第1章 工程设计 1
1.1绪论 1
1.2工程设计过程 2
1.2.1工程设计过程的重要性 2
1.2.2设计类型 3
1.3思考工程设计过程的方法 4
1.3.1一个简单的迭代模型 4
1.3.2设计方法与科学方法 5
1.3.3问题求解的方法学 6
1.4优秀设计的考虑因素 9
1.4.1性能需求的满足 9
1.4.2全生命周期 10
1.4.3法规与社会问题 11
1.5设计过程描述 12
1.5.1第一阶段——概念设计 12
1.5.2第二阶段——方案设计 13
1.5.3第三阶段——详细设计 13
1.5.4第四阶段——制造规划 14
1.5.5第五阶段——配送规划 14
1.5.6第六阶段——使用规划 14
1.5.7第七阶段——产品退役规划 15
1.6计算机辅助工程 15
1.7遵守法案与标准的设计 17
1.8设计评审 18
1.9工程设计的社会考虑因素 20
1.10本章小结 22
新术语和概念 23
参考文献 23
问题与练习 24
第2章 产品开发过程 25
2.1概述 25
2.2产品开发过程 25
2.2.1成功的因素 27
2.2.2静态产品与动态产品 29
2.2.3系列产品开发过程的变量 29
2.3产品与流程周期 30
2.3.1产品研发阶段 30
2.3.2技术开发和嵌入周期 31
2.3.3工艺开发周期 32
2.4设计和产品开发组织 33
2.4.1基于功能的典型组织形式 33
2.4.2基于项目的组织形式 34
2.4.3复合组织形式 35
2.4.4并行工程团队 36
2.5市场与营销 37
2.5.1市场 37
2.5.2市场细分 38
2.5.3营销部门的功能 39
2.5.4营销计划的因素 40
2.6技术创新 40
2.6.1发明、创新和推广 40
2.6.2与创新和产品开发相关的业务 42
2.6.3创新人才的特点 43
2.6.4技术创新的类型 43
2.7本章小结 45
新术语和概念 45
参考文献 46
问题与练习 46
第3章 问题定义和需求识别 47
3.1绪论 47
3.2识别客户需求 48
3.2.1客户需求的初步研究 49
3.2.2用户信息的收集 51
3.3用户需求 55
3.3.1用户需求的不同观点 56
3.3.2用户需求分类 57
3.4工程特性的确定 58
3.4.1标杆分析法概述 59
3.4.2竞争性绩效的标杆分析 60
3.4.3反求工程或产品拆解 61
3.4.4确定工程特性 62
3.5质量功能配置 62
3.5.1质量屋的构造 64
3.5.2创建质量屋的步骤 65
3.5.3质量屋结果的解释 69
3.6产品设计任务书 70
3.7本章小结 73
新术语和概念 73
参考文献 73
问题与练习 74
第4章 团队行为和工具 75
4.1概述 75
4.2有效团队成员的含义 76
4.3团队角色 76
4.4团队的动态性 77
4.5有效的团队会议 79
4.6团队存在的问题 81
4.7问题求解工具 82
4.8时间管理 94
4.9规划和进度安排 95
4.9.1工作分解结构 96
4.9.2甘特图 97
4.9.3关键路径法 99
4.10本章小结 101
新术语和概念 102
参考文献 102
问题与练习 103
第5章 信息收集 104
5.1信息的挑战 104
5.1.1信息计划 104
5.1.2数据、信息和知识 105
5.2设计信息的分类 106
5.3设计信息源 107
5.4设计信息的图书馆资源 109
5.4.1词典和百科全书 110
5.4.2手册 110
5.4.3教科书和专著 111
5.4.4期刊 111
5.4.5目录、小册子和商业信息 112
5.5设计信息的政府资源 112
5.6互联网上的设计信息 113
5.6.1谷歌上的搜索 114
5.6.2一些有用的设计类网址 115
5.6.3设计和产品研发的商业网址 117
5.7专业学会和贸易协会 118
5.8法案和标准 118
5.9专利和其他知识产权 120
5.9.1知识产权 120
5.9.2专利体系 121
5.9.3技术许可 122
5.9.4专利文献 123
5.9.5专利的阅读 123
5.9.6版权 125
5.10以公司为中心的信息 126
5.11本章小结 127
新术语和概念 127
参考文献 127
问题与练习 128
第6章 概念生成 129
6.1创造性思维的介绍 129
6.1.1大脑模型和创造性 129
6.1.2创造性想法的思维过程 132
6.2创造性和问题求解 132
6.2.1创造性思维的助手 133
6.2.2创造性思维的障碍 134
6.3创造性思维方法 137
6.3.1头脑风暴法 137
6.3.2头脑风暴法外的创意方法 138
6.3.3随机输入技术 139
6.3.4综摄法：基于类比的发明方法 140
6.3.5概念图 142
