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• 工程设计
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• 技术创新
• 创造力
• STEM教育
• 动手能力

创意性工程设计是「产品设计」或「机械设计」范畴的一部分。一般在产品设计的领域中，设计者对产品功能的实现或产品的形状外观的追求较为关注，而机械设计工程师较为在意的可能是对于要达成产品功能的形体结构、材料以及在力学上要如何满足等问题。上述两种设计目标都是产品开发过程中不可或缺的工作重点，设计工程师往往为了克服工作进行中的种种困难，并没有多余的精力去考虑上述两项设计目标以外的事项，这就是一种新产品为什么缺乏创新的设计的重要原因。

　　如何使一个产品具有创新的特色，吸引使用者对产品的关注是创意性工程设计一书所欲探讨的主题。在市场上我们看到Apple公司虽然介入行动电话的领域较晚，但他们推出的产品仍然席卷市场令人疯狂。另外Dyson设计的电风扇、吸尘器也都是早已存在的「传统」产品，但他们的设计仍充满创意，改变使用者的眼界。在学校中习得工程上的种种知识并不保证可以设计出具有创意的新产品。另一方面，充满创新、令人喜爱的产品不见得是设计者天马行空、异发突想之下的作品。只要遵循一定的设计步骤，应用创意的思考逻辑，做出一种令人惊艳的创意性产品是极为可行的。

　　本书的内容提出一种工程设计的流程，强调问题分析的重要，鼓励设计者不急于决定产品的形状、结构或材质，特别是对于市场上已存在的类似产品必须彻底检讨分析，掌握产品的和新需求然后再搭配创意性思考的方法，提出独创的设计概念。如此衍生的设计概念经由适当的比较淘汰，一定可以得到具有创意的设计基础，进而做出创新的产品，于本书籍最后章节提供实际案例作为参考，案例说明由设计的需求、问题定义至设计概念与检讨评估等设计之推演步骤，让读者依其推演模式作为训练，有助于融会本书籍各章节叙述的概念。
 

