价值可定义为价值(V)=功能效用(F) 成本(C)
成本是一个绝对项,用于表示生产产品的资源量;功能效用描述顾客评价产品功能的相对项。
价值工程的实施往往由设计者、采购专家、运营经理与财务分析员共同组成价值工程项目组,对产品/服务的功能效用与成本进行细致的审查。审查内容包括以下几个方面。
(1)考察产品/服务的目标、基本功能与次要功能
①目标。目标指产品的主要意图、用途。
②基本功能。如果产品失去基本功能,导致产品目标失效。
③次要功能。次要功能指附属于基本功能的功能,由产品设计产生。
(2)检查次要功能成本
检查次要功能成本,考查可否通过合并、修改、替换或删除等方法来改进次要功能,提高价值。主要从以下方面考虑。
①去除不必要的高成本的次要功能,并没有影响功能效用。
②寻找更低成本的原料或部件,不影响功能效用。
③在不影响(或提高)效用的前提下,减少组件数量,可以降低成本,如合并部件。
④在不影响(或提高)效用的前提下,降低制造成本,如取消非标准件。
⑤简化工艺过程,降低成本。
价值工程用于产品/服务细化设计,尤其是在产品/服务生产以前可以尽可能降低成本、降低任何不必要的成本。从增加产品的功能效用而不增加成本,或减少成本而不降低功能效用方面来看,对产品的细化结构设计应运用价值工程。
2.6并行工程
2.6.1并行工程的概念和特点
1.并行工程的概念
并行工程(Concurrent engineering)可定义为各种功能的同时开发,要求所有团队小组成员以共同的目标(缩短产品开发周期、缩短产品上市时间、降低成本、提高质量与可靠性)、以开放和交互式的沟通参与。并行工程的概念最早由美国国防分析研究所(IDA)在1988年提出,IDA 报告中指出:“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素,包括质量、成本、进度计划和顾客需求。”
①改进设计质量。充分利用计算机信息技术,利用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规划(CAPP)等技术,减少生产中的工程变更次数。
②产品设计及其相关过程并行化。将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重叠,缩短产品开发周期。
③产品设计及其制造过程集成化。建立集成的模型,实现不同部门人员的协同工作,降低制造成本。
如今并行工程已经成为先进制造技术的基础。并行工程一般建立多学科团队,采用集成化产品开发模式。并行工程在美国、德国、日本等一些国家中已得到广泛应用,其领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业。一些着名的企业通过实施并行工程取得了显着效益,如波音(Boeing)、洛克希德(Lockheed)、雷诺(Renauld)、通用电器(GE)等。美国佛杰尼亚大学并行工程研究中心应用并行工程开发新型飞机,使机翼的开发周期缩短了60%(由18个月减至7个月);美国Mercury计算机联合开发公司在开发40 MHzInteli860微处理芯片时,运用并行工程方法,使产品从开始设计到被消费者检验合格由125天减少到90天;美国HP公司采用并行工程方法设计制造的54600型100 MHz波段示波器,在性能及价格上都优于亚洲最好的产品,研制周期却缩短了1/3;美国的爱国者防空导弹系统也是20世纪80年代后期运用并行工程方法迅速研制成功的;美国波音公司波音777飞机采用并行工程的方法,大量使用CAD/CAM技术,实现了无纸化制造,试飞一次成功,并且比传统方法节约时间近50%;深圳华为公司在产品设计中也采用了并行工程的思想,广泛吸收国际电子信息领域的最新研究成果,虚心向国内外优秀企业学习,在独立自主的基础上,开放合作地发展领先的核心技术体系,遵循在自主开发基础上广泛开放合作的原则,重视广泛的对等合作和建立战略伙伴关系,使华为的产品设计优势得以提升。
