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目录 1

第1章 产品开发概论 1

1.1 内容提要 2

1.2 产品设计简介 3

1.2.1 为读者和学习产品设计的学生提供的观念 3

1.2.2 产品开发与产品设计 3

1.2.3 设计与再设计的类型 4

1.2.4 工程设计 5

1.3 现代产品开发 7

1.3.1 现代产品开发程序 8

1.3.2 产品开发程序中的反向工程与再设计 13

1.4 产品开发过程实例 16

1.4.1 设计系统：施乐公司 17

1.4.2 工业设计：TX产品设计公司 18

1.4.3 快速开发：微软公司 19

1.4.4 深入研究：Raychem公司 21

1.4.5 高复杂性：福特公司 24

1.4.6 技术：Raytheon公司 25

1.5 设计理论与方法 26

1.6 小结 30

1.7 参考文献 31

第2章 产品开发程序工具 32

2.1 内容提要 33

2.2 产品开发团队 33

2.2.1 开发团队的基本定义 34

2.2.2 团队组成：寻求合作、团结、竞争和一致 35

2.2.3 战略：团队结构 39

2.2.4 用队建设（基本活动） 40

2.2.5 团队评估 43

2.2.6 结束语：产品开发团队 45

2.3 产品开发规划 45

2.3.1 规划程序 46

2.3.2 基本的规划和调度工具 47

2.4 小结 49

2.5 参考文献 50

第3章 界定产品的开发范围：技术与商业的关系 51

3.1 内容提要 52

3.2 决定开发什么 52

3.2.1 S曲线 53

3.2.2 S曲线与新产品开发 54

3.2.3 S曲线评论及技术预测 55

3.3 基本方法：任务陈述和技术考证 56

3.3.1 技术考证 57

3.3.2 任务说明书 57

3.3.3 指甲刀：明确目的和任务说明书 57

3.4 高级方法：商业案例分析 59

3.4.1 哈佛商业案例分析法：产品的改进 59

3.4.2 产品开发的财务分析 60

3.5 高级方式：设计原始参数 64

3.5.1 设计原始参数 64

3.5.2 案例：指甲刀 66

3.7 参考文献 67

3.6 小结 67

4.1 内容提要 68

4.2 客户满意度 68

4.2.1 客户的声音 68

第4章 了解客户需求 68

4.2.2 客户群体 70

4.2.3 客户需求的类型 71

4.2.4 客户需求模型 71

4.3 收集客户需求 72

4.3.1 收集需求的方法 72

4.3.2 进行交谈：喜欢／不喜欢方法 73

4.3.3 进行访谈：使用分阶段法 75

4.4.1 释义需求的分组 79

4.4.2 需求分组——近似图表法 79

4.3.4 客户访谈：对产品的感觉和工业设计 79

4.4 客户需求的组织和排序 79

4.4.3 需求重要性的确定 82

4.4.4 客户使用模式 87

4.4.5 客户需求文件资料 89

4.5 小结 90

4.6 参考文献 90

第5章 设置产品功能 91

5.1 内容提要 91

5.2 为什么要进行功能分解 92

5.2.1 目的 92

5.2.2 功能建模基础 93

5.2.3 功能与约束 94

5.3 建模过程 95

5.4 简单的功能树方法 95

5.4.1 FAST法 95

5.4.2 减件-运行法 98

5.5 建立系统功能：创建功能结构 100

5.5.1 基本功能结构：黑箱子及定义 100

5.5.2 功能结构建模过程：阶段1——以活动图的形式创建过程描述 103

5.5.3 阶段2——利用任务列表来设计子功能 104

5.5.4 阶段3——把子功能聚集为细化的功能结构 107

5.5.5 阶段4——对功能分解进行验证 107

5.6 扩展：从简单的功能树到完整的模型 110

5.5.6 阶段5——建立并识别产品的结构体系及组件 110

5.6.1 层次性功能结构分解实例 111

5.6.2 把流引入功能层次的分解中 112

5.7 再谈功能聚集：射箭枪的简化 112

5.8 功能的通用基 117

5.8.1 通用基 117

5.8.2 功能模型的转换 118

5.8.3 通用基的使用 119

5.8.4 功能聚集的研究 119

5.9 功能建模方法的评价 120

5.10 小结 121

5.11 参考文献 121

第6章 产品分解与实验 123

6.1 内容提要 124

6.2.1 综述 125

6.2 产品拆卸过程 125

6.2.2 步骤1：列举设计条目 126

6.2.3 步骤2：产品分解前期预备 126

