吳建軍

（合肥華凌股份有限公司，安徽 合肥 230001）

當前各種新技術(shù)迅猛發(fā)展，為精益設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用提供了很大的空間。由于家電行業(yè)競爭激烈，產(chǎn)品對成本和開發(fā)效率的要求很高，其直接影響了產(chǎn)品的市場競爭力，因此，如何在設(shè)計階段有效應(yīng)用精益設(shè)計技術(shù)成為當前家電行業(yè)面臨的主要問題。

1 家電研發(fā)設(shè)計存在的主要問題

1.1 缺乏系統(tǒng)的設(shè)計評價標準

目前家電行業(yè)在家電設(shè)計方案的評價方面并沒有建立系統(tǒng)的標準，比較普遍的做法是召開設(shè)計方案評審會，組建專家組，借助專家經(jīng)驗進行評價。由于各個專家的知識結(jié)構(gòu)及設(shè)計經(jīng)驗存在差異，導(dǎo)致評價結(jié)果不夠全面且缺乏系統(tǒng)性，不能充分發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案的風(fēng)險和不足。同時，由于缺乏系統(tǒng)的設(shè)計評價標準，也增加了后期設(shè)計方案評審的難度和風(fēng)險。

1.2 設(shè)計變更和模具變更次數(shù)多

產(chǎn)品方案設(shè)計變更和模具變更主要是由于產(chǎn)品方案設(shè)計階段沒有充分考慮后期制造環(huán)節(jié)的情況，導(dǎo)致在產(chǎn)品制造階段出現(xiàn)了設(shè)計原因引起的問題，造成設(shè)計方案和模具方案變更。雖然工程人員也會參與設(shè)計階段的方案評審，但由于參與深度不夠、經(jīng)驗不足、對設(shè)計方案理解不充分等原因，導(dǎo)致設(shè)計方案在后期還是會出現(xiàn)各種各樣的問題。由于設(shè)計變更和模具變更時間長、資源投入大，因此，嚴重影響了研發(fā)的質(zhì)量和效率[1]。

1.3 產(chǎn)品綜合成本設(shè)計能力不足

所謂綜合成本是指包含材料成本、人工成本、設(shè)備分擔(dān)成本和質(zhì)量損失成本在內(nèi)的整體成本。目前家電在研發(fā)設(shè)計階段關(guān)注比較多的是材料成本，對綜合成本的概念認知和分析能力不足。過多的關(guān)注材料成本，而忽視了其他方面的成本，最終抬高了產(chǎn)品整體的成本，減弱了產(chǎn)品的市場競爭力。

2 精益設(shè)計技術(shù)體系框架

2.1 整體技術(shù)框架

精益設(shè)計技術(shù)主要包括量化建模、綜合成本設(shè)計、DFMA設(shè)計、簡單化設(shè)計，其體系架構(gòu)如圖1 所示。通過對設(shè)計方案進行量化建模，可以把設(shè)計方案中的零部件組成、加工工序工時、綜合成本、裝配工序工時等對設(shè)計、制造有影響的因子通過模型化的方式表達，為后期的因子量化分析做好準備。綜合成本設(shè)計、DFMA 設(shè)計及簡單化設(shè)計都是在量化建模的基礎(chǔ)上對設(shè)計方案進行相關(guān)維度的量化分析和評估，以便發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案的風(fēng)險和問題，并進行優(yōu)化改進。通過精益設(shè)計技術(shù)對產(chǎn)品設(shè)計和制造過程進行仿真建模和量化分析，能夠在設(shè)計階段就對產(chǎn)品的可制造性、可裝配性、綜合成本等因素進行充分論證和優(yōu)化。

