第三节　水利工程启闭机的设计和开发

包括水利工程启闭机在内的机械产品设计开发是一项非常复杂细致的工作，要提供性能好、质量高、成本低、有市场竞争力、受用户欢迎的产品设备，必须遵循科学的工作程序和方法。

一、产品研发风险分析与解决途径

产品开发是企业保持竞争优势的基本手段，它可以使企业获取高额回报，但统计资料表明，新产品开发的失败率很高。技术原因、投资管理、金融参与和市场营销管理从不同角度影响着新产品开发的成功与否。

1.新产品开发的失败率调查结论

一个产品从提出构思到成品投放市场取得收益，要经历构思产生、构思筛选、概念的形成和测试、商业分析、产品研制、试用和正式上市等一系列过程。在这些过程中，只要在任何一个环节上出现问题，整个产品开发工作就可能陷于停顿，有资料表明新产品开发的失败率比较高。

（1）美国全国工业会议在1983年发表的一份资料中认为，大约有30%的产品在投放市场后未取得成功。

（2）美国学者Lazo对整个工业品市场营销新产品开发失败率进行分析，认为工业新产品开发的失败率高达80%～90%；而M.Crawford（1979）的统计资料表明，工业品开发大约25%不成功，而消费品则在30%～40%之间；Kotler教授在《MarketingManage⁃ment》中提供的一项资料认为，新产品开发的失败率情况分别为：消费品40%，工业品20%，服务业18%。

（3）世界广告第四位的国际广告公司的MathyEnck根据他对西方各主要市场过去30年中各类产品的开发和投放的调查资料，认为大约25个新产品设想中，只有一个会进入市场，其他24个都在开发过程中被迫放弃了。而且投放市场后，经营状况不佳的占很高比例。

2.新产品开发失败的原因分析

尽管上面资料的统计口径不一，开发过程可能也不一样，但从资料显示的平均状况来看，新产品开发的失败率之高不可否认。

导致新产品开发失败的原因很多，归结起来主要有两类：一是技术原因，即在新产品开发过程中，试制产品的功能和技术要求难以达到市场要求的程度；二是新产品开发过程的管理失败。

例如，美国全国工业会议的分析认为：①市场分析不恰当，32%；②成本超出预期值，14%；③产品本身不好，25%；④投放时间不当，10%；⑤销售的阻碍、销售力量、分销和促销组织的不好21%。

而Kotler教授认为新产品开发的失败主要原因有：①高层管理者对自己欣赏的设想不顾一切地投入力量进行开发；②不善于对开发新产品过程进行组织和实施有机的管理；③没有对新产品市场的规模进行认真的调研和预测；④缺乏有效的产品计划；⑤新产品与同类产品有差别，但很小，且产品本身所包括的利益不大；⑥设计未达到开发目标的要求；⑦新产品制造成本太高；⑧对新产品市场竞争的激烈程度估计不足。

3.降低新产品开发风险的有效途径

从上述分析可见，产品开发失败的原因，涉及技术运用、科研管理和市场营销等多方面的问题。降低新产品开发风险的有效途径是强化组织管理和规划，尽管新产品开发风险不可能降低到零，但根据理论推断和国内外成功的经验和案例，可以得出一些相对有效的开发组织和规划原则，包括：重视和改善新产品开发的规划，如市场和技术相结合；创新和仿制相结合；独立开发和联合研制相结合。其次重视开发过程的组织、规划和管理；完善新产品开发的组织结构。

机械行业标准《机械工业产品设计和开发基本程序》（JB/T5055—2001）的制度，是为了保证新产品开发的顺利进行，根据机械产品的设计理论和长期实践经验，经过总结归纳，形成的一套完整的设计程序。

二、产品设计与开发的基本程序

根据机械行业标准《机械工业产品设计和开发基本程序》（JB/T5055—2001）的定义可知：所谓产品是指一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动的结果。

