计 (viii) 正确使用工程/计算工具进行设计项目 3. 项目特定的概念、问题与技能 了解并理解所识别的目标群体，包括： (i) 人类心理学与行为 - 人类心理学与行为关注影响老年人日常操作的人为因素。涉及他们在处理常见任务时的感受、感官与运动、对不同材料的反应。 (ii) 与目标群体相关的问题及提供的社会服务 (iii) 可用的基本健康与社会护理 (iv) 可能的优选产品的市场情况
时间域控制器设计 - 多模式控制器；最优控制器设置；比值、级联和前馈控制。 频率域补偿器设计 - 尼奎斯特判据；相位裕度和增益裕度；多重设计约束；前馈、滞后和滞后-前馈元件的特性；通过伯德图进行补偿器设计。 动态系统状态空间表示 - 动态系统的状态变量；状态微分方程；从传递函数到状态空间形式方程；典范形式和解耦系统；特征值与系统极点之间的关系。 状态变量方法进行控制系统的分析 - 直接数值求解状态方程；使用状态过渡矩阵求解；系统稳定性；可控性和可观测性。 状态变量方法进行控制系统的设计 - 状态变量反馈；通过与特征方程比较直接计算增益；通过状态方程的控制典范形式进行极点配置；通过阿克曼公式进行极点配置。 实验室实验 有两次2小时的实验室课程。 典型实验： 1. 双旋翼控制 2. 倒立摆控制 3. 直流伺服控制
声学基础 - 流体可压缩性，波动方程，声压级和声功率，不同频率声音的叠加，倍频程和三分之一倍频程，声能流的守恒（无平均流）。 连续系统振动 - 弦、杆、梁和板的振动；结构中的能量传输，自然模态，自由振动和强迫振动。 声源 - 活塞辐射声（1D，2D），阻抗，辐射效率，单极子和双极子，临界频率，2D结构的声辐射。 声传播 - 单行波和驻波的性质，管道接头和两种介质界面处的声反射。 声与振动测量 - 测量系统，麦克风，声级计，背景噪声，声强度测量，混响时间与吸收系数；加速度计，加速度计的校准和安装；振动台，锤子，力传感器和放大器；阻尼测量，实验模态分析。 实验室测量 1. 声波在消声室中的传播 2. 阻抗管测量 3. 振动梁的实验模态分析 4. 交通噪声测量
传感器与执行器 - 仪器与测量原理；频率响应特性；用于运动和位置测量的传感器；力、压力和加速度传感器等；直接电流电机、步进电机、压电执行器等执行器。 信号调理与传输 - 概念与原理；运算放大器与模拟电子技术；模拟信号与数字信号转换、多路复用；数据采集原理、信号滤波。 数字逻辑控制器与PLC - 逻辑；机电一体化系统中控制器的设计，组合逻辑和顺序控制，逻辑方程的最小化；梯形图逻辑图；微控制器和可编程逻辑控制器（PLC）简介。 反馈控制简介 – 开环和闭环系统分析；传递函数与框图，时间域规范如超调量、稳态误差等。 反馈控制系统 – 自动控制器，基本的P、PD、PI、PID控制器，劳斯-赫尔维茨稳定性判据，满足设计规范的控制器设计。 实验室实验 有两节实验室课程。 典型实验： 1. 使用线性可变差动变压器（LVDT）进行位移测量 2. 使用可编程逻辑控制器（PLC）进行顺序控制 3. 直流伺服机构 4. 水位控制
噪声特性及其建模——声学与噪声特性，时间频率域中的声测量，基本噪声源，声波建模，各种声源模型。不同频段噪声控制策略的概览。 声反射与吸收——不同声学介质中的声传播，典型声传播现象及其特性，管道声学，扩张室声反射，亥姆霍兹共振器，吸声材料与吸声器，反应消声器设计，声学屏蔽等。 流体诱导噪声与控制——冯卡门涡旋，湍流噪声，空化，喷气噪声，风扇噪声等。 结构诱导噪声与控制——基本声辐射现象，隔振与吸振，声传播与质量定律。 环境噪声与控制——户外声传播的基本概念，空气中的声吸收；地面声衰减，温度梯度等。声屏障降噪，梅川公式。列车噪声等。 室内声学控制——室内声学的基本概念，直达声与扩散声场，混响时间，桑宾公式，室内声场预测与噪声缓解措施。
