工程设计（原书第6版）

本书系统地介绍工程设计领域的知识，内容集中在设计自身（而非设计对象）相关知识的范畴，主要包括产品开发过程、团队行为与工具、信息收集、问题定义、需求识别、概念生成、实体设计、详细设计、材料的选用、面向制造的设计、成本评估、决策学、风险评估、可靠性评估、安全性设计、鲁棒设计和质量优化等知识。本书兼具系统性、实效性和实践性，通过对设计知识较为完整的阐述帮助设计者和拟从事设计工作的学生系统地学习设计知识及其获取方法，从而缩短设计训练周期。<br />

作者简介<br />乔治·E.迪特（George E．Dieter）　马里兰大学机械工程系荣休教授，他在德雷塞尔（Drexel）大学获学士学位，并在卡内基·梅隆大学获科学博士学位。在杜邦工程研究实验室有短暂的工业界经历后，他成为德雷塞尔大学冶金工程系负责人，后来担任工程系主任。Dieter教授后来加入卡内基·梅隆大学，担任工程学教授和工艺研究所所长。他于1977年到马里兰大学工作，任机械工程系教授，并担任工程学院主任直至1994年。他于2020年去世，享年92岁。<br />Dieter教授是国际材料信息学学会，矿物、金属和材料协会，美国科学促进协会以及美国工程教育学会会士。他获得了国际材料信息学学会，矿物、金属和材料协会以及制造工程师学会的教育奖，还曾获得了美国工程教育学会最高奖项——兰姆金质奖章。Dieter教授是美国工程院院士，曾担任工程学院院长理事会主席和美国工程教育学会主席。他还是Mechanical Metallurgy的合著者，该书已经由McGraw-Hill出版社推出第3版。<br />琳达·C.施密特（Linda C．Schmidt）　马里兰大学机械工程系教授，她的主要研究领域包括机械设计理论和方法学、概念设计中的概念产生系统、设计理由捕获，以及工程项目设计团队的高效学习等。<br />Schmidt教授在卡内基·梅隆大学获机械工程博士学位，在艾奥瓦州立大学获学士和硕士学位。美国国家自然科学基金1998年授予她早期职业生涯奖。她是一个暑期研究体验项目RISE的共同发起人，该项目获得了2003年美国大学人力协会颁发的对高等教育进行学术支持的示范项目奖。Schmidt博士获得了美国工程教育学会2008年度梅里菲尔德（Merryfield）设计奖。<br />Schmidt教授在工程设计理论研究和机械工程专业高年级本科生和研究生的工程设计教学方面表现活跃。她合著了一本工程决策教材、一本关于产品开发的教材，并为教师开设了适合工程专业学生项目团队的团队训练课程。Schmidt博士是Journal of Engineering Valuation & Cost Analysis的客座编辑，以及Journal of Mechanical Design的副主编。她还是美国机械工程师学会、制造工程师学会和美国工程教育学会会士。<br />

目　　录<br />译者序<br />前　言<br />作者简介<br />第1章　工程设计概述1<br />1.1　引言1<br />1.2　工程设计过程2<br />1.2.1　工程设计过程的重要性3<br />1.2.2　设计的类型4<br />1.3　工程设计过程的思路5<br />1.3.1　一个简单的迭代模型5<br />1.3.2　设计方法与科学方法6<br />1.3.3　问题求解的方法学7<br />1.4　设计过程描述11<br />1.4.1　第一阶段：概念设计11<br />1.4.2　第二阶段：实体设计12<br />1.4.3　第三阶段：详细设计13<br />1.5　优秀设计的考虑因素13<br />1.5.1　满足性能需求14<br />1.5.2　全生命周期15<br />1.5.3　社会与法律问题17<br />1.6　计算机辅助工程17<br />1.7　服从法案与标准的设计18<br />1.8　设计评审19<br />1.8.1　再设计20<br />1.9　工程设计的社会考虑因素21<br />1.10　总结22<br />1.11　新术语与概念23<br />1.12　参考文献24<br />1.13　问题与练习24<br />第2章　产品开发过程26<br />2.1　引言26<br />2.2　产品的开发过程26<br />2.2.1　成功的因素29<br />2.2.2　静态产品与动态产品32<br />2.2.3　系列产品开发过程的<br />　　　变量33<br />2.3　产品与工艺周期34<br />2.3.1　产品开发阶段34<br />2.3.2　技术开发与嵌入周期35<br />2.3.3　过程开发周期37<br />2.4　设计与产品开发的组织37<br />2.4.1　并行工程团队38<br />2.5　市场与营销39<br />2.5.1　市场40<br />2.5.2　市场细分41<br />2.5.3　营销部门的功能43<br />2.5.4　营销计划的构成44<br />2.6　技术创新45<br />2.6.1　发明、创新与推广45<br />2.6.2　与创新和产品开发相关的<br />　　　业务47<br />2.6.3　创新人才的特点48<br />2.7　总结49<br />2.8　新术语与概念50<br />2.9　参考文献50<br />2.10　问题与练习51<br />第3章　团队行为与工具53<br />3.1　引言53<br />3.2　有效团队成员的含义54<br />3.3　团队的领导角色55<br />3.4　团队动力学56<br />3.5　有效的团队会议57<br />3.5.1　成功会议的规则58<br />3.6　解决问题的工具59<br />3.6.1　使用头脑风暴产生想法67<br />3.6.2　头脑风暴后的想法优化与<br />　　　评估69<br />3.6.3　创建调查机制70<br />3.7　时间管理78<br />3.8　规划与进度安排80<br />3.8.1　工作分解结构80<br />3.8.2　甘特图82<br />3.8.3　关键路径法83<br />3.9　总结87<br />3.10　新术语与概念88<br />3.11　参考文献88<br />3.12　问题与练习89<br />第4章　信息收集92<br />4.1　信息的挑战92<br />4.1.1　数据、信息与知识94<br />4.1.2　信息素养与互联网95<br />4.2　寻找设计信息的来源98<br />4.2.1　设计信息98<br />4.2.2　利用谷歌搜索信息99<br />4.3　图书馆资源102<br />4.3.1　百科全书102<br />4.3.2　手册102<br />4.3.3　教科书与专著103<br />4.3.4　目录、小册子与手册103<br />4.3.5　期刊103<br />4.3.6　谷歌学术104<br />4.4　政府资源信息105<br />4.5　设计与产品开发的专用资源106<br />4.5.1　工程供应商106<br />4.5.2　技术信息107<br />4.5.3　一般性网站107<br />4.5.4　市场营销108<br />4.5.5　商业数据统计108<br />4.6　专业学会与贸易协会108<br />4.7　法案与标准109<br />4.8　专利与其他知识产权110<br />4.8.1　知识产权111<br />4.8.2　专利体系111<br />4.8.3　技术许可113<br />4.8.4　专利搜索113<br />4.9　以公司为中心的信息119<br />4.10　总结120<br />4.11　新术语与概念121<br />4.12　参考文献121<br />4.13　问题与练习122<br />第5章　问题定义与需求识别123<br />5.1　引言123<br />5.2　问题定义124<br />5.3　识别客户需求125<br />5.3.1　客户需求的初步研究126<br />5.3.2　客户信息的收集129<br />5.4　客户需求131<br />5.4.1　客户需求的不同方面131<br />5.4.2　客户需求分类133<br />5.5　收集现有产品信息135<br />5.5.1　产品剖析135<br />5.5.2　产品资料与技术文献136<br />5.5.3　产品或系统的物理学138<br />5.6　建立工程特性141<br />5.6.1　对标分析概述与竞争性能<br />　　　对标分析141<br />5.6.2　确定工程特性143<br />5.7　质量功能配置145<br />5.7.1　质量屋的结构145<br />5.7.2　构建质量屋的步骤147<br />5.7.3　对质量屋结果的解释154<br />5.8　产品设计任务书154<br />5.9　总结158<br />5.10　新术语与概念158<br />5.11　参考文献159<br />5.12　问题与练习159<br />第6章　概念生成161<br />6.1　创造性思维简介162<br />6.2　创造性与问题求解163<br />6.2.1　创造性思维的助手163<br />6.2.2　创造性思维的障碍165<br />6.3　创造性思维方法167<br />6.3.1　头脑风暴法167<br />6.3.2　快速创意生成工具168<br />6.3.3　类比法：基于类比的发明<br />　　　方法170<br />6.3.4　仿生学171<br />6.4　设计生成方法171<br />6.4.1　生成设计概念172<br />6.4.2　设计的系统化方法173<br />6.5　功能分解与综合174<br />6.5.1　物理分解175<br />6.5.2　