《跨界整合：未来工业的设计哲学与实践》 内容提要： 在当今快速变化的全球市场中，传统的设计范式已无法满足复杂系统集成与用户体验深化的需求。《跨界整合：未来工业的设计哲学与实践》深入剖析了面向21世纪的工业设计理念，聚焦于如何打破学科壁垒，实现技术、艺术、社会学和商业模式的深度融合。本书并非关于单一产品形态的创新，而是构建了一套系统的、可操作的“整合思维框架”（Integrative Thinking Framework, ITF），指导设计者和决策者在系统层面思考问题。 本书共分为六个主要部分，层层递进，构建起一个从宏观洞察到微观执行的完整路径。 --- 第一部分：范式转移与系统视野的重构 第一章：后工业时代的挑战与设计的新边界 本章首先界定了当前工业界面临的三大核心挑战：资源稀缺性、数字与物理的融合（Cyber-Physical Systems, CPS）以及日益增长的伦理责任。传统的“功能至上”或“形式至上”的设计哲学已显疲态。我们探讨了设计如何从解决孤立问题转向管理复杂系统，强调系统思考（Systems Thinking）作为新核心能力的重要性。设计不再是产品投放前的“美化”步骤，而是驱动价值创造的初始阶段。 第二章：设计中的“模糊性”与不确定性管理 在快速迭代的环境中，清晰的需求往往是事后的归因，而非先验的设定。本章深入研究了设计过程中的“模糊性”——即信息不完全、利益相关者冲突、技术路径未定的状态。我们引入了基于场景的迭代方法（Scenario-Based Iteration）和快速原型测试（Rapid Prototyping），用以有效管理和利用设计的不确定性，将其转化为创新的驱动力，而非障碍。 第三章：人类中心设计（HCD）的深化：从可用性到意义建构 我们超越了基础的人机工程学和可用性测试。本章讨论了“意义设计”（Meaningful Design），即产品和服务如何嵌入用户的生活叙事，提供情感连接和身份认同。通过对社会符号学和现象学哲学的引用，我们探讨了如何设计出不仅“好用”，而且“值得拥有”和“具有社会价值”的工业产物。 --- 第二部分：跨界整合的核心方法论 第四章：工程学的弹性与设计学的情境性 本部分是全书的方法论核心。我们详细阐述了如何将工程学的严谨性（如可靠性分析、可制造性审查）与设计学的情境敏感性（Context Sensitivity）相结合。重点介绍了“双钻石模型”的升级版——“多维收敛模型”，该模型要求在概念发散阶段就融入供应链、法规遵从和全生命周期成本分析（LCA）。 第五章：数据驱动的创造力激活 在物联网（IoT）和大数据时代，设计决策应是洞察与数据相结合的产物。本章区分了描述性数据（用户行为记录）和规范性数据（预测性模型）。我们介绍了一套“数据叙事框架”，教导设计师如何将冷硬的数据转化为富有感染力的设计故事和可验证的假设，指导技术选型而非被技术指标所束缚。 第六章：材料科学与伦理责任的共塑 本章专注于可持续性设计。它超越了简单的“绿色材料替代”，探讨了从材料的“提取”到“再利用”的闭环系统设计。我们分析了生物材料、循环经济原则在工业设计中的应用，并结合欧盟的生态设计指令（Ecodesign Directive），阐述了如何将长期环境责任嵌入到产品初期的材料选择与结构设计中。 --- 第三部分：复杂系统的集成实践 第七章：服务系统设计：从产品到体验流 现代工业产品往往是实体产品与数字服务、支持网络的综合体。本章将设计视角从单一的“物”扩展到“服务生态系统”。通过对“场景地图”（Journey Mapping）和“利益相关者网络图”的详细解读，指导读者绘制跨越物理和数字边界的完整用户体验流，确保服务交付的无缝衔接。 第八章：敏捷制造与定制化规模（Mass Customization） 本章探讨了如何利用增材制造（3D打印）、柔性装配线等新型制造技术，实现高效的、小批量的定制化生产。我们分析了在保持成本效益的前提下，如何设计出易于配置和快速调整的模块化产品架构，以及这对设计流程和供应链管理带来的颠覆性要求。 第九章：数字孪生在设计验证中的应用 数字孪生（Digital Twin）不再是维护阶段的工具。本章阐述了如何在设计早期阶段，利用高保真度的数字模型模拟产品在真实环境中的性能、用户交互和老化过程。这极大地缩短了物理原型测试的周期，并允许设计团队在投入大规模生产前，完成更深层次的跨学科优化。 --- 第四部分：组织文化与设计领导力 第十章：打破“筒仓”：跨职能团队的协作艺术 创新的瓶颈往往在于组织结构而非技术能力。本章提供了建立和管理真正跨职能设计团队的实战策略。我们着重讨论了如何在团队中平衡“创造者”（设计师、工程师）与“赋能者”（法务、财务、市场）的角色，确保设计愿景在组织内部得到充分的理解和支持。 第十一章：设计决策的风险评估与治理 随着设计影响力的扩大，其决策的风险也随之增加（例如，人工智能算法的偏见、关键供应链的中断）。本章提供了一套结构化的设计风险矩阵，用于评估技术可行性、市场接受度和伦理影响，确保设计战略的稳健性。 --- 结论：面向未来的设计宣言 总结全文，本书强调，未来的成功设计不再是单一领域的“创意性工程”，而是一种深刻的“整合性工程设计”。它要求设计者成为系统架构师、伦理倡导者和跨界沟通者。本书旨在为下一代工业领袖提供必备的思维工具和实践指南，以应对一个日益复杂、相互连接的世界。 --- 目标读者： 工业设计师、产品经理、系统工程师、制造高管、技术创新部门负责人以及对未来制造业发展感兴趣的战略规划师。

作者简介

徐瑞坤 教授

　　国立交通大学机械系教授
　　大同公司机械设计课
　　日本东京大学工学博士

欧耿良 教授

　　现职
　　台北医学大学特聘教授
　　台北医学大学牙医学系教授
　　台北医学大学生医器材研发暨产品试制中心主任
　　台北医学大学生医植体暨微创医疗研究中心主任
　　北海道医疗大学客座教授
　　永义防癌基金会医疗董事
　　三鼎生物科技股份有限公司总经理
　　合一生技股份有限公司董事
　　安杏生物科技股份有限公司董事
　　三顾股份有限公司董事