2.2 量化建模

圖1 精益設(shè)計技術(shù)體系框架

精益設(shè)計量化分析的基礎(chǔ)是構(gòu)建因子數(shù)據(jù)庫和進行仿真建模。因子數(shù)據(jù)庫作為整個仿真模型的底層數(shù)據(jù)支撐，可以提供相關(guān)量化分析的數(shù)據(jù)。因子數(shù)據(jù)庫主要包括零件庫、設(shè)備庫、工藝庫、人工成本庫、材料庫。零件庫包括零件基本信息和零件技術(shù)信息。零件基本信息不僅包括零件的編碼、名稱、數(shù)量、重量、成本、供應(yīng)商等信息，還包括零件的模具投入、工程設(shè)備投入等信息。零件技術(shù)信息包括零件的技術(shù)參數(shù)、可制造性評價、質(zhì)量評價等信息。設(shè)備庫涵蓋了產(chǎn)品制造生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)所使用的設(shè)備，如各類生產(chǎn)線、各類檢測設(shè)備、注塑機、沖床、機床等，設(shè)備庫中的信息包括設(shè)備的成本投入、占地面積、使用年限、資源消耗等，設(shè)備庫主要為設(shè)備分擔(dān)成本核算及工序工時核算提供數(shù)據(jù)支持。工藝庫主要包括生產(chǎn)制造過程中所用的各類工具、操作動作和操作時間等信息。人工成本庫用來定義不同崗位的人工單位費率，以便進行人工成本的相關(guān)核算。材料庫包括了制造過程中所使用的各類材料的類型、名稱、牌號、物理特性、工藝適用性等信息，不同的材料可以匹配不同的加工工藝及設(shè)計特征，為設(shè)計優(yōu)化提供參考。

仿真模型包括零部件模型和裝配模型2 個部分，零部件模型主要以零件庫、設(shè)備庫、材料庫為數(shù)據(jù)支撐，包括零部件設(shè)計及零件加工制造的相關(guān)信息，裝配模型主要以設(shè)備庫、工藝庫和人工成本庫為數(shù)據(jù)支撐，包括裝配工序工時、生產(chǎn)設(shè)備、操作動作等裝配相關(guān)信息。

2.3 設(shè)計優(yōu)化

精益設(shè)計的優(yōu)化是基于對仿真模型的量化分析進行的，通過量化分析可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)計方案的缺陷和不足，然后針對這些設(shè)計缺陷進行相應(yīng)的改進。

設(shè)計優(yōu)化主要包括綜合成本設(shè)計、DFMA 設(shè)計和簡單化設(shè)計3 個方面。綜合成本設(shè)計是指包括材料成本、人工成本、設(shè)備分擔(dān)成本和質(zhì)量損失成本在內(nèi)的整體成本，通過構(gòu)建成本影響因子數(shù)據(jù)庫，結(jié)合對設(shè)計和制造過程的仿真建模，就可以實現(xiàn)產(chǎn)品綜合成本的量化分析和評估，實現(xiàn)在研發(fā)設(shè)計階段對產(chǎn)品成本進行準確預(yù)測和優(yōu)化。DFMA 設(shè)計是針對產(chǎn)品可制造性和可裝配性進行的分析優(yōu)化，通過對加工工藝、加工過程、裝配過程的量化分析，結(jié)合DFMA 的設(shè)計評價維度，可以實現(xiàn)對產(chǎn)品可制造性和可裝配性的量化評分，該量化評分是基于時間和成本的綜合指標，分數(shù)越高說明可制造性和可裝配性越差，從而可以指導(dǎo)工程師對重點問題進行分析改進。簡單化設(shè)計的思想是基于對整個價值鏈的資源分析得出的，當產(chǎn)品的設(shè)計比較復(fù)雜時，增加的不僅是研發(fā)單個環(huán)節(jié)的資源投入，而且是包括制造、物流、倉儲、銷售等環(huán)節(jié)在內(nèi)的整個價值鏈的資源，反之，如果能在研發(fā)環(huán)節(jié)降低產(chǎn)品的復(fù)雜度，進行簡單化設(shè)計，那么就會極大程度地降低整個價值鏈的資源消耗。簡單化設(shè)計通過發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中價值低的零部件，并對這類零部件進行精簡，從而降低整個產(chǎn)品的設(shè)計復(fù)雜度[2]。

