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第1章 概论1

1.1 研究系统化设计的意义1

1.2 现代设计理论与方法的应用与发展4

1.2.1 设计方法学的研究简况及其发展4

1.2.2 现代产品设计理论与方法研究简况5

1.2.3 国际著名产品设计理论与方法简介5

1.2.4 我国在设计理论与方法上的研究及有关的设计法10

1.2.5 产品主要（广义）设计方法简介12

1.3 产品设计理论与方法的分类14

1.4 系统化设计的概念和特点18

1.4.1 系统化设计的概念18

1.4.2 系统化设计的特点19

1.5 产品系统化设计的指导思想与目标20

1.5.1 产品系统化设计的指导思想20

1.5.2 系统化设计的目标20

1.6 产品系统化设计的步骤和内容21

1.6.1 系统化设计的步骤21

1.6.2 产品系统化设计的内容22

1.6.3 产品的系统化设计与其他设计方法的区别25

1.7 系统化设计过程中的和谐设计、创新设计和深层次设计26

1.7.1 产品的绿色设计与和谐设计26

1.7.2 产品的创新设计27

1.7.3 产品的深层次系统化设计27

1.8 产品系统化设计的技术和手段27

第2章 按照科学方法论中的规则做好系统化设计31

2.1 引言31

2.2 科学方法论的体系和特点31

2.3 科学方法论十二对规则33

2.4 从事系统化设计工作要重视三对核心要素37

2.4.1 从事系统化设计工作要有明确的目的和具体的要求37

2.4.2 从事系统化设计工作要有具体的任务和应有的正确态度40

2.4.3 从事系统化设计工作要有理想的步骤和科学的方法42

2.5 从事系统化设计工作要充分发挥四项潜能45

2.5.1 要有良好的思想和品德45

2.5.2 要具有必需的知识和能力48

2.5.3 要保持健康和珍爱生命50

2.5.4 要有坚韧的毅力并采用灵活机动的战略、战术51

2.6 从事系统化设计工作要重视三个客观因素52

2.6.1 应紧抓良好机遇和迎接挑战53

2.6.2 应该努力保护环境和利用环境54

2.6.3 应该充分利用外部条件56

2.7 从事系统化设计工作要做好两个动态因素57

2.7.1 要在工作过程中不断学习，创造新成果58

2.7.2 要经常对工作进行检查和定期总结，提高工效58

2.8 按照方法论做事可取得良好的效果59

2.9 结语59

第3章 创新思维、创新原理和创新技法61

3.1 创新思维的种类及在创新工作中的作用61

3.2 常见的创新思维形式62

3.3 创新原理的种类及其在创新过程中的作用71

3.4 常用的创新原理及应用72

3.5 创新技法的种类及其在创新过程中的重要作用82

3.6 常见的创新技法83

3.7 TRIZ——发明问题解决理论90

3.7.1 TRIZ理论的诞生91

3.7.2 TRIZ理论的主要内容92

3.7.3 TRIZ的作用93

第4章 科学方法论应用的智能化及专家系统97

4.1 科学方法论应用的智能化的重大意义97

4.2 专家系统的应用研究与发展98

4.3 专家系统的基本结构99

4.4 科学方法论应是专家系统知识库中重要的共性核心知识100

4.5 比较推理是专家系统中最易实施的推理形式101

4.6 最简单的专家系统举例102

4.7 基于逻辑的故障诊断专家系统举例109

4.7.1 知识处理模块109

4.7.2 知识库模块110

4.7.3 推理诊断模块111

第5章 系统化设计第一阶段：调研和选题115

5.1 概述115

5.2 用户需求调研116

5.2.1 用户需求调研的意义116

5.2.2 用户需求调研的主要内容116

5.2.3 用户需求调研的主要方法和技术124

5.3 系统化设计环境的调研126

5.3.1 研究产品环境因素的意义126

5.3.2 产品环境的种类及内容128

5.3.3 协调企业与环境及产品与环境的方法131

5.4 风险的调研133

5.4.1 风险调研的意义133

5.4.2 产品风险调研的主要内容133

5.4.3 产品风险调研的主要方法135

第6章 系统化设计第二阶段：设计规划或顶层设计137

6.1 概述137

6.2 系统化设计总体规划模型137

6.2.1 系统化设计规划的七个映射域和7D设计总体规划模型138

6.2.2 系统化7D设计总体规划模型的分层结构图142

6.3 系统化设计目标规划模型142

6.4 系统化设计思想规划模型143

6.5 系统化设计环境规划模型143

6.6 系统化设计过程规划模型145

6.7 系统化设计内容与方法规划模型146

6.8 系统化设计质量检验与评估规划模型147

6.9 完整和不完整的设计系统或技术系统148

6.9.1 完整的技术系统与不完整的技术系统148

6.9.2 完整技术系统与不完整技术系统的对比149

第7章 系统化设计第三阶段科学实施内容之一：主辅功能设计153

7.1 概述153

7.2 产品功能的分析154

7.2.1 功能的种类154

7.2.2 产品功能的内涵：基本功能和辅助功能155

7.2.3 对产品功能特性的要求157

7.2.4 合理功能的确定159

7.2.5 产品功能的分解160

7.3 功能技术方案的分解和组合162

7.4 主功能系统设计方案的要点162

7.5 物质输送系统设计方案的要点163

7.6 物件夹持系统设计方案的要点165

7.6.1 工件的定位165

7.6.2 工件和刀具的夹持165

7.7 运动传递系统设计方案的要点166

