產(chǎn)品工程設(shè)計

前言

　　譯  者  序　　工程設(shè)計是工業(yè)的基礎(chǔ)，作為設(shè)計流程中最具活力的要素之一，工程設(shè)計具有舉足輕重的地位。目前我國正在建設(shè)創(chuàng)新型國家，以創(chuàng)新組成的詞匯，如制度創(chuàng)新、創(chuàng)新技術(shù)、創(chuàng)新組織、創(chuàng)新管理等令人目不暇接；我國正在努力實現(xiàn)從“中國制造”向“中國設(shè)計”的鳳凰涅槃。然而，設(shè)計創(chuàng)新能夠一蹴而就嗎？它需要一個循序漸進的積累過程，需要大量的工程設(shè)計人才。但我國目前的工程技術(shù)人才的培養(yǎng)還存在這樣或那樣的問題，如何培養(yǎng)優(yōu)秀的工程設(shè)計人才就擺在工程教育工作者面前，目前實施的卓越工程師培養(yǎng)計劃就是一項積極的制度創(chuàng)新?！　ieter教授是美國工程院院士，他的工業(yè)研究經(jīng)歷和教學(xué)經(jīng)驗使其能夠洞悉工程設(shè)計的本質(zhì)與工程設(shè)計教育的鴻溝，他非常了解工程設(shè)計人員的職業(yè)素質(zhì)和能力需求；他認為，在較短時間內(nèi)如何使學(xué)生學(xué)會工程設(shè)計、如何使學(xué)生整合如此煩瑣的設(shè)計方法和設(shè)計指導(dǎo)原則，是一項極富挑戰(zhàn)性的工作。這使他仔細考慮了本書的內(nèi)容選取、篇章布局和邏輯安排?！　∽髡咴诒緯袕娬{(diào)了“工程設(shè)計不是數(shù)學(xué)方程的求解或優(yōu)化”的理念。實際上，工程設(shè)計所要考慮的變量一點也不少，甚至有點瑣碎，且常常需要權(quán)衡。因此，作者旨在培養(yǎng)全球化的無疆界背景下的設(shè)計師所具備的持續(xù)發(fā)展?jié)摿??！　こ淘O(shè)計流程和方法，作者不僅僅介紹其優(yōu)點，更重要的是指出存在的不足，培養(yǎng)學(xué)生的深入探究和質(zhì)疑精神；作者精心挑選了真實的工程實例，使學(xué)生沉浸在工程情境的思考中；設(shè)計和安排了以小組為單位完成的多個訓(xùn)練題目，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作與溝通能力；這些安排無不體現(xiàn)了作者的現(xiàn)代系統(tǒng)設(shè)計觀，值得我們思考與學(xué)習(xí)?！　”緯姆g由朱世范、段福高（第1，2章）、劉欽輝（第3，9，10章）、李玲莉（第4，15章）、王明明（第5，14章）、展勇（第6，7章）、史冬巖（第8章）、王君（第11，12章）、商振（第13章）、張偉華（第16章）完成，全書的審校、統(tǒng)稿由朱世范、史冬巖、王君負責(zé)。需要說明的是，本書中變量和函數(shù)均采用了英文原著的字體。　　由于水平有限，翻譯不足或錯誤在所難免，懇請讀者指正。　　第四版前言　　本書第四版由本書合著者馬里蘭大學(xué)機械工程系的Linda Schmidt博士對各章內(nèi)容進行了重新編排和擴充。在以前的版本中，工程設(shè)計試圖對工程設(shè)計過程提供一個真實的了解。因此，它比其他設(shè)計教科書的內(nèi)容更廣泛，但是，本版包含更多的如何進行設(shè)計的描述性指導(dǎo)原則。本教材借助實際參與的綜合性設(shè)計項目，適合三年級或四年級關(guān)于工程的課程。設(shè)計過程的學(xué)習(xí)材料按順序在第1章到第9章中給出。在馬里蘭大學(xué)，三年級學(xué)生學(xué)習(xí)介紹設(shè)計過程的一門課程，使用第1章到第9章。而第10章到第17章，對復(fù)雜的設(shè)計內(nèi)容更加重視，包括材料選擇，可制造性設(shè)計和質(zhì)量。