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第1篇 现代产品设计基础 2

第1章 概论 2

1.1 产品设计和开发概述 2

1.2 现代产品设计和开发的特点 3

1.2.1 创新性 4

1.2.2 使顾客满意 4

1.2.3 优化 5

1.2.4 设计和开发周期最短化 5

1.2.5 智能化 5

1.2.6 综合性 6

1.3 产品设计和开发的重要性 6

1.3.1 推动产业升级换代促进经济发展 6

1.3.2 企业的核心竞争力 6

1.3.3 产品设计决定了产品的“先天质量” 7

1.3.4 最重要的预防措施 7

1.3.5 决定产品成本的主导因素 7

1.4 现代产品设计的核心因素 8

1.5 产品设计和开发的原则 8

1.5.1 需求原则 8

1.5.2 创新原则 9

1.5.3 信息原则 9

1.5.4 系统原则 9

1.5.5 继承原则 9

1.5.6 效益原则 10

1.5.7 简化原则 10

1.5.8 定量原则 10

1.5.9 时间原则 10

1.5.10 合法原则 10

1.5.11 人性化原则 12

1.5.12 审核原则 12

1.6 产品设计和开发的类型 12

第2章 设计人员的创造力和创新思维 13

2.1 创造力 13

2.1.1 创造力的内涵 13

2.1.2 创造力的普遍性和可开发性 13

2.1.3 创造力的培养 14

2.2 创新思维概述 21

2.2.1 创新思维的本质 21

2.2.2 创新思维的规律 21

2.2.3 创新思维的组合 22

2.2.4 创新思维的特点 23

2.2.5 创新思维的类型 24

2.3 创新思维的原理 26

2.3.1 压力原理 26

2.3.2 发散原理 26

2.3.3 激励（触发）原理 26

2.3.4 轰击原理 27

2.3.5 流动原理 27

2.3.6 调节原理 27

2.4 创新思维的方法 28

2.4.1 群体集智法 28

2.4.2 设计探求法 29

2.4.3 属性列举法 30

2.4.4 联想法 32

2.4.5 抽象法 35

2.4.6 逆向思维法 36

2.4.7 组合创新法 37

2.4.8 技术移植法 39

2.4.9 机遇利用法 41

2.5 TRIZ理论 41

2.5.1 概述 41

2.5.2 TPIZ解决问题的过程 42

2.5.3 TRIZ理论的基本原理 42

2.5.4 TRIZ理论主要内容 43

2.5.5 TRIZ理论的创新设计问题解决工具 44

2.5.6 解决发明问题的40种原理 45

2.5.7 TRIZ理论的特点和优势 59

2.5.8 TRIZ理论的应用 59

2.5.9 TRIZ理论在中国的应用 60

2.5.10 TRIZ理论的实践意义 60

第3章 现代产品设计原理 61

3.1 设计公理及其应用 61

3.1.1 概述 61

3.1.2 设计的四个区域 62

3.1.3 设计展开的方法 64

3.1.4 基本公理 64

3.1.5 降低信息含量的方法 68

3.1.6 设计师经常犯的错误 69

3.1.7 推论和定理 69

3.2 产品生命周期管理（PLM） 74

3.2.1 什么是PLM 74

3.2.2 新产品研发管理之痛 75

3.2.3 如何用PLM解决新产品研发之痛 75

3.2.4 PLM可以为企业带来哪些利益 78

3.2.5 我国企业实施PLM之路 79

3.2.6 PLM实施成功的案例 80

3.3 系统论 80

3.3.1 概述 80

3.3.2 现代产品系统化特征 85

3.3.3 系统方法在设计中的应用 86

3.4 设计方法学 88

3.4.1 概述 88

3.4.2 设计方法进程模式 89

3.4.3 设计方案 89

3.4.4 综合评价 90

3.5 产品设计经济学 90

3.5.1 概述 90

3.5.2 影响产品设计的技术经济因素 91

3.5.3 价值分析 92

3.6 质量设计学 96

3.6.1 概述 96

3.6.2 质量设计理论和方法体系 98

3.6.3 质量设计决策 100

3.7 人机工程学 101

3.7.1 概述 101

3.7.2 人机系统设计的基本要求 102

3.7.3 人机系统设计要点 103

3.8 绿色设计 105

3.8.1 概述 105

3.8.2 绿色技术 107

3.8.3 绿色产品 108

3.8.4 绿色制造 109

3.8.5 绿色设计的内容 110

3.8.6 绿色设计的准则 111

3.8.7 绿色设计的核心内容 113

3.8.8 绿色设计的方法 117

3.8.9 绿色设计的评价 119

第4章 现代产品设计方法和技术 121

4.1 概述 121

4.2 质量功能展开（QFD） 122

4.2.1 QFD的概念 122

4.2.2 QFD的作用 122

4.2.3 质量屋 123

4.2.4 质量屋的构建程序 124

4.2.5 QFD案例分析 125

4.3 稳健设计（田口方法） 127

4.3.1 稳健设计的方法 128

4.3.2 线外质量管理的步骤与程序 129

4.3.3 主要分析技术 129

4.4 失效模式及影响分析（FMEA） 132

4.4.1 FMEA的实施要点 132

4.4.2 FMEA表各栏目及其编制要求 133

