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第1章 现代仪器设计方法概论1

1.1 现代仪器系统的特点与组成1

1.1.1 现代仪器仪表的特点1

1.1.2 现代仪器仪表系统的基本结构与组成2

1.2 现代设计方法概述5

1.2.1 设计与现代设计6

1.2.2 设计方法学及其研究内容8

1.2.3 现代设计方法的特点9

1.3 人-机-环境的系统观和系统化设计10

1.3.1 人-机-环境的系统观10

1.3.2 仪器系统化设计12

1.4 仪器系统建模方法13

1.4.1 模型13

1.4.2 数学建模方法14

1.4.3 控制论的建模方法17

1.4.4 信息论的建模方法22

第2章 现代仪器总体设计24

2.1 概述24

2.1.1 现代仪器系统设计过程的划分24

2.1.2 总体设计及其内容26

2.2 仪器设计需求分析26

2.2.1 设计任务分析27

2.2.2 功能规划和指标确定29

2.3 总体方案的制定32

2.3.1 基本设计原则32

2.3.2 总体方案制定的内容35

2.4 总体设计的验证和评审39

2.4.1 总体设计的验证39

2.4.2 总体设计的评审40

第3章 仪器误差设计新理念与方法41

3.1 误差设计理念与模型41

3.1.1 误差设计理念41

3.1.2 误差设计的数学模型42

3.1.3 误差设计要素42

3.2 误差修正设计53

3.2.1 误差修正设计理念53

3.2.2 误差修正设计的数学模型及设计要点54

3.2.3 误差修正设计应用实例58

3.3 误差匹配设计62

3.3.1 误差匹配设计概述62

3.3.2 误差匹配设计的数学模型及设计要点63

3.3.3 误差匹配设计应用实例65

3.4 误差相消设计67

3.4.1 误差相消设计理念68

3.4.2 误差相消设计的数学模型及设计要点68

3.4.3 误差相消设计应用实例71

3.5 误差允许设计75

3.5.1 误差允许设计的概念75

3.5.2 误差允许设计的数学模型及设计要点76

3.5.3 误差允许设计应用实例80

第4章 可靠性设计方法84

4.1 可靠性设计基础84

4.1.1 可靠性的基本概念84

4.1.2 可靠性特征量85

4.1.3 可靠性寿命分布90

4.2 系统的可靠性设计90

4.2.1 可靠性系统模型90

4.2.2 可靠性预计93

4.2.3 系统可靠性分配96

4.3 提高仪器系统可靠性的设计方法99

4.3.1 元器件的选择与降额设计99

4.3.2 电路简化设计方法101

4.3.3 冗余设计方法102

4.3.4 软件可靠性设计103

4.3.5 耐环境设计108

4.3.6 仪器系统电磁兼容性设计114

4.3.7 包装和运输设计123

4.4 仪器系统可靠性设计实例124

第5章 仪器健壮性设计方法126

5.1 基本概念与质量模型126

5.1.1 基本概念126

5.1.2 质量设计模型127

5.2 健壮设计原理与方法128

5.2.1 基本原理128

5.2.2 设计方法130

5.2.3 设计分类与流程131

5.2.4 试验设计133

5.3 仪器系统的健壮设计139

5.3.1 基于损失模型的健壮设计139

5.3.2 基于响应面模型的健壮设计144

5.3.3 基于容差模型的健壮设计146

5.3.4 基于随机模型的健壮设计148

5.3.5 基于成本-质量模型的混合健壮设计151

5.4 健壮性设计实例153

5.4.1 考虑交互作用的正交试验设计153

5.4.2 采用响应面法的健壮性设计155

第6章 仪器的宜人性设计161

6.1 概述161

6.2 仪器造型设计与色彩设计162

6.2.1 造型基础与美学法则162

6.2.2 仪器造型设计172

6.2.3 仪器色彩设计175

6.3 人机工程学与宜人性设计180

6.3.1 人体结构尺寸与造型尺度181

6.3.2 视觉特征与显示器设计184

6.3.3 仪器控制面板设计186

第7章 绿色设计188

7.1 概述188

7.1.1 绿色设计产生的背景188

7.1.2 绿色设计的目的与意义189

7.1.3 绿色设计的概念190

7.2 绿色产品与绿色设计方法191

7.2.1 绿色产品191

7.2.2 传统设计与绿色设计的区别193

7.2.3 绿色设计准则与方法195

7.3 绿色设计的主要内容和关键技术199

7.3.1 绿色设计的主要内容199

7.3.2 绿色设计的关键技术201

7.4 绿色设计的效益和应用分析203

7.4.1 绿色设计的效益203

7.4.2 齿轮加工机床的绿色设计分析204

第8章 优化设计方法211

8.1 优化设计的基本知识211

8.1.1 优化设计的数学模型211

8.1.2 优化方法的数学基础215

8.2 一维优化方法222

8.2.1 基本思想222

8.2.2 进退法222

8.2.3 黄金分割法223

8.2.4 二次插值法225

8.3 无约束优化方法227

8.3.1 基本思想227

8.3.2 坐标轮换法227

8.3.3 鲍威尔法229

8.3.4 最速下降法231

8.3.5 牛顿型方法及其改进233

8.3.6 共轭方向法234

8.4 有约束优化方法235

8.4.1 基本思想235

8.4.2 随机方向法236

8.4.3 复合形法238

8.4.4 拉格朗日乘子法241

8.4.5 惩罚函数法242

8.5 多目标函数的优化方法247

8.5.1 主要目标法247

8.5.2 线性加权法248

8.5.3 功效系数法248

8.5.4 协调曲线法249

8.5.5 分层序列法250

8.6 优化设计应用实例252

8.6.1 建立目标函数253

8.6.2 设计变量254

8.6.3 设计约束254

第9章 创新设计257

9.1 概述257

9.1.1 什么是创新257

9.1.2 什么是创新设计258

9.1.3 创新设计要素258

9.2 创新设计思维及其应用方法259

9.2.1 创新设计思维259

9.2.2 创造力模型263

9.2.3 创新思维的应用方法264

9.3 发明问题解决理论——TRIZ270

9.3.1 TRIZ理论概述270

9.3.2 TRIZ理论体系272

9.3.3 技术冲突及其消解276

9.3.4 物理冲突及其消解288

9.4 基于TRIZ的创新设计实例292

9.4.1 坦克的装甲问题292

9.4.2 飞机机翼的进化294

9.4.3 提高大型容器容积检测速度问题295

参考文献298