整個教材適合大四學(xué)生的綜合項目設(shè)計課程，它包含從選定目標市場到制作工作原型的完整設(shè)計項目。學(xué)生應(yīng)該快速學(xué)習(xí)前九章，把重點放在第10章到第17章的學(xué)習(xí)，以做出詳細設(shè)計決策。　　作者認識到了學(xué)習(xí)設(shè)計過程的威懾。在短時間內(nèi)教會設(shè)計是一個復(fù)雜的過程。學(xué)生了解很多教材和設(shè)計工具，設(shè)計方法的范圍如此之廣使他們感到不知所措。設(shè)計課程指導(dǎo)教師任務(wù)的一個挑戰(zhàn)是，傳達給學(xué)生這樣的理念，工程設(shè)計不是數(shù)學(xué)方程的求解或優(yōu)化；另一個挑戰(zhàn)是給學(xué)生提供設(shè)計過程的一個整體結(jié)構(gòu)，使一系列的設(shè)計方法和軟件工具都可以適用。為此，全文采用統(tǒng)一的術(shù)語，并在每章的最后增加一個新的內(nèi)容——新術(shù)語和新概念。我們強調(diào)工程設(shè)計過程的八個步驟，并在文中給出了如何應(yīng)用這八個步驟的所有材料。無論如何，我們深信，學(xué)設(shè)計就必須做設(shè)計。我們發(fā)現(xiàn)，在這個方面，第4章（團隊行為和工具）對學(xué)生是有幫助的。同樣，我們希望，對設(shè)計工具的廣泛討論將使閱讀本書的學(xué)生受益，這些設(shè)計工具有，最佳比較法，質(zhì)量配置法（QFD），創(chuàng)造學(xué)法，功能分解和綜合法，以及決策過程和決策工具。　　本書增加或擴充了很多新的議題，包括工作分解結(jié)構(gòu)，公差（包括成組設(shè)計和技術(shù)），人因設(shè)計，快速成型，抗磨損設(shè)計，可制造性和可裝配性設(shè)計（DFMA）中標準化的作用，防錯設(shè)計，六西格瑪質(zhì)量，購買決策。最后，介紹各設(shè)計步驟中的不同設(shè)計方法，使學(xué)生懂得設(shè)計實踐的范圍之廣，以及工程設(shè)計相關(guān)議題的學(xué)術(shù)研究。　　作者希望，學(xué)生能把本書作為一個有價值的專業(yè)藏書。為增加實用性，本書還包括了很多敘述的參考文獻，以及可選用的設(shè)計軟件和參考文獻網(wǎng)站。作者對很多參考文獻進行了更新，檢查了第三版以來的所引用網(wǎng)站目前是否還存在，并增補了新的網(wǎng)站。在一本包含如此廣泛材料的書中，不可能對每一個議題作深入探討。在內(nèi)容擴充的部分，給出了至少一個權(quán)威的參考文獻來源，供讀者進一步學(xué)習(xí)?！　√貏e感謝馬里蘭大學(xué)機械工程系的同事們，包括Amir Baz， Patrick Cunniff， James Dally， Abhijit Dasgupta， S. K. Gupta， Patrick McCloskey和Guangming Zhang，他們愿意我們共享其知識。還要感謝百得公司的Greg Moores先生，他愿意我們共享他對某些議題的工業(yè)界觀點。我們也必須感謝下面的審閱者，得克薩斯農(nóng)工大學(xué)的Charles A. Bollfrass；奧本大學(xué)的 Peter Jones；佛羅里達州立大學(xué)的Cesar A. Luongo；紐約州立大學(xué)石溪分校的Michelle Nearon博士；圣母大學(xué)的John E. Renaud；紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的Robert Sterlacci；克拉克森大學(xué)的Daniel T. Valentine以及賓州州立大學(xué)的Savas Yavuzkurt，他們都提出了有幫助的意見和建議。　　George E . Dieter和Linda C. Schmidt　　馬里蘭州，College Park市　　2007年　　