专家系统 - 专家系统的原理；知识表示；推理机制；图搜索算法；基于规则的专家系统；使用Prolog或现有软件包将专家系统应用于产品设计和产品数据管理。 模糊推理系统 - 模糊集与 crisp 集；隶属函数；模糊集的性质；模糊集的操作；模糊关系的操作；模糊 if-then 语句；推理规则；使用 Matlab 或现有软件包开发模糊推理系统。 学习模型 - 介绍不同的学习算法和模型；回归；分类；监督学习；无监督学习；强化学习；神经网络；深度学习；使用 Python 或现有软件包开发学习模型。
关注的环境问题 - 自然资源的枯竭和退化、环境污染及其历史应对、废物和废物处理问题、全球变暖、臭氧层耗竭、酸雨、土地退化、气候变化、消费主义对全球环境的影响、个人和社会对绿色生活的偏好。 产品的环境影响 - 产品的生命周期、产品在其生命周期中的环境影响、包装的环境影响、减少环境影响的策略、绿色产品设计的驱动力。 绿色和可持续产品开发过程 - 绿色和可持续产品开发的概念：产品设计、规划和创新、生态设计、生态标签和能源标签、国际环境管理体系标准。 绿色产品开发中的材料选择与采购 - 绿色设计中的材料选择：绿色设计的材料选择步骤、材料选择方法和材料评估。绿色采购：绿色采购的好处、绿色采购流程步骤、供应商评估、绿色采购计划。 绿色产品的环境评估 - 关于全球变暖、平流层臭氧耗竭、光化学臭氧形成、酸化、营养富集、生态毒性、人体毒性、资源消耗和工作环境的标准。环境评估中的标准化和权重、产品的生命周期影响评估（LCA）。 绿色未来 - 绿色消费主义、绿色技术带来的机遇、绿色税制及其对产品开发和营销的影响。
计算机辅助设计 - 产品的几何模型 • 线框模型 • 表面模型 • 实体模型 - 几何建模技术 • 曲线建模 • 表面建模 • 实体建模 - 产品运动学建模与仿真 设计分析与评估 - 有限元建模与分析 • 有限元方法的基本概念 • 建模技术 • 网格类型 • 边界约束 • 材料与属性 • 建模与分析中的对称性 - 机械与热应力分析 - 动态响应 - 从产品尺寸、形状和材料角度进行的产品优化 - 非线性应力分析 CAD/CAE集成 - 数据交换标准：STL、STEP 和 IGES - CAD 和 CAE 之间的互操作性和关联性 - 模型缺陷检测与修复 案例研究 - CAD 案例研究 - CAE 案例研究 - CAD 和 CAE 的集成
产品可靠性 – 产品可靠性的定义、可靠性计划、可靠性要求、参数、建模、预测、测试要求及可靠性设计。 产品责任 – 产品责任的含义。缺陷产品的定义。香港的产品责任。香港的产品责任法律。其他司法管辖区的产品责任法律。 设计风险的管理 – 产品安全的设计策略。通过设计审查系统降低产品设计风险。从制造到服务结束整个生命周期中的个人和环境风险识别。 产品安全标准 – 消费者产品安全法。不同国家的安全标准，如美国的保险商实验室（UL）、英国的英国标准以及欧洲的国际电工委员会（IEC）。新产品的安全标记申请和测试程序概览。产品测试和保证的计划、实施和控制。 产品风险识别方法 – 故障树分析（FTA）。失效模式和效应分析（FMEA）。危险与可操作性研究（HAZOP）和危害分析关键控制点（HACCP）。定量和统计方法在评估产品风险和设计优化中的应用。 产品风险管理 – 通过保险和合同条件转移产品风险。
机器人建模。自由度、坐标系和齐次变换，Denavit-Hartenberg (DH) 规则，正向和逆向运动学，雅可比矩阵，奇异点，机器人动力学模型，状态估计，运动规划和障碍物避免。 计算机视觉。图像形成、获取、直方图、边缘和线检测，图像增强、滤波、物体识别、立体视觉，相机建模与校准，深度神经网络在计算机视觉中的应用。 实验：至少有6小时的实验室课程或等效项目。典型实验包括： 1. 机器人编程与控制。 2. 移动机器人路径规划以避免碰撞。 3. 图像处理和计算机视觉编程。
