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面向成本的设计的关键技术及其概念模型

2016-01-31 01:05 摘要 :并行设计是并行工程的核心内容 ,dfx(design forx )是并行设计的关键 . dfx中的 dfc(design for cost)是指在满足用户需求的前提下 ,通过分析和研究产品全生命周期中各个部分的成本组成情况并进行评价后 ,对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改 ,以达到降低成本的设计方法 .实现 dfc需要的关键技术有 :面向并行工程的全生命周期成本模型的建立 ;设计结果评价和改进设计建议的生成 ; dfc与其他 dfx工具的集成等 .根据成组技术和特征建模技术 ,提出了一个实现 dfc的概念模型 ,并在其中使用作业成本估算方法进行成本估算 .运用此概念模型可以对机械零件和机械产品进行有效的成本估算 ,并可指导并行设计工作的开展 .
关键词 :成组工艺 /并行工程 ;面向成本的设计 ;作业成本
中图分类号 :tp3 91 . 72文献标识码 :a0、引言从当今国际形势看，生产周期、质量、成本和服务仍然是竞争的焦点，随着市场竞争的日益加剧，新的制造哲理不断涌现，如：并行工程、虚拟制造及敏捷制造等。在国内人们对并行工程的研究比较深入，但是对于并行工程中的成本问题研究得还很不够，而成本问题是不能忽视的。众所周知，产品设计在很大程度上决定了产品的成本，例如：对rolls royce公司的调查表明，2000个部件在产品设计阶段决定了最终产品成本的80％【1】；据general motor经理称卡车变速器70％的制造成本是由设计决定的【2】；ford motor公司估计在设计、材料、劳动力和制造费用四个因素中，70％的生产节约源于设计的改进【3】。但是降低和控制产品成本必须在刚刚开始设计的阶段，此时产品设计者拥有最大的自由度来改进设计并使产品在生命周期中的成本最小化。虽然并行工程已经在设计及其他领域取得了巨大的成功，但设计者仍不易获得准确、及时的成本信息。这是因为：（1）传统上产品设计者对成本信息一般是不予充分重视的；（2）设计者缺乏合适的工具获得新零件的成本信息；（3）异构的、分离的数据没有集成化。本文将探讨并行工程中的面向成本的设计技术，并根据成组技术和特征建模技术提出一个具有一定通用性的dfc概念模型。1、面向成本的设计（dfc）的含义面向成本的设计（dfc—design for cost）是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况，并进行评价后，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，以达到降低成本的设计方法。其主要特点为：(1)在工程系统研制开发中，应将费用(成本)作为一个与技术、性能、进度和可靠性等要求列为同等重要的参数给予确定；(2)要求在工程项目的全部生命周期内考虑成本问题；(3)确定准确的生产、使用和维护等阶段中的dfc参数(如：每单位的装配成本、每单位的使用成本等)，并使得这些参数与进度、性能、可靠性等参数之间达到一种最佳平衡；(4)确保向工程设计及有关人员进行成本信息的及时交流与反馈，以便有效地采取相应的控制措施。dfc主要的研究内容有：l建立目标成本说明书和对照表：目标成本是企业在管理中对成本进行的预测，也是企业追求的目标，建立目标成本后，一般可采用材料选择、加工设备选择等方法来降低成本；l研究成本分配情况并对高成本部分进行标识：在成本会计中，一般需要对成本进行分析，以加强对成本的管理和控制；l依据产品和投入工程的费用进行设计：在实际应用中，有的工程项目或产品在设计开始前，就已经知道可以获得多少投资（如：军事订货等情况），此时需要根据可获得的投资进行设计工作；l依据市场情况进行设计和成本的平衡：在市场竞争日益激烈的情况下，只是具有最低的成本已经不够了，必须寻求最佳的性能/价格比，即在客户能接受的范围内以适当的价格提供最佳的功能，而价格主要是由成本决定的，产品性能与设计是密切相关的，即成本与设计之间需要进行平衡；l为设计者提供制造材料对成本的影响信息：在一般情况下，材料成本在制造成本中占有较大的比重，而材料的信息一般比较容易获得且比较准确，因此材料对成本的影响不可忽视；l选择制造手段，降低制造成本：在现代企业中，制造手段多样化（如：净成型、快速成型技术的广泛应用），不同的制造方法其成本差异很大，选择制造手段已经成为降低制造成本的有效方法。2、dfc的关键技术dfc是并行工程的支持工具之一，是dfx（design for x）的重要组成部分【6】，dfm、dfa等是面向产品生命周期某一环节的，而dfc是面向整个产品生命周期的，即成本问题在设计、加工、装配、检验、使用、维修、回收和报废等环节中是一直存在的，这一点是与dfm、dfa不同的。dfc的实现需要以下一些关键技术的支持：（1）基于并行工程的全生命周期成本模型：此模型必须能够在产品的不同设计阶段对成本进行相应的估算。（2）目标成本的确定：在目前还缺乏精确的方法对目标成本进行确定，实际中一般是考虑市场、利润、工厂条件和生产批量等因素，利用历史资料进行确定。（3）与其他dfx工具的集成：由于dfc是面向产品全生命周期的，这就要求它必须能够与其他dfx（如：dfm、dfa等）工具协调一致进行工作，即需要建立不同评价标准的协调原则和方法。（4）设计结果评价和改进设计建议的生成：这一工作需要在其他dfx技术的支持下进行，即不能只考虑成本一个要素，而且还要综合考虑其他的评价模块提供的评价依据，才能生成合理的设计建议。（5）成本估算方法：不同的估算方法有可能产生不同的结果，怎样合理地确定估算方法是值得研究的问题。一般来说在并行工程中，由于不同的设计阶段所产生的信息的完整程度不同，所采用的成本估算方法也不同，例如：在设计的初期，可采用参数化估算方法、神经网络等方法；在详细设计阶段，可采用手册估算方法、详细估算等方法。而且，生产批量、产品类型、产品生命周期长短的不同在选择估算方法时也是需要考虑的因素，同时所选方法应该是灵活易用、可靠准确的。总的来说，为了解决上述关键技术，应该综合运用特征建模技术、拟实技术、人工智能、成组技术、工业工程和信息集成等技术。3、dfc的概念模型针对不同的设计类型有不同的成本估算方法，也就存在不同的dfc实现方案。设计是一种创造性行为，但是创造性设计在实际的日常生产中所占比重不大，而变型设计和模块化设计确占很大比例，因此本文主要针对变型设计的dfc模型进行探讨。