內(nèi)容概要

　　《產(chǎn)品工程設(shè)計（第4版）》介紹產(chǎn)品工程設(shè)計過程、產(chǎn)品開發(fā)過程、問題定義與需求識別、團隊行為與工具、信息采集、概念生成、決策制定、細節(jié)設(shè)計、建模與仿真、材料選擇與設(shè)計、制造設(shè)計、質(zhì)量與優(yōu)化等內(nèi)容，系統(tǒng)、全面地介紹了產(chǎn)品工程設(shè)計的過程以及過程中所涉及的相關(guān)內(nèi)容，真正做到了理論與實踐相結(jié)合，而且示例源于實踐，具有很好的指導(dǎo)性。此外，全書增加或擴充了很多新的議題，包括工作分解結(jié)構(gòu)、公差、人因設(shè)計、快速成型，抗磨損設(shè)計、可制造性和可裝配性設(shè)計中標準化的作用、防錯設(shè)計、六西格瑪質(zhì)量、購買決策等。

作者簡介

作者:(美)George E. Dieter，(美)Linda C. Schmidt

書籍目錄

第1章 工程設(shè)計 1.1 緒論 1.2 工程設(shè)計過程 1.2.1 工程設(shè)計過程的重要性 1.2.2 設(shè)計類型 1.3 思考工程設(shè)計過程的方法 1.3.1 一個簡單的迭代模型 1.3.2 設(shè)計方法與科學(xué)方法 1.3.3 問題求解的方法學(xué) 1.4 優(yōu)秀設(shè)計的考慮因素 1.4.1 性能需求的滿足 1.4.2 全生命周期 1.4.3 法規(guī)與社會問題 1.5 設(shè)計過程描述 1.5.1 第一階段——概念設(shè)計 1.5.2 第二階段——方案設(shè)計 1.5.3 第三階段——詳細設(shè)計 1.5.4 第四階段——制造規(guī)劃 1.5.5 第五階段——配送規(guī)劃 1.5.6 第六階段——使用規(guī)劃 1.5.7 第七階段——產(chǎn)品退役規(guī)劃 1.6 計算機輔助工程 1.7 遵守法案與標準的設(shè)計 1.8 設(shè)計評審 1.9 工程設(shè)計的社會考慮因素 1.10 本章小結(jié) 新術(shù)語和概念 參考文獻 問題與練習(xí) 第2章 產(chǎn)品開發(fā)過程 2.1 概述 2.2 產(chǎn)品開發(fā)過程 2.2.1 成功的因素 2.2.2 靜態(tài)產(chǎn)品與動態(tài)產(chǎn)品 2.2.3 系列產(chǎn)品開發(fā)過程的變量 2.3 產(chǎn)品與流程周期 2.3.1 產(chǎn)品研發(fā)階段 2.3.2 技術(shù)開發(fā)和嵌入周期 2.3.3 工藝開發(fā)周期 2.4 設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)組織 2.4.1 基于功能的典型組織形式 2.4.2 基于項目的組織形式 2.4.3 復(fù)合組織形式 2.4.4 并行工程團隊 2.5 市場與營銷 2.5.1 市場 2.5.2 市場細分 2.5.3 營銷部門的功能 2.5.4 營銷計劃的因素 2.6 技術(shù)創(chuàng)新 2.6.1 發(fā)明、創(chuàng)新和推廣 2.6.2 與創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)的業(yè)務(wù) 2.6.3 創(chuàng)新人才的特點 2.6.4 技術(shù)創(chuàng)新的類型 2.7 本章小結(jié) 新術(shù)語和概念 參考文獻 問題與練習(xí) 第3章 問題定義和需求識別 3.1 緒論 3.2 識別客戶需求 3.2.1 客戶需求的初步研究 3.2.2 用戶信息的收集 3.3 用戶需求 3.3.1 用戶需求的不同觀點 3.3.2 用戶需求分類 3.4 工程特性的確定 3.4.1 標桿分析法概述 3.4.2 競爭性績效的標桿分析 3.4.3 反求工程或產(chǎn)品拆解 3.4.4 確定工程特性 3.5 質(zhì)量功能配置 3.5.1 質(zhì)量屋的構(gòu)造 3.5.2 創(chuàng)建質(zhì)量屋的步驟 3.5.3 質(zhì)量屋結(jié)果的解釋 