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第1篇 现代产品设计基础2

第1章 概论2

1.1 产品设计和开发概述2

1.2 现代产品设计和开发的特点3

1.2.1 创新性4

1.2.2 使顾客满意4

1.2.3 优化5

1.2.4 设计和开发周期最短化5

1.2.5 智能化5

1.2.6 综合性6

1.3 产品设计和开发的重要性6

1.3.1 推动产业升级换代促进经济发展6

1.3.2 企业的核心竞争力6

1.3.3 产品设计决定了产品的“先天质量”7

1.3.4 最重要的预防措施7

1.3.5 决定产品成本的主导因素7

1.4 现代产品设计的核心因素8

1.5 产品设计和开发的原则8

1.5.1 需求原则8

1.5.2 创新原则9

1.5.3 信息原则9

1.5.4 系统原则9

1.5.5 继承原则9

1.5.6 效益原则10

1.5.7 简化原则10

1.5.8 定量原则10

1.5.9 时间原则10

1.5.10 合法原则10

1.5.11 人性化原则12

1.5.12 审核原则12

1.6 产品设计和开发的类型12

第2章 设计人员的创造力和创新思维13

2.1 创造力13

2.1.1 创造力的内涵13

2.1.2 创造力的普遍性和可开发性13

2.1.3 创造力的培养14

2.2 创新思维概述21

2.2.1 创新思维的本质21

2.2.2 创新思维的规律21

2.2.3 创新思维的组合22

2.2.4 创新思维的特点23

2.2.5 创新思维的类型24

2.3 创新思维的原理26

2.3.1 压力原理26

2.3.2 发散原理26

2.3.3 激励（触发）原理26

2.3.4 轰击原理27

2.3.5 流动原理27

2.3.6 调节原理27

2.4 创新思维的方法28

2.4.1 群体集智法28

2.4.2 设计探求法29

2.4.3 属性列举法30

2.4.4 联想法32

2.4.5 抽象法35

2.4.6 逆向思维法36

2.4.7 组合创新法37

2.4.8 技术移植法39

2.4.9 机遇利用法41

2.5 TRIZ理论41

2.5.1 概述41

2.5.2 TPIZ解决问题的过程42

2.5.3 TRIZ理论的基本原理42

2.5.4 TRIZ理论主要内容43

2.5.5 TRIZ理论的创新设计问题解决工具44

2.5.6 解决发明问题的40种原理45

2.5.7 TRIZ理论的特点和优势59

2.5.8 TRIZ理论的应用59

2.5.9 TRIZ理论在中国的应用60

2.5.10 TRIZ理论的实践意义60

第3章 现代产品设计原理61

3.1 设计公理及其应用61

3.1.1 概述61

3.1.2 设计的四个区域62

3.1.3 设计展开的方法64

3.1.4 基本公理64

3.1.5 降低信息含量的方法68

3.1.6 设计师经常犯的错误69

3.1.7 推论和定理69

3.2 产品生命周期管理（PLM）74

3.2.1 什么是PLM74

3.2.2 新产品研发管理之痛75

3.2.3 如何用PLM解决新产品研发之痛75

3.2.4 PLM可以为企业带来哪些利益78

3.2.5 我国企业实施PLM之路79

3.2.6 PLM实施成功的案例80

3.3 系统论80

3.3.1 概述80

3.3.2 现代产品系统化特征85

3.3.3 系统方法在设计中的应用86

3.4 设计方法学88

3.4.1 概述88

3.4.2 设计方法进程模式89

3.4.3 设计方案89

3.4.4 综合评价90

3.5 产品设计经济学90

3.5.1 概述90

3.5.2 影响产品设计的技术经济因素91

3.5.3 价值分析92

3.6 质量设计学96

3.6.1 概述96

3.6.2 质量设计理论和方法体系98

3.6.3 质量设计决策100

3.7 人机工程学101

3.7.1 概述101

3.7.2 人机系统设计的基本要求102

3.7.3 人机系统设计要点103

3.8 绿色设计105

3.8.1 概述105

3.8.2 绿色技术107

3.8.3 绿色产品108

3.8.4 绿色制造109

3.8.5 绿色设计的内容110

3.8.6 绿色设计的准则111

3.8.7 绿色设计的核心内容113

3.8.8 绿色设计的方法117

3.8.9 绿色设计的评价119

第4章 现代产品设计方法和技术121

4.1 概述121

4.2 质量功能展开（QFD）122

4.2.1 QFD的概念122

4.2.2 QFD的作用122

4.2.3 质量屋123

4.2.4 质量屋的构建程序124

4.2.5 QFD案例分析125

4.3 稳健设计（田口方法）127

4.3.1 稳健设计的方法128

4.3.2 线外质量管理的步骤与程序129

4.3.3 主要分析技术129

4.4 失效模式及影响分析（FMEA）132

4.4.1 FMEA的实施要点132

4.4.2 FMEA表各栏目及其编制要求133

4.4.3 故障树分析（FTA）136