7.8 机器操作系统设计方案的要点168

7.8.1 操作机构和操作系统168

7.8.2 执行机构169

7.9 动力传输系统设计方案的要点169

7.10 信息传输和处理系统设计方案的要点171

7.10.1 信息流的结构模型图171

7.10.2 信息系统要完成信息的采集、转换、传输、处理和储存172

7.10.3 系统工作状态的控制173

7.11 产品的功能方案的选取175

7.11.1 结构方案（工作机构、运行系统及机器结构）175

7.11.2 技术参数设计179

7.11.3 绘制总体布局设计图180

7.11.4 设计方案的选择与评价181

7.12 产品功能设计举例183

第8章 系统化设计第三阶段科学实施内容之二：面向结构性能的动态设计191

8.1 概述191

8.2 面向产品结构性能的动态设计的种类和特点192

8.3 面向产品结构性能的动态设计的内涵193

8.3.1 一般动态设计法193

8.3.2 深层次动态设计法197

8.4 动态设计的步骤和方法198

8.4.1 机械系统的运动学分析和参数的计算199

8.4.2 机械系统的线性或非线性动力学建模200

8.4.3 机械系统的线性或非线性的动态特性分析与动力学参数计算201

8.4.4 其他线性或非线性动力学特性分析202

8.4.5 试验研究和试验分析202

8.4.6 根据试验结果对线性或非线性机械系统的未知参数进行辨识202

8.4.7 审核与修改准则203

8.4.8 对机械或结构的线性或非线性问题进行修改设计203

8.5 应用举例——振动离心脱水机的非线性动力学计算204

第9章 系统化设计第三阶段科学实施内容之三：面向使用性能的智能设计211

9.1 概述211

9.2 面向产品使用性能的设计目标、内容和方法213

9.2.1 设计的目标213

9.2.2 设计的内容217

9.2.3 设计的方法221

9.3 产品操作系统的设计221

9.3.1 操作机构222

9.3.2 筛机启动时的同步跟踪操作系统222

9.4 运动状态的控制系统设计225

9.4.1 交通工具运动状态的控制225

9.4.2 各种数控机床运动状态的控制225

9.4.3 机器人运动状态的控制226

9.4.4 多机传动机械系统的运动控制226

9.5 工作参数控制系统的设计236

9.5.1 参考轨迹的智能预测237

9.5.2 预测因子的确定239

9.5.3 预测算法的改进241

9.5.4 阻抗模型中基于位置反馈预测的仿真研究242

9.5.5 阻抗模型中基于力反馈预测的仿真研究246

9.6 工作过程控制系统的设计248

9.7 工作状态监测与故障诊断系统的设计250

第10章 系统化设计第三阶段科学实施内容之四：面向制造性能的可视化设计253

10.1 概述253

10.2 面向产品制造性能的可视化设计的理论框架254

10.2.1 可视化设计产生的背景254

10.2.2 可视化设计的定义和特点254

10.2.3 可视化设计的具体内容255

10.2.4 可视化设计法的技术流程257

10.2.5 可视化设计法的关键技术259

10.2.6 主要研发软件260

10.2.7 可视化设计法的应用原则263

10.2.8 可视化设计中的非线性问题264

10.3 加工过程可视化266

10.3.1 研究内容及目标267

10.3.2 应用举例267

10.3.3 研究实例269

10.4 装配（拆卸）过程可视化271

10.4.1 研究内容及目标271

10.4.2 研究方法及实施过程271

10.4.3 研究实例274

第11章 系统化设计第四阶段：设计质量检验与评估277

11.1 设计质量检验与评估的必要性277

11.2 设计质量指标的内涵278

11.3 评价指标的加权系数280

11.4 设计质量评价方法的种类281

11.5 模糊综合评价法282

11.5.1 模糊综合评价法在产品质量评价中的应用情况282

11.5.2 多级模糊综合评价模型283

11.6 系统分析法286

11.6.1 系统工程评价方法的基本原则287

11.6.2 建立评价指标体系和确定评价指标值287

11.6.3 建立评价模型288

11.7 价值工程法289

11.7.1 产品的功能290

11.7.2 产品的寿命周期成本290

11.7.3 产品的价值291

11.7.4 机械运动方案的价值评定291

11.8 产品质量模糊综合评价应用实例292

第12章 系统化设计应用举例297

12.1 概述297

12.2 振动沉拔桩机的功能设计297

12.2.1 沉拔桩机加压机构和行走机构298

12.2.2 新型沉拔桩机振动机构的选取300

12.2.3 旋转阀302

12.2.4 隔振系统设计307

12.3 面向振动沉拔桩机结构性能的动态设计307

12.3.1 振动沉桩时土的力学模型307

12.3.2 振动沉拔桩机系统数学模型及其动力学特性311

12.3.3 振动沉拔桩机慢变参数系统的动力学特性315

12.4 面向振动沉拔桩机使用性能的智能设计319

12.4.1 基于PLC的顺序控制技术319

12.4.2 PLC控制系统设计320

12.4.3 PLC在振动沉拔桩机控制中的应用321

12.5 面向振动沉拔桩机制造性能的可视化设计326

12.5.1 可视优化概念326

12.5.2 振动沉拔桩机系统327

12.5.3 实现方案328

12.5.4 振动沉拔桩机系统可视化设计328

12.6 结语334

参考文献337