6.4设计的创造性方法 142
6.4.1创意的凝练与评价 143
6.4.2设计概念生成 144
6.4.3设计的系统化方法 146
6.5功能分解与综合 146
6.5.1物理分解 147
6.5.2功能表达 148
6.5.3实施功能分解 150
6.5.4功能综合的优点和缺点 153
6.6形态学方法 154
6.6.1形态学设计方法 154
6.6.2形态学方法图表中的方案构思 156
6.7发明问题解决理论 156
6.7.1发明：提高理想度进化法则 157
6.7.2克服矛盾的创新 158
6.7.3 TRIZ创新原理 159
6.7.4 TRIZ矛盾矩阵 160
6.7.5 TRIZ的优缺点 163
6.8公理设计 164
6.8.1公理设计简介 164
6.8.2公理 165
6.8.3用公理设计来产生概念方案 165
6.8.4用公理设计来完善现有概念 167
6.8.5公理设计的优点和缺点 170
6.9本章小结 171
新术语和概念 171
参考文献 171
问题与练习 172
第7章 决策确定和概念选择 173
7.1介绍 173
7.2决策确定 174
7.2.1决策确定中的行为方面 174
7.2.2决策理论 175
7.2.3效用理论 178
7.2.4决策树 180
7.3评价方法 181
7.3.1基于绝对准则的比较 181
7.3.2 Pugh概念选择法 182
7.3.3测量标度 185
7.3.4加权决策矩阵 186
7.3.5层次分析法 188
7.4本章小结 193
新术语和概念 194
参考文献 194
问题与练习 195
第8章 实体设计 197
8.1绪论 197
8.1.1设计过程各阶段相关术语的解释 198
8.1.2设计过程模型的简化 198
8.2产品结构 199
8.2.1模块化结构的类型 200
8.2.2模块化与大规模定制 201
8.2.3产品原理图的创建 202
8.2.4原理图元素的聚类 202
8.2.5创建初步几何布局 203
8.2.6交互方式及性能的确定 204
8.3结构设计 204
8.3.1备选结构方案的生成 206
8.3.2结构设计分析 207
8.3.3结构设计评价 208
8.4结构设计的最佳手段与方法 208
8.4.1设计原则 209
8.4.2接口与连接 212
8.4.3结构设计检核表 214
8.4.4设计目录 214
8.5参数设计 215
8.5.1参数设计的系统化步骤 216
8.5.2参数设计实例：螺旋压缩线弹簧 217
8.5.3可制造性设计（DFM）和可装配性设计（DFA） 223
8.5.4失效模式及影响分析（FMEA） 223
8.5.5为可靠性和安全性设计 223
8.5.6为质量和稳健性设计 223
8.6尺寸与公差 224
8.6.1尺寸 224
8.6.2公差 225
8.6.3形状和位置公差 231
8.6.4公差设计原则 235
8.7工业设计 236
8.8人因学设计 237
8.8.1人体的体力 238
8.8.2感官输入 239
8.8.3人体测量学数据 241
8.8.4可服务性设计 241
8.9为环境设计 242
8.9.1生命周期设计 242
8.9.2为环境设计（DFE） 244
8.9.3为环境而设计的评分方法 245
8.10快速成型和测试 245
8.10.1设计过程中原型和模型测试 245
8.10.2制作原型 246
8.10.3快速成型 247
8.10.4快速成型工艺 248
8.10.5测试 249
8.10.6测试的统计学设计 250
8.11为X因素设计（DFX） 251
8.12本章小结 252
新术语和概念 253
参考文献 253
问题与练习 253
第9章 详细设计 256
9.1概述 256
9.2详细设计中的活动和决策 257
9.3设计和制造信息的交流 259
9.3.1工程图 259
9.3.2材料清单 261
9.3.3书面文件 262
9.3.4技术文件写作中的常见问题 264
9.3.5会议 265
9.3.6口头表达 265
9.4设计终审 266
9.4.1评审的文档 267
9.4.2评审会议的过程 267
9.4.3评审结果 267
9.5详细设计以外的设计和商务活动 268
9.6基于计算机方法的设计与制造的便利性 270
9.7本章小结 271
新术语和概念 271
参考文献 272
问题与练习 272
第10章 建模与仿真 273
10.1工程设计中模型的作用 273
10.1.1模型的分类 273
10.1.2图标模型、相似模型和符号模型 274
10.2数学建模 275
10.3量纲分析 280
10.4有限差分法 284
10.5计算机几何建模 287
10.6有限元分析 288
10.6.1有限元分析概念 288
10.6.2单元类型 291
