摘 要:针对光电仪器行业对降低光电仪器成本日趋渐高的呼声,提出了运用价值工程理论对光电仪器结构设计中的经济性进行研究的思路。从产品结构设计成本、材料成本、产品制造成本、生产周期这四个方面对光电仪器结构设计中的经济性进行了分析研究。研究结果表明,光电仪器结构设计经济性分析有助降低光电仪器产品的生产成本、缩短生产周期、提升产品价值,从而获得较好的社会效益和经济效益。
0 引 言
中国加入WTO后,随着对外市场的进一步开放,光电仪器产业受到了国外产品的巨大冲击,其根本原因就是国产光电仪器的性价比较低,无法同国外产品相抗衡,而影响性价比的最关键因素就是产品设计的经济性。一般说来光电仪器产品设计费用占产品总成本的5%左右,却决定了产品成本的70%~80%。光电仪器产品设计不合理引起的技术和经济方面的先天不足,要想在制造过程中通过工业工程、质量工程和成本控制等措施来挽回,是得不偿失的,因此在光电仪器结构设计中进行经济性研究具有重要的意义。而价值工程是一种非常有效的分析方法,在结构设计中运用价值工程理论可以提高研究对象的功能、降低投入成本,从而达到提升产品性价比,提高经济性的目的。
1 价值工程的基本理论
价值工程(VE)又称价值分析(VA),它是通过对产品的功能分析,正确处理其功能与成本的关系,从而降低成本的一种科学方法。能最直观地体现价值工程内涵的数学描述为
式中:V为价值;F为对象功能;C为产品成本。
式(1)表明:价值的高低,取决于功能的大小和成本的高低,取决于功能和成本的结合情况。降低产品的生产成本能够提高它的价值,此外,也可以用消除多余功能降低成本的方法来达到提高价值的目的。根据式(1)可知,提高产品价值,从而提高经济性有如下5种途径:
(1)提高产品功能,降低成本。这是提高价值的理想办法,即V↑↑= F↑/C↓。
(2)提高功能,成本不变。该方法着眼于提高功能,常用于产品技术的改造中,即V↑= F↑/C→。
(3)功能不变,降低成本。该方法着眼于降低成本,是提高价值最有效的方法,即V↑= F→/C↓。
(4)大幅度提高功能,成本略增。该方法着眼于提高功能,常用于产品的多功能研发中,即V↑= F↑↑/C↑。
(5)功能略降,成本大幅度下降。该方法着眼于降低成本,常用于中低档和大众化的产品设计中,即V↑=F↓/C↓↓。
2 运用价值工程进行光电仪器结构设计的经济性分析
2.1 技术经济情报的收集
技术经济信息情报收集的目的在于了解对象和明确范围、统一思想认识和寻找改进依据。收集的内容包括材料的价格及购置渠道、使用设备及工作条件、加工工艺、制造成本、周边可利用的资源、新技术、新材料、新工艺等各项内容。
2.2 光电仪器功能分析
光电仪器功能是指光电仪器所具有的效能、用途和使用价值。利用价值工程理论提高光电仪器价值的核心就是要通过对光电仪器结构的功能分析,增补和完善光电仪器的必要功能,剔除其过剩功能,从而降低光电仪器的成本,提高光电仪器的价值。
2.3 光电仪器各零部件的工艺分析
根据光电仪器的结构特点,对它的工艺分析主要从以下3个方面进行:
(1)零部件材料的选用。零件材料的选择对产品性能、制造设备的选择等有很大影响,也间接的决定了制造成本。选用标准为是:
①尽可能地选用标准件。采用标准件后,不仅可节约25%~45%的制造工时,还可以缩短光电仪器的制造周期。
②经过对比,使用能满足功能要求的综合成本最低的新材料来代替现有材料。
(2)零部件结构形状的设计。零件几何形状的重要性仅次于材料的选择,光电仪器零件中的典型形状特征是:孔、台阶、槽等,从制造观点看,产品的形状应简单,并能用通用的形状特征来定义。一般说,一个具有较少通用特征的产品会使成本降低。
2.3.3 零部件加工精度的合理选取
由于光电仪器属于精密仪器,加工精度对仪器整体性能影响很大,并且对工艺方案的确定和产品成本有重要影响。