功能表达176<br />6.5.3　实施功能分解180<br />6.5.4　功能综合的优点与缺点183<br />6.6　形态学方法184<br />6.6.1　形态学设计方法185<br />6.6.2　从形态学方法图表构思<br />　　　概念186<br />6.7　发明问题解决理论187<br />6.7.1　发明：提高理想度进化<br />　　　法则188<br />6.7.2　解决矛盾的创新189<br />6.7.3　TRIZ创新原理191<br />6.7.4　TRIZ矛盾矩阵193<br />6.7.5　TRIZ的优缺点196<br />6.8　词义树法198<br />6.8.1　创建词义树198<br />6.8.2　词义树法的优缺点202<br />6.9　总结202<br />6.10　新术语与概念203<br />6.11　参考文献203<br />6.12　问题与练习204<br />第7章　决策确定与概念选择205<br />7.1　引言205<br />7.2　决策的行为方面207<br />7.3　评价过程208<br />7.3.1　基于绝对准则的设计<br />　　　选择210<br />7.3.2　测量标度211<br />7.4　在评价中使用模型213<br />7.4.1　数学建模的帮助214<br />7.4.2　数学建模的过程216<br />7.4.3　计算机上的几何建模218<br />7.4.4　有限元分析219<br />7.4.5　仿真221<br />7.5　Pugh图222<br />7.6　加权决策矩阵226<br />7.7　层次分析法229<br />7.8　总结237<br />7.9　新术语与概念238<br />7.10　参考文献238<br />7.11　问题与练习238<br />第8章　实体设计242<br />8.1　引言242<br />8.1.1　关于设计过程各阶段<br />　　　术语的评论243<br />8.1.2　设计过程模型的理想化244<br />8.2　产品架构245<br />8.2.1　整体化架构245<br />8.2.2　模块化架构245<br />8.2.3　可预算资源246<br />8.3　构建产品架构的步骤246<br />8.3.1　创建产品原理图247<br />8.3.2　原理图元素的聚类247<br />8.3.3　构建初步几何布局249<br />8.3.4　交互方式与性能的<br />　　　　　　确定250<br />8.4　配置设计251<br />8.4.1　备选配置方案的生成254<br />8.4.2　配置设计分析255<br />8.4.3　配置设计评价256<br />8.5　配置设计的最佳实践256<br />8.5.1　基于Pahl与Beitz的设计<br />　　　原则257<br />8.5.2　接口与连接261<br />8.5.3　配置设计检核表 263<br />8.5.4　设计目录264<br />8.6　参数设计265<br />8.6.1　参数设计的系统化步骤266<br />8.6.2　参数设计的其他重要<br />　　　方面267<br />8.6.3　失效模式与影响分析268<br />8.6.4　面向可靠性与安全性的<br />　　　设计268<br />8.6.5　质量与鲁棒性设计268<br />8.7　尺寸与公差269<br />8.7.1　尺寸269<br />8.7.2　公差271<br />8.7.3　几何尺寸与公差279<br />8.7.4　公差设计指南285<br />8.8　工业设计285<br />8.8.1　视觉美学286<br />8.9　人因学设计287<br />8.9.1　人的体力288<br />8.9.2　感官输入290<br />8.9.3　人体测量学数据293<br />8.9.4　面向可服务性的设计293<br />8.9.5　面向包装的设计294<br />8.10　生命周期设计294<br />8.11　快速成型与测试295<br />8.11.1　设计全过程中的原型与<br />　　　　模型测试296<br />8.11.2　制作原型297<br />8.11.3　快速成型298<br />8.11.4　测试299<br />8.11.5　测试的统计学设计300<br />8.12　面向X的设计302<br />8.13　总结304<br />8.14　新术语与概念304<br />8.15　参考文献305<br />8.16　问题与练习305<br />第9章　详细设计308<br />9.1　引言308<br />9.2　详细设计中的活动与决策309<br />9.3　设计与制造信息的交流312<br />9.3.1　工程图313<br />9.3.2　物料清单315<br />9.3.3　书面文件316<br />9.3.4　技术文件写作中的常见<br />　　　问题319<br />9.3.5　会议320<br />9.3.6　口头汇报320<br />9.4　设计终审322<br />9.4.1　评审的文档323<br />9.4.2　评审会议的过程323<br />9.4.3　评审结果323<br />9.5　详细设计以外的设计与商务<br />　　　活动324<br />9.6　基于计算机方法的设计与制<br />　　　造的便利性326<br />9.6.1　产品生命周期管理326<br />9.7　总结327<br />9.8　新术语与概念328<br />9.9　参考文献328<br />9.10　问题与练习329<br />第10章　材料选用330<br />10.1　引言330<br />10.1.1　设计与选材之间的<br />　　　　关系331<br />10.1.2　选材的一般原则332<br />10.2　材料的性能需求333<br />10.2.1　材料的分类334<br />10.2.2　材料的性能336<br />10.2.3　材料的规格341<br />10.2.4　Ashby图表341<br />10.3　选材过程343<br />10.3.1　两种不同的选材方法344<br />10.3.2　实体设计阶段的选材344<br />10.4　材料性能信息源346<br />10.4.1　概念设计347<br />10.4.2　实体设计347<br />10.4.3　详细设计349<br />10.5　材料成本350<br />10.5.1　材料的成本350<br />10.5.2　材料成本结构352<br />10.6　选材方法概述353<br />10.7　材料性能指标353<br />10.7.1　材料性能的相关指标354<br />10.8　决策矩阵选材法359<br />10.8.1　Pugh选材法360<br />10.8.2　加权性能指标361<br />10.9　计算机辅助数据库选材363<br />10.10　设计实例364<br />10.11　总结367<br />10.12　新术语与概念367<br />10.13　参考文献368<br />10.14　问题与练习368<br />第11章　面向制造的设计372<br />11.1　制造在设计中的作用 372<br />11.2?制造的功能373<br />11.3?制造工艺分类375<br />11.3.1?制造工艺的类型376<br />11.3.2?各类制造工艺简述377<br />11.3.3?制造工艺的信息源378<br />11.3.4?制造系统的类型380<br />11.4?制造工艺的选择381<br />11.4.1?零件的需求量382<br />11.4.2?形状与特征的复杂性384<br />11.4.3?尺寸387<br />11.4.4?材料对工艺选择的<br />　　　　　　　影响389<br />11.4.5?零件的质量要求391<br />11.4.6?制造成本396<br />11.4.7?可用性、交货时间与<br />　　　　　　　交付398<br />11.4.8?工艺选择的步骤398<br />11.5?面向制造的设计406<br />11.5.1?面向制造的设计原则406<br />11.6?面向装配的设计409<br />11.6.1?面向装配的设计原则410<br />11.6.2?面向装配的设计分析412<br />11.7?标准化在面向制造与面向<br />　　　　　 装配的设计中的作用417<br />11.7.1?标准化的优点417<br />11.7.2?成组技术419<br />11.8?防错420<br />11.8.1?通过检验来发现错误421<br />11.8.2?常见错误421<br />11.8.3?防错过程423<br />11.8.4?防错方法423<br />11.9?加工成本的早期估算424<br />11.9.1?并行成本核算425<br />11.9.2?工艺建模与仿真426<br />11.10? 关于工艺特性的面向制造<br />　　　　　　　与面向装配的设计准则427<br />11.11?