　　学经历
　　台北医学大学口腔医学院院长
　　台北医学大学生医材料暨组织工程研究所教授
　　科技部生物处副召集人
　　台湾金属热处理学会理事
　　台湾生物力学学会监事
　　国立交通大学机械工程研究所博士
 

第一章 设计的步骤   
1.1　前言
1.2　系统化工程设计法的特质及发展
1.3　工程设计的基础
1.4　设计的流程（步骤）
1.5　设计的思考逻辑
1.6 　工程设计的几个重要观念

第二章 产品规划及需求的明确化   
2.1　产品的企划
2.2　需求的明确化

第三章 设计法   
3.1　创意
3.2　创意的方法
3.3　逻辑式的方法
3.4　构想的流程
3.5　构想选择法
3.6　评估参数

第四章 概念设计   
4.1　概念设计的步骤
4.2　问题的抽象化及功能构筑
4.3　搜寻满足基本功能需求的设计原理
4.4　概念设计之确立
4.5　设计概念之评价

第五章 实体设计   
5.1　前言
5.2　实体设计的基本原则及原理
5.3　产品设计图面
5.4　材料表
5.5　公差与配合
5.6　资深设计者的建言

第六章 材料、加工与设计之关系   
6.1　材料的选择
6.2　生产性设计
6.3　经济因素

第七章 工程设计之失败例   

第八章 实际案例分析    
8.1　牙周护理牙刷
8.2　抗菌及疼痛治疗贴布
8.3　生医模型逆向成型方法
8.4　嵴椎矫正装置及方法
8.5　震动麻醉减痛装置
8.6　头部保健装置
8.7　齿颚矫正装置
8.8　非接触式牙科植体稳固度检测仪
8.9　生物可降解之鼻腔填材制造方法
8.10　抗菌暖炉
8.11　针灸针的制造方法及其构造
8.12　植牙牙根及其表面之成型方法
8.13　磁性穴道刺激装置
8.14　齿用保护板
 

自序

　　工程设计传统上是根据严谨的科学原理、基础、按照使用上的种种需求，创造出能够充分满足这些功能的机器或设备的一个过程。从事或参与设计的人，通常必须经过一连串学习，了解工程上相关的知识，例如力学、材料、加工等专业课程。此外，为了能对设计的对象有足够深入的认识，许多从事工程设计工作的设计者还被要求必须有相当丰富的工作经验。这些要求的目的不外乎是希望设计结果是一个满足使用者的需求而且具有市场竞争力的产品。在前述背景之下，加上容许的预算有限，时间急迫的压力之下，设计者能够作的大概就只有尽力达成设计目标的功能需求而已。

　　在目前竞争激烈的环境之下，光是满足功能需求的产品并不能在市场上获得青睐。一件成功的工程产品，往往建立在该产品是否具有创意。从事设计的工程师们一方面由于较专注科学上的种种拘束，疏于对产品创新的追求，另一方面也缺乏创意性设计方法的训练，往往失去了设计一种真正具有创意产品的机会。本文的作者都是学习工程科学背景出身，深感设计工程师们在创意性思考训练的不足，特意提出一些抛砖引玉的想法，祈能给设计工程师们一个思考的方向。尤其在生医产业方面，单纯的功能取向已不足于在市场上立足的当下，本书或许能有一些帮助。

　　最后感谢教育部「产业先进设备人才培育计画」补助与推行，设立「创意性工程设计」课程，使本书作者能将课程教材编撰成书，也期待各位读者、前辈先进不吝指教。
 

1.1前言

何谓「设计」？其说法五花八门，多如牛毛，但不管那种说法，其精髓都包括「创新」或「无中生有」的这一个要素，所以广义的设计不但包含了工程设计，艺术家、画家、雕刻家，甚至文学作家创作都可以视为这种以创新作为主要工作的一种。

