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第二章系统设计与价值工程

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第二章系统设计与价值工程 第二章 系统设计与价值工程 价值工程和价值
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第二章 系统设计与价值工程 目 录 2.1技术系统的组成和处理对象 2.4 价值工程 2.2系统分析设计方法 2.3 系统设计的展望 Date 四个组成部分:系统单元、系统结构、边界条件、输入和输出 要素 系统单元: 完成某种功能而无需进一步划分的单元,即系统相互 联系和作用的基本组成要素 系统结构: 反映着系统内部各个单元之间的关系,即相互联系 和作用的联接形式 边界条件: 系统与外部环境作用的界面 确定边界的主要依据是: 2.1技术系统的组成和处理对象 在所研究的具体条件下,当该单元发生变化时,看是否对系统功 能产生决定性影响,看是否应当把某个或某些单元包括在系统内 部 Date 系统又分为开放的和封闭的 系统的行为通常表现为它与外部环境的相互联系和作用 ,可以用该系统的输入和输出来表征 自行车为例说明系统的组成 Date 工程技术系统的示意 图 Date 2.2系统分析设计方法 2.2.1设计过程剖析 系统或产品的设计过程可概略地划分为:产品规划、方案设 计、技术设计、施工设计阶段 机床设计类似的四个阶段:1)调查研究 2)方案拟定 3) 工作图设计 4)样机试制和鉴定 2.2.2 产品规划 明确所设计的系统或产品的目的、任务和要求, 并用设计任务书的形式表达出来 1.市场需求分析 设计师在给定的条件(称为约束条件)下,设计出满足 需要的最佳系统 Date 1)消费者对产品功能、性能、质量和数量等具体要求 2)现有类似产品的销售情况和销售趋势 3) 竞争对手和潜在竞争对手在技术、经济方面的优缺点及发 展趋向 4)主要原料、配料的半成品的现状、价格和发展趋势等 2. 可行性分析 技术分析――技术方案中的创新点和难点以及解决它们的方 法和技术路线等分析 经济分析――成本和性能价格比分析,即如何以最少的人 力、物力获得最佳的功能和经济效果的价值优化分析 社会分析 Date 可行性报告的大致内容有: 1)产品开发的必要性,市场调查和预测情况 3)从技术上预期能达到的水平,经济效益和社会效益的分析 2)有关产品的国内外水平、发展趋势 4)在设计、工艺等方面需要解决的关键问题 5)投资费用及时间进程计划 6)现有条件下开发的可能性及准备采取的措施 3.设计要求的拟定 根据产品功能和性能提出设计参数和相关的指标 2.2.3方案设计 功能分析和原理方案拟定 Date 例2.1:要求设计一“跑得快、会吱吱叫、会游泳的动物” 按功能考虑来确定初步设计方案 Date 成都飞机工业 公司和巴基斯 坦航空综合公 司共同开发 “枭龙”战机 (1992~2004) “枭龙”战机采用了先进的“蚌”式进气道创新技术,并可实现超视距攻击 和精确对地攻击。该型战机全长约14米,高约5米,实用升限为1.6万多 米,配备一台涡扇发动机,最大时速在2马赫以内,最大起飞重量只有12 吨,作战半径达1300多公里,配备了先进的飞行控制系统,具有很高的 机动性能。其武器外挂点达7个,载弹量为3.9吨,包括空战导弹、对地 攻击和对海攻击导弹。其中,在空战方面,它可以携带近距离和超视距 导弹。在对地攻击方面,它可以携带激光制导炸弹和反雷达导弹等武器 。其海军型可以配备法国的“飞鱼”反舰导弹。一旦需要,该型机还可安 装受油系统,进行空中加油,航程可达到3000多公里 Date 巴基斯坦军方人员正在兴高采烈地 体验枭龙FC-1(JF-17“雷声”)战机 巴基斯坦军方和军事观察家们给 予了很高的评价。巴基斯坦前国 防部负责国防生产的中将塔里克 ·马苏德对《世界新闻报》记者 表示,“枭龙”战机是一款非常先 进的轻型战机。无论是它的机载 武器系统﹑ ﹑航电系统,还是它 的超视距攻击能力来讲,都是非 常优秀的 Date 整个战机进行一个“技术定位” 枭龙战斗机整体的性能定位在准第三代战机 以及较高的性能价格比 然后将系统功能再进一步细化,设计出该机各分系统的技术标准 ,进而选择相关的航电、液压、武器等到分系统技术装备 第一“够用”,不盲目追求各个分系统具有先进的技术 各分系统性能设计原则: 第二将各分系统性能发挥到极限,绝不浪费 由于采用了当代先进的设计和制造技术,枭龙飞机达到第三代战斗机的综 合作战效能,能与当今先进战斗机抗衡,同时具有轻小型、低成本、高机 动﹑ ﹑大航程﹑ ﹑优良的起降性能和先进的航电﹑ ﹑武器等特点,完全适应现代 战争要求和军用飞机的市场需求 最终的评价 Date 功能分析的优点 1)可以启发创造性 2) 可以全面掌握对产品各方面的要求,不致遗漏 3) 可以避免设计的盲目性,特别是针对引进产品,在测绘时 可以避免不管有用无用,照搬不误,不作任何改动,甚至闹 出笑话的弊病 4)可以全面考虑功能和成本的关系,以求价值优化。