基于价值工程的机械产品设计方案评价的研究

摘要：近年来，面对日益激烈的市场竞争，企业应该抓紧一切机遇，提高产品和服务质量，降低生产和服务成本，以提高自身的竞争力。对于机械类产品来说，要实现其在当今市场上的竞争力，也就是在质量、寿命、可靠性等性能与价格的比值上要高于竞争对手，所以要对其设计进行评价比较。文章通过对基于价值工程的机械产品设计方案评价进行研究，以期为机械产品的方案设计提供一个借鉴。

关键词：价值工程；机械产品设计；方案评价

中图分类号：TB472文献标识码： A

引言

机械设计的理论在人们长期的理论研究与工程实践中已经变得很成熟。特别是在满足机械运动特性要求和动力特性要求下设计理论已经很完善。从事机械设计的工程师通常对机械设计及工程设计实践有较高的水平，他们会利用先进的设计方法，如优化设计、CAD、有限元方法等，大大提高了机械设计的效率，所设计的产品的质量是良好的。

一、价值工程

价值工程，它是通过各相关领域的共同协作，以及对所针对研究对象的功能与成本费用进行全面系统地分析，不断地进行创新，目的旨在提高研究对象的价值的一种思想方法或者管理技术。

在价值工程中，价值 V ( Value)、功能 F ( Function)以及成本 C ( Cost )三者的概念分别是：

（一）功能（F）概念

产品的功能是指产品或者产品的作用能够满足人们某种需求的一种属性，它包括质和量的两个方面进行考量，其中质的考量主要是从功能的项目或内容的角度进行，而量的考量主要是从每种功能所能够满足人需求达到的程度来进行的。

（二）成本（C）概念

在价值工程中，它所研究的成本具体是指产品的全寿命周期的费用。至于全寿命周期则是指我们用户从购买产品的这一时刻开始，直到产品的寿命结束那一阶段的全部时间。而全寿命周期费用则是指在这一周期内，所有为实现产品功能而所花费的全部费用。其中，产品的全寿命周期是指产品从最初的产品设计、产品制造、产品销售、产品使用、产品维修到产品报废的整个生命周期。

（三）价值（V）概念

至于价值工程中的价值概念，它是描述产品功能的实现程度与产品全寿命周期费用之间比例关系的量值，是功能与成本的直接综合反映。通常，按价值工程分析，认为如果是按照用户的需求，能够以最低的全寿命周期费用实现产品的必要功能，则认为产品的价值最大。

二、机械设计与产品价值

（一）产品设计决定产品价值

产品设计决定产品价值。在产品设计生产阶段，设计师便要了解用户的需求、确定产品的功能、设计产品的形态、选择产品的材质，所以产品的价值在这个阶段便已经确定，好的产品设计不但能更好地满足用户的需求，也能带来良好的经济效益。

（二）价值分析促进产品改进

价值分析不是单纯的降低成本，而是找到产品功能与成本的平衡点，为企业寻求更长远的经济利益，使产品设计得到重视。随首人们自我意识的增强和消费观念的日趋成熟，“华而不实”、"不好看”的产品渐渐被人们所抛弃，取而代之的是形式与技术完美结合的产品。所谓“形式”是指情感、人机、美学等感觉因素的合理结合并赋予产品的物质呈现形式;而“技术”而是指技术与工艺赋予产品应有的功能，两者之间的相互统一才是消费者理想中的产品状态。当一件产品的形态与技术出现不平衡时，则要通过价值分析对其进行再设计以保证两者之前的平衡。

三、机械产品方案设计原理

（一）总体布局设计

机械产品的总体布局要求布局设计需要有全局的观点，不仅要从机械产品本身的的调度出发，还要考虑到整个产品的人-机关系、环境条件等各项因素在内的综合影响。同时，还需要按照简单、合理、经济等几项原则，具体地来确定产品中各零部件之间的空间位置关系，包括相对位置关系和相对运动关系。此外，总体布局设计还应努力达到以下几个目标：功能表达的合理性、结构的紧凑性、比例的协调性、经济实用等一系列要求。

