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产品设计的“三化”以及在钢琴设计中的应用

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产品设计的三化,是指在产品设计中遵循通用化、系列化、组合化(模块化)原则,用最少的时间,最经济的投入,最成熟的技术,设计和制造出具有良好适用性的产品的一种系统方法。三化设计的概念可以应用于产品,亦可应用于零部件。
通用化
    就是对某些零件或部件的种类、规格,按照一定的标准加以精简统一,使之能在类似产品中通用互换的技术措施。经过统一后,可通用于某些产品中的零件或部件,称为通用件。
    显然,通用化要以互换性为前提,互换性有两层含义,即尺寸互换性和功能互换性。功能互换性在设计中非常重要。例如脚轮,既可用于118规格的立式钢琴,又可替代UP121、UP130等型号脚轮用于120、121、123、125、126、130等规格的立式钢琴。还有像谱架铰链、键盖缓冲器、下门弹簧片、调直梁等许多通用件的通用性都很强。通用性越强,产品或零部件的适应性就越广,生产的机动性也越大,积压淘汰的可能性就越低。
    通用化还使通用零部件的设计以及工艺设计、工装设计与制造的工作量都得到节约,还能简化管理、缩短设计试制周期。
通用化的必然性 
    通用化是现代化大生产发展的客观要求。随着钢琴产品规格、品种日益繁多,生产能力和市场需求反映在品种规格上的矛盾日益突出,因此,将作用相同、尺寸接近的各种零部件和技术文件,经过比较分析,合理归并,使其统一,不但技术上是可行的,而且经济上也是合理的。
    通用化也是提高生产效率的重要方向之一。它能够减少生产重复现象,消除产品及其元件种类以及工艺型式的不适当的多样化。在通用化基础上增加批量,是建立专业化生产的有效条件,对采用先进设备、改善产品质量的更新速度,缩短掌握新技术的时间,增强市场竞争能力起着积极作用。钢琴产品结构中尽量采用通用件,可以简化设计、减少工艺准备的工作量,从而使生产组织和生产计划效率进一步提高。
    产品设计的通用化程度在某种意义上可用通用化系数来衡量:
系列化
    标准化的常用形式有简化、统一化、通用化、系列化等。
    系列化是标准化的高级形式,是标准化高度发展的产物,是标准化走向成熟的标志;系列化是使某一类产品系统的结构优化、功能最佳的标准化形式。系列化通常指产品系列化,但其概念和方法亦适用于零部件设计。它通过对同一类产品(或零部件)发展规律的分析研究,经过全面的技术经济比较,将产品(或零部件)的主要型式、参数、尺寸、基本结构等作出合理的安排与规划,以协调同类产品(或零部件)与配套产品(或零部件)之间的关系。
系列化的方法和内容
产品系列化工作的内容一般可分为以下三个方面。
1、制订产品基本参数系列
1)选择主参数的基本参数
应能反映产品的基本特性;
应是产品中稳定的参数;
应从使用出发,优先选性能参数,其次选结构参数。
2)确定主参数和基本参数的上下限。
3)确定参数系列
    主要是确定在上下限之间的参数如何分类、分级,整个系列安排多少档,档与档之间选用怎样的公比等。常见的数值系列分级有一般数值和优先数系列。
    一般数值系列主要有以下几种数列:
a.等差数列
    Nn-Nn-1 = d (式中:Nn为数列中第n项的值;d为级数公差。)
b.阶梯式等差数列
    阶梯式等差数列可使数值大的参数之间差值增大,从而使整个系列保持适当的密度,但是阶梯式等差数列项差的变化是不连续的,分级之间出现跳跃式的剧增或剧减,不易把整个数列的变化规律控制在最佳状况。
c.几何级数(等比级数)或(式中r为公比,N1为首项,Nn为第n项)
    除了一般数值系列之外,另一类是优先系数列。由于各种产品(或零部件)的特点不同,不可能都按一个公比形成系列,客观上需要一种数列能按照十进的规律向两端延伸,这便是十进几何级数优先数列。以为公比形成的等比数列,称为基本系列。 还有R80数系,称为补充系列,仅在参数分级很细、基本系列不能适应实际情况时,才可考虑采用。
