浅析产品标准化设计

文/高荣刚，烟台杰瑞石油天然气工程有限公司

1 前言

当前，国内外形势正在发生深刻复杂变化，我国发展仍处于重要战略机遇期，前景十分光明，挑战也十分严峻，设备制造行业对这一局势的体现尤为真切。提升产品质量，降本增效由公司的目标逐渐演变成行业的目标。作为提升产品质量和降本增效最有效果的途径之一，产品标准化设计在设计开发过程中的重要程度越来越高。本文的产品标准化被理解为利用统一原理、简化原理、协调原理以及最优化原理将市场需求和或客户需求设计转化为标准的方案、图纸以及技术文档等，并使设计过程中产生的通用件得到有效管理和利用。

2 产品设计标准化

产品的设计开发过程一般包括技术确认、方案设计、详细设计、文件编制等几个过程，统一、简化、协调以及最优化原理可以全部或部分应用于设计开发的每一个过程或过程中的每一项具体的设计，它既可以对宏观的市场需求、方案设计进行统一、简化、协调与优化；也可以对具体的零部件设计或文件编制进行统一、简化、协调与优化。

2.1 统一原理

统一原理是指为了获得事物发展的秩序和规律，对一组事物的形式、功能或其他特性进行统一，确定一个适合于一定时期和一定条件的一致性规范，并使这种规范对被统一的事物有普遍的适用性。统一原理包含以下要点：

①统一是为了确定一组对象的一致性规范，其目的是保证事物所必须的秩序和效率；

②统一的原则是功能等效，从一组对象中选择确定一致性的规范，其应能包含被取代对象所具备的必要功性能；

③统一是相对的，确定的一致性规范，只适用于一定时期和一定条件，随着时间的推移和条件的改变，旧的统一就会被新的统一所代替。

2.2 简化原理

简化原理是指为了获得更优方案，对标准化对象的结构、型式、规格或其他性能进行筛选提炼，剔除其中多余的、低效能的、可替换的环节，精炼并确定出满足全面需要所必需的高效能部分，保持整体构成精简合理，使之功能效率最高。简化原理包含以下几个要点：

①简化的目的是为了更优，包括功能性和或成本的更优，使之更有效的满足需要；

②简化的原则是从全面满足需要出发，保持整体构成精简合理，使之功能效率最高。所谓功能效率是指功能满足全面需要的能力；

③简化的基本方法是对处于自然状态的对象进行科学的筛选提炼，剔除其中多余的、低效能的、可替换的环节，精炼出高效能的能满足全面需要所必要的部分；

④简化的实质不是简单化而是精炼化，其结果不是以少替多，而是以少胜多。

2.3 协调原理

协调原理是指为了使标准的整体功性能达到最佳，并产生实际效果，通过有效的方式协调好系统内外相关因素之间的关系，确定建立和保持相互一致，适应或平衡关系所必须具备的条件。协调原理包含以下要点：

①协调的目的在于使系统的整体功能达到最佳并产生实际效果；

②协调对象是系统内相关因素的关系以及系统与外部相关因素的关系；

③相关因素之间需要建立相互一致的关系（连接尺寸），相互适应关系（供需交换条件），相互平衡关系（技术经济招标平衡，有关各方利益矛盾的平衡），因此必须确立这些关系；

④协调的有效方式包括有关各方面的协商一致，多因素的综合效果最优化，多因素矛盾的综合平衡等。

2.4 最优化原理

最优化原理是指按照特定的目标，在一定的限制条件下，对标准系统的构成因素及其关系进行选择、设计或调整，使之达到最理想的效果。最优化原理包含以下要点：

①最优化原理有较强的目标性，在开展优化之前我们已经有了清晰目标或者要解决的问题；

②最优化原理实施的过程鼓励在既定的条件下头脑风暴，用创造性的思维去颠覆或改进原有的标准；

③达到理想效果的方法或途径包括统一、简化、协调三种，但并不局限于这三种方法和途径。

2.5 案例解析

LNG高压汽化器撬是由高压气化器、水浴复热器、顺序控制盘和工艺管路构成的用于LNG气液混合物气化为CNG的设备。其中汽化器的体积最大，对整个撬的设计影响也最大；但受不同客户气化量大小不同的影响，汽化器的体积经常变化，体积不同会导致支腿数量和排布方式不同，支腿数量和排布方式又会决定底撬的布局，进而导致每个客户需求都需要单独的设计底撬，导致研发周期加长。

利用最优化原理定义一个目标：不同气化量的汽化器通用一个底撬。为实现上述目标，先利用统一原理先对不同气化量的汽化器的进行统一，统一点聚焦在对成撬设计影响最大的汽化器截面尺寸，进而通过简化与统一原理确定支腿数量和排布方式，然后用协调原理对高压汽化器、水浴复热器和顺序控制盘进行整体协调布局；最后通过最优化原理对整撬以及小零部件、原材料进行优化。

