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Engineering Design: A Systematic Approach(工程設計:系統化方法) cover

工程學

工程學

Engineering Design: A Systematic Approach(工程設計:系統化方法)

Gerhard Pahl; Wolfgang Beitz; Jörg Feldhusen; Karl-Heinrich Grote

英文原名: Engineering Design: A Systematic Approach

一部設計方法論參考書德文第六版的英譯本,將技術產品的開發程序分解為數個階段與步驟。全書從產品規劃與任務釐清出發,經過從功能角度進行的概念設計,進入具體化設計,其後各章討論機械連接、模組化產品、品質與成本。

需要的基礎: 至少參與過一個設計專題,並具備機械元件與工程力學的基礎。

難度等級
高級
學術層次
高級
engineering designdesign methodologyconceptual designembodiment designproduct development

01 / 導讀

導讀

引用

Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., & Grote, K.-H. (2007). Engineering Design: A Systematic Approach (3rd ed.). Springer.

章節概要

全書約617頁,共十二章。本書由肯·華萊士(Ken Wallace)和呂西安娜·布萊辛(Luciënne Blessing)根據德文第六版翻譯並編輯為英文。出版社介紹說,書中的方法是先把設計過程劃分為若干階段,再把各階段分解為不同步驟,每一步都有各自的工作方法,使用時應靈活運用並根據具體任務調整。下面的頁碼跨度顯示了全書的重心:僅「結構設計」一章就佔約210頁,超過全書的三分之一。

第1–2章:導論;基礎

開篇一章約25頁,隨後是約35頁、題為「基礎」的一章。出版社的主題清單把基礎列在首位,並稱2007年版始終強調基本原理,避免追逐短期趨勢。

第3–4章:產品規劃、方案尋求與評價;產品開發過程

第3章(約60頁)把產品規劃與方案尋求及其評價結合在一起。第4章是篇幅較短的產品開發過程一章。出版社在列舉本版變化時提到:擴充了產品規劃的內容,並新增了關於組織結構、並行工程、領導力和團隊行為的章節。

第5–6章:任務澄清;概念設計

任務澄清(約15頁)在前,概念設計(約65頁)在後。出版社把兩者歸為同一主題:先弄清任務,再產生設計概念。出版社引用的一位麻省理工學院評論者特別指出,本書從功能角度討論設計,是一大長處。

第7章:結構設計

這是篇幅最長的一章,講述結構設計的規則、原則和指南。同一位評論者指出,概念設計與詳細設計之間的階段是多數關鍵設計決策形成的階段,也是本書尤其出色的部分。出版社還說明,本版增加了新的例子,並補充了減少磨損設計和回收設計的內容。

第8–9章:機械連線、機電一體化與自適應結構;系列尺寸與模組化產品

隨後是兩個專題章節。第8章討論機械連線,以及機電一體化(mechatronics)和自適應結構(adaptronics),後兩者是本版重點提到的新增內容。第9章討論系列尺寸與模組化產品。

第10–12章:品質設計;最低成本設計;總結

品質方法和成本估算方法各佔一章;出版社說這兩章在本版中都有更新。全書以七頁的「總結」收尾。

核心概念

第1–6章:過程與前期階段

  • 階段與步驟:設計過程被劃分為若干階段,每個階段再分解為帶有各自工作方法的步驟。
  • 產品規劃:決定開發什麼的前期活動,本版對其作了擴充。
  • 任務澄清:在尋求方案之前,先弄清設計任務的要求。
  • 概念設計:產生並評價方案概念的階段,從功能角度展開。

第7–12章:結構設計與支撐方法

  • 結構設計:依據規則、原則和指南賦予概念以實體形態。
  • 機械連線、機電一體化與自適應結構:本版新增或擴充的具體設計專題。
  • 系列尺寸與模組化產品:第9章的主題。
  • 品質方法與成本估算:正文最後的兩個方法章節。

評析

優點

  • 貫穿全過程的完整路徑。 章節順序從產品規劃、任務澄清,經概念設計和結構設計,直到品質與成本,讀者能看到各階段如何相互銜接。出版社引用麻省理工學院沃倫·西靈(Warren Seering)的評語,稱其為現有最完整的系統設計方法論著,並指出它記錄了設計過程的每一步及相應的最佳做法。
  • 在決策形成之處著墨最深。 結構設計約佔全書三分之一。西靈指出,概念設計與詳細設計之間是多數關鍵設計決策形成的階段,也是本書尤其出色的部分。
  • 第三版的更新。 出版社列出:擴充了產品規劃,新增組織結構、並行工程和團隊行為,更新了品質與成本章節,並補充了磨損、回收、機械連線、機電一體化和自適應結構方面的內容。

侷限

  • 篇幅與密度。 全書617頁,其中第3至7章佔一半以上,更像是按階段查閱的參考書,而不是簡短的入門讀物。
  • 德語文獻。 各章頁面上的參考文獻多為德語文獻,例如VDI指南、DIN標準和德語期刊論文,英語讀者很難進一步查閱。
  • 範圍。 所列主題講的是方法和結構設計規則,而不是機械設計教材所處理的應力、疲勞和零部件計算。內容也反映的是2007年的實踐狀況。

在課程中的定位

在這一設計課程中,奈傑爾·克羅斯(Nigel Cross)的 Engineering Design Methods 是一本簡明指南,講設計師如何工作,以及哪些方法能把含糊的任務書推進為詳細方案;想用短得多的篇幅瞭解同一領域,它是自然的入門之選,之後再讀Pahl和Beitz,可獲得帶有規則和指南的完整程式。面向零部件的教材(Shigley的 Mechanical Engineering Design、Norton的 Machine Design、Fundamentals of Machine Component Design 和 Machine Elements in Mechanical Design)講授軸、軸承、齒輪等零件的負載、應力、失效與尺寸確定。它們回答的是概念成形之後產生的分析問題,是對本書的補充而不是替代。

如何使用本書

出版社把本書定位為面向執業設計師、學生和設計教育者的指南。讀者最好具備機械零件與工程力學的基礎,若有設計專案的經驗則更佳。先讀第1、2章,然後按階段順序往下讀:第3至6章講規劃、任務澄清和概念,第7章講形態設計。第8至11章可作為專題,在專案需要時再讀(連線、模組化產品系列、質量、成本),第12章用來回顧總結。

實用的讀法是結合一個正在進行或已完成的專案,一次只應用一個階段。至於結構設計中的分析部分,可以把第7章與上面提到的某本零部件設計教材配合閱讀。