2.并行工程的特点
并行工程是对产品及其相关的各种过程(包括制造和支持过程)进行并行、集成化设计的一种系统方法,具有如下特征。
(1)并行工程强调设计的“可制造性”、“可装配性”和“可检测性”
并行工程强调设计人员在进行产品设计时一定要考虑在已有的制造、装配和检测条件下,产品能否顺利地制造、装配出来,是否能检测。如果一个产品设计得很好,却不能方便地制造、装配和检测,就不能达到及早投放市场的目标。
(2)并行工程强调产品的“可生产性”
“可制造性”主要是从设备加工技术的角度,看能否将一个产品加工出来。而“可生产性”除了“可制造性”这一层含义外,主要是指产品需要批量生产时,企业在生产能力和人员能力上能否达到要求,即并行工程要考虑企业的设备和人力资源。
(3)并行工程强调产品的“可使用性”、“可维修性”和“可报废性”
并行工程要求在产品设计时要考虑产品在使用过程中是否能满足顾客要求,是否利于维修,在废弃时是否易于处理等。
(4)并行工程强调系统集成与整体优化
与传统串行工程不同,并行工程强调系统集成与整体优化。它并不完全追求单个部门、局部过程和单个部件的最优,它要求与产品生命周期有关的不同领域技术人员的全面参与和协同工作,实现生命周期中所有因素在设计阶段的集成,实现技术、资源、过程在设计中的集成,从而实现全局优化和提高整体竞争能力。
(5)其他特点并行工程还具有以下特点:
①建立基于项目的团队组织结构;
②多学科团队工作方式;
③设计过程并行化;
④设计过程系统化;
⑤设计过程快速“短”反馈;
⑥及早解决设计冲突和不确定性。
从并行工程的前3个特性可以看出,并行工程强调在产品设计时就要尽早考虑其生命周期中所有的后续过程:制造、装配、检测、企业的设备能力和人力资源、使用、维修和报废等。只有在一开始就系统考虑这些因素,才能减少修改的次数,缩短产品上市时间。并行工程是一种强调各领域专家共同参与的系统化产品设计方法,其目的在于将产品的设计和产品的可制造性、可维护性、质量控制等问题同时加以考虑,以减少产品早期设计阶段的盲目性,尽可能避免产品设计阶段的不合理因素对产品生命周期后续阶段的影响,缩短研制周期。
2.6.2实施并行工程的关键要素
实施并行工程远远不只是简单地改变串行模式信息的单向流动,还必须关注以下4个要素。
(1)组织变革
并行组织结构是决定一种新产品开发模式是否具有生命力的关键因素之一。并行工程首先必须打破传统的、按部门划分的组织模式,组成以新产品开发为对象的跨部门集成产品开发团队。该团队包含3类人员:企业管理决策者、团队领导和团队成员。这3类人员各自担负不同的职责。企业管理决策者从宏观角度上指导工作的开展,并且负责并行工程的管理工作,团队领导和成员包括制造人员、设计人员、分析人员、材料人员、市场人员、财务人员、装配人员及供应商和客户。
(2)满足顾客需求的质量
满足顾客需求的质量要素是衡量产品开发中每一项活动的进展和质量的主要标准,它贯穿于产品开发过程的各个阶段。并行工程从概念设计、产品详细设计、工艺设计、原型制造到生产装配都要满足质量要素的要求。
(3)计算机与网络支持环境
实施并行工程必须支持用于产品开发的特定信息类型(如数据、文本、图像、声音)和信息容量,将正确的信息,在正确的时刻,以正确的方式传递给需要者。一般情况下,任务、工具和人员越多,数据就越多样化,对网络技术的需求就越复杂。为了对不同规模的团队进行支持,可以建立不同层次的支持环境。
(4)产品开发过程
并行工程的实质活动体现在产品开发过程中。它包含以满足需求为目的的所有产品设计和生产活动、与需求定义和比较分析有关的过程、销售和顾客支持功能。在产品开发过程中,并行工程利用数据库管理系统及软件建模工具实现产品开发过程的优化,并且建立一系列的数据管理系统,如PDM 等。
