用价值工程理论确定数控系统结构优化方案

　　摘要:用价值工程理论对现有数控系统各结构零部件进行价值分析,确定各零部件的价值系数。根据价值系数确定各零部件理论目标成本。以目标成本为依据对结构做优化方案,从而使结构零部件的功能与成本相对合理化。
　　关键词:价值工程;价值分析;数控系统;结构设计;优化设计
　　
　　1价值工程介绍
　　价值工程是一种技术和经济相结合的方法。它是20世纪40年代由美国通用电气公司设计工程师L·D麦尔斯(Lawrence·D·Miles)在实践中总结出来的。价值工程可以定义为以提高实用价值为目的,以功能分析为核心,以开发集体智力资源为基础,以科学的分析方法为工具,用最少的成本去实现必要的功能的一种设计分析方法。在价值工程中,产品的价值是指产品所具有的功能与取得该功能所需成本的比值,即:
　　V=F/C
　　式中 V为产品的价值,F为产品具有的功能,C为取得产品功能所耗费的成本。
　　在上述公式中,分子F(功能)是使用价值的概念,我们把它货币化。做法是用实现F的理想最小费用,或者社会最小成本,或采用最新技术及其它改进措施后可能达到的最低成本来代表F的数值。分母C是改进前实现该功能的现状(实际)成本。
　　根据公式可计算出V值,V值的大小可以作为衡量功能与成本关系的标准。当V=1时,表示以最低成本实现了相应的功能,两者比例是合适的。当V<1时,表示实际相应的功能付出了较大或过大的成本,两者的比例是不合适的,应该改进。
　　根据产品价值公式,可以推断,在产品设计中提高产品价值的途径有5种原型和7种变型。如表1所示。

　　2数控系统机箱的价值工程分析
　　2.1基本资料
　　根据某公司提供的一款数控系统机箱对其结构进行分析,表2是某公司提供的数控系统机箱的资料。
　　2.2功能定义及功能整理

　　我们对机箱的各零部件进行功能定义,如表3所示。

　　根据机箱装配图及表3我们对其进行功能整理,如图1所示。
　　2.3选择分析对象
　　结合公司实际情况,我们采用强制法来有确定机箱各零部件功能系数,如表4所示。

　　首先,根据计算公式V=F/C算出各零件的价值系数,然后再用基点法计算出各零件的目标成本,计算结果如表5。从表中我们可以看出,零件C、D、F的价值系数V<1,表明它们相应的功能付出了较大的成本,两者的比例是不合适的,应该改进。另外,以B零件为基点算出零件C、D、F、G的目标成本比现实成本低,还有改进空间。所以,最终确定了我们需要改进的对象为零件C、D、F、G。
　　在这里为什么以B为基点,简单阐述一下。基点法的原则是:要求所选择的基点的功能与成本基本一致,而且成本再没有能被降低的潜力。B似乎不符合这一条件。但是,通过实际调查并与工程师沟通后,我们最终选择了以B为基点。首先,其成本已经无法再降;其次,其它零件成本存在过度设计,采用它们都不合理。因此我们采用了B零件作为基点。
　　3改进方案
　　3.1存在问题
　　根据上面对各零件的价值分析结果结合公司提供的该系统的结构部分图纸,我们发现C、D、F、G四个零件存在以下问题。
　　零件C(面板)是用铝合金2B50压铸后经二次机加工,再经喷塑处理而成。虽然在其安装上保证了强度。但是,从数控系统的实际使用情况来年地,这种强度已经过度。另外,在表面处理上只用了简单的喷塑处理,显得不是很上档次,如果采用其他处理方法则成本会大幅增加。
　　零件D、F。都采用了1mm厚的SUS304不锈钢板制作,这种板材过于昂贵,其加工成本也过高。
　　零件G 也采用了1mm厚的Q235A的板材制作,虽然,其材料费比SUS304不锈钢板便宜很多,但是这个零件比较复杂,机加工费大幅提高。
　　总的来说,此款数控系统存在的问题是:首先,不适当地加大了安全系数,一般用途的产品采用承受高负荷的元件;其次,在用户看不见的表面上,不惜工本地来提高表面的质量,采用过分贵重的材料;第三,坚持不合理的工艺要求,面(不知道你什么意思)不考虑产品的适用性。
　　3.2方案提出
　　根据以上分析我们提出以下两种改进方案。第一方案:将C零件材料改成工程塑料,在保持它与其它的零件的装配关系不变的基础上对其重新设计。将D、F零件材料改成1mm厚的Q235A板材,表面喷塑处理。将G零件材料改为工程塑料后,重新设计。第二方案:将C零件与G零件合成一个零件采用工程塑料,重新设计其结构及它与其他零件的装配关系。将D零件材料改成1mm厚的Q235A板材,表面喷塑处理。将F零件材料改为工程塑料后,重新设计。
　　3.3方案评价
　　第一方案评价:此修改方案,修改重点是C零件,将其材料改为工程塑料,足以满足系统的安装需要,又可以大幅度降低C零件的模具费和材料费用。Q235A板材的使用可以使D、F零件的材料费用降低为原来的1/5。另外此方案中,没有改变各零件之间的装配关系,整个系统不会造成大的变动,修改周期短。
　　第二方案评价:此方案,对系统的结构部进行了整体的优化改进设计,它根据工程塑料的特性,调整了各零件之间的装配关系。工程塑料的大量使用可大幅度的降低结构部分的成本。另外,工程塑料的设计方式灵活,表面处理的多样性可以提高结构部件外观的观赏性。总的来说这个方案可以使整个产品发生质变,把产品从感观上提升到另一个高度。用合理的钱做最好的事,但是这个方案的设计改进周期比较长,要求比较高。
　　4结语
　　从上面的分析可以看出价值工程是一种科学的分析方法。通过对一个产品的价值工程分析,我们可以发现产品中存在的问题,从中找出对产品的优化方向。作为设计人员有必要在设计中对自己的设计方案进行价值工程分析,处理好产品的功能与成本之间的关系,寻找功能与成本之间最佳的对应配比,以尽量小的代价取得尽可能大的经济效益和社会效益,提高设计对象的价值,而不要盲目的根据自己经验或依照别人的产品来判断方案的合理与否。另外值得注意的是,很多产品存在的问题都是复杂的,用基点法时基点的选择也是多种多样的。应该根据基本原则,对产品进行分析,最终确定合理的基点。
　　
　　参考文献:
　　[1] 陈戈止.技术经济学[M].成都:西南财经大学出版社,2002.
　　[2] 简召全.工业设计方法学[M].北京:北京理工大学出版社,2000.