产品可分为下述四种类别：服务（如运输）；软件（如计算机程序、字典）；硬件（如发动机机械零件）；流程性材料（如润滑油）。硬件和流程性材料经常被称之为货物。一种产品可由两个或多个不同类别的产品构成，产品类别（服务、软件、硬件或流程性材料）的区分取决于其主导成分。例如：外供产品“汽车”是由硬件（如轮胎）、流程性材料（如燃料、冷却液）、软件（如发动机控制软件、驾驶员手册）和服务（如销售人员所做的操作说明）所组成，是称为硬件还是称为服务主要取决于产品的主导成分。例如，客运航空公司主要为乘客提供空运服务，但在飞行中也提供点心、饮料等硬件。

产品设计和开发（designanddevelopmentofproducts）就是将要求转换为产品的一组过程。它包含从市场调研、评审到产品定型投产和持续改进的过程。

为保证产品开发的成功，必需遵守一些基本原则，或者说应该按照一定的基本程序进行。所谓基本程序（basicprocedure），就是为进行某项活动所规定的基本途径。产品设计和开发的基本程序一般包括以下几个阶段。

1.决策阶段

决策阶段是对市场需求、技术发展、生产能力、经济效益等进行可行性研究，包括必要地先行试验和（或）与产品有关要求的评审后，作出开发决策的工作阶段。

2.设计阶段

设计阶段是通过产品结构、材料、工艺的分析选择，设计计算及必要的试验，完成编（绘）制全部产品图样和设计文件的工作阶段。

3.试制阶段

试制阶段是通过产品的试制与试验，验证产品图样、设计文件、工艺文件、工装图样的正确性，产品的适用性和可靠性，并完成产品鉴定的工作阶段。试制可有样机（品）试制和小批试制。

4.定型生产阶段

定型生产阶段是工艺、工装定型，并进行生产制造的阶段。

大批量生产的某些产品（如汽车、拖拉机等）的设计和开发工作，在定型生产前可增加“试生产阶段”。

5.持续改进阶段

持续改进阶段是通过了解并掌握加工、装配、储运及使用中的质量信息、用户要求，及时汇总、分析与处理，进行必要的试验，及时改进和改善，以实现产品质量的不断发展，提高产品适用性的工作阶段。

根据产品及其生产的类型，产品设计和开发的基本程序推荐三种模式：

第一种模式，一般适用于批量生产产品或基型产品。

第二种模式，一般适用于小批生产产品或变型产品。

第三种模式，一般适用于一次性生产的合同产品。

企业根据其生产类型、产品性质（如基型、派生）等情况选择，并可适当增减、调整工作程序和内容，制定本企业产品设计和开发工作程序。

（1）第一种模式见表1-1。一般适用于批量生产产品或基型产品。

（2）第二种模式见表1-2。一般适用于小批生产产品或变型产品。

（3）第三种模式见表1-3。一般适用于一次性生产的合同产品。

三、水利工程启闭机的产品生产特点及对策

水利工程启闭机一般为小批生产产品或一次性生产的合同产品，应该按照前述小批生产产品或一次性生产的合同产品基本程序进行。除了认真落实决策阶段、设计阶段、试制阶段、定型生产阶段和持续改进阶段所规定目标任务，并及时改进和改善，以实现产品质量的不断发展，提高企业的竞争能力。同时还要通过引进新技术、新材料和新方法，提高单件小批生产效率，减少零件变化与提高制造系统的柔性。

1.水利工程启闭机产品生产特点

水利工程启闭机产品的生产特点表现如下：

（1）产品制造周期长，订货期长。

（2）制造过程中通用设备多，用人多，生产效率低，劳动生产率低。

（3）制造成本高。

（4）产品质量不易保证。

相对于大批量生产的低成本、高效率与高质量，单件小批生产是难以与之竞争。但是单件小批生产却以其产品的创新性与独特性在市场中牢牢地站稳了脚跟。究其原因主要有3个：

（1）大量大批生产中使用的各种机械设备是专用设备，但专用设备是以单件小批生产方式制造的。

（2）随着技术的飞速进步和竞争的日益加剧，产品生命周期越来越短，大量研制新产品成了企业赢得竞争优势的关键。新产品即使是要进行大量大批生产，但在研究与试制阶段，其结构、性能、规格还要作各种改进，只能是单件小批生产方式。

