第1章 概论 1
1.1 研究系统化设计的意义 1
1.2 现代设计理论与方法的应用与发展 4
1.2.1 设计方法学的研究简况及其发展 4
1.2.2 现代产品设计理论与方法研究简况 5
1.2.3 国际著名产品设计理论与方法简介 5
1.2.4 我国在设计理论与方法上的研究及有关的设计法 10
1.2.5 产品主要（广义）设计方法简介 12
1.3 产品设计理论与方法的分类 14
1.4 系统化设计的概念和特点 18
1.4.1 系统化设计的概念 18
1.4.2 系统化设计的特点 19
1.5 产品系统化设计的指导思想与目标 20
1.5.1 产品系统化设计的指导思想 20
1.5.2 系统化设计的目标 20
1.6 产品系统化设计的步骤和内容 21
1.6.1 系统化设计的步骤 21
1.6.2 产品系统化设计的内容 22
1.6.3 产品的系统化设计与其他设计方法的区别 25
1.7 系统化设计过程中的和谐设计、创新设计和深层次设计 26
1.7.1 产品的绿色设计与和谐设计 26
1.7.2 产品的创新设计 27
1.7.3 产品的深层次系统化设计 27
1.8 产品系统化设计的技术和手段 27
第2章 按照科学方法论中的规则做好系统化设计 31
2.1 引言 31
2.2 科学方法论的体系和特点 31
2.3 科学方法论十二对规则 33
2.4 从事系统化设计工作要重视三对核心要素 37
2.4.1 从事系统化设计工作要有明确的目的和具体的要求 37
2.4.2 从事系统化设计工作要有具体的任务和应有的正确态度 40
2.4.3 从事系统化设计工作要有理想的步骤和科学的方法 42
2.5 从事系统化设计工作要充分发挥四项潜能 45
2.5.1 要有良好的思想和品德 45
2.5.2 要具有必需的知识和能力 48
2.5.3 要保持健康和珍爱生命 50
2.5.4 要有坚韧的毅力并采用灵活机动的战略、战术 51
2.6 从事系统化设计工作要重视三个客观因素 52
2.6.1 应紧抓良好机遇和迎接挑战 53
2.6.2 应该努力保护环境和利用环境 54
2.6.3 应该充分利用外部条件 56
2.7 从事系统化设计工作要做好两个动态因素 57
2.7.1 要在工作过程中不断学习，创造新成果 58
2.7.2 要经常对工作进行检查和定期总结，提高工效 58
2.8 按照方法论做事可取得良好的效果 59
2.9 结语 59
第3章 创新思维、创新原理和创新技法 61
3.1 创新思维的种类及在创新工作中的作用 61
3.2 常见的创新思维形式 62
3.3 创新原理的种类及其在创新过程中的作用 71
3.4 常用的创新原理及应用 72
3.5 创新技法的种类及其在创新过程中的重要作用 82
3.6 常见的创新技法 83
3.7 TRIZ——发明问题解决理论 90
3.7.1 TRIZ理论的诞生 91
3.7.2 TRIZ理论的主要内容 92
3.7.3 TRIZ的作用 93
第4章 科学方法论应用的智能化及专家系统 97
4.1 科学方法论应用的智能化的重大意义 97
4.2 专家系统的应用研究与发展 98
4.3 专家系统的基本结构 99
4.4 科学方法论应是专家系统知识库中重要的共性核心知识 100
4.5 比较推理是专家系统中最易实施的推理形式 101
4.6 最简单的专家系统举例 102
4.7 基于逻辑的故障诊断专家系统举例 109
4.7.1 知识处理模块 109
4.7.2 知识库模块 110
4.7.3 推理诊断模块 111
第5章 系统化设计第一阶段：调研和选题 115
5.1 概述 115
5.2 用户需求调研 116
5.2.1 用户需求调研的意义 116
5.2.2 用户需求调研的主要内容 116
5.2.3 用户需求调研的主要方法和技术 124
5.3 系统化设计环境的调研 126
5.3.1 研究产品环境因素的意义 126
5.3.2 产品环境的种类及内容 128
5.3.3 协调企业与环境及产品与环境的方法 131
5.4 风险的调研 133
5.4.1 风险调研的意义 133
5.4.2 产品风险调研的主要内容 133
5.4.3 产品风险调研的主要方法 135
第6章 系统化设计第二阶段：设计规划或顶层设计 137
6.1 概述 137
6.2 系统化设计总体规划模型 137
6.2.1 系统化设计规划的七个映射域和7D设计总体规划模型 138
6.2.2 系统化7D设计总体规划模型的分层结构图 142
6.3 系统化设计目标规划模型 142
6.4 系统化设计思想规划模型 143
6.5 系统化设计环境规划模型 143
6.6 系统化设计过程规划模型 145
6.7 系统化设计内容与方法规划模型 146
6.8 系统化设计质量检验与评估规划模型 147
6.9 完整和不完整的设计系统或技术系统 148
6.9.1 完整的技术系统与不完整的技术系统 148
6.9.2 完整技术系统与不完整技术系统的对比 149
第7章 系统化设计第三阶段科学实施内容之一：主辅功能设计 153
7.1 概述 153
7.2 产品功能的分析 154
7.2.1 功能的种类 154
7.2.2 产品功能的内涵：基本功能和辅助功能 155
7.2.3 对产品功能特性的要求 157
7.2.4 合理功能的确定 159
7.2.5 产品功能的分解 160
7.3 功能技术方案的分解和组合 162
7.4 主功能系统设计方案的要点 162
7.5 物质输送系统设计方案的要点 163
7.6 物件夹持系统设计方案的要点 165
7.6.1 工件的定位 165
7.6.2 工件和刀具的夹持 165
7.7 运动传递系统设计方案的要点 166
7.8 机器操作系统设计方案的要点 168