工程师虽然不是唯一从事设计工作的人员，但不管是那一种领域的工程师，其工作范围多数与「设计」有所关联。比较精确的定义「设计」这两个字，应该说是将一些新的东西组合起来，或将已有的东西做新的组合可以称为设计。若採用Joset Franz Blumrich（前NASA先进结构开发部门主管）的说法，设计是「给未被解决的问题提供解决的方法，或对虽已被解决的问题提供新的解决的方法」的一种过程。所以设计的能力可以视为是科学（Science）与艺术（Art）两者的结合，属于科学的部分大多可以遵循一定的学习程序而获得，而属于艺术的部分，除了学习之外更需要从实际的生活体验及工作中累积经验，因此任何一种设计的教育中不可避免的都会有此一部分。

要注意的是设计（Design）不可和发现（Discover）混淆，发现是指对已经存在的事物，首先看见或首先了解，而设计是规画与工作之下的产物，设计出来的东西必须是要满足某种需求的结果，而且这种东西原来并不存在，你可能会觉得这样定义设计似乎与现实不符，看看满街奔驰的汽车还是都具有相同的功能？但仔细分析同样都是拥有2000 cc引擎的小汽车，不但它们的外形不同，空间大小不同，风阻大小不同，马力不同，油耗不同，完全相同的部分恐怕还不多！所以Ford的Mondeo与Toyota的Camry都是工程设计的产品。另一方面需要强调的是所谓的设计并不一定是发明（Invention），如发明专利，申请者设计的机具必须是突破现有知识领域的一种创新才有条件获得，但大多数的设计成品却不一定具有这种创新的成分，可是这些产品仍然应该含有某种程度的特殊功能是其他类似产品上不存在的。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，《创意性工程设计》这本书彻底改变了我对“工程”的看法。以前我总觉得工程就是一些枯燥无味、跟艺术毫不相干的东西，是那些只会摆弄机器、计算公式的“理工男”的专属领域。但这本书却用一种全新的视角，将工程设计与艺术、美学、甚至哲学巧妙地融合在了一起。作者在书中对“形式追随功能”的经典原则进行了深入的探讨，他不仅解释了这个原则的起源和意义，还阐述了在现代设计中，如何更加灵活地运用和突破它。 让我印象深刻的是，作者在书中分析了很多经典的失败设计案例。他不是那种简单的罗列，而是深入剖析了失败的原因，很多时候并非是技术上的不足，而是创意上的欠缺，或是对用户需求的误判。这些案例读起来非常有启发性，让我明白，伟大的设计，不仅仅是完成了功能，更重要的是它能够触动人心，引发共鸣。这本书让我看到，一个成功的工程设计，应该是一个有灵魂的作品，它不仅仅是解决了一个技术问题，更是在传递一种理念，一种对生活的美好追求。

评分☆☆☆☆☆

我得说，《创意性工程设计》这本书简直是给我的大脑来了一场SPA！之前我一直觉得工程设计离我这个普通人太远了，像是工程师们的小圈子里的事情。但读了这本书，我才发现，原来创意设计无处不在，而且它的原理，我们每个人都可以去理解，去尝试。作者在书中花了很大的篇幅去讲解“用户体验”的重要性，这一点真的让我豁然开朗。他不是那种只是告诉你“要考虑用户”的空泛理论，而是通过大量的案例分析，教我们如何去“洞察”用户的需求，甚至是如何去“预测”用户可能还没有意识到的需求。 我特别喜欢作者在书中对“人本设计”的阐述。他强调，所有好的设计，最终都是为了服务于人，提升人的生活品质。他举了一个例子，关于盲人出行设计的改进，让我深深地感动。从最初的摸索，到后来利用声音和触感来引导，每一步的改进都体现了设计师对弱势群体的关怀和尊重。这种“同理心”，才是创意的真正源泉。这本书让我明白，做设计，不只是技术活，更是良心活。它让我开始重新思考，我平时用到的各种产品，它们的设计，到底有没有真正地考虑到我的感受，我的便利。