得到质 高价廉的产品 分析系统总功能方法:“黑箱法” Date “黑箱法”是即根据系统的某种输入,要求获得什么样的输出的 功能要求,从中寻找出某种规律来实现输入和输出之间的转换 ,得到相应的解决方法,从而推出黑箱的功能结构的一种方法 。 功能元类型 类型有:物理功能元,逻辑功能元和数学功能元三类 数学功能元:实现加、减、乘、除、开方、乘方以及微分、积分 运算功能的机械、电子、电器等组件 Date 物理功能元:反映系统或设备中的能量、物料、信号变化的 基本物理作用的 物理功能元类型: 功能转换类、功能缩放类、功能联接类、 功能贮存类 Date 功能转换类:――能量、运动形式、材料性质、物态和信号 种类的转换 功能缩放类:――物理量的放大、缩小和物料性质的缩放( 如压力和电压间的变化) 功能联接类:――能量、物料和信号同质或不同质数量上的 结合 功能贮存类:――它体现一定时间范围内保存的功能 功能元的求解 1)参考有关资料、专利或产品求解 2)利用各种创造性方法以开阔思想来探求解法 3)利用设计目录求解 设计目录是把能实现某种功能的各种原 理和结构综合在一起的一种表格或分类 资料 Date 转动变成移动 Date 求系统原理解的方法:功能综合法 把系统功能元和局部解分别作为纵横坐标,列出“功能求解综 合表”,从每个功能元取出一种局部解进行有机组合,构成一 个系统解的方法 例2.2 对于挖掘机的设计,我们采用功能综合法来求解它 的原理方案 1)功能分析 Date 2)列出各功能元及其局部解的功能求解综合表 功能元 局部解 123456 A.动力源电动机汽油机柴油机 蒸气透 平 液动机 气动马 达 B.移位传动齿轮传动 蜗杆 传动 带传动链传动 液力 耦合器 C.移位 轨道及 车轮 轮胎履带气垫 D.取物传动拉杆绳传动 气缸 传动 液压缸 传动 E.取物挖斗抓斗钳式斗 3) 可能方案数 N=6×5×4×4×3=1440 如A1+B4+C3+D2+E1 --履带式挖掘机 --液力轮胎式挖掘机 A5+B5+C2+D4+E2 Date 2.3 系统设计的展望 机电一体化方向发展 人机工程学方向发展 绿色设计方向发展 Date 2.4 价值工程 2.4.1价值工程的起源与发展 起源于美国,40年代由美国通用电气公司设计工程师L.D.麦 尔斯(L.D.Miles)首创 2.4.2 价值工程的基本概念 一种运用集体智慧和有组织的活动,着重对产品(或服务) 进行功能分析,使之以最低的总成本(寿命周期成本),可 靠地实现产品(或服务)必要的功能,从而提高产品(或服 务)价值的科学的技术经济分析方法 Date 1.价值工程的特征 1)着重于提高产品的价值 不同于成本管理与质量管理 2)侧重于研制阶段开展工作 3)把功能分析作为自己独特的研究方法 4)把技术问题和经济问题紧密结合 2.价值工程的三个基本要素 功能 价值 成本 政治经济学价值: 统济学价值:贷币表示 事物的有益程度 财会计算成本 功能成本 产品的用途 实现功能所支付的全部费用 凝结在商品中的一般的、无差别的人类劳动 Date 功能分类: (1)按重要程度标志分基本功能和辅助功能 (2)按满足要求性质的标志分使用功能和美观功能 (3)按用户用途标志分必要功能和不必要功能 2.4.3 价值工程的工作程序 价值工程以功能分析为核心,它有一套发现问题、分析问题和解 决问题的科学的、系统的、卓有成效的方法 7个提问:①它是什么? ②它是干什么用的? ③它的成本是多少? ④它的价值是多少? ⑤有其他方法能实现这个功能吗? ⑥新的方案成本是多少? ⑦新的方案能满足要求吗? Date 价值工程的工作顺序为: 1.选择价值工程对象 一般重点选择以下几类缺点和问题较多,改进潜力较大的产品 4)使用中功能不满足要求,性能差,可靠性差,用户不满意的 产品 1)设计年代久,多年没有改进的产品。这类产品结构陈旧,工 艺落后,性能差,效率低 2)结构复杂、零部件数较多的产品 3)制造成本较高,影响市场竞争的产品 2.收集情报 对象选择的基本原则是: 在生产经营上有迫切的必要性,在改 进功能、降低成本上有取得较大成果 的潜力 Date 3.功能分析 包括功能定义、功能分类、功能整理和功能评价 功能定义所回答的是“它是作什么用的?”