本书介绍了产品与项目设计的基本概念与原则及其在工程中的应用。本书面向所有工程专业背景的读者，解释产品和项目设计的过程而不是技术细节。主要内容包括工程概述、什么是设计、项目管理和团队合作技巧、工程管理工具、人机交互界面、工程师与真实世界、沟通、写作与展示，这些对工程师的实际工作非常有帮助。
作为有抱负的工程师，需要学习很多知识，包括本领域的专业知识以及工程的基础知识。同时，要具备终身学习的能力来掌握领域的最新发展。在这个过程中，工程思维和工程相关的设计能力是工程师的核心能力。本书是一本适合所有工程专业背景的读者的工程入门书，以工程思维和能力的培养为核心，介绍了工程师应具备的各种能力，助力读者走上工程师之路。
本书特色
以工程思维和工程设计为主线，从各工程学科及主要专业领域的介绍开始，逐步深入地介绍工程师的技能、工程和设计的概念、常用的工程工具、项目管理、用户体验、工程师的人际交往等内容，帮助读者尽快融入工程师的角色。
作为全美静电协会前主席，本书作者有扎实的工程项目基础和丰富的经验，整个工程思维的脉络在他的笔下被剖析得细致入微，各种类型的工程案例及分析使全书内容饱满、引人入胜，并引发读者的思考。
突出强调工程中的关键理念、常用工作方法和良好的工作习惯，并通过一系列实例和练习培养提升读者的工程素养，将工程思维的培养融入工作的方方面面。
作者简介
马克 N. 霍伦斯坦（Mark N. Horenstein） 是美国波士顿大学电气与计算机工程系的教授，美国静电协会前主席。他拥有麻省理工学院和加州大学伯克利分校电气工程专业学位，并常年为大学新生教授工程设计课程。他设计并开发了一套高级工程设计实训课程，使学生可以体验实际的工程项目过程，将所学工程知识学以致用。
本书是一本介绍工程的入门教材，但也可用于高级课程，例如高级工程设计实训等。虽然在本书的编写中注重工程设计的连续性，但每章都是作为独立模块来编写的。没有一个章节依赖或需要阅读任何其他章节。相反，如果教师愿意的话，本书也易于整体使用。
本书从基础层面讲授工程设计原理并讨论设计工具，同时借鉴了许多工程学科的实例。本书中的内容并不能完全代表所有学科，但是讨论的内容和例子是完全通用的，任何工程学科的学生都会发现本书具有启发性和实用性。某些主题中提供了与特定工程技术有关的技术细节，以帮助学生掌握示例和案例研究中的关键问题。尽管在几个地方使用了数学运算，但是学习本书只要求学生具备基本的代数知识。关于文档的重要性和计算机的使用也是本书频繁讨论的主题。读者不需要具备任何一种编程语言的知识。在示例中，没有特定使用某一种编程语言的特殊之处，也不强调对某种编程语言的使用。书中首先使用流程图方法来解释编程逻辑，接着给出Matlab、C或C++中的示例代码。
本书附带了“教师资源手册”，指导教师布置各种章节末尾的练习。设计是一个开放式过程，一个问题可以有多种解决方案。因此，为一本设计类的教材编写参考答案是一个难题。对于分析或封闭式的问题，手册中提供了具体的答案和详细的解决方案。对于没有“正确”答案的开放式设计问题，手册中为教师提供指导原则，而不是具体答案。这些准则用于帮助教师引导学生完成某个问题的设计过程中的各个阶段工作。
关于本书的教辅资源，只有使用本书作为教材的教师方可申请。需要的教师请联系机械工业出版社，邮箱wangguang@hzbook.com，电话：010-88378991。——编辑注
本版本的新增内容：
更新了正文、示例、练习和问题中的技术，以反映现代设计实践。
整合新出现的创新性事物，如智能手机、社交媒体、因特网搜索和无线设备。
更多地强调了可再生能源、环境问题、伦理和社会影响。
讨论了市场全球化对工程设计的影响。
新的设计案例研究。
增加了一些影响重大的失败的工程示例。
增加了人机界面的案例研究。
以下是本书中每章内容的简要总结。
第1章简要介绍了工程各学科以及该学科的主要专业领域。学科清单是全面的，但不是详尽的。关于工程师在公司中作用的讨论侧重于工程师对项目管理的中心性，以及工程师可以轻易地与来自不同专业背景的人沟通。在本章结尾，解释了工程师的三个最重要的技能：知识、经验和直觉。