评分☆☆☆☆☆

我之前对“设计”的理解，可能还停留在“美观”和“实用”的层面。但《创意性工程设计》这本书，则将“设计”的内涵进行了极大的拓展。作者深入探讨了“设计伦理”和“社会责任”的问题，他提醒我们，每一个设计都可能对社会产生影响，我们应该慎重对待。他举了一些关于“过度设计”和“不道德设计”的案例，让我们警醒，好的设计不仅仅是满足功能，更要考虑其长远的影响。 我特别欣赏作者在书中对于“协作”的强调。他认为，现代的工程设计，已经不再是单打独斗的时代，而是需要不同领域的专家携手合作，共同解决问题。他用了很多团队合作的成功案例，让我们看到，多元化的视角和思维碰撞，往往能够激发出最闪耀的创意。这本书让我意识到，沟通和协作能力，与技术能力同等重要。它也让我更加期待，未来能够与不同背景的人一起，去创造出更多有价值的作品。

评分☆☆☆☆☆

《创意性工程设计》这本书，绝对是一本可以反复阅读的宝藏。每次翻开，都能有新的感悟。作者的写作就像一位睿智的长者，用他的经验和洞见，引导我们去探索工程设计的无限可能。我尤其喜欢他在书中关于“好奇心”的论述。他认为，好奇心是驱动一切创新的原动力。没有好奇心，我们就不会去问“为什么”，也就不会去寻找答案，更不会去尝试新的可能性。 他鼓励我们保持孩童般的好奇心，去质疑权威，去挑战现状，去探索未知。他甚至建议我们在生活中多做一些“无用的”尝试，因为很多伟大的发现，往往都源于一些看似无关紧要的“意外”。这本书让我重新找回了那种对世界充满探索欲的状态。它不仅教会我如何进行创意性工程设计，更重要的是，它教会我如何去生活，如何去保持一颗永远年轻、永远好奇的心。

评分☆☆☆☆☆

我一直对“工程”这个词感到有些敬畏，总觉得那是属于少数高智商人群的领域。但《创意性工程设计》这本书，用一种极其亲民的方式，向我揭示了工程设计的魅力。作者的语言风格非常生动活泼，他没有使用太多晦涩的专业术语，而是用生活中常见的例子来解释复杂的概念。我印象最深刻的是，他讲到“仿生学”在设计中的应用。他举了很多自然界的例子，比如鸟类的翅膀如何启发飞机设计，荷叶的自洁原理如何应用于防水材料等等。 这本书让我明白，其实我们身边的许多设计灵感，都来源于大自然。大自然经过亿万年的演化，已经形成了无数精妙的解决方案，我们只需要学会去观察、去学习、去借鉴。作者还提到了“可持续设计”的重要性，他呼吁我们设计出对环境友好的产品，减少浪费，保护地球。这一点让我觉得非常受启发，因为我们作为消费者，也在无形中影响着生产者的设计方向。这本书让我开始更加关注产品的生命周期，思考如何做出更负责任的选择。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最近一直在为一些工作上的项目苦恼，总觉得思路卡住了，找不到突破口。《创意性工程设计》这本书简直是雪中送炭！作者的写作风格非常独特，他不像其他技术书籍那样一本正经，而是带着一种玩世不恭的幽默感，让你在轻松愉快的阅读过程中，不知不觉就吸收了大量有用的知识。我最喜欢的一章是关于“发散性思维”的训练。作者提供了一系列非常有趣的小练习，比如让他人画一只不存在的动物，或者用五种不同的方式描述同一件物品。这些练习看似简单，但却能有效地打破我们固有的思维模式，让我们的大脑变得更加灵活。 而且，这本书的可贵之处在于，它不只停留在理论层面，而是提供了非常具体的操作方法。作者详细讲解了如何运用“头脑风暴”、“思维导图”、“SCAMPER”等多种创意技法。我试着在工作中使用了几种方法，效果真的立竿见影！之前我一个人冥思苦想好几天都找不到的灵感，通过和同事们一起进行头脑风暴，很快就有了眉目。作者还强调了“原型制作”的重要性，他让我们明白，不要害怕犯错，大胆地把想法变成实物，在实践中不断修正和完善，才是成长的捷径。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，《创意性工程设计》这本书让我重新认识了“创新”的含义。以前我总觉得创新就是要发明出一些全新的东西，但这本书却告诉我们，很多时候，创新来自于对已有事物的“重构”和“组合”。作者在书中介绍了很多“组合式创新”的案例，比如将不同领域的技术或理念进行嫁接，从而产生新的价值。这让我联想到我们生活中的很多产品，其实都是这种“集大成”的产物，它们并非凭空出现，而是站在巨人的肩膀上，然后进行巧妙的整合。 我特别欣赏作者在书中对于“迭代”过程的描述。他强调，伟大的设计并非一蹴而就，而是一个不断试错、不断完善的过程。他用了很多生动的比喻，比如“雕刻”和“打磨”，来形容这个持续优化的过程。他鼓励我们不要害怕失败，每一次的失败都是通往成功路上的一块垫脚石。这本书让我更加敢于去尝试，敢于去拥抱变化，因为我知道，即使不完美，只要我在不断前进，总有一天会达到心中的目标。

