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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 9000478

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