第2章从“设计”一词的多个定义开始，介绍了一种设计周期版本，同时强调其他版本可能适用于不同的设计任务或不同的专业设置。本章讨论了分析、设计与复制之间的差异，比较了优秀的设计与糟糕的设计。使用头脑风暴的例子说明了产生创造性想法的技巧。本章总结了一些具体的设计实例，说明了形成产品可采取的多种方法。本章使用的“产品”一词是指设计过程的目标，而不一定是用来销售的实物。
第3章重点介绍项目管理。本章的中心主题包括团队合作、组织、时间管理以及文档撰写等所有重要任务。本章结尾是与知识产权有关的法律问题的简要讨论。
第4章介绍了许多工程工具。虽然有些工具对于个别学生来说可能比其他工具更重要，但这些部分的通用性足以使本章对大多数专业都有用。单位的概念、尺寸、公差、图形、原型、逆向工程、故障排除和计算机分析以及电子表格和实体建模都是本章涵盖的主题。
第5章介绍人机界面。本章讨论了人与机器的相互作用，涉及人体工程学以及认知的概念。本章的后半部分是关于人机界面利弊的案例研究。
第6章概述了经典工程灾难以及广受关注的工程事故。本章重点介绍工程师如何从错误中学习，而不是简单地记录工程事故。
第7章介绍了人际交往的主题。本章详细讨论了演讲、写作和口头表达的技巧，并在每个类别中提供了几个很好的例子。
我喜欢为工程师编写最新的设计原则，希望你和你的学生也喜欢这本书。
致谢
本书的许多插图都是由阿比盖尔·艾达·埃克斯（Abigail Ida Erkes）制作的。她还做了大量的研究，找到并记录了许多用作插图的照片。非常感谢她在书稿的准备阶段所做出的努力。我还要感谢许多学生启发了本书中的设计实例和讨论。
MNH
Boston, MA
计算机\基础
作为有抱负的工程师，需要学习很多知识，包括本领域的专业知识以及工程的基础知识。同时，要具备终身学习的能力来掌握领域的最新发展。在这个过程中，具备工程思维和工程相关的设计能力是工程师的核心能力。本书是一本适合所有工程专业背景的读者的工程入门书，以工程思维和能力的培养为核心，介绍了工程师应具备的各种能力，助力读者走上工程师之路。
本书特色
◎以工程思维和工程设计为主线，从各工程学科及主要专业领域的介绍开始，逐步深入地介绍工程师的技能、工程和设计的概念、常用的工程工具、项目管理、用户体验、工程师的人际交往等内容，帮助读者尽快融入工程师的角色。
◎作为全美静电协会前主席，本书作者有扎实的工程项目基础和丰富的经验，整个工程思维的脉络在他的笔下被剖析得细致入微，书中各种类型的工程案例及分析，使全书内容饱满、引人入胜，并引发读者的思考。
◎突出强调工程中的关键理念、常用工作方法和良好的工作习惯，并通过一系列的实例和练习培养和提升读者的工程素养，将工程思维的培养融入工作的方方面面。
作者介绍
马克 N. 霍伦斯坦（Mark N.Horenstein）是美国波士顿大学电气与计算机工程系的教授，美国静电协会前主席。他拥有麻省理工学院和加州大学伯克利分校电气工程专业学位，并常年为大学新生教授工程设计课程。他设计并开发了一套高级工程设计实训课程，使学生可以体验实际的工程项目过程，将所学工程知识学以致用。
[美]马克 N.霍伦斯坦（Mark N. Horenstein）著：
马克 N.霍伦斯坦（Mark N. Horenstein）是波士顿大学电气与计算机工程系的教授。他拥有麻省理工学院和加州大学伯克利分校电气工程学位，并在大部分学术生涯中教授工程设计课程。他还在系里设计与开发了顶级设计课程，在该课程中，学生为一家虚拟工程公司工作，为现实工程和社会服务类客户开发产品和系统。
科学就是寻找那些已经存在但还没有被我们发现的客观规律，而艺术却是在创造前所未有的形式和内容。本书的主题——工程则是科学与艺术结合的典范，即利用已知规律创造出全新的装置或者系统去解决实际生活中遇到的各种问题。
