Engineering Design Methods: Strategies for Product Design（工程設計方法：產品設計策略）

引用

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

章節概要

第五版是一本約210頁的精簡著作，分為三部。第一部（第1–3章）說明設計是什麼，以及設計流程如何被建立模型。第二部（第4–13章）是實務核心：先介紹設計程序，再以八章各講一種方法，最後一章討論設計策略。第三部（第14章）把設計放進產品規劃與系統設計之中。威立表示本書是為工程與產品設計各領域的大學部與研究所學生而寫。作者奈傑爾·克羅斯是英國開放大學設計研究榮譽教授，曾任台夫特理工大學設計方法論教授。

第1章：設計活動

全書從設計師如何談論自己的工作開始，引用工程設計師、工業設計師、家具設計師以及身兼工程師與建築師的聖地牙哥·卡拉特拉瓦的話，談直覺、問題與解答的交織，以及作為「對話」的草圖。接著從設計的終點倒推：設計最根本的產出，是一份精確到足以讓他人據以製造的人造物描述。由此依序討論設計的溝通、評估、產生與探索。一個新的案例研究追蹤戈登·莫瑞的T.25城市車，從筆記本上的草圖，到鐵絲與紙板做成的實體模型，再到可上路的原型車。

第2–3章：設計的本質；設計的流程

第2章探討設計問題、其結構以及設計師如何求解。第3章比較設計流程的描述性模型、規範性模型與整合性模型。

第4章：設計程序

通往實務的過渡章：系統化的程序、設計方法的概念，以及本書採用的兩大類方法——創意方法與理性方法。

第5–8章：辨識機會；釐清目標；確立功能；設定需求

前四個方法章處理問題定義，每章圍繞一種方法：用來發掘產品機會的使用者情境法、目標樹法、功能分析法與性能規格法。

第9–12章：決定特性；產生方案；評估方案；改善細節

接下來的四種方法把設計從需求推進到成熟的方案：把顧客需求轉化為工程特性的品質機能展開（QFD）、用來產生方案的型態矩陣、用來評估方案的加權目標法，以及用來改善細節的價值工程法。

第13章：設計策略

討論什麼是設計策略、規劃策略的架構、策略控制，以及關於學習設計與培養專業能力的小節；後者對應威立在本版中強調的設計能力新內容。

第14章：設計與創新

第三部唯一的一章，把視野從單一專案擴展到產品規劃與系統設計。

核心概念

第一部：設計基礎

• 設計即描述：設計的最終產物是對人造物的描述（通常是圖面），其精確程度必須足以讓他人據以製造。
• 問題與解答的共同演化：設計師藉由試探性的解答來理解問題，讓問題與解答並行發展。
• 描述性模型與規範性模型：前者說明設計師實際上如何工作，後者建議他們應該如何工作。

第二部：設計實務

• 創意方法與理性方法：激發構想的方法與系統化組織設計流程的方法。
• 目標樹：釐清設計目標及其相互關係的階層結構。
• 功能分析：以輸入、輸出與子功能描述產品必須做什麼，而不依賴任何特定解答。
• 性能規格：以可量測的性能水準而非解決方案來陳述需求。
• 品質機能展開：把顧客需求轉譯為工程特性。
• 型態矩陣：列出各子功能及其可能實現手段的表格，經由組合產生替代方案。
• 加權目標：依加權準則為替代方案評分，以便比較。
• 價值工程：透過檢視零組件與細節，提高設計相對於成本的價值。

第三部：設計思考

• 設計策略與專業能力：規劃設計專案如何推進，以及設計能力如何隨經驗成長。
• 產品規劃與系統設計：在產品系列與整體系統層級上的設計決策。

評析

優點

• 一章一法，程序清楚。 威立強調本書對八種關鍵方法作了清楚、詳細並附圖解的介紹。第5–12章的架構讓每種方法都容易查找、能按步驟應用，適合正在進行實際專案的學生。
• 立基於對設計師的研究。 第1章在介紹任何方法之前，先根據對知名設計師的訪談與觀察研究，描繪設計師如何思考與工作。第五版增加了關於設計思考與設計能力的內容，反映作者的研究領域。
• 令人印象深刻的真實案例。 戈登·莫瑞城市車的案例呈現了完整的開發歷程，從最初的草圖到得獎的原型車，一開始就讓設計流程變得具體可感。
• 篇幅短小，方便攜帶。 全書約210頁，可以與專題課程同步閱讀，而不會排擠技術教科書。

局限

• 講方法，不講分析。 本書不處理把構想變成可用零件所需的工程計算，必須與分析類教科書搭配使用。
• 後期階段著墨不多。 方法章節止於價值工程。面向製造的細部設計、測試與原型製作方法沒有獨立成章，學生需要另找資料。
• 第三部過於寬泛。 創新、產品規劃與系統設計共用一章，而這些主題各有專門的文獻，這裡只能簡短帶過。

在課程中的定位

在一份主要以機械元件編排的機械設計書單中，克羅斯是談設計流程的那一本。莫特、瓦夫雷克與王的 Machine Elements in Mechanical Design、朱維納爾與馬歇克的 Fundamentals of Machine Component Design、諾頓的 Machine Design: An Integrated Approach，以及布迪納斯與尼斯貝特的 Shigley's Mechanical Engineering Design，都教授如何分析並決定軸、齒輪、軸承、扣件等零件的尺寸。克羅斯回答的是更早的問題：如何組織一個設計專案、如何選擇構想方案。應在設計課程開始時閱讀本書，選定構想之後再回到元件類教科書。

帕爾、拜茲、費爾德胡森與格羅特的 Engineering Design: A Systematic Approach 是系統化設計方法論的完整參考書，以長得多的篇幅、搭配機械實例討論同樣的階段（釐清任務、功能結構、概念設計與具體化設計）。克羅斯是它自然的入門：覺得功能分析與型態矩陣兩章有用的學生，可以沿著同樣的思路進入帕爾與拜茲更完整的流程。

如何使用本書

威立將本書設定給工程與產品設計各領域的大學部與研究所學生。閱讀本書不需要技術背景，因此可以在大一、在任何分析課程之前閱讀。

• 先讀： 第1–4章，說明設計活動與設計流程，並介紹創意方法與理性方法。第1章的城市車案例值得細讀。
• 搭配專題使用： 把第5–12章當作工具箱。專題進行到相應階段時，把各方法應用到自己的設計任務：一開始用使用者情境法與目標樹，定義問題時用功能分析與性能規格，選擇構想時用型態矩陣與加權目標，精修方案時用價值工程。
• 最後讀： 在能夠回顧自己專題進展的時候讀第13章（策略與專業能力），並讀第14章了解更廣的產品與系統脈絡。

把每種方法的產出（目標樹、功能圖、規格書、型態矩陣、評估表）彙整成一份設計檔案。它們記錄了最終設計背後的推理，在撰寫報告與進行設計審查時都很有用。