6.2.4 步骤3：对流通和安装环节的检验 127

6.2.5 步骤4：对装配件进行拆解、测量和数据分析 127

6.2.6 步骤5：制作材料表格 127

6.3 产品分解方法 127

6.3.1 移除操作程序法 127

6.3.2 SOP方法实例 129

6.3.3 力流（属能量通路范围）图表法 133

6.3.4 测量和实验 139

6.4.2 个性化的产品分解图 148

6.4 后期分解报告 148

6.4.1 分解计划和材料表单 148

6.4.3 实际产品功能结构 150

6.5 产品分解的应用 150

6.5.1 应用：滑出式辅助护目板 151

6.5.2 自动冰茶机的案例研究 158

6.6 小结 163

6.7 参考文献 164

第7章 设定基准及确立工程说明 165

7.1 内容提要 165

7.2 背景：知己知彼 165

7.3.3 步骤3：进行一次信息调查活动 167

7.3.2 步骤2：将具有竞争力的或相关的产品列成清单 167

7.3 设定基准的方法 167

7.3.1 步骤1：将设计要点列成清单 167

7.3.4 步骤4：拆卸多种同类产品 170

7.3.5 步骤5：根据功能确立基准 170

7.3.6 步骤6：根据功能确定同类最佳竞争者 170

7.3.7 步骤7：分析行业趋势 170

7.3.8 基准设定实例：磨咖啡机 171

7.4 基准设定过程中应用的工具 174

7.4.1 装配件成本分析 174

7.4.2 功能形态图 177

7.4.3 趋势分析 178

7.4.5 对竞争产品基准设定的思考 179

7.4.4 重新设计机遇的建议 179

7.5 建立产品说明书 181

7.5.1 建立说明书的过程 181

7.5.2 基本方法：品质屋 185

7.5.3 高级方法：数值分析 190

7.6 小结 194

7.7 参考文献 194

第8章 产品整合和整合构造 195

8.1 内容提要 195

8.2 产品整合构造 196

8.2.1 背景 196

8.2.2 整合构造的类型 197

8.3.1 理论 201

8.3 选择构造类型 201

8.3.2 以市场为决定因素的构造策略 204

8.4 平台构造 212

8.4.1 协商模块化系列产品平台 212

8.4.2 基本方法：图解法 214

8.4.3 高级方法：功能建造法 216

8.4.4 高级方法：最优化选择 220

8.5 小结 225

8.6 参考文献 226

第9章 产品体系结构 227

9.2 产品体系结构 228

9.2.1 简介 228

9.1 内容提要 228

9.2.2 体系结构类型 229

9.2.3 产品体系结构示例 230

9.3 产品模块化：背景介绍 230

9.3.1 模块化的类型 231

9.4 模块化设计的基本方法：集合法 235

9.4.1 步骤1：创建产品功能结构图 236

9.4.2 步骤2：将元件集合为功能模块 236

9.4.3 步骤3：制作概略布局图 238

9.4.4 步骤4：确定模块交互关系并细化性能特性 240

9.5 模块化设计：高级功能方法 241

9.5.1 功能依存性 241

9.5.2 模块启发法 242

9.5.3 模块启发法的应用程序 250

9.5.4 模块化设计法小结 254

9.6 基于产品体系结构的设计开发小组 254

9.6.1 达成建立基于模块的设计开发小组的方法 255

9.6.2 基于模块的设计开发小组法的应用 256

9.6.3 设计开发小组法小结 260

9.7 小结 261

9.8 参考文献 261

第10章 设计创意的产生 263

10.1 内容提要 264

10.2 创意产生过程 264

10.3 基本方法：资料收集与头脑风暴法 266

10.3.1 资料收集：创意的有效辅助手段 267

10.3.2 头脑风暴法 269

10.3.3 头脑传球法 271

10.3.4 C草图法／6-3-5法 272

10.3.5 应用于直觉方法的概念产生源 277

10.4 高级方法：定向搜索 278

10.4.1 利用物理原理进行系统搜索 278

10.4.2 利用分类表进行系统的搜索 279

10.4.3 创造性解决问题的理论 284

10.5 形态分析 292

10.5.1 为每个产品功能创建概念 293

10.6 组合解决方案原则（概念变量） 295

10.6.1 功能共享 296

10.6.2 产品应用：指甲刀 297

10.6.3 产品应用：舱底排水装置 297

10.6.4 产品应用：适于残疾人的智能餐勺 301

10.8 参考文献 307

10.7 小结 307

