淺析產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

文/高榮剛，煙臺(tái)杰瑞石油天然氣工程有限公司

1 前言

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外形勢(shì)正在發(fā)生深刻復(fù)雜變化，我國(guó)發(fā)展仍處于重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，前景十分光明，挑戰(zhàn)也十分嚴(yán)峻，設(shè)備制造行業(yè)對(duì)這一局勢(shì)的體現(xiàn)尤為真切。提升產(chǎn)品質(zhì)量，降本增效由公司的目標(biāo)逐漸演變成行業(yè)的目標(biāo)。作為提升產(chǎn)品質(zhì)量和降本增效最有效果的途徑之一，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要程度越來(lái)越高。本文的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化被理解為利用統(tǒng)一原理、簡(jiǎn)化原理、協(xié)調(diào)原理以及最優(yōu)化原理將市場(chǎng)需求和或客戶需求設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的方案、圖紙以及技術(shù)文檔等，并使設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生的通用件得到有效管理和利用。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程一般包括技術(shù)確認(rèn)、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、文件編制等幾個(gè)過(guò)程，統(tǒng)一、簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)以及最優(yōu)化原理可以全部或部分應(yīng)用于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的每一個(gè)過(guò)程或過(guò)程中的每一項(xiàng)具體的設(shè)計(jì)，它既可以對(duì)宏觀的市場(chǎng)需求、方案設(shè)計(jì)進(jìn)行統(tǒng)一、簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)與優(yōu)化；也可以對(duì)具體的零部件設(shè)計(jì)或文件編制進(jìn)行統(tǒng)一、簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)與優(yōu)化。

2.1 統(tǒng)一原理

統(tǒng)一原理是指為了獲得事物發(fā)展的秩序和規(guī)律，對(duì)一組事物的形式、功能或其他特性進(jìn)行統(tǒng)一，確定一個(gè)適合于一定時(shí)期和一定條件的一致性規(guī)范，并使這種規(guī)范對(duì)被統(tǒng)一的事物有普遍的適用性。統(tǒng)一原理包含以下要點(diǎn)：

①統(tǒng)一是為了確定一組對(duì)象的一致性規(guī)范，其目的是保證事物所必須的秩序和效率；

②統(tǒng)一的原則是功能等效，從一組對(duì)象中選擇確定一致性的規(guī)范，其應(yīng)能包含被取代對(duì)象所具備的必要功性能；

③統(tǒng)一是相對(duì)的，確定的一致性規(guī)范，只適用于一定時(shí)期和一定條件，隨著時(shí)間的推移和條件的改變，舊的統(tǒng)一就會(huì)被新的統(tǒng)一所代替。

2.2 簡(jiǎn)化原理

簡(jiǎn)化原理是指為了獲得更優(yōu)方案，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的結(jié)構(gòu)、型式、規(guī)格或其他性能進(jìn)行篩選提煉，剔除其中多余的、低效能的、可替換的環(huán)節(jié)，精煉并確定出滿足全面需要所必需的高效能部分，保持整體構(gòu)成精簡(jiǎn)合理，使之功能效率最高。簡(jiǎn)化原理包含以下幾個(gè)要點(diǎn)：

①簡(jiǎn)化的目的是為了更優(yōu)，包括功能性和或成本的更優(yōu)，使之更有效的滿足需要；

②簡(jiǎn)化的原則是從全面滿足需要出發(fā)，保持整體構(gòu)成精簡(jiǎn)合理，使之功能效率最高。所謂功能效率是指功能滿足全面需要的能力；

③簡(jiǎn)化的基本方法是對(duì)處于自然狀態(tài)的對(duì)象進(jìn)行科學(xué)的篩選提煉，剔除其中多余的、低效能的、可替換的環(huán)節(jié)，精煉出高效能的能滿足全面需要所必要的部分；

④簡(jiǎn)化的實(shí)質(zhì)不是簡(jiǎn)單化而是精煉化，其結(jié)果不是以少替多，而是以少勝多。

2.3 協(xié)調(diào)原理

協(xié)調(diào)原理是指為了使標(biāo)準(zhǔn)的整體功性能達(dá)到最佳，并產(chǎn)生實(shí)際效果，通過(guò)有效的方式協(xié)調(diào)好系統(tǒng)內(nèi)外相關(guān)因素之間的關(guān)系，確定建立和保持相互一致，適應(yīng)或平衡關(guān)系所必須具備的條件。協(xié)調(diào)原理包含以下要點(diǎn)：

①協(xié)調(diào)的目的在于使系統(tǒng)的整體功能達(dá)到最佳并產(chǎn)生實(shí)際效果；

②協(xié)調(diào)對(duì)象是系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)因素的關(guān)系以及系統(tǒng)與外部相關(guān)因素的關(guān)系；

③相關(guān)因素之間需要建立相互一致的關(guān)系（連接尺寸），相互適應(yīng)關(guān)系（供需交換條件），相互平衡關(guān)系（技術(shù)經(jīng)濟(jì)招標(biāo)平衡，有關(guān)各方利益矛盾的平衡），因此必須確立這些關(guān)系；