    根据规定,确定产品(或零部件)的参数系列时,必须最大限度地采用,这就是优先的意义。
2、编制产品系列型谱
    因为社会对产品的需要是多方面的,只是对参数分档分级:有时还不能满足需要,还要求同一规格的产品有不同的型式,以满足不同的特殊要求。解决这个问题便是系列型谱的任务。系列型谱是对基本参数系列限定的产品进行型式规划,把基型产品的与变型产品的关系以及品种发展的总趋势用图表反映出来,形成一个简明的品种系统表。
    编制型谱是一件复杂、细致、又需要慎重的工作,要以大量的调查资料和科学的分析预测为基础,一经确定,不宜轻易改变。
3、产品的系列设计
1)首先在系列内选择基型,基型应该是系列内最有代表性,规格适中,用量较大,生产较普遍,结构较先进,经过长期生产和使用考验,结构和性能都比较可靠,又有发展前途的型号。
2)在充分考虑系列内产品之间以及变型产品之间的通用化的基础上,对基型产品进行技术设计或施工设计。
3)横向扩展,设计全系列的各种规格,应充分利用结构典型化和零部件通用化等方法,扩大通用化程序或者对系列内产品的主要零部件确定几种结构型式(称做基础件),在具体设计时,从这些基础件中选择合适的。
4)纵向扩展,设计变型系列或变型产品,变型与基础要最大限度地通用,尽量做到只增加少数专用件,即可发展一个变型或变型系列。
系列化的意义
    产品(或零部件)系列化,能大幅简化并规范品种和规格,尽可能满足多方面的需要。产品(或零部件)系列化,便于增加品种,扩大产量,降低成本。 更重要的是,系列型谱对产品(或零部件)的发展具有前瞻性,是一种科学的动态管理,既有足够的灵活性,又有科学的预见性和规范作用。
    实现产品(或零部件)系列化有重要的经济意义:
1.可以加速新产品的设计,发展新品种、提高产品质量,方便使用和维修,减少备品配件的储备量。
2.合理简化品种,扩大通用范围,增加生产批量,有利于提高专业化程度。
3.缩短或减少新产品(或零部件)工艺装备的设计与制造的周期和费用。
组合化(模块化)
    组合化是按照标准化的原则,设计并制造出一系列通用性较强的单元,根据需要拼合成不同用途的物品的一种标准化的形式。
组合化是受积木式玩具的启发而发展起来的,所以也有人称它为积木化和模块化。组合化的特征是通过统一化的单元组合为物体,这个物体又能重新拆装,组成新结构的物体,而统一化单元则可以多次重复利用。
组合化在产品设计上的应用
    组合化在产品设计上的应用主要是组合设计系统,组合设计系统是在设计新产品或新零件时,不是将其全部组成部分和零件都重新设计,而是根据功能要求,尽量从贮存的标准件、通用件和其它可继承的结构和功能单元中选择。即使重新设计的零件,也要尽量选用标准的结构要素,实现原有技术和新技术的反复组合,扩大标准化成果的重复作用。这是一种把组合化的原则运用于产品设计,能够适应市场竞争,经济地生产各种类型产品的新型设计系统。
组合化的作用
1.依据对功能结构的分解而确定的单元能以较少的种类和规格组合成较多的制品,它能有效的控制零部件(功能单元或结构单元)的多样化,从而取得生产的经济性。
2.组合化开创了适应多种组装条件的可能性,从而为实现既满足多种要求又尽量少增加新的产品型号这样理想的生产方式奠定了基础。
3.按系列化原则设计的单元以及单元的分类系统为实行成组加工打下基础,批量较大的标准单元还可组织专业化集中生产。
4.由于通过组合化能更充分地满足消费者的要求,用户能及时地更换老产品(如设备更新),同样会给消费者带来经济效益。
5.在基础件(单元)统一化,通用化的条件下,对产品的结构和性能采用组合设计,可以实现多品种小批量,产品性能多变的生产方式,既满足市场需要,又保证零部件结构相对稳定,保持一定的生产批量,不降低生产专业化水平。这就为那些单一品种大批量生产的企业向多品种小批量生产的转变,找到了一条出路。
6.运用组合设计系统,还可改变过去那种产品投产后再强行统一化的传统作法,有可能引起标准化的方法和形式发生深刻变化。

 
关键词: 产品设计 三化 应用


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