但是，精益生產(chǎn)是在產(chǎn)品定型后實(shí)現(xiàn)的。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在缺陷和不合理，或者不是質(zhì)量和成本最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，很可能會(huì)給精益生產(chǎn)的實(shí)施帶來(lái)困難或者嚴(yán)重影響實(shí)施效果。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)是提高質(zhì)量、降低成本的源頭和關(guān)鍵。

1.什么是精益設(shè)計(jì)？

近年來(lái)，制造工程領(lǐng)域的專家學(xué)者將“精益”的思想從制造延伸到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提出了“精益設(shè)計(jì)”的概念，即盡可能在每一個(gè)環(huán)節(jié)、步驟和設(shè)計(jì)的過(guò)程中使用最佳方案，同時(shí)在設(shè)計(jì)活動(dòng)中精確控制和優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過(guò)程和狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最高價(jià)值和成本。

2.產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的精益設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方法論專家學(xué)者一直主張產(chǎn)品的每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)都要?jiǎng)?chuàng)新優(yōu)化，這與精益設(shè)計(jì)的概念是一致的，只是術(shù)語(yǔ)不同。德國(guó)教授G. Pahl，W. Beitz等。在《工程設(shè)計(jì)》中強(qiáng)調(diào)，從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)階段開(kāi)始，需要對(duì)方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。概念設(shè)計(jì)的成本只占整個(gè)產(chǎn)品生命周期成本的1%左右，卻決定了整個(gè)生命周期成本的70%。設(shè)計(jì)的概念不僅決定了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本、周期和質(zhì)量，而且由此產(chǎn)生的設(shè)計(jì)缺陷是后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程無(wú)法彌補(bǔ)的。

G. Pahl, W. Beitz, Engineering Design 著作，簡(jiǎn)明扼要地介紹了理論和方法，建議大家在設(shè)計(jì)中嘗試。

我們可以從兩個(gè)方面來(lái)理解產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)中的精益設(shè)計(jì):

(1)功能模型由物質(zhì)-能量-信息流和動(dòng)賓名定義，為原創(chuàng)理解的創(chuàng)新創(chuàng)造了無(wú)限空間?？梢圆捎冒l(fā)散思維、頭腦風(fēng)暴等創(chuàng)新思維，產(chǎn)生更多可以優(yōu)化選擇的原創(chuàng)理解方案，如圖1和圖2，馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)計(jì)的案例。習(xí)慣性地從結(jié)構(gòu)方案出發(fā)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的缺陷是不可避免的，很難獲得更好的設(shè)計(jì)方案。

（圖 1  土豆收割機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖）

（圖 2  土豆收割機(jī)功能-原理解形態(tài)學(xué)矩陣）

(2)以提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本為目標(biāo)，對(duì)所有可行的原始理解方案進(jìn)行定性或半定量的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，得到優(yōu)化的原始理解方案。例如:1)對(duì)于簡(jiǎn)單明了的功能，選擇的原理要有足夠的物理效應(yīng)，干擾因素盡量少；2)組件數(shù)量少，復(fù)雜度低，空間要求低，對(duì)空間布局沒(méi)有特殊要求設(shè)計(jì)；3)制造工藝常規(guī)，無(wú)專用或昂貴設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件數(shù)量少；4)裝配簡(jiǎn)單、方便、快捷，無(wú)需特殊輔助工具。其他評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的例子，請(qǐng)參考“產(chǎn)品需求分析與概念設(shè)計(jì)方法”或其他標(biāo)準(zhǔn)和文件。

3.產(chǎn)品詳情設(shè)計(jì)中的精益設(shè)計(jì)

精益設(shè)計(jì)在詳細(xì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)。一方面，結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化設(shè)計(jì)或系統(tǒng)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖3是懸臂梁可靠性優(yōu)化的設(shè)計(jì)模型。截面的長(zhǎng)度和寬度通過(guò)最小化截面面積并以強(qiáng)度和剛度的可靠性為約束來(lái)求解。在滿足期望可靠性的前提下，得到成本最小化的設(shè)計(jì)解。

（圖 3 某懸臂梁可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型）

另一方面，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)和庫(kù)存信息，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案的制造成本和工藝合理性進(jìn)行分析和估算，在保證質(zhì)量的前提下，得到成本最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)流程優(yōu)化等方面的精益設(shè)計(jì)問(wèn)題請(qǐng)關(guān)注后續(xù)文章。精益設(shè)計(jì)和精益生產(chǎn)的實(shí)施，為推進(jìn)智能制造創(chuàng)造了重要基礎(chǔ)。