④協(xié)調(diào)的有效方式包括有關(guān)各方面的協(xié)商一致，多因素的綜合效果最優(yōu)化，多因素矛盾的綜合平衡等。

2.4 最優(yōu)化原理

最優(yōu)化原理是指按照特定的目標(biāo)，在一定的限制條件下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的構(gòu)成因素及其關(guān)系進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)或調(diào)整，使之達(dá)到最理想的效果。最優(yōu)化原理包含以下要點(diǎn)：

①最優(yōu)化原理有較強(qiáng)的目標(biāo)性，在開(kāi)展優(yōu)化之前我們已經(jīng)有了清晰目標(biāo)或者要解決的問(wèn)題；

②最優(yōu)化原理實(shí)施的過(guò)程鼓勵(lì)在既定的條件下頭腦風(fēng)暴，用創(chuàng)造性的思維去顛覆或改進(jìn)原有的標(biāo)準(zhǔn)；

③達(dá)到理想效果的方法或途徑包括統(tǒng)一、簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)三種，但并不局限于這三種方法和途徑。

2.5 案例解析

LNG高壓汽化器撬是由高壓氣化器、水浴復(fù)熱器、順序控制盤(pán)和工藝管路構(gòu)成的用于LNG氣液混合物氣化為CNG的設(shè)備。其中汽化器的體積最大，對(duì)整個(gè)撬的設(shè)計(jì)影響也最大；但受不同客戶氣化量大小不同的影響，汽化器的體積經(jīng)常變化，體積不同會(huì)導(dǎo)致支腿數(shù)量和排布方式不同，支腿數(shù)量和排布方式又會(huì)決定底撬的布局，進(jìn)而導(dǎo)致每個(gè)客戶需求都需要單獨(dú)的設(shè)計(jì)底撬，導(dǎo)致研發(fā)周期加長(zhǎng)。

利用最優(yōu)化原理定義一個(gè)目標(biāo)：不同氣化量的汽化器通用一個(gè)底撬。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，先利用統(tǒng)一原理先對(duì)不同氣化量的汽化器的進(jìn)行統(tǒng)一，統(tǒng)一點(diǎn)聚焦在對(duì)成撬設(shè)計(jì)影響最大的汽化器截面尺寸，進(jìn)而通過(guò)簡(jiǎn)化與統(tǒng)一原理確定支腿數(shù)量和排布方式，然后用協(xié)調(diào)原理對(duì)高壓汽化器、水浴復(fù)熱器和順序控制盤(pán)進(jìn)行整體協(xié)調(diào)布局；最后通過(guò)最優(yōu)化原理對(duì)整撬以及小零部件、原材料進(jìn)行優(yōu)化。

根據(jù)行業(yè)和公司業(yè)務(wù)范圍，確定高壓氣化器撬的氣化量范圍，一般為1000Nm3/h～5000 Nm3/h，行業(yè)內(nèi)一般采用4條、5條、6條支腿支撐汽化器，排布方式為軸對(duì)稱排布或中心對(duì)稱排布。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算校核汽化器翅片管長(zhǎng)度和支腿數(shù)量以及支腿布局。汽化器的截面積為設(shè)定為2281×2281mm，并確定通過(guò)更改汽化器的高度調(diào)整汽化器翅片管的長(zhǎng)度，進(jìn)而調(diào)整汽化器的氣化量，汽化器的支腿數(shù)量設(shè)定為五腿中心對(duì)稱布置?；谇搜b設(shè)備的以下特點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)緊湊，空間占用少。由于撬裝裝置采用密集型布置，布置緊湊，可大大的減少占地，這對(duì)土地占用較多的行業(yè)來(lái)說(shuō)，意義重大。

②拆遷方便，便于流動(dòng)。撬裝裝置具有可拆遷的特點(diǎn)，可避免盲目建廠造成的設(shè)備投入損失。

③減少現(xiàn)場(chǎng)施工，節(jié)約成本。設(shè)備大部分工作在廠內(nèi)完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝只需將撬塊安裝到基礎(chǔ)上、連接撬塊進(jìn)出口管線以及一些電氣儀表的接線，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)施工量和施工時(shí)間。

在使用協(xié)調(diào)原理時(shí)，應(yīng)該將上述優(yōu)勢(shì)作為設(shè)計(jì)輸入條件，一般將體積最大的汽化器放在底撬中間，根據(jù)設(shè)備管口位置確定順序控制盤(pán)的位置，根據(jù)順序控制盤(pán)和高壓氣化器的位置確定水浴復(fù)熱器的位置，大部件位置確認(rèn)后進(jìn)行整體管路的布局，管道的設(shè)計(jì)符合TSG D3001、GB/T 20801以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

在產(chǎn)品的最優(yōu)化階段一般會(huì)召開(kāi)一場(chǎng)頭腦風(fēng)暴會(huì)會(huì)議，參會(huì)人員應(yīng)包含公司各部門(mén)的相關(guān)人員，詳細(xì)講述設(shè)計(jì)方案，盡量多的收集關(guān)于方案改進(jìn)優(yōu)化方面的建議，利用組織能力去實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)化。