采用网络分析技术对团队活动进行计划和控制是管理并行工程团队的一种好方法。
网络分析技术包括各种以网络为基础制定计划的方法,如关键路径法(CPM)、计划评审技术(PERT)、组合网络法(CNT)等。它的原理是把一项工作或项目分成各种作业,然后根据作业顺序进行排列,通过网络的形式对整个工作或项目进行统筹规划和控制,以便用最少的人力、物力和财力资源,最快完成工作。
2.6.3产品数据管理系统
在并行工程产品开发过程中,产品的各种零部件是由不同的设计人员,在不同的计算机软件和硬件平台上,按照一定的设计顺序逐渐产生的。各种计算机辅助工具将产生大量的中间数据、图形、文档和资料。为了保证设计前后的一致,必须按产品结构配置的构想,对数据、文档、工作流、版本等进行全局的管理与控制。产品数据管理系统(PDM)从其产生到成熟也经历了一个不断发展的过程。PDM 建立在分布式数据库基础上,负责产品各种信息的管理,包括零部件信息、产品结构信息、设计文档、审批信息等。高级的PDM 还能够实现产品开发过程建模、管理和协调等功能。实际上PDM是实现并行工程中产品信息共享、产品开发过程管理的基础。
从支持工具的角度来看,PDM 是一种工具,它能够提供一种结构化方法,有效地、有规则地存取、集成、管理、控制产品数据和数据的使用流程。目前,PDM 已在一些大型企业得到广泛应用,如Metaphase、CV、HP等。
PDM 的支持技术包括大容量数据存储、工作流管理、图形与图像转换、分布式网络环境、Client/Server计算机结构、友好的用户界面、数据库管理等。
产品数据管理系统(PDM)是并行工程的集成平台,开发工作量大,必须按照科学合理原则,由易而难按以下步骤实施。
①进行需求分析、系统设计和详细设计。
②安装设置PDM,进行人员培训。
③建立PDM 框架,主要包括系统管理、应用程序的安装等。
④实施文档管理系统。文档管理主要包括信息规范化、文档登记、编码、提交、提档、安全控制、版本控制、检索等。
⑤实施产品结构管理。产品结构管理主要包括产品结构树、转换CAD 装配关系表、文档关联等,产品结构和配置由PDM 统一管理。
⑥实施工作流程管理。可先实现简单的审批工作流程,变更流程管理,对一个设计环节中各个过程的人员、权限、信息统一管理,进而实现复杂的工作流程。PDM 是先进制造系统中信息及过程集成的先进技术和系统,通过基于过程的应用技术,将设计、制造、生产、后勤等信息完全集成在一起。在实施过程中,PDM实现了五大功能,即数据保存和文件管理、产品结构管理、生产过程和工作流管理、分类及工程检索、计划和项目管理。因此,PDM是实现并行工程和实现CAD/CAPP/CAM有机集成的重要技术和系统。
2.6.4面向制造与装配的设计产品设计不仅要满足顾客需求,而且要保证产品可以方便、快速、低成本地制造。面向制造与装配的设计(Design for Manufacturing and Assembly,DFMA)使用通用部件、流程和模具制造多种产品,在产品细化设计中,通过减少零部件数目以简化产品。
面向制造与装配的设计(DFMA)是并行工程中最重要的研究内容之一。面向制造与装配的设计指在产品设计阶段尽早地考虑与制造及装配有关的约束(如可制造性、可装配性),全面评价产品设计和工艺设计,并提出改进的反馈信息,及时改进设计。在DFMA 中包含着设计与制造两个方面。传统上制造都是根据设计要求考虑的,但是设计时对制造上的要求考虑往往不够充分。在DFMA 中设计时必须充分考虑制造与装配的要求,以达到易于制造与装配、减少制造周期、降低制造成本的目的。
在产品设计中运用DFMA,通常考虑以下问题:产品使用中,该部件与已装配的其他部件间是否发生相对运动?该部件是否必须与已装配的其他部件使用不同的材料?