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1、第二章第二章 系统设计与价值工程系统设计与价值工程目目 录录2.1技术系统的组成和处理对象技术系统的组成和处理对象2.4 价值工程价值工程2.2系统分析设计方法系统分析设计方法2.3 系统设计的展望系统设计的展望7/30/2024四个组成部分：四个组成部分：四个组成部分：四个组成部分：系统单元、系统单元、系统单元、系统单元、系统结构、系统结构、系统结构、系统结构、边界条件、边界条件、边界条件、边界条件、输入和输出输入和输出输入和输出输入和输出要素要素要素要素系统单元系统单元系统单元系统单元: : 完成某种功能而无需进一步划分的单元，即系统相完成某种功能而无需进一步划分的单元，即系统相完成某种功
2、能而无需进一步划分的单元，即系统相完成某种功能而无需进一步划分的单元，即系统相互联系和作用的基本组成要素互联系和作用的基本组成要素互联系和作用的基本组成要素互联系和作用的基本组成要素系统结构系统结构系统结构系统结构: : 反映着系统内部各个单元之间的关系，即相互联系反映着系统内部各个单元之间的关系，即相互联系反映着系统内部各个单元之间的关系，即相互联系反映着系统内部各个单元之间的关系，即相互联系和作用的联接形式和作用的联接形式和作用的联接形式和作用的联接形式边界条件边界条件边界条件边界条件: : 系统与外部环境作用的界面系统与外部环境作用的界面系统与外部环境作用的界面系统与外部环境作用的界面
3、确定边界的主要依据是：确定边界的主要依据是：确定边界的主要依据是：确定边界的主要依据是： 2.1技术系统的组成和处理对象技术系统的组成和处理对象在所研究的具体条件下，当该单元发生变化时，看是否对系统功在所研究的具体条件下，当该单元发生变化时，看是否对系统功在所研究的具体条件下，当该单元发生变化时，看是否对系统功在所研究的具体条件下，当该单元发生变化时，看是否对系统功能产生决定性影响，看是否应当把某个或某些单元包括在系统内能产生决定性影响，看是否应当把某个或某些单元包括在系统内能产生决定性影响，看是否应当把某个或某些单元包括在系统内能产生决定性影响，看是否应当把某个或某些单元包括在系统内部部部部
4、7/30/2024系统又分为开放的和封闭的系统又分为开放的和封闭的 系统的行为通常表现为它与外部环境的相互联系和作用，系统的行为通常表现为它与外部环境的相互联系和作用，可以用该系统的输入和输出来表征可以用该系统的输入和输出来表征 自行车为例说明系统的组成自行车为例说明系统的组成 7/30/2024工程技术系统的示意工程技术系统的示意 图图7/30/20242.2系统分析设计方法系统分析设计方法2.2.1设计过程剖析设计过程剖析系统或产品的设计过程可概略地划分为：产品规划、方案设系统或产品的设计过程可概略地划分为：产品规划、方案设计、技术设计、施工设计阶段计、技术设计、施工设计阶段机床设计类似的
5、四个阶段：机床设计类似的四个阶段：1)1)调查研究调查研究2)方案拟定方案拟定3)工作图设计工作图设计4)样机试制和鉴定样机试制和鉴定2.2.2 产品规划产品规划明确所设计的系统或产品的目的、任务和要求，明确所设计的系统或产品的目的、任务和要求，并用并用设计任务书设计任务书的形式表达出来的形式表达出来1.市场需求分析市场需求分析设计师在给定的条件（称为约束条件）下，设计出满足设计师在给定的条件（称为约束条件）下，设计出满足需要的最佳系统需要的最佳系统 7/30/20241)消费者对产品功能、性能、质量和数量等具体要求消费者对产品功能、性能、质量和数量等具体要求2)现有类似产品的销售情况和销售趋