3 三化型設(shè)計(jì)思路

通用件的管理和應(yīng)用是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的重要環(huán)節(jié)，它的出現(xiàn)促進(jìn)設(shè)計(jì)思路由創(chuàng)造型轉(zhuǎn)變?yōu)槿?。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多通用零部件，需要對(duì)這些通用件建立數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行有效的管理和應(yīng)用，并保證其在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的持續(xù)改進(jìn)與優(yōu)化。

3.1 通用件的概念

通用件是指不同型號(hào)產(chǎn)品上可以互換重復(fù)使用的零部件，即某些產(chǎn)品、零部件或整件在不作任何變動(dòng)的情況下，用于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并且能夠相互通用，避免產(chǎn)品及工藝裝備在設(shè)計(jì)制造等方面的重復(fù)勞動(dòng)，從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的目的。

通用件以互換性原理為基礎(chǔ)，互換性是指一個(gè)單元不加任何改變或修整就能任意替換另外一個(gè)單元，并滿足同樣使用要求的一種能力或性質(zhì)，它包括尺寸互換性和功性能互換性。只有既具備尺寸互換性又具備功性能互換性的單元才可能做到完全互換、代用或通用。通用件的對(duì)象極為廣泛，可以是能夠?qū)崿F(xiàn)某項(xiàng)功能的部件或產(chǎn)品，也可以是設(shè)備的系統(tǒng)、子系統(tǒng)、零件、原材料等。

3.2 “三化”設(shè)計(jì)思路

“三化”設(shè)計(jì)思路是指根據(jù)技術(shù)特征的相似度，利用現(xiàn)有資源對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行通用化、系列化和組合化的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在技術(shù)確認(rèn)或方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先通過(guò)通用件的數(shù)據(jù)庫(kù)分析哪些配套產(chǎn)品可以直接采用現(xiàn)有成熟產(chǎn)品，哪些需要對(duì)現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)更改后采用，哪些需要新設(shè)計(jì)。在初步和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段通過(guò)通用件數(shù)據(jù)庫(kù)的幫助最大限度地采用可以通用的配套設(shè)備、零部件和整件。根據(jù)繼承性和互換性原理，將已通過(guò)鑒定或設(shè)計(jì)定型產(chǎn)品中的既滿足尺寸互換又滿足功能互換的單元分解并全面分析。根據(jù)其相似的技術(shù)特征，對(duì)他們進(jìn)行通用化、系列化和組合化的設(shè)計(jì)。

4 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的意義

4.1 縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期

設(shè)計(jì)人員在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)，首先通過(guò)通用件數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)現(xiàn)有的零部件、整件進(jìn)行充分檢索并選用，從而能充分利用設(shè)計(jì)的繼承性，有效控制重復(fù)出圖，大幅度提升設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

4.2 提升產(chǎn)品質(zhì)量

重復(fù)使用的通用件，整件已經(jīng)生產(chǎn)并被各種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，能夠保證其質(zhì)量；通用件在不同型號(hào)產(chǎn)品中應(yīng)用時(shí)，出現(xiàn)的問(wèn)題具有共性，容易發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題且易于整體改善和產(chǎn)品質(zhì)量提升。

4.3 降低研制費(fèi)用，提高生產(chǎn)效率。

產(chǎn)品的通用部分不需要投入研制經(jīng)費(fèi)，同時(shí)單獨(dú)加工與批量加工成本不同，批量加工費(fèi)用低，因此通用件降低產(chǎn)品的研制、制造成本，可以為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4.4 降低新品開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

由于通用件技術(shù)上的成熟性，很大程度上規(guī)避了產(chǎn)品研發(fā)失敗的風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)現(xiàn)一次成功設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件。

4.5 便于設(shè)備維修

若產(chǎn)品中的部分配套零部件、整件與其他產(chǎn)品是通用的，則可在維修或者供應(yīng)時(shí)相互借用，有利于故障的快速排除，同時(shí)也便于客戶的使用與維修，提升客戶滿意度。

5 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與通用件的推廣應(yīng)用是企業(yè)勢(shì)在必行的大方向，這是一項(xiàng)投資少，效益高的技術(shù)措施。通用件是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的產(chǎn)物，它在各型號(hào)產(chǎn)品中應(yīng)用越普遍，公司產(chǎn)品成本和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)越低。廣泛推行使用通用件，利用現(xiàn)有技術(shù)成果，充分發(fā)揮其效益，提高產(chǎn)品的通用化水平，對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有明顯的貢獻(xiàn)作用。通過(guò)實(shí)施產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化為企業(yè)實(shí)現(xiàn)健康快速發(fā)展做出貢獻(xiàn)，同時(shí)，我們把標(biāo)準(zhǔn)化的管理經(jīng)驗(yàn)上升為企業(yè)規(guī)范貫徹執(zhí)行，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和管理效益。