纵观我们的人生历程，其实就是一个不断发现问题并不断解决问题的过程。工作也好，生活也罢，不外如此。这可能就是我们需要去学习工程思想的一个重要理由。
工程是简单的，我们经常用小而美的方式去解决看起来纷繁复杂的问题，例如，两根木条组成的筷子解决了各种形状的食材撷取问题。工程也是复杂的，例如，举世闻名的都江堰耗时8年，消耗人力物力无数，但修建后使成都平原成为水旱从人、沃野千里的天府之国，至今灌区面积近千万亩。由此可见，当我们具备了工程素养之后，身边的各种问题大都可以迎刃而解。换言之，工程思维的培养是个人能力培养中最为重要的因素之一。
当前，“新工科”已经成为高等教育领域关注的热点。“新工科”的目标之一是提高人才培养的质量，使工程人才更具创新能力。从这个角度上说，工程思维的培养是达成这一目标的有效途径之一。工程思维的核心是了解、设计和测试形成的高效迭代思考闭环，中间又要佐以实证、遴选等方法。本书的作者Horenstein博士作为前全美静电协会主席有着极其扎实的工程项目基础，整个工程思维的脉络在他笔下剖析得细致入微，从工程的概念、工程设计、项目管理、工程工具到工程师应具备的能力，本书均有精心讲解，而各种翔实的实例佐证又使得本书内容丰富饱满，令人大开眼界。每章最后的思考题更是妙趣横生，颇有几分指点江山的感觉。因此，我们协同机械工业出版社选择了本书进行翻译，希望能为国内“新工科”人才培养提供一部上佳的参考教材。与此同时，本书作为一本工程师的参考读物也是不可多得的上上之选。
在本书付梓之际，要衷心感谢南开大学计算机与控制工程学院的各位老师在本书翻译过程中提供的指导和支持，还要感谢天津师范大学的刘如月和刘楚琦两位同学对本书文字的整理及内容的认真审读。此外，感谢南开大学嵌入式系统与信息安全实验室的全体同学在全书的翻译过程中提供的支持与帮助。
限于译者的水平和经验，译文中难免存在不当之处，恳请读者提出宝贵意见。
译者
2017年5月于马蹄湖畔
译者序
前言
第1章 工程是什么1
1.1 工程有许多领域1
1.1.1 航空工程2
1.1.2 农业工程3
1.1.3 生物医学工程3
1.1.4 化学工程4
1.1.5 土木工程4
1.1.6 计算机工程6
1.1.7 电气工程6
1.1.8 环境工程7
1.1.9 工业工程7
1.1.10 材料工程8
1.1.11 机械工程8
1.1.12 机电工程9
1.1.13 造船工程9
1.1.14 核工程10
1.1.15 石油工程10
1.1.16 系统工程11
1.2 一些工程专业组织11
1.3 成为一个注册专业工程师12
1.4 工程师：项目管理的核心13
1.5 工程：一组技能15
1.5.1 知识15
1.5.2 经验16
1.5.3 直觉16
关键术语18
第2章 设计是什么19
2.1 “设计”一词的使用19
2.2 分析、设计和复制之间的不同20
2.2.1 分析21
2.2.2 设计23
2.2.3 复制23
2.3 优秀的设计与糟糕的设计27
2.4 设计周期29
2.4.1 定义总体目标29
2.4.2 收集信息31
2.4.3 确认和评估可能的设计策略31
2.4.4 设计初试31
2.4.5 模型与分析32
2.4.6 构建原型、记录文档和测试33
2.4.7 修改和再次修改34
2.4.8 彻底测试产品35
2.5 生成想法37
2.5.1 头脑风暴的基本规则38
2.5.2 正式的头脑风暴38
2.5.3 非正式的头脑风暴会议42
2.6 设计实例47
2.6.1 机器人设计大赛47
2.6.2 面罩生产设备54
2.6.3 自动移液器57
2.6.4 帆船自动驾驶仪61
2.6.5 海洋能量采集机64
总结68
关键术语68
问题68
第3章 项目管理与团队合作技能75
3.1 在团队中工作75
3.1.1 建立一个有效的团队76
3.1.2 组织结构图78
3.1.3 职位描述79
3.1.4 团队联系人列表79
3.1.5 团队会议79
3.1.6 与组织中其他团队合作80
