价值工程在USB3机构设计中之应用

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

随着全球经济-体化的发展，企业面对的竞争压力 日益增加，生存空间越来越校在中国，因劳动力成本的节节攀升，3C领域的企业面对的状况尤其突出，3c产品的功能增加越来越多，成本却在持续下降。企业为了生存发展，就必须要开发出更有竞争力的产品。产品设计是-个非常复杂的过程，它离不开好的设计方法来支持，良好的设计方法可以更好的帮助工程师产生好的创意 lJ。图 1为RJ45USB3连接器，该产品经过两年量产后与竞争对手比较起来成本高昂，竞争力已经没有什么优势，急需对之进行成本改进，适合做为 VE的对象。本文运用VE的理论及方法对该产品结构进行科学评估、合理量化 ，为复杂的改进设计指明方向，使设计者遇到类似状况时不再手足无措!图 1 RJ45USB3.0外形图1 VE理论介绍VE是-种系统化的管理技术，是在世界各国被证明卓有成效的工程管理方法，并于 20世纪 4O年代最先由劳伦斯.戴罗斯.麦尔斯 Lawrence D.Miles1开创，是指以最低的成本费用实现-定的必要功能，而致力于功能分析的有组织的活动嘲。目前 VE已发展得更为科学、系统和完善。它被公认为是设计、工艺、生产等领域里-门独立而行之有效的科学方法，是提高产品价值并降低费用的有效方法[31。VE追求理想的功能费用比，-个产品的价值-般表达式为 ：VF/C (1 1式中：V--价值； 功能(功能强度)；C--寿命周期费用。

作者简介：WYY-(1974-)，男，河南开封人，中级工程师，硕士生，获连接器专利 29件，已发表论文 1篇，研究方向为工业工程。

从式(1)可以看出，价值与功能成正比，与寿命周期费用成反比，价值是功能与寿命周期费用的函数。功能相同的对象，寿命周期费用低的，价值越高 寿命周期费用相同的产品，功能高的，价值就高。

2 VE之ABC分类法选择对象在新设计前先应用 ABC分类法进行筛选 ，它的目的是根据客观需要，选取VE对象并明确目标、限制条件和分析范围。它把VE想要研究的问题，按数量和成本分类排队，找出占成本比重大、数量较少的A、B类零部件作 为价值工程的分析对象。

表 1是该 USB3产品旧设计零部件的成本 ABC分类表 ，它是根据产品的实际生产成本数据并结合零部件的数量进行统计后再按照 ABC分类的形式进行分组而成。根据 分析表可 以看到 ，A类零件 占零件总数 的百 分比为26.09%，而成本却占60.69%；B类零件占零件总数的百分比为 26.O8%，成本 占 21.65%；C类零件 占零件 总数的47.83%，而成本只占 17.66%。显然 A类零件是需要研究改进的重点，B类次之。