4.5 可靠性技术139

4.5.1 可靠性139

4.5.2 可靠性的指标139

4.5.3 可靠性的技术类型140

4.5.4 可靠性设计141

4.6 动态设计147

4.6.1 概述147

4.6.2 动态设计的原理147

4.7 摩擦学设计149

4.7.1 概述149

4.7.2 摩擦和磨损150

4.7.3 减摩设计153

4.7.4 耐磨设计155

4.8 反求工程设计157

4.8.1 概述157

4.8.2 相似理论及其应用158

4.8.3 反求工程设计的内容和方法162

4.8.4 反求工程设计的应用领域166

4.9 防错设计167

4.9.1 概述167

4.9.2 防错设计措施168

4.10 产品安全设计169

4.10.1 概述169

4.10.2 产品安全性设计原理171

第2篇 产品设计的主要过程176

第5章 产品设计过程与功能原理方案设计176

5.1 产品设计过程概述176

5.1.1 计划阶段177

5.1.2 设计阶段180

5.1.3 产品试制与试验阶段181

5.1.4 产品批量生产阶段181

5.1.5 产品销售阶段181

5.2 功能原理设计概述181

5.2.1 产品功能的定义181

5.2.2 功能原理设计的任务和工作步骤182

5.3 系统功能分析183

5.3.1 产品总功能分解183

5.3.2 功能元185

5.3.3 基本功能结构186

5.3.4 功能结构分析187

5.3.5 功能结构分析方法191

5.4 功能作用原理解法（简称原理解）198

5.4.1 寻求原理解的求解思路198

5.4.2 寻求原理解的方法199

5.4.3 原理解的组合与筛选215

5.5 原理方案评价方法220

5.5.1 概述220

5.5.2 有效值分析法221

5.5.3 技术经济评价法226

5.5.4 方案中薄弱环节的寻找方法227

第6章 结构设计230

6.1 概述230

6.1.1 结构设计的任务与重要性230

6.1.2 结构设计的内容与核心问题231

6.1.3 结构设计的工作步骤232

6.1.4 结构设计的基本原则234

6.1.5 结构设计的方法导则237

6.2 结构设计的基本原理238

6.2.1 任务分配原理238

6.2.2 等强度原理239

6.2.3 力流传递路线最短原理240

6.2.4 无功力平衡原理243

6.2.5 变形协调原理244

6.2.6 自补偿（自助）原理245

6.2.7 稳定性原理247

6.3 结构要素变换法248

6.3.1 利用结构形态变换制订结构方案的方法249

6.3.2 利用结构相互关系变换制订结构方案的方法251

6.4 结构优化设计253

6.5 解决结构设计中四大基本技术问题的方法256

6.5.1 提高结构强度、刚度与使用寿命的基本设计方法256

6.5.2 提高结构精度的基本设计方法274

6.5.3 改善结构工艺性的基本设计方法283

6.5.4 降低结构成本的基本设计方法293

6.6 大件设计305

6.6.1 大件设计的基础知识305

6.6.2 大件焊接结构设计307

6.6.3 应用有限元法分析计算大件的刚度与强度312

第7章 总体设计313

7.1 概述313

7.1.1 总体设计的任务313

7.1.2 总体设计的主要内容314

7.2 总布置设计315

7.2.1 总布置设计的基本原则315

7.2.2 产品总体布局的基本类型315

7.2.3 产品总布置设计的典型布置形式315

7.3 产品运动方案与驱动系统的设计和运动循环图330

7.3.1 选择产品运动方案、驱动系统的类型和拟定机构简图330

7.3.2 产品机械运动协调设计和运动循环图333

7.3.3 产品驱动系统的具体设计步骤335

7.4 人机学设计338

7.4.1 人机学与宜人性原则338

7.4.2 与身体尺度相关的设计339

7.4.3 与体力相关的设计343

7.4.4 与视觉相关的设计345

7.5 产品造型设计347

7.5.1 造型设计的基本原则与美学法则347

7.5.2 产品形态设计的要点353

7.5.3 产品色彩设计的要点356

7.5.4 产品装饰设计的要点359

第8章 施工设计361

8.1 施工设计的任务与主要内容361

8.2 部件设计的内容和要求361

8.2.1 部件图的作用和内容361

8.2.2 部件图上的尺寸标注和技术要求363

8.2.3 产品装配工艺性和对零件结构工艺性的要求364

8.2.4 部件图的画法366

8.3 零件设计的内容和基本要求370

8.3.1 零件的分类、零件工作图的作用及设计要求370

8.3.2 轴类零件工作图的设计371

8.3.3 齿轮类零件工作图的设计372

8.3.4 减速器箱体类零件工作图的设计374

8.4 设计文件的作用、种类和制订的基本要求379

8.4.1 设计文件的作用与种类379

8.4.2 制订设计文件的基本要求379

8.5 计算机辅助设计在施工设计中的应用386

8.5.1 计算机辅助设计简介386