7.8.1 操作机构和操作系统 168
7.8.2 执行机构 169
7.9 动力传输系统设计方案的要点 169
7.10 信息传输和处理系统设计方案的要点 171
7.10.1 信息流的结构模型图 171
7.10.2 信息系统要完成信息的采集、转换、传输、处理和储存 172
7.10.3 系统工作状态的控制 173
7.11 产品的功能方案的选取 175
7.11.1 结构方案（工作机构、运行系统及机器结构） 175
7.11.2 技术参数设计 179
7.11.3 绘制总体布局设计图 180
7.11.4 设计方案的选择与评价 181
7.12 产品功能设计举例 183
第8章 系统化设计第三阶段科学实施内容之二：面向结构性能的动态设计 191
8.1 概述 191
8.2 面向产品结构性能的动态设计的种类和特点 192
8.3 面向产品结构性能的动态设计的内涵 193
8.3.1 一般动态设计法 193
8.3.2 深层次动态设计法 197
8.4 动态设计的步骤和方法 198
8.4.1 机械系统的运动学分析和参数的计算 199
8.4.2 机械系统的线性或非线性动力学建模 200
8.4.3 机械系统的线性或非线性的动态特性分析与动力学参数计算 201
8.4.4 其他线性或非线性动力学特性分析 202
8.4.5 试验研究和试验分析 202
8.4.6 根据试验结果对线性或非线性机械系统的未知参数进行辨识 202
8.4.7 审核与修改准则 203
8.4.8 对机械或结构的线性或非线性问题进行修改设计 203
8.5 应用举例——振动离心脱水机的非线性动力学计算 204
第9章 系统化设计第三阶段科学实施内容之三：面向使用性能的智能设计 211
9.1 概述 211
9.2 面向产品使用性能的设计目标、内容和方法 213
9.2.1 设计的目标 213
9.2.2 设计的内容 217
9.2.3 设计的方法 221
9.3 产品操作系统的设计 221
9.3.1 操作机构 222
9.3.2 筛机启动时的同步跟踪操作系统 222
9.4 运动状态的控制系统设计 225
9.4.1 交通工具运动状态的控制 225
9.4.2 各种数控机床运动状态的控制 225
9.4.3 机器人运动状态的控制 226
9.4.4 多机传动机械系统的运动控制 226
9.5 工作参数控制系统的设计 236
9.5.1 参考轨迹的智能预测 237
9.5.2 预测因子的确定 239
9.5.3 预测算法的改进 241
9.5.4 阻抗模型中基于位置反馈预测的仿真研究 242
9.5.5 阻抗模型中基于力反馈预测的仿真研究 246
9.6 工作过程控制系统的设计 248
9.7 工作状态监测与故障诊断系统的设计 250
第10章 系统化设计第三阶段科学实施内容之四：面向制造性能的可视化设计 253
10.1 概述 253
10.2 面向产品制造性能的可视化设计的理论框架 254
10.2.1 可视化设计产生的背景 254
10.2.2 可视化设计的定义和特点 254
10.2.3 可视化设计的具体内容 255
10.2.4 可视化设计法的技术流程 257
10.2.5 可视化设计法的关键技术 259
10.2.6 主要研发软件 260
10.2.7 可视化设计法的应用原则 263
10.2.8 可视化设计中的非线性问题 264
10.3 加工过程可视化 266
10.3.1 研究内容及目标 267
10.3.2 应用举例 267
10.3.3 研究实例 269
10.4 装配（拆卸）过程可视化 271
10.4.1 研究内容及目标 271
10.4.2 研究方法及实施过程 271
10.4.3 研究实例 274
第11章 系统化设计第四阶段：设计质量检验与评估 277
11.1 设计质量检验与评估的必要性 277
11.2 设计质量指标的内涵 278
11.3 评价指标的加权系数 280
11.4 设计质量评价方法的种类 281
11.5 模糊综合评价法 282
11.5.1 模糊综合评价法在产品质量评价中的应用情况 282
11.5.2 多级模糊综合评价模型 283
11.6 系统分析法 286
11.6.1 系统工程评价方法的基本原则 287
11.6.2 建立评价指标体系和确定评价指标值 287
11.6.3 建立评价模型 288
11.7 价值工程法 289
11.7.1 产品的功能 290
11.7.2 产品的寿命周期成本 290
11.7.3 产品的价值 291
11.7.4 机械运动方案的价值评定 291
11.8 产品质量模糊综合评价应用实例 292
第12章 系统化设计应用举例 297
12.1 概述 297
12.2 振动沉拔桩机的功能设计 297
12.2.1 沉拔桩机加压机构和行走机构 298
12.2.2 新型沉拔桩机振动机构的选取 300
12.2.3 旋转阀 302
12.2.4 隔振系统设计 307
12.3 面向振动沉拔桩机结构性能的动态设计 307
12.3.1 振动沉桩时土的力学模型 307
12.3.2 振动沉拔桩机系统数学模型及其动力学特性 311
12.3.3 振动沉拔桩机慢变参数系统的动力学特性 315
12.4 面向振动沉拔桩机使用性能的智能设计 319
12.4.1 基于PLC的顺序控制技术 319
12.4.2 PLC控制系统设计 320
12.4.3 PLC在振动沉拔桩机控制中的应用 321
12.5 面向振动沉拔桩机制造性能的可视化设计 326
12.5.1 可视优化概念 326
12.5.2 振动沉拔桩机系统 327
12.5.3 实现方案 328
12.5.4 振动沉拔桩机系统可视化设计 328
12.6 结语 334
参考文献 337