4.4.3 故障树分析（FTA） 136

4.5 可靠性技术 139

4.5.1 可靠性 139

4.5.2 可靠性的指标 139

4.5.3 可靠性的技术类型 140

4.5.4 可靠性设计 141

4.6 动态设计 147

4.6.1 概述 147

4.6.2 动态设计的原理 147

4.7 摩擦学设计 149

4.7.1 概述 149

4.7.2 摩擦和磨损 150

4.7.3 减摩设计 153

4.7.4 耐磨设计 155

4.8 反求工程设计 157

4.8.1 概述 157

4.8.2 相似理论及其应用 158

4.8.3 反求工程设计的内容和方法 162

4.8.4 反求工程设计的应用领域 166

4.9 防错设计 167

4.9.1 概述 167

4.9.2 防错设计措施 168

4.10 产品安全设计 169

4.10.1 概述 169

4.10.2 产品安全性设计原理 171

第2篇 产品设计的主要过程 176

第5章 产品设计过程与功能原理方案设计 176

5.1 产品设计过程概述 176

5.1.1 计划阶段 177

5.1.2 设计阶段 180

5.1.3 产品试制与试验阶段 181

5.1.4 产品批量生产阶段 181

5.1.5 产品销售阶段 181

5.2 功能原理设计概述 181

5.2.1 产品功能的定义 181

5.2.2 功能原理设计的任务和工作步骤 182

5.3 系统功能分析 183

5.3.1 产品总功能分解 183

5.3.2 功能元 185

5.3.3 基本功能结构 186

5.3.4 功能结构分析 187

5.3.5 功能结构分析方法 191

5.4 功能作用原理解法（简称原理解） 198

5.4.1 寻求原理解的求解思路 198

5.4.2 寻求原理解的方法 199

5.4.3 原理解的组合与筛选 215

5.5 原理方案评价方法 220

5.5.1 概述 220

5.5.2 有效值分析法 221

5.5.3 技术经济评价法 226

5.5.4 方案中薄弱环节的寻找方法 227

第6章 结构设计 230

6.1 概述 230

6.1.1 结构设计的任务与重要性 230

6.1.2 结构设计的内容与核心问题 231

6.1.3 结构设计的工作步骤 232

6.1.4 结构设计的基本原则 234

6.1.5 结构设计的方法导则 237

6.2 结构设计的基本原理 238

6.2.1 任务分配原理 238

6.2.2 等强度原理 239

6.2.3 力流传递路线最短原理 240

6.2.4 无功力平衡原理 243

6.2.5 变形协调原理 244

6.2.6 自补偿（自助）原理 245

6.2.7 稳定性原理 247

6.3 结构要素变换法 248

6.3.1 利用结构形态变换制订结构方案的方法 249

6.3.2 利用结构相互关系变换制订结构方案的方法 251

6.4 结构优化设计 253

6.5 解决结构设计中四大基本技术问题的方法 256

6.5.1 提高结构强度、刚度与使用寿命的基本设计方法 256

6.5.2 提高结构精度的基本设计方法 274

6.5.3 改善结构工艺性的基本设计方法 283

6.5.4 降低结构成本的基本设计方法 293

6.6 大件设计 305

6.6.1 大件设计的基础知识 305

6.6.2 大件焊接结构设计 307

6.6.3 应用有限元法分析计算大件的刚度与强度 312

第7章 总体设计 313

7.1 概述 313

7.1.1 总体设计的任务 313

7.1.2 总体设计的主要内容 314

7.2 总布置设计 315

7.2.1 总布置设计的基本原则 315

7.2.2 产品总体布局的基本类型 315

7.2.3 产品总布置设计的典型布置形式 315

7.3 产品运动方案与驱动系统的设计和运动循环图 330

7.3.1 选择产品运动方案、驱动系统的类型和拟定机构简图 330

7.3.2 产品机械运动协调设计和运动循环图 333

7.3.3 产品驱动系统的具体设计步骤 335

7.4 人机学设计 338

7.4.1 人机学与宜人性原则 338

7.4.2 与身体尺度相关的设计 339

7.4.3 与体力相关的设计 343

7.4.4 与视觉相关的设计 345

7.5 产品造型设计 347

7.5.1 造型设计的基本原则与美学法则 347

7.5.2 产品形态设计的要点 353

7.5.3 产品色彩设计的要点 356

7.5.4 产品装饰设计的要点 359

第8章 施工设计 361

8.1 施工设计的任务与主要内容 361

8.2 部件设计的内容和要求 361

8.2.1 部件图的作用和内容 361

8.2.2 部件图上的尺寸标注和技术要求 363

8.2.3 产品装配工艺性和对零件结构工艺性的要求 364

8.2.4 部件图的画法 366

8.3 零件设计的内容和基本要求 370

8.3.1 零件的分类、零件工作图的作用及设计要求 370

8.3.2 轴类零件工作图的设计 371

8.3.3 齿轮类零件工作图的设计 372

8.3.4 减速器箱体类零件工作图的设计 374

8.4 设计文件的作用、种类和制订的基本要求 379

8.4.1 设计文件的作用与种类 379

8.4.2 制订设计文件的基本要求 379

8.5 计算机辅助设计在施工设计中的应用 386

8.5.1 计算机辅助设计简介 386