（3）单件小批生产制造的产品大多为生产资料，如大型船舶、电站锅炉、化工炼油设备、汽车厂的流水线生产设备等，它们是为新的生产活动提供的手段。

2.提高单件小批量产品生产效率的对策

由于单件小批生产运作类型具有“以不变应万变”的优点，但是其低效率又是其根本缺陷。如何提高单件小批生产运作类型的效率已成为当今生产运作管理理论界和实业界所关注的问题。提高生产运作效率的途径有两条：减少零件变化与提高制造系统的柔性。

减少零件的变化可以通过3种途径：

（1）推行产品系列化及零部件标准化、通用化。推行产品系列化可以减少产品的品种数，用户的多种需求可通过产品系列得到满足。零部件标准化、通用化可以直接减少零件的变化，从而可以组织大批量生产来降低成本、提高质量、缩短顾客订货周期。

（2）推行成组技术（GroupTechnology，GT）。成组技术并不能直接减少零件的变化，它是一种利用零件相似性来组织小批量生产的方法。从设计属性和制造属性考虑，很多不同零件具有相似性。将相似零件归并成零件族，就可以采用相同或相似的方法处理，从而减少重复工作，节省时间，提高效率，改进工作质量和产品质量。

（3）推行变化减少方法（VRP）。VRP是一种崭新的面向市场多样化需求的制造工程思想和方法。VRP从分析产生产品“变化性”的根源入手，本着“以不变应万变”的思想，变产品的多品种为零件、工艺的少品种，创造性地将产品成本分为“功能成本”“变化成本”和“控制成本”，通过寻求3种成本间的平衡来达到控制产品成本、生产多样化产品的目地。加强生产管理，推进专业化和生产协作，包括产品专业化、零部件专业化、工艺专业化和辅助生产专业化以及相应的各种形式的生产协作，为减少重复生产、增加同类产品产量、简化企业的生产结构和提高企业的专业化水平创造条件。在工艺设计方面，开展工艺过程典型化工作，使同类零件或结构相似的零件能具有相同或大致相同的工艺加工过程，减少工序数目，提高工作地的专业化水平，增加工序的加工批量，为采用成组加工工艺或先进的生产组织形式创造条件。在生产组织方面，加强订货管理，在保证订货的前提下，合理搭配品种，以减少同期生产的产品品种。

系统柔性是指系统适应外界变化的能力。生产系统的柔性包括两个方面的含义：一是指能适应不同产品的加工要求，能加工的产品种类越多，柔性越好；二是指转换时间，加工不同产品之间的转换时间越短，则柔性越好。提高生产系统的柔性可以采用以下两种办法：

（1）提高机床的柔性。20世纪50年代以来，人们一直在研究数控（NumericalCon⁃trol，NC）机床，即通过由数字、字符构成的指令程序控制工件加工的设备。通过改变指令程序比改变机床或工艺装备来适应不同产品的加工要容易得多，因此数控机床的柔性较好。但单台数控机床的生产效率低，利用率一般也低于50%，因此它适合多品种小批量生产。自动生产线生产率很高，但缺乏柔性，适合于大量大批生产。而对于中等批量生产，两者均不太合适，可以采用柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，FMS）。FMS是由自动化物料传送系统联结起来的，在计算机控制下运行的一组数控机床构成，能完成多个零件族加工的制造系统。

（2）采用成组技术（GT）。从设计和制造属性考虑，将相似零件归并为零件族，采用相同或相近的方法处理，从而减少重复工作，节省设备的调整准备时间，提高效率，使生产系统能较快地从生产一种零件转向另一种零件。值得注意的是，将提高机床的柔性和采用成组技术相结合，对提高生产系统的柔性效果最好，如推行GT，可使FMS的利用率提高到80%以上。

另外，结合工作实际应用工业工程对生产流程进行改善。因公司的产品生产流程均大同小异，可以找公司内所有产品共同的特性，对共同的流程进行问题分析，通过应用5W1H法提问和工业工程改善的4项原则进行改善，精简流程，缩短生产周期等。当然还需要控制质量，层层把关，使生产效率提升。