6、势现有类似产品的销售情况和销售趋势3) 竞争对手和潜在竞争对手在技术、经济方面的优缺点及发竞争对手和潜在竞争对手在技术、经济方面的优缺点及发展趋向展趋向4)主要原料、配料的半成品的现状、价格和发展趋势等主要原料、配料的半成品的现状、价格和发展趋势等2. 可行性分析可行性分析技术分析技术分析技术方案中的创新点和难点以及解决它们的方技术方案中的创新点和难点以及解决它们的方法和技术路线等分析法和技术路线等分析经济分析经济分析成本和性能价格比分析，即如何以最少的人成本和性能价格比分析，即如何以最少的人力、物力获得最佳的功能和经济效果的价值优化分析力、物力获得最佳的功能和经济效果的价值优化分析社会分析社
7、会分析7/30/2024可行性报告的大致内容有：可行性报告的大致内容有：1）产品开发的必要性，市场调查和预测情况）产品开发的必要性，市场调查和预测情况3）从技术上预期能达到的水平，经济效益和社会效益的分析）从技术上预期能达到的水平，经济效益和社会效益的分析2）有关产品的国内外水平、发展趋势）有关产品的国内外水平、发展趋势4）在设计、工艺等方面需要解决的关键问题）在设计、工艺等方面需要解决的关键问题5）投资费用及时间进程计划）投资费用及时间进程计划6）现有条件下开发的可能性及准备采取的措施）现有条件下开发的可能性及准备采取的措施 3.设计要求的拟定设计要求的拟定根据产品功能和性能提出设计参数和相
8、关的指标根据产品功能和性能提出设计参数和相关的指标 2.2.3方案设计方案设计功能分析和原理方案拟定功能分析和原理方案拟定7/30/2024例例2.1：要求设计一：要求设计一“跑得快、会吱吱叫、会游泳的动物跑得快、会吱吱叫、会游泳的动物”按功能考虑来确定初步设计方案按功能考虑来确定初步设计方案7/30/2024成都飞机工业成都飞机工业公司和巴基斯公司和巴基斯坦航空综合公坦航空综合公司共同开发司共同开发 “枭龙枭龙”战战机机(19922004) “枭龙枭龙”战机采用了先进的战机采用了先进的“蚌蚌”式进气道创新技术，并可实现超视距式进气道创新技术，并可实现超视距攻击和精确对地攻击。该型战机全长约攻
9、击和精确对地攻击。该型战机全长约14米，高约米，高约5米，实用升限为米，实用升限为1.6万万多米，配备一台涡扇发动机，最大时速在多米，配备一台涡扇发动机，最大时速在2马赫以内，最大起飞重量只有马赫以内，最大起飞重量只有12吨，作战半径达吨，作战半径达1300多公里，配备了先进的飞行控制系统，具有很高多公里，配备了先进的飞行控制系统，具有很高的机动性能。其武器外挂点达的机动性能。其武器外挂点达7个，载弹量为个，载弹量为3.9吨，包括空战导弹、对地吨，包括空战导弹、对地攻击和对海攻击导弹。其中，在空战方面，它可以携带近距离和超视距攻击和对海攻击导弹。其中，在空战方面，它可以携带近距离和超视距导弹。
10、在对地攻击方面，它可以携带激光制导炸弹和反雷达导弹等武器。导弹。在对地攻击方面，它可以携带激光制导炸弹和反雷达导弹等武器。其海军型可以配备法国的其海军型可以配备法国的“飞鱼飞鱼”反舰导弹。一旦需要，该型机还可安反舰导弹。一旦需要，该型机还可安装受油系统，进行空中加油，航程可达到装受油系统，进行空中加油，航程可达到3000多公里多公里7/30/2024巴基斯坦军方人员正在兴高采烈地巴基斯坦军方人员正在兴高采烈地体验枭龙体验枭龙FC-1(JF-17“雷声雷声”)战机战机巴基斯坦军方和军事观察家们给巴基斯坦军方和军事观察家们给予了很高的评价。巴基斯坦前国予了很高的评价。巴基斯坦前国防部负责国防生产的
11、中将塔里克防部负责国防生产的中将塔里克马苏德对世界新闻报记者马苏德对世界新闻报记者表示，表示，“枭龙枭龙”战机是一款非常战机是一款非常先进的轻型战机。无论是它的机先进的轻型战机。无论是它的机载武器系统载武器系统航电系统，还是它航电系统，还是它的超视距攻击能力来讲，都是非的超视距攻击能力来讲，都是非常优秀的常优秀的 7/30/2024整个战机进行一个整个战机进行一个“技术定位技术定位”枭龙战斗机整体的性能定位在准第三代战机枭龙战斗机整体的性能定位在准第三代战机 以及较高的性能价格比以及较高的性能价格比然后将系统功能再进一步细化，设计出该机各分系统的技术标准，然后将系统功能再进一步细化，设计出该机