10.6.3有限元分析步骤 293
10.6.4目前的应用状况 294
10.7仿真 295
10.7.1仿真建模概述 295
10.7.2仿真编程软件 296
10.7.3蒙特卡洛仿真 297
10.8本章小结 299
新术语和概念 300
参考文献 300
问题与练习 300
第11章 材料选用 302
11.1引言 302
11.1.1设计与选材之间的关系 302
11.1.2选材的一般原则 303
11.1.3材料选择过程概述 304
11.2材料的性能特征 304
11.2.1材料的分类 305
11.2.2材料性能 306
11.2.3材料的规格 310
11.2.4 Ashby表格 310
11.3选材过程 311
11.3.1设计过程和选材 312
11.3.2概念设计阶段的选材 313
11.3.3具体设计阶段的选材 314
11.4材料性能信息源 315
11.4.1概念设计 316
11.4.2具体设计 316
11.4.3详细设计 318
11.5材料的经济性 318
11.5.1材料的成本 318
11.5.2材料成本构成 320
11.6选材方法概述 320
11.7计算机数据库辅助选材 321
11.8材料性能指标法 322
11.9决策矩阵选材法 325
11.9.1 Pugh选材法 326
11.9.2加权性能指标 327
11.10设计实例 328
11.11选材和循环利用 331
11.11.1循环的益处 331
11.11.2回收的步骤 332
11.11.3面向回收的设计 333
11.11.4依据生态属性进行选材 334
11.12本章小结 335
新术语和概念 336
参考文献 336
问题与练习 337
第12章 材料设计 339
12.1引言 339
12.2脆性断裂设计 339
12.2.1平面应变断裂韧性 341
12.2.2断裂力学的局限性 343
12.3疲劳断裂设计 344
12.3.1疲劳设计准则 345
12.3.2疲劳参数 345
12.3.3有关疲劳设计的信息源 347
12.3.4无限寿命设计 348
12.3.5安全寿命设计策略 349
12.3.6损伤容限设计策略 352
12.3.7疲劳寿命预测的深入讨论 354
12.4耐腐蚀性设计 354
12.4.1腐蚀的基本形式 354
12.4.2腐蚀防护 355
12.5耐磨设计 357
12.5.1磨损的类型 357
12.5.2磨损模型 358
12.5.3磨损预防 359
12.6塑料设计 360
12.6.1塑料的分类及其性能 360
12.6.2刚度设计 362
12.6.3零件的时间依赖性 363
12.7本章小结 364
新术语和概念 364
参考文献 365
问题与练习 365
第13章 可制造性设计 366
13.1制造在设计中的角色 366
13.2制造的功能 367
13.3制造工艺分类 368
13.3.1制造工艺类型 369
13.3.2各类制造工艺简述 369
13.3.3制造工艺的信息源 370
13.3.4制造系统的类型 372
13.4制造工艺的选择 372
13.4.1需要的零件数量 374
13.4.2形状和特征复杂度 376
13.4.3尺寸 377
13.4.4材料对工艺选择的影响 378
13.4.5零件的质量要求 380
13.4.6制造成本 382
13.4.7可用性、交货时间和运送 384
13.4.8工艺选择的进一步信息 385
13.5可制造性设计（DFM） 390
13.5.1可制造性设计原则 390
13.5.2特定的设计法则 392
13.6可装配性设计（DFA） 392
13.7标准化在可制造性和可装配性设计中的角色 394
13.7.1标准化的优点 395
13.7.2零件标准化的实现 396
13.7.3成组技术 396
13.8防错 398
13.8.1通过检验来发现错误 398
13.8.2常见错误 399
13.8.3防错过程 400
13.8.4防错方法 400
13.9加工成本的早期估算 401
13.10可制造性和可装配性设计中的计算机方法 406
13.10.1可装配性设计分析 406
13.10.2可制造性设计的并行成本核算 409
13.10.3工艺建模和仿真 411
13.11铸件设计 412
13.11.1铸件设计原则 413
13.11.2优质铸件的生产 414
13.12锻件设计 415
13.12.1闭式模锻件的可制造性设计原则 416
13.12.2计算机辅助锻造设计 417
13.13金属薄板设计 417
13.13.1薄板冲压成型 418
13.13.2薄板弯曲成型 418
13.13.3拉伸和拉深 419
13.13.4计算机辅助金属薄板设计 420
13.14切削工艺设计 420
13.14.1可切削性 422