3.2 管理任务：保持项目正常进行82
3.2.1 清单83
3.2.2 时间表83
3.2.3 甘特图84
3.2.4 PERT图84
3.3 文档：项目成功的关键88
3.3.1 纸质文档与电子文档88
3.3.2 工程师的日志（笔记本）89
3.3.3 日志格式90
3.3.4 使用你的工程日志90
3.3.5 技术报告91
3.3.6 软件文档与工程日志的作用92
3.3.7 日志的重要性：案例研究1…93
3.3.8 日志的重要性：案例研究2…94
3.4 法律问题：知识产权、专利和商业机密96
3.4.1 专利96
3.4.2 专利术语96
关键术语97
问题97
第4章 工程工具101
4.1 估计101
4.2 数字处理107
4.2.1 国际单位制107
4.2.2 单位一致108
4.2.3 有效数字108
4.2.4 尺寸和公差109
4.3 图的类型111
4.3.1 半对数图111
4.3.2 双对数图113
4.3.3 极坐标图114
4.3.4 三维图形114
4.4 原型设计117
4.5 逆向工程122
4.6 计算机分析123
4.7 规格说明表134
4.8 因特网134
4.9 电子表格在工程设计中的应用…137
4.10 实体模型与计算机辅助制图143
4.10.1 为什么要画工程图144
4.10.2 图纸的类型144
4.11 系统仿真149
4.12 电子电路仿真151
4.13 图形化编程153
4.14 微处理器：另一种形式的计算机154
关键术语155
问题156第5章 人机界面164
5.1 人类如何与机器交互164
5.2 人体工程学165
5.3 认知167
5.4 人机界面：案例研究168
关键术语178
问题178
第6章 工程师与现实世界181
6.1 社会对工程师的看法181
6.2 工程师如何吸取教训183
6.3 失败在工程设计中的影响：案例研究185
6.3.1 案例1：塔科马海峡大桥185
6.3.2 案例2：哈特福德市民中心186
6.3.3 案例3：挑战者号航天飞机186
6.3.4 案例4：堪萨斯市凯悦酒店187
6.3.5 案例5：三里岛189
6.3.6 案例6：美国巡洋舰温森斯号190
6.3.7 案例7：哈勃望远镜191
6.3.8 案例8：哈维兰彗星型客机192
6.3.9 案例9：坍塌的天花板193
6.3.10 案例10：花旗集团中心…194
6.3.11 案例11：福特Pinto196
6.4 在设计中做好失败的准备196
关键术语197
推荐阅读197
问题197
第7章 学会表达、书写及演讲199
7.1 良好沟通技巧的重要性199
7.2 准备会谈、演讲和会议200
7.3 准备正式演讲201
7.4 撰写电子邮件、信件及备忘录205
7.4.1 撰写电子邮件206
7.4.2 正式电子邮件的头206
7.4.3 邮件内容的第一句206
7.4.4 正文207
7.4.5 书写正式的备忘录和信件209
7.5 撰写技术报告、提案和期刊文章212
7.5.1 技术报告212
7.5.2 期刊论文213
7.5.3 提案213
7.6 撰写说明手册213
7.6.1 简介213
7.6.2 安装213
7.6.3 操作214
7.6.4 安全性214
7.6.5 故障排除214
7.6.6 附录214
7.6.7 内容的重复215
7.7 技术文档撰写策略218
7.7.1 对撰写的文档做好规划218
7.7.2 选择合适的地点撰写文档…218
7.7.3 确定读者218
7.7.4 做笔记218
7.7.5 创建主题标题219
7.7.6 短暂休息219
7.7.7 写第一稿219
7.7.8 阅读草稿219
7.7.9 修改草稿219
7.7.10 修改、修改、再修改219
7.7.11 审查最后的草稿220
7.7.12 常见的撰写错误220
关键术语221
问题221
索引224