而太高的加工精度,需要相当复杂的加工技术,从而会显著提高生产成本和不合格品率,太低的精度,又将使仪器整体性能达不到要求,所以应该根据光电仪器寿命要求、使用环境、零部件的功能要求和其它零部件的配合关系等因素,在保证光电仪器使用寿命和零部件功能的前提下选取合理的加工精度。
3 运用价值工程进行光仪结构设计的经济性分析的案例分析
以梧州市澳特光电仪器有限公司设计生产的倒置金相显微镜为例,在研发设计过程中,发现,公司仓库内闲置了大量除光学系统部件之外的生物显微镜金属结构件。经分析,这些结构件与倒置金相显微镜结构相似,经改造可以直接用于倒置金相显微镜,这样就可以缩短开发周期,充分利用资源,从而降低结构设计成本Cs。但原生物显微镜照明光源系统较简单,故底座较小,而公司设计的这款倒置金相显微镜对照明光源要求较高,要求能实现数显数字化线性调光,故电气控制部分体积较大,无法装入底座,这就不得不对电气控制部分的设计提出新的要求,这必定将提高成本Ce。在重新设计较小体积的电气控制部分后,对成本进行核算,发现Cs的提高量远远小于Ce的降低量,总成本C = Cs+ Ce得以降低,根据V↑= F→/C↓,经济性得到了提高。
同时,在镜头设计过程中,在经过情报收集后发现,公司周边有很多销售各种型号铝管的公司,而各种镜头镜筒为筒状结构,故可直接利用与设计尺寸相近的铝管进行加工,不仅可以节约材料,而且还可以减少加工量,根据V↑= F→/C↓
可知,经济性得到了提高。同样,材料的选取,对镜头经济性也有很大的影响。例如,在镜头设计中,因要对镜片进行包边固定,故镜片座多用柔韧性较好的铜材,而隔圈的主要功能是保证光路,所以可以选用价格较低的铝材来代替铜材,从而降低成本,提高经济性。而合理的结构,对部分零件进行适当的“分”与“合”也有利于提高经济性。例如,在广角目镜的设计过程中,据V↑= F→/C↓和这类目镜的特点,把目镜筒一端设计成压圈形式(图1),增加了它的一个功能,取消了压紧透镜组的压圈,减少了金属件,降低了成本,提高了经济性。
除此以外,利用标准零件,如手动工作台、粗微调装置改制为可使用步进电机控制自动调焦平台等,也可大大降低研发成本,提高经济性。
值得指出的是,对于经济性的理解也不可过于机械,尤其是在处理经济性与采用新技术的辨证关系时。经济性与技术表面看来是矛盾的。因为科研投入是产生新技术的必要条件,省去科研投入,采用现代的成熟技术可以得到暂时的经济效益,但是不会得到持久的成功。与此相反,适当的科研投入,在新技术、新工艺上取得突破,研制出独具特色的新产品,可使产品性能在同类产品中处于领先地位,这样,新产品的价格尽管高于老产品,但仍然可以占领市场,从而使取得的效益远高于科研投入。基于上述思想,澳特光电公司设计这款倒置金相显微镜时,使用了0~99级数显数字化线性调光系统、∞远像距长工作距离平场物镜、自动调焦系统等新技术,成本固然提高,但整机性能达到了国内领先水平,可代替同类进口产品,从而使该机型价值得以提高,改善了经济性。
4 结 论
研究表明,将价值工程理论运用于光电仪器产品设计中,不仅有助于改善产品设计的经济性,调整产品结构,提高企业的整体设计水平,而且能够降低产品设计成本,提升产品性价比,从而提高企业经济效益,这对发展和提升我国光电仪器的市场竞争力具有重要意义。
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[4]柯兴彬,萧泽新.农业价值工程[M].南宁:广西民族出版社,1996.
作者简介:施杰(1983-),男,湖北省人,桂林电子科技大学硕士研究生,主要从事精密机械、光机电工程方面的研究。
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