產品設計的三化,是指在產品設計中遵循通用化、系列化、組合化(模塊化)原則,用最少的時間,最經濟的投入,最成熟的技術,設計和制造出具有良好適用性的產品的一種系統方法。三化設計的概念可以應用于產品,亦可應用于零部件。
通用化
就是對某些零件或部件的種類、規格,按照一定的標準加以精簡統一,使之能在類似產品中通用互換的技術措施。經過統一后,可通用于某些產品中的零件或部件,稱為通用件。
顯然,通用化要以互換性為前提,互換性有兩層含義,即尺寸互換性和功能互換性。功能互換性在設計中非常重要。例如腳輪,既可用于118規格的立式鋼琴,又可替代UP121、UP130等型號腳輪用于120、121、123、125、126、130等規格的立式鋼琴。還有像譜架鉸鏈、鍵蓋緩沖器、下門彈簧片、調直梁等許多通用件的通用性都很強。通用性越強,產品或零部件的適應性就越廣,生產的機動性也越大,積壓淘汰的可能性就越低。
通用化還使通用零部件的設計以及工藝設計、工裝設計與制造的工作量都得到節約,還能簡化管理、縮短設計試制周期。
通用化的必然性
通用化是現代化大生產發展的客觀要求。隨著鋼琴產品規格、品種日益繁多,生產能力和市場需求反映在品種規格上的矛盾日益突出,因此,將作用相同、尺寸接近的各種零部件和技術文件,經過比較分析,合理歸并,使其統一,不但技術上是可行的,而且經濟上也是合理的。
通用化也是提高生產效率的重要方向之一。它能夠減少生產重復現象,消除產品及其元件種類以及工藝型式的不適當的多樣化。在通用化基礎上增加批量,是建立專業化生產的有效條件,對采用先進設備、改善產品質量的更新速度,縮短掌握新技術的時間,增強市場競爭能力起著積極作用。鋼琴產品結構中盡量采用通用件,可以簡化設計、減少工藝準備的工作量,從而使生產組織和生產計劃效率進一步提高。
產品設計的通用化程度在某種意義上可用通用化系數來衡量:
系列化
標準化的常用形式有簡化、統一化、通用化、系列化等。
系列化是標準化的高級形式,是標準化高度發展的產物,是標準化走向成熟的標志;系列化是使某一類產品系統的結構優化、功能最佳的標準化形式。系列化通常指產品系列化,但其概念和方法亦適用于零部件設計。它通過對同一類產品(或零部件)發展規律的分析研究,經過全面的技術經濟比較,將產品(或零部件)的主要型式、參數、尺寸、基本結構等作出合理的安排與規劃,以協調同類產品(或零部件)與配套產品(或零部件)之間的關系。
系列化的方法和內容
產品系列化工作的內容一般可分為以下三個方面。
1、制訂產品基本參數系列
1)選擇主參數的基本參數
應能反映產品的基本特性;
應是產品中穩定的參數;
應從使用出發,優先選性能參數,其次選結構參數。
2)確定主參數和基本參數的上下限。
3)確定參數系列
主要是確定在上下限之間的參數如何分類、分級,整個系列安排多少檔,檔與檔之間選用怎樣的公比等。常見的數值系列分級有一般數值和優先數系列。
一般數值系列主要有以下幾種數列:
a.等差數列
Nn-Nn-1 = d (式中:Nn為數列中第n項的值;d為級數公差。)
b.階梯式等差數列
階梯式等差數列可使數值大的參數之間差值增大,從而使整個系列保持適當的密度,但是階梯式等差數列項差的變化是不連續的,分級之間出現跳躍式的劇增或劇減,不易把整個數列的變化規律控制在最佳狀況。
c.幾何級數(等比級數)或(式中r為公比,N1為首項,Nn為第n項)
除了一般數值系列之外,另一類是優先系數列。由于各種產品(或零部件)的特點不同,不可能都按一個公比形成系列,客觀上需要一種數列能按照十進的規律向兩端延伸,這便是十進幾何級數優先數列。以為公比形成的等比數列,稱為基本系列。 還有R80數系,稱為補充系列,僅在參數分級很細、基本系列不能適應實際情況時,才可考慮采用。
根據規定,確定產品(或零部件)的參數系列時,必須最大限度地采用,這就是優先的意義。