的提问 功能分类是指确定功能的类型和重要程度 评价功能所回答的是“成本是多少?”和“价值是多少?”的提 问,找最低成本 功能整理是确切地定义功能并制作功能系统图,用来表示功能 间的“目的”和“手段”关系,确定和去除不必要功能 Date 4.创造新方案5.分析与评价方案 6.验证和定案 2.4.4 价值工程常用的技术方法 对象选择的方法,功能评价的方法,方案创造的方法,方案 评价和选优的方法 1.对象选择的方法 (1)ABC分析法( 成本比重分析法或巴 雷特(Pareto)分析 法 ) (2)百分比法 按某项费用或某种资源,在不同产品和作业中 或某一产品或作业的不同组成部分中,所占的 比重大小来选择对象的方法 ABC管理法(ABC Analysis) 是根据 事物的经济、技术等方面的主要特征 ,运用数理统计方法,进行统计、排 列和分析,抓住主要矛盾,分清重点 与一般,从而有区别地采取管理方式 的一种定量管理方法。 Date 产品ABCDE FG 合 计 动力消耗比重( %) 34 29 17 10 532100 某厂生产用的动力消耗 (3)产品寿命周期法 寿命周期四个阶段:投产期,发展期,成熟期和衰退期 Date 2.功能评价的具体方法 1)确定一个产品(或部件)的全部零件的现实成本 2)把零件成本核算成功能成本 3)确定功能的必要成本(最低成本,也称目标成本) 4)计算各功能的价值 Date 4.方案评价和选优方法 (l)优缺点列举法 (2)定量评价法 第一类是直接打分法 第二类是加权打分法 5)按价值系数从小到大的顺序排队,确定价值工程对象、重 点、顺序和目标 3.方案创造的方法(略) 若价值系数等于1,则功能与成本相当 若价值系数大于1,则零件功能重要,所花成本偏低,应予调整 若价值系数小于1,则成本偏高,与功能重要性不相适应,应 降低成本,以提高价值 Date 例:某厂ZQ型减速器系列是解放初引进前苏联的老产品 ,寿命短、性能差,决定以此减速器系列作为价值分析的 对象。现以图示的PM650(总中心距650mm,总传动比 31.495)旧减速器为例进行分析。 Date 1.用ABC分析法对减速器功能元件进行分析 将零件按成本高低排列后,发现箱体、箱盖、大齿轮、小齿 轮、齿轮轴1、齿轮轴2、轴3等7个零件仅占总数的 6.48%,而其成本占总成本的的比例为83.16%,被列为A类 产品,是价值分析的对象,如下表所示。 零件名称件数 PM650总总 零件数 A类类占零 件总总数的 比例 成本/元 PM650总总 成本/元 A类类占总总 成本的比 例 箱体11086.48%25375269.2683.16% 箱盖1618 大齿轮齿轮1552 小齿轮齿轮1231 齿轮轴齿轮轴 11190 齿轮轴齿轮轴 21143 轴轴31111 Date 2.A类零件功能系数分析 A类零件的重要程度为:箱体>箱盖>齿轮轴1 >齿轮 轴2 > (大齿轮=小齿轮) >轴3 四分制评分矩阵A类零件功能系数分析如下表所示 四分制评评分矩阵阵 功能元 件 箱 体 箱 盖 大 齿齿 轮轮 小 齿齿 轮轮 齿齿 轮轮 轴轴 1 齿轮齿轮 轴轴2 轴轴 3 箱体X344444230.274 箱盖1X44344200.238 大齿齿 轮轮 00X 201360.071 小齿齿 轮轮 002X01360.071 齿轮齿轮 轴轴1 0144X34160.191 齿轮齿轮 轴轴2 00331X4110.131 轴轴3001100X20.024 合计计 上一1 上二0 下一3 下隔一4 相等2 Date 3.A类零件价值系数分析 由上表可知,箱体的大齿轮的系数≤1,成本过高,应着重 改进。两个齿轮轴的价值系数≥ 1,功能与成本也不适应 ,可考虑进行调整。价值分析的重点是箱体和大齿轮 功能元解 成本Ci / 元 成本系数 功能系数fi价值系数 箱体2.5370.5790.2740.47 箱盖6180.1410.2381.69 大齿轮5520.1260.0710.56 小齿轮2310.0530.0711.34 齿轮轴 11900.0430.1914.44 齿轮轴 21430.0331.1313.97 轴31110.0250.0240.96 总计438211 Date 4.减速器价值优化的措施及效果 1)箱体、箱盖由铸铁改为焊接件,直径1200mm以下的齿轮,全 部采用锻钢件,这两项措施减低了废品和缺陷率,周期短,工 时少,外形美观,使总成本下降了6% 2) 齿轮改为中硬齿面,齿轮轴材料改为42CrMo,调质 HB310~340,齿轮材料改为35CrMo,调质HB260~268 Date
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