基于價值工程的散裝水泥運輸半掛車罐體截面設計

周晉成 陳衛(wèi) 陳培光 王本路

ZHOUJing-chengetal

華菱星馬汽車（集團）股份有限公司技術中心 安徽馬鞍山 243000

基于價值工程的散裝水泥運輸半掛車罐體截面設計

周晉成 陳衛(wèi) 陳培光 王本路

ZHOUJing-chengetal

華菱星馬汽車（集團）股份有限公司技術中心 安徽馬鞍山 243000

針對散裝水泥運輸半掛車罐體的設計方法及設計理念方面的不足，通過將價值工程的概念引入到罐體設計當中，重點介紹了基于價值工程的散裝水泥運輸半掛車罐體設計方法及流程；通過對散裝水泥運輸半掛車罐體的功能進行分析，以及對散裝水泥運輸半掛車罐體各項功能權重分析計算，并對初選的設計方案進行設計評價，從而可得到最優(yōu)化的設計方案。

散裝水泥運輸半掛車 價值工程 中間截面曲線 罐體

1 VE與散裝水泥運輸半掛車罐體設計的相關性

由于國內散裝水泥運輸半掛車的消費環(huán)境一般面向個體戶車主以及小部分中小物流企業(yè)，承載中短途散裝貨物運輸；使用環(huán)境主要面向的是攪拌站、電廠、鋼鐵企業(yè)等，以及散裝水泥運輸半掛車的手工工藝生產方式等原因；散裝水泥運輸半掛車的成本通常不能太高，同時面臨同行業(yè)產品的市場競爭壓力，因此提高經濟性尤為重要。怎樣在保證產品使用性能的基礎上進一步降低設計開發(fā)以及生產成本，已經成為散裝水泥掛車行業(yè)亟待解決的重大問題。價值工程（Value Engineering，VE）又稱價值分析，是研究經濟與技術相結合的新興學科[1]。在散裝水泥運輸半掛車罐體設計開發(fā)中采用價值分析方法，可以從價值和成本的?度全面把握整個設計的開發(fā)流程。本文將結合實際設計生產情況從價值工程的?度對散裝水泥運輸半掛車設計的原則、流程以及具體設計方法進行闡述，探討VE在散裝水泥運輸半掛車罐體截面設計中的應用，并提出最優(yōu)選的罐體截面設計方案。

按照標準 GB/T 8223.1?2009， “ VE是通過相關領域的協(xié)作，對所研究的對象的功能和費用進行系統(tǒng)的分析，不斷創(chuàng)新，旨在提高所研究對象價值的思想方法與管理技術?！贝颂幩岬降墓δ芘c費用進行系統(tǒng)的分析可以用公式表述，即：價值（ Value） =功 能（ Function） /成 本（ Cost）[2]。散裝水泥運輸半掛車的罐體功能包括外觀感知，即審美、產品認知、產品使用（裝料、卸料、駕駛等）。其中罐體是使用功能的直接載體，罐體設計質量直接影響整車的生產、使用及維護保養(yǎng)成本。該成本包括時間成本、資金成本和人力成本。

受散裝水泥運輸半掛車罐體成本和使用功能的約束限制，采用VE方法對散裝水泥運輸半掛車罐體截面進行改進設計是具有實際意義的。例如某罐式車生產企業(yè)在引進VE方法后，就散裝水泥運輸半掛車罐體而言，成本能夠降低40%，且節(jié)省了近30%的原材料，給企業(yè)帶來了實實在在的效益。

2 基于VE的散裝水泥運輸半掛車罐體設計的原則及流程

2.1 基于VE的散裝水泥運輸半掛車罐體設計原則

根據VE的理念和散裝水泥運輸半掛車罐體中間截面設計的工作特點，歸納為如下四個設計原則：

a.把握首要功能。散裝水泥運輸半掛車的設計和使用程度在國內已經相當成熟，然而，隨著國家政策以及市場環(huán)境的變化，用戶對該產品會提出更加個性化的要求。這就需要對市場進行預測和調研，收集了解客戶不同層面的新需求，并對這些需求進行整理研究，分析其本質，將其分解細化，區(qū)分滿足不同層面的功能，剔除不必要的以及不切實際的功能。

b.選取多種方案備用。在能夠實現(xiàn)主要功能的基礎上選取多種備選方案，充分發(fā)揮集體的作用，廣泛征求意見并積極地開展討論研究，發(fā)揮集體的創(chuàng)造能力，從中選取最佳方案。