8.5.2 工程数据的处理方法388

8.5.3 计算机图形处理与三维造型392

8.5.4 MATLAB和野火Pro/Engineer的应用简介394

第3篇 产品设计和开发的质量管理398

第9章 概述398

9.1 质量管理在设计和开发中的重要性398

9.1.1 促进创新398

9.1.2 人力资源管理398

9.1.3 市场定位399

9.1.4 质量策划和质量设计399

9.2 设计和开发的质量职能和质量管理要求399

9.2.1 设计和开发的质量职能399

9.2.2 设计和开发的质量活动400

9.2.3 设计和开发的质量管理要求402

第10章 产品设计和开发的策划403

10.1 对设计和开发策划的要求403

10.2 策划原则404

10.2.1 高层领导支持、重视和参与是策划成功的关键404

10.2.2 信息是设计策划的基础404

10.2.3 策划小组是策划成功的组织保证405

10.2.4 预防原则405

10.2.5 运用同步技术（并行工程）406

10.2.6 系统策划406

10.2.7 制订控制计划406

10.2.8 问题的解决407

10.2.9 制订进度计划408

10.3 设计团队和设计人员的资质410

10.3.1 设计人员的职责411

10.3.2 各类设计人员的资质412

10.4 资源配置413

10.4.1 信息资源413

10.4.2 基础设施413

10.4.3 工作环境414

10.4.4 资金414

10.5 产品质量前期策划和控制计划（APQP）414

10.5.1 概述414

10.5.2 APQP的过程415

10.5.3 控制计划420

第11章 设计输入425

11.1 概述425

11.2 市场调研426

11.2.1 概述426

11.2.2 市场调研的需求427

11.2.3 市场调研的内容427

11.3 隐需求的识别429

11.3.1 识别隐需求的重要性429

11.3.2 从市场技术预测中识别430

11.3.3 从以往类似产品的经验中识别430

11.3.4 从国内外同类产品的调查分析中识别431

11.3.5 从其他类似顾客的要求中识别431

11.4 设计输入控制的一般原则431

11.5 设计要求433

11.5.1 主要设计要求433

11.5.2 其他设计要求435

11.6 设计输入的评审436

第12章 设计评审437

12.1 概述437

12.2 设计评审要点438

12.2.1 评审要点的设置438

12.2.2 设计评审的内容和要求439

12.3 设计评审人员443

12.4 设计评审程序444

12.5 设计评审的注意事项447

第13章 设计验证449

13.1 概述449

13.2 设计验证的时机450

13.3 设计验证的方法451

13.3.1 变换方法进行计算451

13.3.2 样机试验452

13.3.3 模型试验452

13.3.4 类比验证453

13.3.5 模拟试验454

13.3.6 计算机仿真454

13.3.7 虚拟现实技术458

13.4 设计验证的跟踪460

第14章 设计输出461

14.1 概述461

14.1.1 对设计输出的要求461

14.1.2 设计输出的内容461

14.1.3 产品图样和设计文件的完整性462

14.2 满足设计输入要求464

14.3 验收规则464

14.4 质量特性分级466

14.4.1 概述466

14.4.2 质量特性分级对象466

14.4.3 质量特性分级内容466

14.4.4 质量特性重要度分级方法467

14.4.5 进行产品质量特性重要度分级应注意的问题467

14.4.6 质量特性重要度分级的标识468

第15章 设计确认469

15.1 概述469

15.2 设计确认的要点470

15.2.1 设计确认的目的470

15.2.2 设计确认的时机471

15.2.3 设计确认的条件471

15.2.4 设计确认的方法472

15.2.5 设计确认的记录和跟踪472

15.3 设计鉴定和确认472

15.3.1 概述472

15.3.2 设计确认472

15.3.3 设计鉴定474

第16章 设计更改475

16.1 概述475

16.1.1 对设计更改的要求475

16.1.2 设计更改的目的和作用475

16.1.3 设计更改可能引发的问题478

16.2 设计更改的控制479

16.2.1 设计更改的提出479

16.2.2 设计更改的评审和批准481

16.2.3 设计更改的跟踪482

16.3 设计更改的注意事项482

16.3.1 设计更改时应研究的问题482

16.3.2 关联更改484

16.3.3 设计更改实施的注意事项485

16.4 技术状态管理要点486

16.4.1 概述486

16.4.2 技术状态管理体系487

16.4.3 技术状态标识488

16.4.4 技术状态控制491

16.4.5 技术状态管理纪实495

16.4.6 技术状态及其管理体系审核496

参考文献498