第1章 现代仪器设计方法概论 1
1.1 现代仪器系统的特点与组成 1
1.1.1 现代仪器仪表的特点 1
1.1.2 现代仪器仪表系统的基本结构与组成 2
1.2 现代设计方法概述 5
1.2.1 设计与现代设计 6
1.2.2 设计方法学及其研究内容 8
1.2.3 现代设计方法的特点 9
1.3 人-机-环境的系统观和系统化设计 10
1.3.1 人-机-环境的系统观 10
1.3.2 仪器系统化设计 12
1.4 仪器系统建模方法 13
1.4.1 模型 13
1.4.2 数学建模方法 14
1.4.3 控制论的建模方法 17
1.4.4 信息论的建模方法 22
第2章 现代仪器总体设计 24
2.1 概述 24
2.1.1 现代仪器系统设计过程的划分 24
2.1.2 总体设计及其内容 26
2.2 仪器设计需求分析 26
2.2.1 设计任务分析 27
2.2.2 功能规划和指标确定 29
2.3 总体方案的制定 32
2.3.1 基本设计原则 32
2.3.2 总体方案制定的内容 35
2.4 总体设计的验证和评审 39
2.4.1 总体设计的验证 39
2.4.2 总体设计的评审 40
第3章 仪器误差设计新理念与方法 41
3.1 误差设计理念与模型 41
3.1.1 误差设计理念 41
3.1.2 误差设计的数学模型 42
3.1.3 误差设计要素 42
3.2 误差修正设计 53
3.2.1 误差修正设计理念 53
3.2.2 误差修正设计的数学模型及设计要点 54
3.2.3 误差修正设计应用实例 58
3.3 误差匹配设计 62
3.3.1 误差匹配设计概述 62
3.3.2 误差匹配设计的数学模型及设计要点 63
3.3.3 误差匹配设计应用实例 65
3.4 误差相消设计 67
3.4.1 误差相消设计理念 68
3.4.2 误差相消设计的数学模型及设计要点 68
3.4.3 误差相消设计应用实例 71
3.5 误差允许设计 75
3.5.1 误差允许设计的概念 75
3.5.2 误差允许设计的数学模型及设计要点 76
3.5.3 误差允许设计应用实例 80
第4章 可靠性设计方法 84
4.1 可靠性设计基础 84
4.1.1 可靠性的基本概念 84
4.1.2 可靠性特征量 85
4.1.3 可靠性寿命分布 90
4.2 系统的可靠性设计 90
4.2.1 可靠性系统模型 90
4.2.2 可靠性预计 93
4.2.3 系统可靠性分配 96
4.3 提高仪器系统可靠性的设计方法 99
4.3.1 元器件的选择与降额设计 99
4.3.2 电路简化设计方法 101
4.3.3 冗余设计方法 102
4.3.4 软件可靠性设计 103
4.3.5 耐环境设计 108
4.3.6 仪器系统电磁兼容性设计 114
4.3.7 包装和运输设计 123
4.4 仪器系统可靠性设计实例 124
第5章 仪器健壮性设计方法 126
5.1 基本概念与质量模型 126
5.1.1 基本概念 126
5.1.2 质量设计模型 127
5.2 健壮设计原理与方法 128
5.2.1 基本原理 128
5.2.2 设计方法 130
5.2.3 设计分类与流程 131
5.2.4 试验设计 133
5.3 仪器系统的健壮设计 139
5.3.1 基于损失模型的健壮设计 139
5.3.2 基于响应面模型的健壮设计 144
5.3.3 基于容差模型的健壮设计 146
5.3.4 基于随机模型的健壮设计 148
5.3.5 基于成本-质量模型的混合健壮设计 151
5.4 健壮性设计实例 153
5.4.1 考虑交互作用的正交试验设计 153
5.4.2 采用响应面法的健壮性设计 155
第6章 仪器的宜人性设计 161
6.1 概述 161
6.2 仪器造型设计与色彩设计 162
6.2.1 造型基础与美学法则 162
6.2.2 仪器造型设计 172
6.2.3 仪器色彩设计 175
6.3 人机工程学与宜人性设计 180
6.3.1 人体结构尺寸与造型尺度 181
6.3.2 视觉特征与显示器设计 184
6.3.3 仪器控制面板设计 186
第7章 绿色设计 188
7.1 概述 188
7.1.1 绿色设计产生的背景 188
7.1.2 绿色设计的目的与意义 189
7.1.3 绿色设计的概念 190
7.2 绿色产品与绿色设计方法 191
7.2.1 绿色产品 191
7.2.2 传统设计与绿色设计的区别 193
7.2.3 绿色设计准则与方法 195
7.3 绿色设计的主要内容和关键技术 199
7.3.1 绿色设计的主要内容 199
7.3.2 绿色设计的关键技术 201
7.4 绿色设计的效益和应用分析 203
7.4.1 绿色设计的效益 203
7.4.2 齿轮加工机床的绿色设计分析 204
第8章 优化设计方法 211
8.1 优化设计的基本知识 211
8.1.1 优化设计的数学模型 211
8.1.2 优化方法的数学基础 215
8.2 一维优化方法 222
8.2.1 基本思想 222
8.2.2 进退法 222
8.2.3 黄金分割法 223
8.2.4 二次插值法 225
8.3 无约束优化方法 227
8.3.1 基本思想 227
8.3.2 坐标轮换法 227
8.3.3 鲍威尔法 229
8.3.4 最速下降法 231
8.3.5 牛顿型方法及其改进 233
8.3.6 共轭方向法 234
8.4 有约束优化方法 235
8.4.1 基本思想 235
8.4.2 随机方向法 236
8.4.3 复合形法 238
8.4.4 拉格朗日乘子法 241
8.4.5 惩罚函数法 242
8.5 多目标函数的优化方法 247
8.5.1 主要目标法 247
8.5.2 线性加权法 248
8.5.3 功效系数法 248
8.5.4 协调曲线法 249
8.5.5 分层序列法 250
8.6 优化设计应用实例 252
8.6.1 建立目标函数 253
8.6.2 设计变量 254
8.6.3 设计约束 254
第9章 创新设计 257
9.1 概述 257
9.1.1 什么是创新 257
9.1.2 什么是创新设计 258
9.1.3 创新设计要素 258
9.2 创新设计思维及其应用方法 259
9.2.1 创新设计思维 259
9.2.2 创造力模型 263
9.2.3 创新思维的应用方法 264
9.3 发明问题解决理论——TRIZ 270
9.3.1 TRIZ理论概述 270
9.3.2 TRIZ理论体系 272
9.3.3 技术冲突及其消解 276
9.3.4 物理冲突及其消解 288
9.4 基于TRIZ的创新设计实例 292
9.4.1 坦克的装甲问题 292
9.4.2 飞机机翼的进化 294
9.4.3 提高大型容器容积检测速度问题 295
参考文献 298