总结428<br />11.12　新术语与概念429<br />11.13　参考文献430<br />11.14　问题与练习430<br />第12章　成本评估432<br />12.1　引言432<br />12.2　成本分类433<br />12.3　拥有成本436<br />12.4　制造成本437<br />12.5　管理成本438<br />12.6　作业成本分析法441<br />12.7　开发成本的评估方法443<br />12.7.1　类比法443<br />12.7.2　参数与因子法444<br />12.7.3　详细的成本评估方法445<br />12.8　自制与外协决策448<br />12.9　产品收益模型449<br />12.9.1　收益提高452<br />12.10　成本分析方法改良453<br />12.10.1　成本指数453<br />12.10.2　成本与尺寸之间的<br />　　　　　　　　　　关系454<br />12.10.3　学习曲线456<br />12.11　成本设计458<br />12.11.1　量级估算459<br />12.11.2　概念设计阶段的成本<br />　　　　　　　　　核算460<br />12.12　成本评估中的价值分析461<br />12.13　制造成本模型464<br />12.13.1　机加工的成本模型464<br />12.14　生命周期成本469<br />12.15　总结473<br />12.16　新术语与概念474<br />12.17　参考文献474<br />12.18　问题与练习474<br />第13章　风险、可靠性与安全性480<br />13.1　引言480<br />13.1.1　风险结果的规定482<br />13.1.2　标准484<br />13.1.3　风险评估485<br />13.2　设计中的概率方法487<br />13.2.1　基于正态分布的基本<br />　　　　　　　 概率方法487<br />13.2.2　统计表来源489<br />13.2.3　材料性能的可变性489<br />13.2.4　安全系数491<br />13.2.5　基于可靠性的安全<br />　 　　　系数493<br />13.3　可靠性理论495<br />13.3.1　定义497<br />13.3.2　恒定失效率498<br />13.3.3　威布尔频率分布500<br />13.3.4　具有可变失效率的可<br />　　　　　　　 靠性503<br />13.3.5　系统可靠性506<br />13.3.6　维护与维修508<br />13.4　面向可靠性的设计510<br />13.4.1　不可靠的原因512<br />13.4.2　失效最小化512<br />13.4.3　可靠性数据来源515<br />13.5　失效模式与影响分析515<br />13.5.1　制作FMEA表格518<br />13.6　缺陷与失效模式521<br />13.6.1　硬件失效原因521<br />13.6.2　失效模式522<br />13.6.3　失效的重要性523<br />13.7　面向安全性的设计523<br />13.7.1　潜在危险524<br />13.7.2　面向安全性的设计<br />　　　　指南525<br />13.7.3　警告标识526<br />13.8　总结526<br />13.9　新术语与概念527<br />13.10　参考文献527<br />13.11　问题与练习528<br />第14章　质量、鲁棒设计与优化531<br />14.1　全面质量的概念531<br />14.1.1　质量的定义532<br />14.1.2　Deming的14条观点533<br />14.2　质量控制与保证534<br />14.2.1　适用性535<br />14.2.2　质量控制的概念536<br />14.2.3　质量控制的新方法537<br />14.2.4　ISO 9000：2015537<br />14.3　统计过程控制539<br />14.3.1　控制图539<br />14.3.2　其他类型的控制图541<br />14.3.3　从控制图确定过程<br />　　　　　　　统计542<br />14.4　质量改进542<br />14.4.1　因果图543<br />14.5　工艺能力546<br />14.5.1　6σ质量计划549<br />14.6　田口方法550<br />14.6.1　质量损失函数551<br />14.6.2　噪声因素554<br />14.6.3　信噪比554<br />14.7　鲁棒设计555<br />14.7.1　参数设计556<br />14.8　优化方法561<br />14.8.1　基于微积分的优化<br />　　　方法564<br />14.8.2　搜索方法567<br />14.8.3　非线性优化方法571<br />14.8.4　其他优化方法573<br />14.9　优化设计575<br />14.10　总结576<br />14.11　新术语与概念577<br />14.12　参考文献577<br />14.13　问题与练习578<br />在线章节<br />第15章　面向可持续性与环境的设计<br />第16章　材料设计<br />第17章　经济决策<br />第18章　工程设计中的法律与伦理问题