3.6 產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)書 3.7 本章小結(jié) 新術(shù)語和概念 參考文獻 問題與練習(xí) 第4章 團隊行為和工具 4.1 概述 4.2 有效團隊成員的含義 4.3 團隊角色 4.4 團隊的動態(tài)性 4.5 有效的團隊會議 4.6 團隊存在的問題 4.7 問題求解工具 4.8 時間管理 4.9 規(guī)劃和進度安排 4.9.1 工作分解結(jié)構(gòu) 4.9.2 甘特圖 4.9.3 關(guān)鍵路徑法 4.10 本章小結(jié) 新術(shù)語和概念 參考文獻 問題與練習(xí) 第5章 信息收集 5.1 信息的挑戰(zhàn) 5.1.1 信息計劃 5.1.2 數(shù)據(jù)、信息和知識 5.2 設(shè)計信息的分類 5.3 設(shè)計信息源 5.4 設(shè)計信息的圖書館資源 5.4.1 詞典和百科全書 5.4.2 手冊 5.4.3 教科書和專著 5.4.4 期刊 5.4.5 目錄、小冊子和商業(yè)信息 5.5 設(shè)計信息的政府資源 5.6 互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)計信息 5.6.1 谷歌上的搜索 5.6.2 一些有用的設(shè)計類網(wǎng)址 5.6.3 設(shè)計和產(chǎn)品研發(fā)的商業(yè)網(wǎng)址 5.7 專業(yè)學(xué)會和貿(mào)易協(xié)會 5.8 法案和標準 5.9 專利和其他知識產(chǎn)權(quán) 5.9.1 知識產(chǎn)權(quán) 5.9.2 專利體系 5.9.3 技術(shù)許可 5.9.4 專利文獻 5.9.5 專利的閱讀 5.9.6 版權(quán) 5.10 以公司為中心的信息 5.11 本章小結(jié) 新術(shù)語和概念 參考文獻 問題與練習(xí) 第6章 概念生成 6.1 創(chuàng)造性思維的介紹 6.1.1 大腦模型和創(chuàng)造性 6.1.2 創(chuàng)造性想法的思維過程 6.2 創(chuàng)造性和問題求解 6.2.1 創(chuàng)造性思維的助手 6.2.2 創(chuàng)造性思維的障礙 6.3 創(chuàng)造性思維方法 6.3.1 頭腦風(fēng)暴法 6.3.2 頭腦風(fēng)暴法外的創(chuàng)意方法 6.3.3 隨機輸入技術(shù) 6.3.4 綜攝法：基于類比的發(fā)明方法 6.3.5 概念圖 6.4 設(shè)計的創(chuàng)造性方法 6.4.1 創(chuàng)意的凝練與評價 6.4.2 設(shè)計概念生成 6.4.3 設(shè)計的系統(tǒng)化方法 6.5 功能分解與綜合 6.5.1 物理分解 6.5.2 功能表達 6.5.3 實施功能分解 6.5.4 功能綜合的優(yōu)點和缺點 6.6 形態(tài)學(xué)方法 6.6.1 形態(tài)學(xué)設(shè)計方法 6.6.2 形態(tài)學(xué)方法圖表中的方案構(gòu)思 6.7 發(fā)明問題解決理論 6.7.1 發(fā)明：提高理想度進化法則 6.7.2 克服矛盾的創(chuàng)新 6.7.3 TRIZ創(chuàng)新原理 6.7.4 TRIZ矛盾矩陣 6.7.5 TRIZ的優(yōu)缺點 6.8 公理設(shè)計 6.8.1 公理設(shè)計簡介 6.8.2 公理 6.8.3 用公理設(shè)計來產(chǎn)生概念方案 6.8.4 用公理設(shè)計來完善現(xiàn)有概念 6.8.5 公理設(shè)計的優(yōu)點和缺點 6.9 本章小結(jié) 新術(shù)語和概念 參考文獻 問題與練習(xí) …… 第7章 決策確定和概念選擇 第8章 實體設(shè)計 第9章 詳細設(shè)計 第10章 建模與仿真 第11章 材料選用 第12章 材料設(shè)計 第13章 可制造性設(shè)計 第14章 風(fēng)險、可靠性和安全性 第15章 質(zhì)量、健壯設(shè)計與優(yōu)化 第16章 成本評估 縮略語和首字母縮略詞