（二）人机系统设计

机械产品在生产运行过程中，还是需要人的操作和控制，即使是高度自动化的设备在某些时候也是离不开操作人员的操控。因此，研究人机系统的设计是产品设计必不可少的一项任务。 人机系统的设计要求产品的技术参数以及结构需要与人的生理以及心理的习惯相适应，两者关系协调得好，则认为产品是人性化设计的。而且，人机系统的设计的主要目的是为了使得操作更加顺畅、有效以及简单，尽可能减少操作人员操作的复杂性；同时，产品的设计还须要尽可能地减少操作人员在视觉、记忆和逻辑思维等方面的难度，降低操作的错误机率，使得操作人员能够在较短的时间内，达到对产品设备进行熟练的操作的技能水平。与此同时，在设计中也需要考虑人体作业空间的设计等等。

（三）机械环境系统设计

由于我们的机械产品始终是处在外界的环境中的，所以外界环境的好坏对机械产品工作时候的性能、运行的稳定性等一些指标还会有一定的影响。当然，产品设备的运行也可能会对周围的环境产生一定的影响，因此，机械产品与所处的外界环境之间是相互影响的。所以，在进行产品设计的时候，我们还需要考虑机械产品运作时候可能对环境产生的污染，做到尽可能保护环境。

四、基于价值工程的机械产品设计方案评价的研究

（一）选择对象

本文讨论的是南方水田作业的全喂入履带式联合收割机，它是能同时完成收割、输送、脱粒、清选、装袋等联合作业的机械。收割机结构复杂，组成零部件繁多，机器主要由履带行走底盘、割台、中间输送装置、脱粒清选装置、动力系统、液压系统、电气系统及操纵系统等组成，见图 1

图 1 全喂入履带式联合收割机示意图

（二）情报收集

1.用户调查 通过现场访问一些老用户和潜在的用户，选择用户比较关注的方面或潜在的需求进行摸底调查：如期望的功能和理想价格等。

2.同行厂家调查 同类企业的产品覆盖范围、成本、利润情况，市场占有率、产品特色等。

3.外部情况 了解国家相关政策，产品推荐发展方向，配套技术的发展情况等；国外收割机技术的发展方向等。

（三）产品设计方案评价

第一种方案：产品底盘由机械变速改为液压无级变速，液压伺服转向，前进和后退只需拉动主变速杆无需换挡，实现无级变速行走，减轻操作者的工作强度，同时作业效率提高 10%左右，由于采用无级变速整机成本增加约 6000 元。没有解决对作物品种的适应性问题。

第二种方案：采用液压无级变速带来的效率和成本提高基本同第一种方案。采用双横置脱粒滚筒，一定程度上能提高机器对作物品种的适应性，但由于结构原因也不能彻底解决，同时由于流程变化机器需要的功率增大，发动机需要重新选型，综合整机成本需要增加 8000 元左右，受机构宽度和重心影响，该机型以后扩展的潜力不大。

第三种方案：采用液压无级变速带来的效率和成本提高基本同第一种方案。采用纵置脱粒滚筒，大大提高机器对作物品种的适应性，由于流程结构变化，综合整机成本也是需要增加 8000 元左右。该机型最大的优势是结构合理，滚筒沿振动筛长度方向布置，在该机型的基础上扩展的空间很大。

通过产品价值指数的分析可以看出，第三种方案的价值指数最高，综合其它各个方面综合评价，结合自身的设计、制造水平，经过可行性论证，2011 年公司决定以第三种方案为基础开发纵置脱粒装置的收割机。

结束语

价值工程的成功应用，使我们认识到价值工程是一种确保功能、提高价值降低成本的行之有效的科学方法。争的严峻，各个生产部门都对机械产品和技术装备提出了日益增长的需求。这些都要求现代机械设计与价值工程的密切结合，真正做到人无我有，人有我多，人多我优，人优我廉，人廉我周，人周我新。设计出大量切合生产实际、品种齐全、高质量、高性能、多功能的现代化产品，以满足我国经济建设和国际市场的需要。

参考文献：

[1]宋晓瑞. 基于创新理论的机械产品改进设计[D].长安大学，2012.

[2]张兰. 价值工程理论在复杂机电产品设计中的应用研究[D].沈阳工业大学，2012.