第11章 概念选择 309

11.1 内容提要 309

11.2 介绍 310

11.2.1 影响有效决策的因素 310

11.2.2 设计评估 311

11.2.3 信息品质 311

11.3 对技术可行性的估计 312

11.3.1 估计 312

11.3.2 电车的空调示例 313

11.3.3 估计线索 314

11.4.1 对所用标准达成一致意见 316

11.4 概念选择过程 316

11.4.2 对所用概念达成一致意见 317

11.4.3 对可选概念进行排序 318

11.4.4 对可选概念进行评估 318

11.4.5 攻击负面 318

11.5 一种基本方法：Pugh概念选择表 319

11.5.1 设定标准和可选概念 319

11.5.2 选择基准 320

11.5.3 排序和评估 320

11.5.4 可选概念的排列顺序 320

11.5.5 攻击负面 321

11.5.6 迭代及结果 321

11.5.7 磨咖啡机示例 322

11.6 高级讨论：测量理论 323

11.6.1 设置评估结构 324

11.6.2 顺序标度 324

11.6.3 间隔标度 327

11.6.4 比率标度 330

11.6.5 多种可测量标度 331

11.7 高级方法：数字化概念评分 332

11.7.1 用间隔标度评分 332

11.7.2 选择错误分析 334

11.7.3 通过误差分析进行概念选择：猫窝箱产品的设计 341

11.8 对设计评估计划的批评 344

11.10 参考文献 345

11.9 小结 345

第1 2章 概念具体化 347

12.1 内容提要 347

12.2 概述及背景 348

12.3 基本方法：几何图形及布局的简单介绍 352

12.3.1 产品具体化的一般过程 352

12.3.2 具体化设计核查列表 354

12.4 高级方法：系统建模 356

12.4.1 系统建模 357

12.4.2 机械具体化设计原则 359

12.4.3 FMEA法：建立故障状态与系统建模之间的关系 365

12.5 实例研究：为系泊部位设计显示器支架 370

12.5.1 概要 385

12.6 小结 387

12.7 参考文献 389

第13章 构建产品规格模型 390

13.1 内容提要 391

13.2 基于生能定义的模型选择介绍 391

13.2.1 模型预备工作和选择方法 392

13.22 产品应用：模型预备和选择 392

13.3 数学模型与产品样机原型 394

13.3.1 实例 395

13.4 深入话题探讨：什么是产品模型 397

13.4.1 不规范模型 397

13.4.2 规范模型 398

13.5.1 建模的一种基本方法 403

13.5 构建产品模型：基本方法 403

13.5.2 构建基础模型的产品应用实例：冰茶机 410

13.6 构造产品模型：高级方法 419

13.6.1 方法与途径 419

13.6.2 方法步骤 419

13.7 产品模型：实例 421

13.7.1 电热锅 421

13.7.2 握柄温度 426

13.7.3 完成模型整合过程所需的其他产品规格模型 428

13.7.4 关于模型生效的讨论 430

13.8 小结 431

13.9 参考文献 432

14.2 概述与研究动机 433

14.1 内容提要 433

第14章 面向制造和装配的设计 433

14.3 基本方法：设计基本原则的应用 435

14.3.1 面向装配的设计 435

14.3.2 面向零件制造的设计 442

14.4 高级方法：制造成本分析法 450

14.4.1 成本驱动模型 451

14.4.2 制造成本分析 453

14.5 对面向装配设计的方法局限性的讨论 470

14.6 小结 474

14.7 参考文献 474

第1 5章 为环保而设计 476

15.2 为什么要做环保设计 477

15.1 内容提要 477

15.3 环保目标 478

15.3.1 全球性污染 479

15.3.2 地区性的和地方性的问题 479

15.4 基本的环保设计方法：设计准则 479

15.4.1 应用：纸托架设计 481

15.5 产品周期评估 485

15.5.1 概述 485

15.5.2 基本方法——AT T的对环境负责的产品评估 488

15.5.3 加权计算评估方法 492

15.5.4 产品周期评估方式 498

15.6 减少对环境影响的技术 498

15.6.1 通过设计减少材料的使用量 499

15.6.2 为拆卸而设计 501

15.6.3 为再循环而设计 506