ABC分类方法的优点是重点突出，能抓住数量少而成本高的零部件做为重点对象，缺点是对功能分析不够。

虽是 C类零部件 ，但功能可能很重要 ，改进十分需要，不能仅仅由于成本低而未被选为重点对象。因此，ABC分析法最好结合功能分析的-些方法，使对象选择更加准确阎。

3 VE之功能定义要对产品进行功能分析，VE作业-般有三个步骤：功能定义、功能分类和功能整理。

所谓功能定义，就是把VE对象及其各组成部分的功能用最简明扼要的语言明确地表达出来。为了更有效地把握用户对VE对象功能需求的实质和要害，对功能进行适当的分类也是十分必要的。①基本功能与辅助功能。站在用户的立场上，按照其对计划品性的需求程度，可将功能分为基本功能和辅助功能两类。②使用功能与品位功能、上位功能与下位功能。使用功能是给用户带来使用效用的功能，即能达到某种特定用途的功能，而品位功能是指计划的外观功能、艺术功能和其它功能，它们都是通过基本功能和辅助功能来实现的Value V，ngineering ·7·表1 IEt结构零件成本AIIC分类表单台单台零件种数 单台零件件数 单台成 单台成本累计 霉僻零件名称 占累计总 占累计总 金额 占总成 数 累计 累计 本(元) 分类数的(%) 数的(%) (元) 本(%COIL 4 1 4.35% 4 6.90% 53.328 53.3 26.57%l也AR SHEU I 2 8.70% 5 8.62% 18.828 72.2 35.95%PCB l 3 13.04% 6 lO.34% 15.792 87.9 43.81%lU45 Contact 8 4 l7.39% 14 24.14% l1.964 99.9 49.77% AFRAME l 5 21.74% l5 25.86% 1l484 I11.4 55.49%H0USINGCONTACT l 6 26.0 l6 27.59% 10.428 121.8 60.69%USBH认ME l 7 30.43% 17 293l% 9.564 131.4 65.45%CO TACT l 8 34.78% l8 31.03% 9.024 l4o.4 69.95%LED2 l 9 39.13% 19 32.76% 8.292 148.7 74.08% BLEDl l 1O 43.48% 20 34.48% 5.772 154.5 76.95%SPACER l l1 47.83% 21 36.2l% 5.724 l6o.2 79.81%FRONT SH口上 l l2 52.17% 22 37.93% 5.076 165.3 82.34%CON1lACTl 4 13 56.52% 26 44.83% 4.848 170.1 84.75%C0NTAC12 4 14 60.87% 3O 51.72% 4.752 174.9 87.12%USB SHELL 1 l5 65.22% 31 53.45% 4.512 179.4 89.37%CAP 8 16 69.57% 39 67.24% 4.032 183.4 91.37%SHORT I，M 1 17 73.9l% 40 68.97% 3.492 186.9 93.11%CONTACT1 9 18 78.26% 49 84.48% 3.456 190.4 94.84% CLONGI，M l 19 82.61% 50 86.2l% 3.444 193.8 96.55%CAPACⅡl0R 1 20 86.96% 51 87.93% 2.868 196.7 97.98%CON c12 5 21 91-3O% 56 96.55% 1.68 198.4 98.82%HOUSING 1 22 95.65% 57 98.28% 1.62 200.0 99.62%CHPRES l 23 l00.00% 58 l0o.OO% 0.756 200.7 100.o0%合计 58 23 1O OO% 58 10o.00% 20o-7本产品 RJ45USB3连接器的基本功能是传输数据，过滤及抑制噪音。按照VE理念，并依据不遗漏，不重复的原则对该产品进行功能分析整理后得到该产品的功能定义表 2。本表按功能别粗略地将产品分成了A-F六类。

表2功能定义表序号 零部件或构成元素 功能定义A 五金零件 屏蔽、保持力及外观B 塑胶零件 固持零件C 端子零件 传输信号D I/M件 圈持及传输信号E 变压器模组 信号处理及传输F LED零件 发光表达工作状态4 VE功能评价分析功能评价分析有很多方法，这里介绍0-4”强制决定法。与-般常用的0-1”打分法比较，0-4”法打分标准分得较细，有三种对比打分，即4：0，3：1，2：2。如果两零部件相 比，功能非常重要的得 4分，很不重要的得 0分；较重要的得 3分，不太重要的得 1分：同等重要各得 2分。应用04法的前提是确定功能目标成本，而确定功能目标成本的方法是通过功能重要度系数进行推算的间接计算方法，它将 VE对象本身的目标成本按功能进行分摊，从而得到各功能的目标成本。

功能重要度系数评分法的关键环节是功能重要度系数的确定。功能重要度系数表示在 VE对象的各功能中，某-功能与其它功能相比的重要程度。设vE对象共享 n个功能，每个功能的重要程度评价得分分别为 F1，F2， ，nFn，则总功能得分为：F Fi (2)il若以 Fi表示第 i个功能的得分，则第 i个功能的重要度系数就可表示为FIi /∑I1(3)得到功能系数后再结合产品的零部件成本即可对该产品的结构进行价值分析，可判定出零部件的功能与成本比较是否合理，从而抓到哪些需要改进的零部件。其基本步骤是：第-步，请5名专家进行打分，对每位专家给出表3，得出其功能评分值。