机器人设计过程。机器人学作为一门科学学科。讨论不同案例研究及其在社会中的需求。介绍一种系统化机器人设计的方法论理论和原则。问题表述、需求和约束条件。 计算工具。数学和数值预备知识。介绍在机器人学中使用的不同计算机库。机器人系统和机构的计算机辅助仿真。数字孪生和物理引擎。实现常见的感知和控制算法。 硬件系统。研究计算模型与实际机器人机制之间的基本差异。研究常用硬件组件（材料、机构、传感器、电子设备）以开发实际的机器人平台。实施Sim2Real策略以控制实际机器人平台的运动。 课程项目。进行动手实验，学生可以应用课程中学习的不同概念。组建团队并设计创新机制和自动化系统以应对课堂提供的特定挑战。组织最终课程团队竞赛，每个团队展示其独特的解决方案。 实地考察。分组参观与先进机器人系统开发相关的公司、研究中心或机构。
这是一门旨在培养机械工程师设计和分析机械系统中机构所需的知识和技能的课程。本课程获得的知识和经验对于任何未来的项目活动都是必不可少的。 机构和运动学简介 • 机构类型，定义和术语，运动链和副，机构的运动自由度和倒置。 刚体力学 • 相对速度和加速度，机构的极限位置和时间比，传动角，速度瞬心，肯尼迪定理，动力学，平衡方程。 图形运动学分析 • 速度分析使用瞬心，速度多边形分析，速度图像，加速度多边形分析，加速度图像。 解析运动学 • 闭合回路方程，单环和多环的复杂矢量分析。 图形力分析 • 两力和三力杆件，力的传递，力多边形，静力分析，叠加原理，动力分析。 解析力和平衡 • 力分析（如四杆机构，滑块曲柄机构），不平衡和平衡，机构的力平衡。 飞轮和陀螺力 • 飞轮的数学公式，分支系统，陀螺效应。 凸轮设计 • 名称，压力角，位移图，从动件运动，盘凸轮轮廓，正向运动凸轮，程序凸轮设计 齿轮和齿轮系 • 齿轮的基本定律，渐开线和摆线齿轮，非标准直齿轮，斜齿轮，蜗杆齿轮，齿轮的生产，齿轮系：普通齿轮系，行星齿轮系，谐波传动 机构的合成 • 四杆和滑块曲柄机构的设计：功能生成和刚体导向
物联网简介。基本概念；应用领域；物联网中使用的技术和系统。物联网与机器人技术的集成。网络上的感知与控制。 网络建模。线性代数基础；图论简介；边与顶点；拓扑结构；无向网络与有向网络；拉普拉斯矩阵与网络动力学。 共识协议。无向网络中的协议；有向网络中的协议；协议与马尔可夫链；边协议；共识稳定性。集体决策。 协同网络机器人。形状与相对状态下的构形控制；移动机器人的网络；集体物体运输；任务分配；覆盖问题。机器人蜂群。 传感器网络。分布式感知与估计；分布式线性最小二乘法；分布式卡尔曼滤波；网络上的实现。局部通信。 实践工作。介绍用于物联网和网络化机器人技术的硬件。开展一项实践项目，让学生在课程中学习的概念得以应用。
产品测试与检验的目的与分类 - 产品损坏与退化，环境攻击，裂纹产生，老化，制造过程中的故障；测试与检验方法的分类。 破坏性测试 - 拉伸和剪切强度测试；家用电器和玩具的跌落测试；塑料和金属材料的冲击和断裂韧性测试；表面涂层的划痕和磨损测试；硬度测试；静态和动态产品的蠕变和耐久性测试。 非破坏性测试（NDT） - 产品损伤检测；嵌入式传感器技术；无线传感技术；超声光谱检测技术；振动和声发射技术；超声-超声再现性；复合材料的C扫描；热波成像和全场NDT；微波评估；涡流和磁通量技术。 产品检验技术 - 使用光学技术、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）的表面形态检验；使用EDX和XRF的化学分析；使用XRD的结构分析。 标准与数据处理 - 检验设计；测试代码和标准；数据收集和分析技术。 虚拟测试 - 使用CAE技术的产品跌落测试模拟。