13.14.2可制造性设计中的可切削性原则 422
13.15焊接设计 423
13.15.1连接工艺 423
13.15.2焊接工艺 424
13.15.3焊接设计 426
13.15.4连接成本 427
13.16设计中的残余应力 428
13.16.1残余应力的来源 428
13.16.2由淬火产生的残余应力 429
13.16.3与残余应力相关的其他问题 431
13.16.4残余应力的释放 431
13.17热处理设计 431
13.17.1与热处理有关的问题 432
13.17.2热处理的可制造性设计 433
13.18塑料工艺的设计 433
13.18.1注射成型 434
13.18.2挤压成型 434
13.18.3吹塑 434
13.18.4滚塑 434
13.18.5热成型 435
13.18.6模压成型 435
13.18.7铸造 435
13.18.8复合材料制造工艺 435
13.18.9塑料制造工艺的可制造性设计原则 436
13.19本章小结 437
新术语和概念 438
参考文献 438
问题与练习 439
第14章 风险、可靠性和安全性 440
14.1绪论 440
14.1.1风险结果的规定 441
14.1.2标准 442
14.1.3风险评估 442
14.2设计中的概率方法 443
14.2.1基于正态分布的基本概率方法 443
14.2.2统计表来源 445
14.2.3包含外加应力和材料强度的频率分布 445
14.2.4材料性能的可变性 446
14.2.5概率设计 448
14.2.6安全系数 449
14.2.7最坏情况设计 449
14.3可靠性理论 450
14.3.1定义 451
14.3.2恒定失效率 452
14.3.3威布尔频率分布 453
14.3.4具有可变失效率的可靠性 454
14.3.5系统可靠性 456
14.3.6维护和维修 458
14.3.7深入讨论 459
14.4可靠性设计 459
14.4.1不可靠性的原因 460
14.4.2失效最小化 461
14.4.3可靠性数据来源 462
14.4.4可靠性成本 463
14.5失效模式和效应分析（FMEA） 463
14.6缺陷和失效模式 466
14.6.1硬件失效原因 467
14.6.2失效模式 467
14.6.3失效的重要性 468
14.7安全性设计 468
14.7.1潜在危险 469
14.7.2安全性设计的指导方针 469
14.7.3警告标识 470
14.8本章小结 470
新术语和概念 471
参考文献 471
问题与练习 472
第15章 质量、健壮设计与优化 474
15.1全面质量的概念 474
15.1.1质量的定义 474
15.1.2戴明的14条观点 475
15.2质量控制与保证 476
15.2.1适用性 476
15.2.2质量控制的概念 477
15.2.3质量控制的较新方法 478
15.2.4质量保证 478
15.2.5 ISO 9000 478
15.3质量改进 479
15.3.1 Pareto图表 479
15.3.2因果图 479
15.4工艺能力 481
15.5统计过程控制 484
15.5.1控制图 484
15.5.2其他类型的控制图 486
15.5.3依据控制图确定过程统计 487
15.6田口方法 487
15.6.1损失函数 487
15.6.2噪声因素 489
15.6.3信噪比 490
15.7健壮设计 490
15.7.1参数设计 490
15.7.2公差设计 494
15.8优化方法 494
15.8.1基于微积分的优化方法 497
15.8.2搜索方法 499
15.8.3非线性优化方法 502
15.8.4其他的优化方法 504
15.9优化设计 505
15.10本章小结 506
新术语和概念 506
参考文献 507
问题与练习 507
第16章 成本评估 510
16.1概述 510
16.2成本分类 510
16.3管理成本 513
16.4作业成本分析法 515
16.5成本估算方法 517
16.5.1类比法 517
16.5.2参数法和因子法 518
16.5.3成本评估具体方法 519
16.6自制和外协决策 521
16.7制造成本 522
16.8产品收益模型 523
16.9成本分析方法细化 526
16.9.1成本指数 526
16.9.2成本与规格的关系 527
16.9.3学习曲线 528
16.10面向成本的设计 529
16.10.1数量级估计 530
16.10.2概念设计时的成本预算 531
16.11成本计算中的价值分析 532
16.12制造成本模型 534
16.13生命周期费用预算 536
16.14本章小结 539
新术语和概念 539
参考文献 540
问题与练习 540
缩略语和首字母缩略词 544