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   1.5.7 第七階段——產(chǎn)品退役規(guī)劃 設(shè)計過程的最后一步是當產(chǎn)品到達使用壽命終點時對其進行后期處理。使用壽命由設(shè)計功能不再可用的實際退化和磨損時間點決定，或者由技術(shù)過時時間點決定，這時市場上已經(jīng)有了其他競爭產(chǎn)品，它們可以更好或更經(jīng)濟地實現(xiàn)原有功能。對于消費品，可能是樣式或品味發(fā)生了變化。 在過去，人們很少注意設(shè)計過程的產(chǎn)品報廢階段。這個狀況變化很快，因為全球的人類越來越重視與環(huán)境相關(guān)的問題。人們擔(dān)心制造業(yè)和技術(shù)更新會造成礦產(chǎn)和能源資源的損耗，以及空氣、土壤和水的污染，這就引導(dǎo)人們?nèi)パ芯勘环Q為工業(yè)生態(tài)學(xué)的學(xué)科。為環(huán)境而設(shè)計也稱為綠色設(shè)計，已成為設(shè)計中的重要部分（見8.9節(jié)）。結(jié)果是，產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)該規(guī)劃出對環(huán)境安全的產(chǎn)品銷毀方式，或者，更好的是采用材料回收、零件的再制造或再利用方式處理報廢產(chǎn)品。 1.6 計算機輔助工程 大量的計算工作已經(jīng)使得工程設(shè)計的實際工作發(fā)生了重大的變化。工程師是最早用計算機滿足他們需要的專業(yè)群體之一，其主要應(yīng)用是，使用FORTRAN一類的高級語言來進行大量的計算。早期的計算機應(yīng)用批處理模式，代碼寫在穿孔卡上，通宵的忙碌很常見。后來，用終端遠程訪問大型主機變得普遍起來，同時工程師可以進行交互計算（如果速度還是很慢的話）。微處理器的發(fā)展，個人計算機的大量出現(xiàn)，以及與十年前的大型主機有相同處理能力的工程工作站的普及，為工程師提出、完成問題求解和設(shè)計的方式帶來了變革。 計算機輔助工程的最大影響是工程圖，二維工程圖的自動繪制已經(jīng)司空見慣。在新設(shè)計圖的繪制中，修改和使用已存儲的以前設(shè)計的零件參數(shù)節(jié)省了大量的時間。三維建模變得非常普遍，因為它在臺式機上也可以完成。三維實體建模為零件幾何形狀提供了完整的幾何與數(shù)學(xué)描述。實體模型可以剖切開來，以觀察內(nèi)部細節(jié)，也可以方便地轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的二維工程圖。這樣，模型就具有非常多的固有信息，所以它不但可以用于實際的設(shè)計，也同樣可以用于分析、設(shè)計優(yōu)化、仿真、快速成型和加工。例如，三維幾何模型與廣泛應(yīng)用的有限元模型（FEM）緊密配合，三維幾何模型使得在諸如應(yīng)力分析、流體分析、機構(gòu)運動學(xué)分析，以及用于數(shù)控加工中刀具路徑生成等問題的交互仿真變成可能。虛擬現(xiàn)實是最佳的計算機仿真，在虛擬現(xiàn)實中，觀察者感覺自己就是計算機屏幕上幾何仿真的一部分。第10章中將介紹工程設(shè)計中的建模，并討論多領(lǐng)域的計算機輔助工程設(shè)計（CAE）軟件。 計算機在幾個方面擴展了設(shè)計師的能力。首先，通過安排和處理耗時和重復(fù)性操作，計算機將設(shè)計師解放出來，去專注于更復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)。其次，它使得設(shè)計師可以更快、更完整地分析復(fù)雜問題。這兩個方面使得進行更多的設(shè)計迭代成為可能。最終，通過基于計算機的信息系統(tǒng)，設(shè)計師可以快速與公司的同事分享信息，例如制造工程師、工藝師、刀具和模具師、采購代理的信息分享。計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）之間的聯(lián)系非常重要。同時，通過互聯(lián)網(wǎng)和衛(wèi)星通信，這些人員可以身處十個時區(qū)以外的不同大陸。

編輯推薦

《21世紀藝術(shù)與設(shè)計規(guī)劃教材:產(chǎn)品工程設(shè)計(第4版)》可作為高等院校機械、設(shè)計、管理等專業(yè)學(xué)生的教材，也可供相關(guān)技術(shù)人員、管理人員參閱。

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