15.6.4 为再制造而设计 508

15.6.5 为减少材料对环境的影响而设计 509

15.6.6 为提高能源利用效率而设计 510

15.6.7 满足规则和标准的设计 511

15.7 小结 515

15.8 参考文献 515

第16章 分析及数字模型方法 518

16.1 内容提要 519

16.2 概述和策略 519

16.2.1 解法定义 521

16.2.2 Pareto最优 521

16.3 基本方法：电子表格搜索 523

16.3.1 产品应用：玩具火箭产品的电子表格搜索 525

16.3.2 小结 529

16.4 优化的基本概念 531

16.4.1 约束 531

16.4.2 目标函数 532

16.4.3 标准零形式 532

16.5 高级论题：分析表达式的讨论 533

16.5.1 无约束问题 533

16.5.2 拉格朗日定理 534

16.6 实际优化 537

16.6.1 数字搜索 537

16.6.2 停机判据 538

16.6.4 整体最优性 539

16.6.3 敏感性分析 539

16.6.5 解决方法：Matlab 540

16.6.6 解决方法：电子表格解算程序 540

16.6.7 实例：指甲刀产品——修剪刀刃在末端 541

16.7 产品应用 544

16.7.1 应用：TOMYTM Push'n GoTM火车的再设计 544

16.7.2 应用：电锅产品 548

16.8 小结 550

16.9 参考文献 550

第17章 物理原型 552

17.1 内容提要 553

17.2 原型制作的要素 553

17.3 原型的分类 555

17.2.1 何为物理模型／原型 555

17.3.1 原型制作的目标 559

17.4 原型的应用 560

17.4.1 实物大模型使用的材料和工艺过程 561

17.5 快速原型制造技术 567

17.5.1 快速原型制造：历史的回顾 568

17.5.2 商用快速原型制造工艺 571

17.5.3 如何为产品选择快速原型制造工艺 573

17.6 比例、尺寸分析和相似 575

17.6.1 Buckingham？定理和比例模型测试 575

17.6.2 搭扣设计实例 576

17.7 基本方法：物理原型设计与规划 578

17.7.2 原型应用实例 579

17.7.1 原型设计的准则 579

17.9 参考文献 588

17.8 小结 588

第18章 物理模型和实验 590

18.1 内容提要 590

18.2 实验设计 591

18.2.1 设计实验的基本原理 592

18.2.2 基本理论：二阶乘实验 596

18.2.3 扩展方法：相互作用 605

18.2.4 基本产品应用：玩具太阳能车的再设计 609

18.3 实验设计：减少的试验与少量的实验 613

18.3.1 全阶乘的无效率 613

18.3.3 基本的设计方法 617

18.3.2 正交性 617

18.3.4 高维部分阶乘设计 619

18.4 实验的统计分析 620

18.4.1 自由等级 620

18.4.2 相关系数 620

18.4.3 标准残差 621

18.4.4 ANOVA：F比率测试 622

18.4.5 其他指示器：残差图 627

18.4.6 用于产品测试的高级DOE方法小结 627

18.5 物理建模与DOE的产品应用 628

18.5.1 产品应用Ⅰ：NerfTM MissilestormTM（Norrell.1995） 628

18.5.2 搅拌器面板显示的价值工程 633

18.5.3 磨咖啡机实验最优化 639

18.6 小结 647

18.7　参考文献 647

第19章 健壮设计 648

19.1 内容提要 648

19.2 质量设计理论 648

19.2.1 广义健壮设计模型 649

19.2.2 健壮设计模型的构造 650

19.3 基础方法：Taguchi方法 653

19.3.1 噪声变量矩阵 653

19.3.2 设计变量矩阵 654

19.3.3 实验矩阵 654

19.3.4 信噪比 655

19.3.5 设计目标的选择 657

19.3.6 参数设计年和Taguchi哲学 658

19.4 高级分析：概率理论 663

19.4.1 变化的测量 664

19.4.2 健壮设计问题的一般性公式 665

19.5 小结 668

19.5.1 健壮设计的设计哲学 668

19.5.2 本章要点 669

19.6 参考文献 669

附录A 功能结构定义 671

附录B DOE实验矩阵 688

附录C TRIZ关系矩阵 691

附录D 生态指示器95环境评估 693