用價值工程理論確定數控系統結構優化方案

  摘要:用價值工程理論對現有數控系統各結構零部件進行價值分析,確定各零部件的價值系數。根據價值系數確定各零部件理論目標成本。以目標成本為依據對結構做優化方案,從而使結構零部件的功能與成本相對合理化。
  關鍵詞:價值工程;價值分析;數控系統;結構設計;優化設計
  
  1價值工程介紹
  價值工程是一種技術和經濟相結合的方法。它是20世紀40年代由美國通用電氣公司設計工程師L·D麥爾斯(Lawrence·D·Miles)在實踐中總結出來的。價值工程可以定義為以提高實用價值為目的,以功能分析為核心,以開發集體智力資源為基礎,以科學的分析方法為工具,用最少的成本去實現必要的功能的一種設計分析方法。在價值工程中,產品的價值是指產品所具有的功能與取得該功能所需成本的比值,即:
  V=F/C
  式中 V為產品的價值,F為產品具有的功能,C為取得產品功能所耗費的成本。
  在上述公式中,分子F(功能)是使用價值的概念,我們把它貨幣化。做法是用實現F的理想最小費用,或者社會最小成本,或采用最新技術及其它改進措施后可能達到的最低成本來代表F的數值。分母C是改進前實現該功能的現狀(實際)成本。
  根據公式可計算出V值,V值的大小可以作為衡量功能與成本關系的標準。當V=1時,表示以最低成本實現了相應的功能,兩者比例是合適的。當V<1時,表示實際相應的功能付出了較大或過大的成本,兩者的比例是不合適的,應該改進。
  根據產品價值公式,可以推斷,在產品設計中提高產品價值的途徑有5種原型和7種變型。如表1所示。

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  2數控系統機箱的價值工程分析
  2.1基本資料
  根據某公司提供的一款數控系統機箱對其結構進行分析,表2是某公司提供的數控系統機箱的資料。
  2.2功能定義及功能整理

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  我們對機箱的各零部件進行功能定義,如表3所示。

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  根據機箱裝配圖及表3我們對其進行功能整理,如圖1所示。
  2.3選擇分析對象
  結合公司實際情況,我們采用強制法來有確定機箱各零部件功能系數,如表4所示。

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  首先,根據計算公式V=F/C算出各零件的價值系數,然后再用基點法計算出各零件的目標成本,計算結果如表5。從表中我們可以看出,零件C、D、F的價值系數V<1,表明它們相應的功能付出了較大的成本,兩者的比例是不合適的,應該改進。另外,以B零件為基點算出零件C、D、F、G的目標成本比現實成本低,還有改進空間。所以,最終確定了我們需要改進的對象為零件C、D、F、G。
  在這里為什么以B為基點,簡單闡述一下。基點法的原則是:要求所選擇的基點的功能與成本基本一致,而且成本再沒有能被降低的潛力。B似乎不符合這一條件。但是,通過實際調查并與工程師溝通后,我們最終選擇了以B為基點。首先,其成本已經無法再降;其次,其它零件成本存在過度設計,采用它們都不合理。因此我們采用了B零件作為基點。
  3改進方案
  3.1存在問題
  根據上面對各零件的價值分析結果結合公司提供的該系統的結構部分圖紙,我們發現C、D、F、G四個零件存在以下問題。
  零件C(面板)是用鋁合金2B50壓鑄后經二次機加工,再經噴塑處理而成。雖然在其安裝上保證了強度。但是,從數控系統的實際使用情況來年地,這種強度已經過度。另外,在表面處理上只用了簡單的噴塑處理,顯得不是很上檔次,如果采用其他處理方法則成本會大幅增加。
  零件D、F。都采用了1mm厚的SUS304不銹鋼板制作,這種板材過于昂貴,其加工成本也過高。
  零件G 也采用了1mm厚的Q235A的板材制作,雖然,其材料費比SUS304不銹鋼板便宜很多,但是這個零件比較復雜,機加工費大幅提高。
  總的來說,此款數控系統存在的問題是:首先,不適當地加大了安全系數,一般用途的產品采用承受高負荷的元件;其次,在用戶看不見的表面上,不惜工本地來提高表面的質量,采用過分貴重的材料;第三,堅持不合理的工藝要求,面(不知道你什么意思)不考慮產品的適用性。
  3.2方案提出
  根據以上分析我們提出以下兩種改進方案。第一方案:將C零件材料改成工程塑料,在保持它與其它的零件的裝配關系不變的基礎上對其重新設計。將D、F零件材料改成1mm厚的Q235A板材,表面噴塑處理。將G零件材料改為工程塑料后,重新設計。第二方案:將C零件與G零件合成一個零件采用工程塑料,重新設計其結構及它與其他零件的裝配關系。將D零件材料改成1mm厚的Q235A板材,表面噴塑處理。將F零件材料改為工程塑料后,重新設計。
  3.3方案評價
  第一方案評價:此修改方案,修改重點是C零件,將其材料改為工程塑料,足以滿足系統的安裝需要,又可以大幅度降低C零件的模具費和材料費用。Q235A板材的使用可以使D、F零件的材料費用降低為原來的1/5。另外此方案中,沒有改變各零件之間的裝配關系,整個系統不會造成大的變動,修改周期短。
  第二方案評價:此方案,對系統的結構部進行了整體的優化改進設計,它根據工程塑料的特性,調整了各零件之間的裝配關系。工程塑料的大量使用可大幅度的降低結構部分的成本。另外,工程塑料的設計方式靈活,表面處理的多樣性可以提高結構部件外觀的觀賞性。總的來說這個方案可以使整個產品發生質變,把產品從感觀上提升到另一個高度。用合理的錢做最好的事,但是這個方案的設計改進周期比較長,要求比較高。
  4結語
  從上面的分析可以看出價值工程是一種科學的分析方法。通過對一個產品的價值工程分析,我們可以發現產品中存在的問題,從中找出對產品的優化方向。作為設計人員有必要在設計中對自己的設計方案進行價值工程分析,處理好產品的功能與成本之間的關系,尋找功能與成本之間最佳的對應配比,以盡量小的代價取得盡可能大的經濟效益和社會效益,提高設計對象的價值,而不要盲目的根據自己經驗或依照別人的產品來判斷方案的合理與否。另外值得注意的是,很多產品存在的問題都是復雜的,用基點法時基點的選擇也是多種多樣的。應該根據基本原則,對產品進行分析,最終確定合理的基點。
  
  參考文獻:
  [1] 陳戈止.技術經濟學[M].成都:西南財經大學出版社,2002.
  [2] 簡召全.工業設計方法學[M].北京:北京理工大學出版社,2000.

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