2、編制產品系列型譜
因為社會對產品的需要是多方面的,只是對參數分檔分級:有時還不能滿足需要,還要求同一規格的產品有不同的型式,以滿足不同的特殊要求。解決這個問題便是系列型譜的任務。系列型譜是對基本參數系列限定的產品進行型式規劃,把基型產品的與變型產品的關系以及品種發展的總趨勢用圖表反映出來,形成一個簡明的品種系統表。
編制型譜是一件復雜、細致、又需要慎重的工作,要以大量的調查資料和科學的分析預測為基礎,一經確定,不宜輕易改變。
3、產品的系列設計
1)首先在系列內選擇基型,基型應該是系列內最有代表性,規格適中,用量較大,生產較普遍,結構較先進,經過長期生產和使用考驗,結構和性能都比較可靠,又有發展前途的型號。
2)在充分考慮系列內產品之間以及變型產品之間的通用化的基礎上,對基型產品進行技術設計或施工設計。
3)橫向擴展,設計全系列的各種規格,應充分利用結構典型化和零部件通用化等方法,擴大通用化程序或者對系列內產品的主要零部件確定幾種結構型式(稱做基礎件),在具體設計時,從這些基礎件中選擇合適的。
4)縱向擴展,設計變型系列或變型產品,變型與基礎要最大限度地通用,盡量做到只增加少數專用件,即可發展一個變型或變型系列。
系列化的意義
產品(或零部件)系列化,能大幅簡化并規范品種和規格,盡可能滿足多方面的需要。產品(或零部件)系列化,便于增加品種,擴大產量,降低成本。 更重要的是,系列型譜對產品(或零部件)的發展具有前瞻性,是一種科學的動態管理,既有足夠的靈活性,又有科學的預見性和規范作用。
實現產品(或零部件)系列化有重要的經濟意義:
1.可以加速新產品的設計,發展新品種、提高產品質量,方便使用和維修,減少備品配件的儲備量。
2.合理簡化品種,擴大通用范圍,增加生產批量,有利于提高專業化程度。
3.縮短或減少新產品(或零部件)工藝裝備的設計與制造的周期和費用。
組合化(模塊化)
組合化是按照標準化的原則,設計并制造出一系列通用性較強的單元,根據需要拼合成不同用途的物品的一種標準化的形式。
組合化是受積木式玩具的啟發而發展起來的,所以也有人稱它為積木化和模塊化。組合化的特征是通過統一化的單元組合為物體,這個物體又能重新拆裝,組成新結構的物體,而統一化單元則可以多次重復利用。
組合化在產品設計上的應用
組合化在產品設計上的應用主要是組合設計系統,組合設計系統是在設計新產品或新零件時,不是將其全部組成部分和零件都重新設計,而是根據功能要求,盡量從貯存的標準件、通用件和其它可繼承的結構和功能單元中選擇。即使重新設計的零件,也要盡量選用標準的結構要素,實現原有技術和新技術的反復組合,擴大標準化成果的重復作用。這是一種把組合化的原則運用于產品設計,能夠適應市場競爭,經濟地生產各種類型產品的新型設計系統。
組合化的作用
1.依據對功能結構的分解而確定的單元能以較少的種類和規格組合成較多的制品,它能有效的控制零部件(功能單元或結構單元)的多樣化,從而取得生產的經濟性。
2.組合化開創了適應多種組裝條件的可能性,從而為實現既滿足多種要求又盡量少增加新的產品型號這樣理想的生產方式奠定了基礎。
3.按系列化原則設計的單元以及單元的分類系統為實行成組加工打下基礎,批量較大的標準單元還可組織專業化集中生產。
4.由于通過組合化能更充分地滿足消費者的要求,用戶能及時地更換老產品(如設備更新),同樣會給消費者帶來經濟效益。
5.在基礎件(單元)統一化,通用化的條件下,對產品的結構和性能采用組合設計,可以實現多品種小批量,產品性能多變的生產方式,既滿足市場需要,又保證零部件結構相對穩定,保持一定的生產批量,不降低生產專業化水平。這就為那些單一品種大批量生產的企業向多品種小批量生產的轉變,找到了一條出路。
6.運用組合設計系統,還可改變過去那種產品投產后再強行統一化的傳統作法,有可能引起標準化的方法和形式發生深刻變化。