第二步，将 5位专家的评分值做综合统计，列出功能评价的综合统计表表4。其中功能系数计算公式：功能系数(F)：零部件平均评分/总平均分 (4)表3O4”功能评分表琴部件 0-4”对比打分 评分值名称 A B C D E FA X 2 1 1 1 2 7B 2 X O 0 0 2 4C 3 4 X 2 2 4 l5D 3 4 2 X 2 4 l5E 3 4 2 2 X 4 15F 2 2 O 0 O X 4合计 60表4功能评价综合统计表评价者代号 总评分 平均评 功能系序号 功能 四 五 值 分 数Gl G2 G3 G4 G5A 7 2 7 8 7 31 6.2 O.1O4B 4 6 7 5 8 30 6 O.100C 15 13 13 l3 16 70 14 0.234D 15 l3 12 6 15 61 12.2 O.2O4E 15 17 13 20 11 76 15.2 0.254F 4 9 7 8 3 31 6.2 O.104合计 6O 6O 59 60 60 299 59.8第三步，求零部件成本系数，价值系数，计算公式[51：成本系数(C)零部件成本/总成本 (5)价值系数(V)功能系数/成本系数 (6)将产品的相关数据代入上列公式计算后得出价值分析表 5，由该表可计算出成本分析所需要的价值系数。

表 5价值分析表功能系 目前成 成本系数 价值系数 按功能系数分 成本降低指数 太 配目标成本 标(Ⅲ)(I) (1V)(I)÷ (V)(I)x (Ⅵ)CⅡ). (I) (Ⅱ)÷20o.736 (Ⅲ) 20o.736 (V)A O.1O4 28.416 o.142 o.735 20.877 7.539B 0.1oo 28.392 0.141 O.707 20.074 8.3l8C o.234 46.152 o.230 1.O18 46.972 -O.820D 0.2O4 6.936 o.035 5.904 40.950 -34.O14E O.254 76.776 o.382 o.664 50.987 25.789F O.1o4 14.O64 o.070 1.484 20.877 -6.813合计 1.Ooo 200.736 1.000△事前确定的目标成本第四步，分析价值系数，确定改进对象，价值系数有三种情况 ：Vl，表示 FC，即当前影响因子刚好能满足新产品开发条件：若 V>I，表示 F>C，即该影响因子在新产品开发中条件优越 ，是新产品开发的优势所在 ，且 V值越大，优势越明显；若 V<1，表示 F

第五步 ，按零部件功能系数计算分配给零部件希望达成的目标成本，见表 6的第 V列。

第六步，计算各零部件成本降低幅度，将零部件 目前成本减去零部件 目标成本，即得到零部件成本降低幅度。

成本降低幅度越大，改进潜力越大 ，应首先作 为 VE的对象。从成本降低指标栏里将 A、B、E三者之值汇整与总成本比较，可提出本产品降低成本的合理 目标为 15%，不得低于 10%。

根据以上讨论确定 了本产品的 VE对象为 A、B和 E(即五金类、塑料类、和变压器拈)需要改进：再结合ABC方法中的 A、B类零件，至此产品需要改进的对象基本确定。

5头脑风暴法(Brain Storming)提出方案圈BS法是 1941年美国的奥斯本所创，其用集体智慧共同设计。这种方法是以小组形式进行讨论，让每位与会者都有充分发表设想的机会，从而达到团队的思维共振♂合前面的分析基础，再利用 BS法对该产品结构提出了-些建议，综合成 39条进行了评价，其中 33条有高效益可能，见表 6所示。在此基础上，优选 了5条有高效益的建议列入执行。