12、各分系统的技术标准，进而选择相关的航电、液压、武器等到分系统技术装备进而选择相关的航电、液压、武器等到分系统技术装备 第一第一“够用够用”，不盲目追求各个分系统具有先进的技，不盲目追求各个分系统具有先进的技术术各分系统性能设计原则：各分系统性能设计原则：第二将各分系统性能发挥到极限，绝不浪费第二将各分系统性能发挥到极限，绝不浪费由于采用了当代先进的设计和制造技术，枭龙飞机达到第三代战斗机的综由于采用了当代先进的设计和制造技术，枭龙飞机达到第三代战斗机的综合作战效能，能与当今先进战斗机抗衡，同时具有轻小型、低成本、高机合作战效能，能与当今先进战斗机抗衡，同时具有轻小型、低成本、高机动动大航程大航
13、程优良的起降性能和先进的航电优良的起降性能和先进的航电武器等特点，完全适应现代武器等特点，完全适应现代战争要求和军用飞机的市场需求战争要求和军用飞机的市场需求 最终的评价最终的评价7/30/2024功能分析的优点功能分析的优点1)可以启发创造性可以启发创造性2) 可以全面掌握对产品各方面的要求，不致遗漏可以全面掌握对产品各方面的要求，不致遗漏3) 可以避免设计的盲目性，特别是针对引进产品，在测绘时可以避免设计的盲目性，特别是针对引进产品，在测绘时可以避免不管有用无用，照搬不误，不作任何改动，甚至闹可以避免不管有用无用，照搬不误，不作任何改动，甚至闹出笑话的弊病出笑话的弊病4)可以全面考虑功能和
14、成本的关系，以求价值优化。得到质可以全面考虑功能和成本的关系，以求价值优化。得到质高价廉的产品高价廉的产品分析系统总功能分析系统总功能方法：方法：“黑箱法黑箱法” 7/30/2024“黑箱法黑箱法”是即是即根据系统的某种输入根据系统的某种输入，要求获得什么样的输出要求获得什么样的输出的功能要求，从中的功能要求，从中寻找出寻找出某种某种规律规律来来实现输入和输出之间的转实现输入和输出之间的转换，换，得到相应的解决方法，从而推出黑箱的功能结构的一种方得到相应的解决方法，从而推出黑箱的功能结构的一种方法。法。 功能元类型功能元类型类型有：物理功能元，逻辑功能元和数学功能元三类类型有：物理功能元，逻辑
15、功能元和数学功能元三类 数学功能元：实现加、减、乘、除、开方、乘方以及微分、积分数学功能元：实现加、减、乘、除、开方、乘方以及微分、积分运算功能的机械、电子、电器等组件运算功能的机械、电子、电器等组件 7/30/2024物理功能元：反映系统或设备中的能量、物料、信号变化的物理功能元：反映系统或设备中的能量、物料、信号变化的基本物理作用的基本物理作用的物理功能元类型：物理功能元类型： 功能转换类、功能缩放类、功能联接类、功能转换类、功能缩放类、功能联接类、功能贮存类功能贮存类7/30/2024功能转换类：功能转换类：能量、运动形式、材料性质、物态和信号能量、运动形式、材料性质、物态和信号种类的转
16、换种类的转换功能缩放类：功能缩放类：物理量的放大、缩小和物料性质的缩放物理量的放大、缩小和物料性质的缩放（如压力和电压间的变化）（如压力和电压间的变化）功能联接类：功能联接类：能量、物料和信号同质或不同质数量上的能量、物料和信号同质或不同质数量上的结合结合功能贮存类：功能贮存类：它体现一定时间范围内保存的功能它体现一定时间范围内保存的功能 功能元的求解功能元的求解1)参考有关资料、专利或产品求解参考有关资料、专利或产品求解2)利用各种创造性方法以开阔思想来探求解法利用各种创造性方法以开阔思想来探求解法3)利用设计目录求解利用设计目录求解设计目录是把能实现某种功能的各种原设计目录是把能实现某种功
