但是，精益生產(chǎn)是在產(chǎn)品定型后實現(xiàn)的。如果產(chǎn)品設計存在缺陷和不合理，或者不是質量和成本最優(yōu)的設計方案，很可能會給精益生產(chǎn)的實施帶來困難或者嚴重影響實施效果。因此，產(chǎn)品設計是提高質量、降低成本的源頭和關鍵。

1.什么是精益設計？

近年來，制造工程領域的專家學者將“精益”的思想從制造延伸到設計環(huán)節(jié)，提出了“精益設計”的概念，即盡可能在每一個環(huán)節(jié)、步驟和設計的過程中使用最佳方案，同時在設計活動中精確控制和優(yōu)化設計產(chǎn)品的過程和狀態(tài)，從而實現(xiàn)設計產(chǎn)品的最高價值和成本。

2.產(chǎn)品概念設計中的精益設計

設計方法論專家學者一直主張產(chǎn)品的每一個設計環(huán)節(jié)都要創(chuàng)新優(yōu)化，這與精益設計的概念是一致的，只是術語不同。德國教授G. Pahl，W. Beitz等。在《工程設計》中強調，從產(chǎn)品概念設計階段開始，需要對方案的技術、經(jīng)濟、安全等方面進行綜合評價。概念設計的成本只占整個產(chǎn)品生命周期成本的1%左右，卻決定了整個生命周期成本的70%。設計的概念不僅決定了產(chǎn)品開發(fā)的成本、周期和質量，而且由此產(chǎn)生的設計缺陷是后續(xù)設計過程無法彌補的。

G. Pahl, W. Beitz, Engineering Design 著作，簡明扼要地介紹了理論和方法，建議大家在設計中嘗試。

我們可以從兩個方面來理解產(chǎn)品概念設計中的精益設計:

(1)功能模型由物質-能量-信息流和動賓名定義，為原創(chuàng)理解的創(chuàng)新創(chuàng)造了無限空間?？梢圆捎冒l(fā)散思維、頭腦風暴等創(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，馬鈴薯收獲機設計的案例。習慣性地從結構方案出發(fā)根據(jù)經(jīng)驗，設計的缺陷是不可避免的，很難獲得更好的設計方案。

（圖 1  土豆收割機功能結構圖）

（圖 2  土豆收割機功能-原理解形態(tài)學矩陣）

(2)以提高產(chǎn)品質量、降低成本為目標，對所有可行的原始理解方案進行定性或半定量的技術經(jīng)濟評價，得到優(yōu)化的原始理解方案。例如:1)對于簡單明了的功能，選擇的原理要有足夠的物理效應，干擾因素盡量少；2)組件數(shù)量少，復雜度低，空間要求低，對空間布局沒有特殊要求設計；3)制造工藝常規(guī)，無專用或昂貴設備，結構簡單，零部件數(shù)量少；4)裝配簡單、方便、快捷，無需特殊輔助工具。其他評價標準的例子，請參考“產(chǎn)品需求分析與概念設計方法”或其他標準和文件。

3.產(chǎn)品詳情設計中的精益設計

精益設計在詳細的產(chǎn)品設計階段實現(xiàn)。一方面，結構模型優(yōu)化設計或系統(tǒng)多學科優(yōu)化設計。圖3是懸臂梁可靠性優(yōu)化的設計模型。截面的長度和寬度通過最小化截面面積并以強度和剛度的可靠性為約束來求解。在滿足期望可靠性的前提下，得到成本最小化的設計解。

（圖 3 某懸臂梁可靠性優(yōu)化設計數(shù)學模型）

另一方面，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫和庫存信息，可以對設計方案的制造成本和工藝合理性進行分析和估算，在保證質量的前提下，得到成本最優(yōu)的設計方案。

產(chǎn)品設計研發(fā)流程優(yōu)化等方面的精益設計問題請關注后續(xù)文章。精益設計和精益生產(chǎn)的實施，為推進智能制造創(chuàng)造了重要基礎。