8.5.2 工程数据的处理方法 388

8.5.3 计算机图形处理与三维造型 392

8.5.4 MATLAB和野火Pro/Engineer的应用简介 394

第3篇 产品设计和开发的质量管理 398

第9章 概述 398

9.1 质量管理在设计和开发中的重要性 398

9.1.1 促进创新 398

9.1.2 人力资源管理 398

9.1.3 市场定位 399

9.1.4 质量策划和质量设计 399

9.2 设计和开发的质量职能和质量管理要求 399

9.2.1 设计和开发的质量职能 399

9.2.2 设计和开发的质量活动 400

9.2.3 设计和开发的质量管理要求 402

第10章 产品设计和开发的策划 403

10.1 对设计和开发策划的要求 403

10.2 策划原则 404

10.2.1 高层领导支持、重视和参与是策划成功的关键 404

10.2.2 信息是设计策划的基础 404

10.2.3 策划小组是策划成功的组织保证 405

10.2.4 预防原则 405

10.2.5 运用同步技术（并行工程） 406

10.2.6 系统策划 406

10.2.7 制订控制计划 406

10.2.8 问题的解决 407

10.2.9 制订进度计划 408

10.3 设计团队和设计人员的资质 410

10.3.1 设计人员的职责 411

10.3.2 各类设计人员的资质 412

10.4 资源配置 413

10.4.1 信息资源 413

10.4.2 基础设施 413

10.4.3 工作环境 414

10.4.4 资金 414

10.5 产品质量前期策划和控制计划（APQP） 414

10.5.1 概述 414

10.5.2 APQP的过程 415

10.5.3 控制计划 420

第11章 设计输入 425

11.1 概述 425

11.2 市场调研 426

11.2.1 概述 426

11.2.2 市场调研的需求 427

11.2.3 市场调研的内容 427

11.3 隐需求的识别 429

11.3.1 识别隐需求的重要性 429

11.3.2 从市场技术预测中识别 430

11.3.3 从以往类似产品的经验中识别 430

11.3.4 从国内外同类产品的调查分析中识别 431

11.3.5 从其他类似顾客的要求中识别 431

11.4 设计输入控制的一般原则 431

11.5 设计要求 433

11.5.1 主要设计要求 433

11.5.2 其他设计要求 435

11.6 设计输入的评审 436

第12章 设计评审 437

12.1 概述 437

12.2 设计评审要点 438

12.2.1 评审要点的设置 438

12.2.2 设计评审的内容和要求 439

12.3 设计评审人员 443

12.4 设计评审程序 444

12.5 设计评审的注意事项 447

第13章 设计验证 449

13.1 概述 449

13.2 设计验证的时机 450

13.3 设计验证的方法 451

13.3.1 变换方法进行计算 451

13.3.2 样机试验 452

13.3.3 模型试验 452

13.3.4 类比验证 453

13.3.5 模拟试验 454

13.3.6 计算机仿真 454

13.3.7 虚拟现实技术 458

13.4 设计验证的跟踪 460

第14章 设计输出 461

14.1 概述 461

14.1.1 对设计输出的要求 461

14.1.2 设计输出的内容 461

14.1.3 产品图样和设计文件的完整性 462

14.2 满足设计输入要求 464

14.3 验收规则 464

14.4 质量特性分级 466

14.4.1 概述 466

14.4.2 质量特性分级对象 466

14.4.3 质量特性分级内容 466

14.4.4 质量特性重要度分级方法 467

14.4.5 进行产品质量特性重要度分级应注意的问题 467

14.4.6 质量特性重要度分级的标识 468

第15章 设计确认 469

15.1 概述 469

15.2 设计确认的要点 470

15.2.1 设计确认的目的 470

15.2.2 设计确认的时机 471

15.2.3 设计确认的条件 471

15.2.4 设计确认的方法 472

15.2.5 设计确认的记录和跟踪 472

15.3 设计鉴定和确认 472

15.3.1 概述 472

15.3.2 设计确认 472

15.3.3 设计鉴定 474

第16章 设计更改 475

16.1 概述 475

16.1.1 对设计更改的要求 475

16.1.2 设计更改的目的和作用 475

16.1.3 设计更改可能引发的问题 478

16.2 设计更改的控制 479

16.2.1 设计更改的提出 479

16.2.2 设计更改的评审和批准 481

16.2.3 设计更改的跟踪 482

16.3 设计更改的注意事项 482

16.3.1 设计更改时应研究的问题 482

16.3.2 关联更改 484

16.3.3 设计更改实施的注意事项 485

16.4 技术状态管理要点 486

16.4.1 概述 486

16.4.2 技术状态管理体系 487

16.4.3 技术状态标识 488

16.4.4 技术状态控制 491

16.4.5 技术状态管理纪实 495

16.4.6 技术状态及其管理体系审核 496

参考文献 498