表 6粗略评价表(未全部列出)编号 经济性 技术性 综合评价 方案-、产品设计方面的改进建议l 0 0 o l>Coil磁环减小，材料改为低成本材料2 0 0 0 减少线包数量，用其它同类型设计替代2>Rear Shel3 0 0 o 用低成本材料替代4 0 o 0 改善电镀工艺5 0 0 o 更改装配方式，装配速度提升6 0 0 0 接地方式变更 3>PCB7 0 0 0 用低成本工艺设计8 0 o 0 PCB尺寸减小9 0 0 0 电子零件找新供应商如图3和图 2分别是新旧产品设计的结构爆炸对比图，改进计划中共包含了五个方案：集图 2 旧产品机构设计说明图 图3 新产品机构创新设计说明图①变压器拈改为自动装配件，导入新工艺，品质提高，成本降低，本方案涉及公司机密不多做介绍。②将USB Housing集成到产品 Housing上，两者基本功能均是对零件起到支撑作用，集成后可减少原料用量，降低模具投资额。(USB Frame&Spacer颜色由蓝色改为黑色，蓝色加入 了色粉生产难度大，成本高。黑色可以选择成本更有竞争力的材料。旧设计的蓝色零件设计过多，是高成本的原因之-。另外新结构的 I，M仍保留为蓝色以符合业界规范要求。###USB Frame&Spacer材料由PA66改为PBT，新结构改为黑色材料后，不再需要用高成本的 PA66，可改用成本较低的PBT。⑤如图2所示，旧结构USB3部分是- 个半成品拈，经脑力激荡后提议将 USB Shel之功能集成至产品前壳上进行-体成型，可减少-个零件。

以上方案经过 电脑 3D仿真模拟并优化分析后确认开发可行，与旧设计 比较起来两者功能相 同，而新设计因为少了USB Housing及 USB Shel，既节省了零件成本 ，又缩短 了组装工时，可达到功能不变，成本降低的目的。

6新连接器开发之验证设计完成后需要对新设计进行效果确认。在验证阶段，通过制样试装，将新设计的零件成本数据与旧设计进行比较看其是否达到了目标。新设计的产品成本数据如表8所示。从表中可知新结构材料成本由原来的200.736元降到了目前的 175.1元 ，装配工时同时降低 了 1.33元，共降低成本为24.27元〉低幅度达 12.o9%，与原定之 l5%，不少于 10%的目标比较达成目标。该产品系列还处于生命周期初级阶段，前景广阔，它的市场需求较大。该案经过本公司的IE部门核算，投资回收期在 3.5个月内，效益可观。

7 总结为了更好的开发新产品，需要建立-个较为客观的评价方法来评定新产品开发的可行性闭，本文先用 ABC分类法找出对成本影响较大的 A，B类零部件，再结合功能分析，价值分析找到对新产品开发具有抑制作用需要改善的零部件种类，两者结合后即是成本降低的方向。在此基础上利用BS法提出新的设计结构，从而实现量化设计 ，减少产品改进开发时的盲 目性。需要说明的是该方法不仅仅适用于现有结构优化，对哪些产品概念已经成型并有初步设计需要价值评估改进的新开发案同样适用。

表7 新设计零件成本数据表单-成本 单台成本累计零件号 零件名称 单-数量 (元 )金额(元) 占总成本(%)11 COIL 4 52.668 52 7 30.09%2 REAR SHELL 18.828 71.5 4084%10 pCB 1 15.792 87 3 49.86%3 Pd45 Contact 8 l1.964 99.3 56.70%4 FRAME HOUSING l 11 856 11ll 63 47%13 LONG I，M CONTACT 1 10.428 121 5 69.43%12 USB FRAME 1 0 121 5 69.43%14 SHORT UM CONTAcT 1 9.024 130.6 74 58%6 LED2 l 8 292 138.9 79 32%5 LEDl 1 5 772 144 6 82 62%15 SPACER 1 1 848 146.5 83.67%1 FRONT SHELL 1 5.292 151 8 86 69%l6 USB2 C0NTACT1 4 4.848 156.6 89.46%l7 USB2 CONTACI"2 4 4 752 161.4 9218%19 USB SHELL 1 0 161 4 92.18%18 CAP 8 O 161.4 92.18%22 SH0RT I，M 1 3 492 164 9 9417%7 F0OT C0NTACT1 9 3.456 168.3 96.15%2 L0NG M 1 3.444 171.8 98l1%21 CAPACI IDR 1 O 171.8 98.11%8 FOOT C0NrACT2 5 1.68 1734 9907%9 FO0T HOUs1NG l 1.62 1751 100.00%23 CHIPRES 1 O 175 1 100OO%合计 58 1751