Engineering Design Methods: Strategies for Product Design（工程设计方法：产品设计策略）

引用

Cross, N. (2021). Engineering Design Methods: Strategies for Product Design (5th ed.). Wiley.

章节概要

第五版是一本约210页的精简著作，分为三部分。第一部分（第1–3章）阐释设计是什么，以及设计过程如何被建模。第二部分（第4–13章）是实践核心：先介绍设计程序，再用八章各讲一种方法，最后一章讨论设计策略。第三部分（第14章）把设计放到产品规划和系统设计之中。威立称本书面向工程与产品设计各领域的本科生和研究生。作者奈杰尔·克罗斯是英国开放大学设计研究荣休教授，曾任代尔夫特理工大学设计方法论教授。

第1章：设计活动

全书从设计师如何谈论自己的工作讲起，引用工程设计师、工业设计师、家具设计师以及工程师兼建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦的话，谈直觉、问题与解答的交织，以及作为"对话"的草图。随后从设计的终点倒推：设计最根本的产出，是一份精确到足以让他人据此制造的人工制品描述。由此依次讨论设计的交流、评价、生成和探索。一个新的案例研究追踪了戈登·默里的T.25城市汽车，从笔记本上的草图，到铁丝和纸板做成的实物模型，再到可上路行驶的样车。

第2–3章：设计的本质；设计的过程

第2章探讨设计问题、其结构以及设计师如何求解。第3章比较设计过程的描述性模型、规范性模型和综合性模型。

第4章：设计程序

通向实践的过渡章：系统化的程序、设计方法的概念，以及本书采用的两大类方法——创造性方法和理性方法。

第5–8章：识别机会；明确目标；确立功能；设定要求

前四个方法章节处理问题定义，每章围绕一种方法：用于发现产品机会的用户情景法、目标树法、功能分析法和性能规格法。

第9–12章：确定特性；生成方案；评价方案；改进细节

接下来的四种方法把设计从要求推进到成熟的方案：把顾客要求转化为工程特性的质量功能展开（QFD）、用于生成方案的形态矩阵、用于评价方案的加权目标法，以及用于改进细节的价值工程法。

第13章：设计策略

讨论什么是设计策略、规划策略的框架、策略控制，以及关于学习设计和培养专长的小节；后者与威立在本版中强调的有关设计能力的新内容相对应。

第14章：设计与创新

第三部分唯一的一章，把视野从单个项目扩展到产品规划和系统设计。

核心概念

第一部分：设计基础

• 设计即描述：设计的最终产物是对人工制品的描述（通常是图纸），其精确程度要足以让他人据此制造。
• 问题与解答的共同演化：设计师借助试探性的解答来理解问题，让问题和解答并行发展。
• 描述性模型与规范性模型：前者说明设计师实际如何工作，后者建议他们应当如何工作。

第二部分：设计实践

• 创造性方法与理性方法：激发构想的方法与系统地组织设计过程的方法。
• 目标树：厘清设计目标及其相互关系的层级结构。
• 功能分析：以输入、输出和子功能来描述产品必须做什么，而不依赖任何具体解答。
• 性能规格：以可测量的性能水平而非解决方案来表述要求。
• 质量功能展开：把顾客要求转译为工程特性。
• 形态矩阵：列出各子功能及其可能实现手段的表格，通过组合生成备选方案。
• 加权目标：按加权准则给备选方案打分，以便比较。
• 价值工程：通过审视零部件和细节，提高设计相对于成本的价值。

第三部分：设计思维

• 设计策略与专长：规划设计项目如何推进，以及设计能力如何随经验增长。
• 产品规划与系统设计：在产品系列和整个系统层面上的设计决策。

评析

优点

• 一章一法，程序清晰。 威立强调本书对八种关键方法作了清晰、详细并配有插图的介绍。第5–12章的结构使每种方法都易于查找、可按步骤应用，适合正在做实际项目的学生。
• 立足于对设计师的研究。 第1章在介绍任何方法之前，先依据对著名设计师的访谈和观察研究，描述设计师如何思考和工作。第五版增加了关于设计思维和设计能力的内容，反映了作者的研究领域。
• 令人难忘的真实案例。 戈登·默里城市汽车的案例展示了一个完整的开发过程，从最初的草图到获奖的样车，从一开始就让设计过程变得具体可感。
• 篇幅短小，便于携带。 全书约210页，可以与项目课程同步阅读，而不会挤占技术教材的位置。

局限

• 讲方法，不讲分析。 本书不涉及把构思变成可用零件所需的工程计算，必须与分析类教材配合使用。
• 后期阶段着墨不多。 方法章节止于价值工程。面向制造的详细设计、测试和原型制作方法没有独立成章，学生需要另找资料。
• 第三部分过于宽泛。 创新、产品规划和系统设计合用一章，而这些话题各自都有专门的文献，这里只能简短带过。

在课程中的定位

在一份主要围绕机械零件编排的机械设计书单中，克罗斯是讲设计过程的那一本。莫特、瓦夫雷克和王的 Machine Elements in Mechanical Design、朱维纳尔和马歇克的 Fundamentals of Machine Component Design、诺顿的 Machine Design: An Integrated Approach 以及布迪纳斯和尼斯贝特的 Shigley's Mechanical Engineering Design，都讲授如何分析和确定轴、齿轮、轴承、紧固件等零件的尺寸。克罗斯回答的是更早的问题：如何组织一个设计项目、如何选择构思方案。应在设计课程开始时阅读本书，选定构思之后再回到零件类教材。

帕尔、拜茨、费尔德胡森和格罗特的 Engineering Design: A Systematic Approach 是系统化设计方法论的全面参考书，以长得多的篇幅、结合机械实例讨论同样的阶段（明确任务、功能结构、概念设计和具体化设计）。克罗斯是它的自然入门：觉得功能分析和形态矩阵两章有用的学生，可以沿着同样的思路进入帕尔和拜茨更完整的流程。

如何使用本书

威立把本书面向工程与产品设计各领域的本科生和研究生。阅读本书不需要技术背景，因此可以在一年级、在任何分析课程之前阅读。

• 先读： 第1–4章，它们阐释设计活动和设计过程，并介绍创造性方法与理性方法。第1章的城市汽车案例值得细读。
• 配合项目使用： 把第5–12章当作工具箱。项目进行到相应阶段时，把各方法用于自己的设计任务：开始时用用户情景法和目标树，定义问题时用功能分析和性能规格，选择构思时用形态矩阵和加权目标，完善方案时用价值工程。
• 最后读： 在能够回顾自己项目进展的时候读第13章（策略与专长），并读第14章了解更广泛的产品与系统背景。

把每种方法的产出（目标树、功能图、规格书、形态矩阵、评价表）汇总成一份设计档案。它们记录了最终设计背后的推理过程，在撰写报告和进行设计评审时都很有用。