17、能的各种原理和结构理和结构综合在一起的一种表格或分类综合在一起的一种表格或分类资料资料7/30/2024转动变成移动转动变成移动7/30/2024求系统原理解的方法：求系统原理解的方法：功能综合法功能综合法把系统功能元和局部解分别作为纵横坐标，列出把系统功能元和局部解分别作为纵横坐标，列出“功能求解功能求解综合表综合表”，从每个功能元取出一种局部解进行有机组合，构，从每个功能元取出一种局部解进行有机组合，构成一个系统解的方法成一个系统解的方法例例2.2 对于挖掘机的设计，我们采用功能综合法来求解它对于挖掘机的设计，我们采用功能综合法来求解它的原理方案的原理方案1）功能分析）功能分析7/30/2
18、0242)列出各功能元及其局部解的功能求解综合表列出各功能元及其局部解的功能求解综合表 功能元局部解123456A.动力源电动机汽油机柴油机蒸气透平液动机气动马达B.移位传动齿轮传动蜗杆传动带传动链传动液力耦合器C.移位轨道及车轮轮胎履带气垫D.取物传动拉杆绳传动气缸传动液压缸传动E.取物挖斗抓斗钳式斗3) 可能方案数可能方案数N65443=1440如如A1+B4+C3+D2+E1-履带式挖掘机履带式挖掘机-液力轮胎式挖掘机液力轮胎式挖掘机 A5+B5+C2+D4+E27/30/20242.3 系统设计的展望系统设计的展望机电一体化方向发展机电一体化方向发展 人机工程学方向发展人机工程学方向发
19、展绿色设计方向发展绿色设计方向发展7/30/20242.4价值工程价值工程2.4.1价值工程的起源与发展价值工程的起源与发展起源于美国，起源于美国，40年代由美国通用电气公司设计工程师年代由美国通用电气公司设计工程师L.D.麦麦尔斯（尔斯（L.D.Miles）首创）首创 2.4.2价值工程的基本概念价值工程的基本概念一种运用集体智慧和有组织的活动，一种运用集体智慧和有组织的活动，着重对产品（或服务）着重对产品（或服务）进行功能分析，进行功能分析，使之使之以最低的总成本（寿命周期成本），可以最低的总成本（寿命周期成本），可靠地实现产品（或服务）必要的功能靠地实现产品（或服务）必要的功能，从而提高
20、产品（或服，从而提高产品（或服务）价值的科学的技术经济分析方法务）价值的科学的技术经济分析方法 7/30/20241.价值工程的特征价值工程的特征1）着重于提高产品的价值）着重于提高产品的价值 不同于不同于成本管理成本管理与与质量管理质量管理 2）侧重于研制阶段开展工作）侧重于研制阶段开展工作 3）把功能分析作为自己独特的研究方法）把功能分析作为自己独特的研究方法 4）把技术问题和经济问题紧密结合）把技术问题和经济问题紧密结合 2.价值工程的三个基本要素价值工程的三个基本要素 功能功能 价值价值 成本成本 政治经济学价值：政治经济学价值：统济学价值：贷币表示统济学价值：贷币表示事物的有益程度事
21、物的有益程度财会计算成本财会计算成本 功能成本功能成本 产品的用途产品的用途 实现功能所支付的全部费用实现功能所支付的全部费用 凝结在商品中的一般的、无差别的人类劳动凝结在商品中的一般的、无差别的人类劳动7/30/2024功能分类：功能分类： （1）按重要程度标志分基本功能和辅助功能）按重要程度标志分基本功能和辅助功能（2）按满足要求性质的标志分使用功能和美观功能）按满足要求性质的标志分使用功能和美观功能 (3）按用户用途标志分必要功能和不必要功能）按用户用途标志分必要功能和不必要功能2.4.3价值工程的工作程序价值工程的工作程序价值工程以功能分析为核心，它有一套发现问题、分析问题和解价值工程
22、以功能分析为核心，它有一套发现问题、分析问题和解决问题的科学的、系统的、卓有成效的方法决问题的科学的、系统的、卓有成效的方法 7个提问：个提问：它是什么？它是什么？它是干什么用的？它是干什么用的？它的成本是多少？它的成本是多少？它的价值是多少？它的价值是多少？有其他方法能实现这个功能吗？有其他方法能实现这个功能吗？新的方案成本是多少？新的方案成本是多少？新的方案能满足要求吗？新的方案能满足要求吗？ 7/30/2024价值工程的工作顺序为价值工程的工作顺序为： 1.选择价值工程对象选择价值工程对象一般重点选择以下几类缺点和问题较多，改进潜力较大的产品一般重点选择以下几类缺点和问题较多，改进潜力较
