第二章系统设计与价值工程

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20:52:54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20:52:54工程技术系统的示意图20:52:542.2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20:52:541)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20:52:54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20:52:54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20:52:54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20:52:54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20:52:54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20:52:54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”20:52:54“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20:52:54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20:52:54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20:52:54转动变成移动20:52:54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123456A.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+E220:52:542.3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20:52:542.4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20:52:541.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20:52:54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？20:52:54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20:52:543.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20:52:544.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（ABCAnalysis）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。20:52:54产品ABCDEFG合计动力消耗比重（％）34291710532100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20:52:542.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iiicfV零件的成本系数功能系数＝价值系数iiiCCc产品总成本零件的成本＝零件的成本系数20:52:544.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20:52:54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。20:52:541.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总零件数A类占零件总数的比例成本/元PM650总成本/元A类占总成本的比例箱体11086.48%25375269.2683.16%箱盖１618大齿轮1552小齿轮1231齿轮轴１1190齿轮轴２1143轴３111120:52:542.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分矩阵功能元件箱体箱盖大齿轮小齿轮齿轮轴１齿轮轴２轴３箱体X344444230.274箱盖1X44344200.238大齿轮00X201360.071小齿轮002X01360.071齿轮轴１0144X34160.191齿轮轴２00331X4110.131轴３001100X20.024合计iPiPiiiPPf84iP1if上一１上二０下一３下隔一４相等２20:52:543.Ａ类零件价值系数分析iiiiii