评分☆☆☆☆☆

这本《创意性工程设计》可真是让我大开眼界！我一拿到书，就被它那充满设计感的封面给吸引住了，拿到手里沉甸甸的，感觉很有分量。打开第一页，我就被作者那股热情给感染了，他不是那种枯燥乏味的学术派，而是用一种非常生动、有趣的语言，把原本可能让人觉得晦涩难懂的工程设计理念，变得像讲故事一样引人入胜。尤其让我印象深刻的是，他举了很多现实生活中的例子，比如我们每天都在用的各种小物件，从一把椅子到一台手机，里面都蕴含着多少巧思妙想。他让我们看到，原来工程设计并不仅仅是冰冷的数学公式和技术图纸，更是一种对生活的热爱，一种解决问题的艺术。 书中对于“创意”的定义，也颠覆了我以往的认知。我总以为创意就是要“标新立异”，要“跟别人不一样”，但作者却强调，真正的创意往往源于对现有事物的深刻理解和巧妙的重组。他举了一个关于“模块化设计”的例子，这个概念我以前听过，但总觉得离自己很遥远。在这本书里，作者用非常浅显易懂的方式解释了模块化如何让产品更易于生产、维修和升级，并且还能激发更多的创新可能。他让我们明白，有时候，一个微小的改变，一个不同角度的思考，就能带来意想不到的效果。这本书让我开始审视自己身边的一切，发现原来生活中处处都是可以被优化的，处处都隐藏着创意的火花，只是我们常常因为习惯而忽略了它们。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是工程界的“心灵鸡汤”！我之前一直觉得工程设计是一个非常注重逻辑和理性的领域，很难与“情感”、“直觉”这些词联系起来。《创意性工程设计》却在这方面给了我一个巨大的惊喜。作者在书中花了相当大的篇幅来探讨“直觉”在工程设计中的作用。他并不是提倡凭空想象，而是强调，当工程师们通过大量的学习和实践，积累了丰富的经验后，直觉就成为了他们快速做出判断和产生创意的催化剂。 我特别喜欢作者举的那个关于“设计思维”的例子。他将整个设计过程分解成几个阶段，从“共情”、“定义”、“构思”，到“原型”和“测试”。每一个阶段都有其独特的关注点和方法。尤其是在“共情”阶段，作者强调要深入到用户的生活场景中去，去感受他们的喜怒哀乐，去理解他们的痛点。这种“感同身受”的能力，正是培养出真正人性化设计的关键。读完这本书，我感觉自己好像也变成了一个更加有同理心、更加懂得观察生活的人。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《创意性工程设计》这本书，完全颠覆了我对“工程”的刻板印象。我一直以为，工程就是一板一眼、枯燥乏味的。但这本书用一种极其新颖、富有启发性的方式，让我看到了工程设计的另一面——它充满了艺术感、人文关怀，甚至可以说是哲学思考。作者在书中，将“形式”与“功能”的关系进行了非常深入的探讨，他不仅仅是教你如何让东西能够工作，更教你如何让它“好用”、“好看”、“好用”，并且能够引发人的情感共鸣。 让我特别印象深刻的是，作者在书中分析了许多“隐藏在生活中的设计”。他让我们注意到，原来我们每天使用的物品，无论是水龙头的设计，还是餐具的摆放，里面都蕴含着设计师的巧思。这些看似微小的细节，却能极大地影响我们的使用体验。这本书让我开始从一个更加挑剔、更加敏感的观察者的角度，去审视我身边的世界。它让我明白，伟大的设计，往往体现在那些不经意间，却能让我们感到愉悦和便利的细节之中。