23、大的产品 4)使用中功能不满足要求，性能差，可靠性差，用户不满意的使用中功能不满足要求，性能差，可靠性差，用户不满意的产品产品 1)设计年代久，多年没有改进的产品。这类产品结构陈旧，工设计年代久，多年没有改进的产品。这类产品结构陈旧，工艺落后，性能差，效率低艺落后，性能差，效率低2)结构复杂、零部件数较多的产品结构复杂、零部件数较多的产品3)制造成本较高，影响市场竞争的产品制造成本较高，影响市场竞争的产品2.收集情报收集情报 对象选择的基本原则是：对象选择的基本原则是：在生产经营上有迫切的必要性，在改在生产经营上有迫切的必要性，在改进功能、降低成本上有取得较大成果进功能、降低成本上有取得较大成
24、果的潜力的潜力7/30/20243.功能分析功能分析包括功能定义、功能分类、功能整理和功能评价包括功能定义、功能分类、功能整理和功能评价 功能定义所回答的是功能定义所回答的是“它是作什么用的？它是作什么用的？”的提问的提问 功能分类是指确定功能的类型和重要程度功能分类是指确定功能的类型和重要程度 评价功能所回答的是评价功能所回答的是“成本是多少？成本是多少？”和和“价值是多少？价值是多少？”的提问，找最低成本的提问，找最低成本 功能整理是功能整理是确切地定义功能确切地定义功能并制作功能系统图，用来表示功能并制作功能系统图，用来表示功能间的间的“目的目的”和和“手段手段”关系，确定和去除不必要功
25、能关系，确定和去除不必要功能 7/30/20244.创造新方案创造新方案5.分析与评价方案分析与评价方案6.验证和定案验证和定案 2.4.4价值工程常用的技术方法价值工程常用的技术方法对象选择的方法，功能评价的方法，方案创造的方法，方案对象选择的方法，功能评价的方法，方案创造的方法，方案评价和选优的方法评价和选优的方法 1.对象选择的方法对象选择的方法（1）ABC分析法分析法（成本比重分析法成本比重分析法或或巴雷特（巴雷特（ParetoPareto）分）分析法析法 ） （2）百分比法）百分比法 按某项费用或某种资源，在不同产品和作业中按某项费用或某种资源，在不同产品和作业中或某一产品或作业的不
26、同组成部分中，所占的或某一产品或作业的不同组成部分中，所占的比重大小来选择对象的方法比重大小来选择对象的方法 ABC管理法（ABC Analysis） 是根据事物的经济、技术等方面的主要特征，运用数理统计方法，进行统计、排列和分析，抓住主要矛盾，分清重点与一般，从而有区别地采取管理方式的一种定量管理方法。 7/30/2024产品ABCDE FG合计动力消耗比重（）34 29 17 10 532100某厂生产用的动力消耗某厂生产用的动力消耗 （3）产品寿命周期法）产品寿命周期法 寿命周期四个阶段：投产期，发展期，成熟期和衰退期寿命周期四个阶段：投产期，发展期，成熟期和衰退期 7/30/20242
27、.功能评价的具体方法功能评价的具体方法1）确定一个产品（或部件）的全部零件的现实成本）确定一个产品（或部件）的全部零件的现实成本 2）把零件成本核算成功能成本）把零件成本核算成功能成本 3）确定功能的必要成本（最低成本，也称目标成本）确定功能的必要成本（最低成本，也称目标成本） 4）计算各功能的价值）计算各功能的价值 7/30/20244.方案评价和选优方法方案评价和选优方法（l）优缺点列举法）优缺点列举法 （2）定量评价法）定量评价法 第一类是直接打分法第一类是直接打分法 第二类是加权打分法第二类是加权打分法 5）按价值系数从小到大的顺序排队，确定价值工程对象、重）按价值系数从小到大的顺序排