3 關(guān)鍵技術(shù)點

3.1 圖形化建模技術(shù)

GDI+圖形技術(shù)為實現(xiàn)交互式圖形建模提供了平臺，通過編寫基于GDI+圖形技術(shù)的應(yīng)用程序，可以對圖形模型進行繪制、修改、編輯等各種操作。圖形建模的技術(shù)思路主要體現(xiàn)在圖形建模界面、應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫3 個方面，如圖2 所示。

圖2 圖形建模技術(shù)思路

圖形建模界面為用戶操作提供窗口，該界面既可以完成用戶的一般數(shù)據(jù)操作，如數(shù)據(jù)刪除、修改、保存等，也可以響應(yīng)用戶交互式繪圖操作，并可以通過修改命令窗口的圖形坐標實現(xiàn)圖形的修改等操作。

應(yīng)用程序主要封裝了各類事件的基于GDI+技術(shù)的程序代碼，當用戶在圖形建模界面進行操作時，應(yīng)用程序就會對用戶操作觸發(fā)的事件進行響應(yīng)，并完成一系列操作，如當用戶在圖形建模界面用鼠標進行繪圖時就會觸發(fā)鼠標事件，應(yīng)用程序中的鼠標事件程序響應(yīng)并執(zhí)行，從而實現(xiàn)圖形繪制。

數(shù)據(jù)庫以數(shù)據(jù)為支撐，實現(xiàn)分段模型信息等數(shù)據(jù)的存儲和管理，并實現(xiàn)對應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)支持，通過應(yīng)用程序的執(zhí)行可以完成數(shù)據(jù)的讀寫、刪除等操作。

3.2 DFMA設(shè)計技術(shù)

DFMA 是面向可制造性和可裝配性的設(shè)計，其分析維度如圖3、圖4 所示。DFM 主要對材料物性、加工工藝、加工設(shè)備、模具、成型工藝、零件后處理環(huán)節(jié)進行可制造性分析。DFA 主要對零件裝配前的處理環(huán)節(jié)和零件裝配環(huán)節(jié)進行可裝配性分析。根據(jù)分析維度的不同可以進行相應(yīng)的量化評分，從而實現(xiàn)DFMA 的量化分析和評估，并進一步優(yōu)化設(shè)計方案。

圖3 DFM 分析維度

3.3 簡單化設(shè)計技術(shù)

圖4 DFA 分析維度

簡單化設(shè)計是指盡量用最少的零部件實現(xiàn)產(chǎn)品或組件的功能的設(shè)計方法，其設(shè)計思路如圖5 所示。通過對組件內(nèi)的零部件進行裝配分析和相互作用分析，可以構(gòu)建該組件系統(tǒng)的功能模型，在對功能模型和零部件的價值進行分析后，可以發(fā)現(xiàn)功能缺陷和價值比較低的零部件，對功能缺陷和低價值零部件進行裁剪設(shè)計后，就能得到簡化后的設(shè)計方案。簡單化設(shè)計不僅可以減少由于產(chǎn)品復(fù)雜所帶來的工程和可靠性問題，還能減少產(chǎn)品在設(shè)計、采購、制造、測試、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)的資源投入，從而實現(xiàn)整個價值鏈的資源優(yōu)化。

圖5 簡單化設(shè)計思路圖

4 結(jié)語

精益設(shè)計技術(shù)通過構(gòu)建成本因子數(shù)據(jù)庫和對設(shè)計制造過程的圖形進行仿真建模，可以實現(xiàn)在研發(fā)設(shè)計階段對產(chǎn)品的可制造性、可裝配性以及綜合成本的量化分析和評估，并對相應(yīng)的設(shè)計不足進行優(yōu)化提升，減少了后期的設(shè)計變更，提高了產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量和效率。

參考文獻·

[1]李作學(xué)，魏利峰．研發(fā)管理關(guān)鍵點精益設(shè)計[M]．北京：人民郵電出版社，2016．

[2]Barnhart T M．Creating a Lean R&D Sstem[C]//America：CRC Press，2012．