Engineering design

《产品工程设计(第四版)》

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