28、队，确定价值工程对象、重点、顺序和目标点、顺序和目标 3.方案创造的方法（略）方案创造的方法（略） 若价值系数等于，则功能与成本相当若价值系数等于，则功能与成本相当若价值系数大于，则零件功能重要，所花成本偏低，应予调整若价值系数大于，则零件功能重要，所花成本偏低，应予调整若价值系数小于，则成本偏高，与功能重要性不相适应，应若价值系数小于，则成本偏高，与功能重要性不相适应，应降低成本，以提高价值降低成本，以提高价值7/30/2024例：某厂例：某厂ZQ型减速器系列是解放初引进前苏联的老产品，型减速器系列是解放初引进前苏联的老产品，寿命短、性能差，决定以此减速器系列作为价值分析的对寿命短、性能差，
29、决定以此减速器系列作为价值分析的对象。现以图示的象。现以图示的PM650（总中心距（总中心距650mm，总传动比，总传动比31.495）旧减速器为例进行分析。）旧减速器为例进行分析。7/30/20241.用用ABC分析法对减速器功能元件进行分析分析法对减速器功能元件进行分析将零件按成本高低排列后，发现箱体、箱盖、大齿轮、小齿将零件按成本高低排列后，发现箱体、箱盖、大齿轮、小齿轮、齿轮轴、齿轮轴、轴轮、齿轮轴、齿轮轴、轴3等个零件仅占总数的等个零件仅占总数的6.48%，而其成本占总成本的的比例为，而其成本占总成本的的比例为83.16%，被列为类，被列为类产品，是价值分析的对象，如下表所示。产品，
30、是价值分析的对象，如下表所示。零件名称零件名称件数件数PM650总零件数零件数A类占零占零件件总数的数的比例比例成本成本/元元PM650总成本成本/元元A类占占总成本的比成本的比例例箱体箱体11086.48%25375269.2683.16%箱盖箱盖618大大齿轮1552小小齿轮1231齿轮轴1190齿轮轴1143轴11117/30/20242.类零件功能系数分析类零件功能系数分析类零件的重要程度为：箱体类零件的重要程度为：箱体箱盖齿轮轴箱盖齿轮轴 齿轮齿轮轴轴 （大齿轮小齿轮）（大齿轮小齿轮） 轴轴四分制评分矩阵类零件功能系数分析如下表所示四分制评分矩阵类零件功能系数分析如下表所示四分制四分
31、制评分矩分矩阵功能元功能元件件箱箱体体箱箱盖盖大大齿轮小小齿轮齿轮轴齿轮轴轴箱体箱体X344444230.274箱盖箱盖1X44344200.238大大齿轮00X 201360.071小小齿轮002X01360.071齿轮轴0144X34160.191齿轮轴00331X4110.131轴001100X20.024合合计上一上一上二上二下一下一下隔一下隔一相等相等7/30/20243.类零件价值系数分析类零件价值系数分析由上表可知，箱体的大齿轮的系数由上表可知，箱体的大齿轮的系数，成本过高，应着重，成本过高，应着重改进。两个齿轮轴的价值系数改进。两个齿轮轴的价值系数 ，功能与成本也不适应，功能与
32、成本也不适应，可考虑进行调整。价值分析的重点是箱体和大齿轮可考虑进行调整。价值分析的重点是箱体和大齿轮功能元解成本i/元成本系数功能系数fi价值系数箱体2.5370.5790.2740.47箱盖6180.1410.2381.69大齿轮5520.1260.0710.56小齿轮2310.0530.0711.34齿轮轴1900.0430.1914.44齿轮轴1430.0331.1313.97轴1110.0250.0240.96总计4382117/30/20244.减速器价值优化的措施及效果减速器价值优化的措施及效果1)箱体、箱盖由铸铁改为焊接件，直径箱体、箱盖由铸铁改为焊接件，直径1200mm以下的齿轮，全以下的齿轮，全部采用锻钢件，这两项措施减低了废品和缺陷率，周期短，工部采用锻钢件，这两项措施减低了废品和缺陷率，周期短，工时少，外形美观，使总成本下降了时少，外形美观，使总成本下降了6%2) 齿轮改为中硬齿面，齿轮轴材料改为齿轮改为中硬齿面，齿轮轴材料改为42CrMo，调质，调质HB310340，齿轮材料改为，齿轮材料改为35CrMo，调质，调质HB2602687/30/2024