根据行业和公司业务范围，确定高压气化器撬的气化量范围，一般为1000Nm³/h～5000 Nm³/h，行业内一般采用4条、5条、6条支腿支撑汽化器，排布方式为轴对称排布或中心对称排布。通过设计计算校核汽化器翅片管长度和支腿数量以及支腿布局。汽化器的截面积为设定为2281×2281mm，并确定通过更改汽化器的高度调整汽化器翅片管的长度，进而调整汽化器的气化量，汽化器的支腿数量设定为五腿中心对称布置。基于撬装设备的以下特点：

①结构紧凑，空间占用少。由于撬装装置采用密集型布置，布置紧凑，可大大的减少占地，这对土地占用较多的行业来说，意义重大。

②拆迁方便，便于流动。撬装装置具有可拆迁的特点，可避免盲目建厂造成的设备投入损失。

③减少现场施工，节约成本。设备大部分工作在厂内完成，现场安装只需将撬块安装到基础上、连接撬块进出口管线以及一些电气仪表的接线，大大减少了现场施工量和施工时间。

在使用协调原理时，应该将上述优势作为设计输入条件，一般将体积最大的汽化器放在底撬中间，根据设备管口位置确定顺序控制盘的位置，根据顺序控制盘和高压气化器的位置确定水浴复热器的位置，大部件位置确认后进行整体管路的布局，管道的设计符合TSG D3001、GB/T 20801以及其他相关标准的要求。

在产品的最优化阶段一般会召开一场头脑风暴会会议，参会人员应包含公司各部门的相关人员，详细讲述设计方案，尽量多的收集关于方案改进优化方面的建议，利用组织能力去实现产品最优化。

3 三化型设计思路

通用件的管理和应用是产品标准化的重要环节，它的出现促进设计思路由创造型转变为三化型。产品标准化设计的过程中会产生很多通用零部件，需要对这些通用件建立数据库并进行有效的管理和应用，并保证其在产品实现过程中的持续改进与优化。

3.1 通用件的概念

通用件是指不同型号产品上可以互换重复使用的零部件，即某些产品、零部件或整件在不作任何变动的情况下，用于新产品的设计开发，并且能够相互通用，避免产品及工艺装备在设计制造等方面的重复劳动，从而达到标准化的目的。

通用件以互换性原理为基础，互换性是指一个单元不加任何改变或修整就能任意替换另外一个单元，并满足同样使用要求的一种能力或性质，它包括尺寸互换性和功性能互换性。只有既具备尺寸互换性又具备功性能互换性的单元才可能做到完全互换、代用或通用。通用件的对象极为广泛，可以是能够实现某项功能的部件或产品，也可以是设备的系统、子系统、零件、原材料等。

3.2 “三化”设计思路

“三化”设计思路是指根据技术特征的相似度，利用现有资源对新产品进行通用化、系列化和组合化的设计。设计人员在技术确认或方案设计阶段，应首先通过通用件的数据库分析哪些配套产品可以直接采用现有成熟产品，哪些需要对现有的产品进行适当更改后采用，哪些需要新设计。在初步和详细设计阶段通过通用件数据库的帮助最大限度地采用可以通用的配套设备、零部件和整件。根据继承性和互换性原理，将已通过鉴定或设计定型产品中的既满足尺寸互换又满足功能互换的单元分解并全面分析。根据其相似的技术特征，对他们进行通用化、系列化和组合化的设计。

4 产品标准化的意义

4.1 缩短产品开发周期

设计人员在新产品设计开发时，首先通过通用件数据库对现有的零部件、整件进行充分检索并选用，从而能充分利用设计的继承性，有效控制重复出图，大幅度提升设计效率，缩短产品开发周期。

4.2 提升产品质量

重复使用的通用件，整件已经生产并被各种实验验证，能够保证其质量；通用件在不同型号产品中应用时，出现的问题具有共性，容易发现并解决问题且易于整体改善和产品质量提升。

4.3 降低研制费用，提高生产效率。

产品的通用部分不需要投入研制经费，同时单独加工与批量加工成本不同，批量加工费用低，因此通用件降低产品的研制、制造成本，可以为企业带来可观的经济效益。

4.4 降低新品开发风险。

由于通用件技术上的成熟性，很大程度上规避了产品研发失败的风险，为实现一次成功设计创造有利条件。

4.5 便于设备维修

若产品中的部分配套零部件、整件与其他产品是通用的，则可在维修或者供应时相互借用，有利于故障的快速排除，同时也便于客户的使用与维修，提升客户满意度。

5 结束语

产品的标准化设计与通用件的推广应用是企业势在必行的大方向，这是一项投资少，效益高的技术措施。通用件是产品标准化设计过程中的产物，它在各型号产品中应用越普遍，公司产品成本和质量风险越低。广泛推行使用通用件，利用现有技术成果，充分发挥其效益，提高产品的通用化水平，对企业的经济效益有明显的贡献作用。通过实施产品标准化为企业实现健康快速发展做出贡献，同时，我们把标准化的管理经验上升为企业规范贯彻执行，提高企业的经济效益和管理效益。