c.綜合分析。散裝水泥運輸半掛車罐體的設計要結合目前的生產和工藝條件進行成本分析，防止盲目施工造成產品質量問題及原材料浪費問題。

d.合理分配成本。根據散裝水泥運輸半掛車罐體的功能層次對各部分及各個細節(jié)進行成本劃分。盡量做到量化質量控制點與成本控制點。

2.2 基于VE的散裝水泥運輸半掛車罐體設計流程

基于VE的散裝水泥運輸半掛車罐體設計與傳統(tǒng)的設計思路有一定的區(qū)別，基于VE的設計方法首先要對產品的功能和功能價值進行研究分析，在產品設計開發(fā)過程中一般要先進行信息的收集，然后對收集的信息進行加工整理，確定產品功能的不同層次以及不同的價值需求。根據功能分析的結果再進行方案的總體設計。具體流程如下

a.前期調研與信息整理。散裝水泥運輸半掛車是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的專用運輸設備，廣泛適用于散裝水泥、粉煤灰、礦粉、石英砂等粉粒物料的中短程運輸作業(yè)。因此，針對產品使用特性深入到客戶群中進行市場調研，了解客戶的需求尤其是功能需求，再結合國家有關方面的各項政策。對各類信息進行綜合整理。

b.功能分析與綜合。對前期的調研信息進行加工整理，對產品的功能進行系統(tǒng)的分析，定義出產品功能的不同層次，比如主要功能、輔助功能、次要功能、附加功能等；然后根據不同功能的綜合情況定義產品的層次以及進行個性化的設計。

c.方案設計討論。綜合收集的信息以及之前所得到的功能分析結果，發(fā)揮創(chuàng)造性思維，集思廣益，提供多個方案并展開討論。其中比較常用的方法就是“頭腦風暴法”。

d.對前期得到的各個方案進行綜合評價和比較。作為專用

運輸車輛，散裝水泥運輸半掛車罐體主要體現(xiàn)的是專用性能及功能。因此，在實際工作中將對散裝水泥運輸半掛車罐體的方案進行嚴肅認真的討論評價，主要是針對其審美功能、使用功能及其他功能等，最后確定最優(yōu)方案。

e.方案應用。對選定的方案進行應用實施，并建立檔案，接受市場的檢驗，做好相應的記錄。

3 基于VE的散裝水泥運輸半掛車罐體設計評價

雖然散裝水泥運輸半掛車作為專用車來講結構和原理并不復雜，但是其專用性能受多種條件的限制，尤其是罐體設計。因此，VE散裝水泥運輸半掛車罐體設計方案的制訂是根據多級模糊綜合評價模型建立的，其評價因子需根據具體的功能設定；而其權重可根據專家估測法、加權統(tǒng)計法、頻數(shù)統(tǒng)計法等進行確定[3]。

3.1 評價因素的確定

評價因素集合可設為

式中，Mi（i=1,2,…,n）為集合當中的第i個評價子集，評價子集數(shù)量n需要根據具體方案的關注點進行確定。

式中，Mi,j（ j=1,2,…,mi） 是評價子集Mi的評價因子，也可以是其評價子集Mi的 評價子集；mi為 評價子集Mi評價因子或者評價子集的個數(shù)。

例如：對散裝水泥運輸半掛車罐體的評價因素進行確定，可設評價子集以及評價因子為：審美{油漆、企業(yè)標識位置與大小、罐體圓潤程度}；使用功能{裝載量、卸灰速度、進料口數(shù)量、上工作平臺安全性}；效益{各項成本費用、生產能耗}等。評價因子可以進一步細化，根據不同的情況可以給出不同的評價因素。其評價因子數(shù)量依據產品功能特性確定。

3.2 確定權重

假設集合

采用不同的罐體中間截面能直接影響散裝水泥運輸半掛車的專用性能與制造工藝性能，比如裝載容積利用率；車輛質心高度；工藝實現(xiàn)難易程度；車輛的外觀；風阻系數(shù)；卸料剩余率等。

散裝水泥運輸半掛車罐體的造型主要取決于散裝水泥運輸半掛車罐體的中間形狀，截面也會在很大程度上影響罐體的制造成本。如果要求所設計的罐體剩余率低就必須要求罐體中間截面底部圓的曲率要盡量大，但是由于車輛的質心不能太高，裝載容積也要盡量做大，則通常要求罐體底部截面圓的曲率能盡量小。這兩者的矛盾往往使散裝水泥運輸半掛車的罐體設計不理想。現(xiàn)為了使散裝水泥運輸車罐體設計的功能和效果最大化，可以依據2.2章節(jié)的設計流程進行設計。

在實踐過程當中，需要對評價因子及其權重進行反復的確認，力求所得結果科學嚴謹才具有現(xiàn)實意義。

3.3 得到各評價因子的評價集合

在選擇確定初選方案時，根據各評價因子及其權重值進行綜合計算，計算出各個方案對“最理想方案”的隸屬度。隸屬度定義為r∈[0,1]，最后由參與評價的人員給出評價因子Mij的評價（權重值）。然后對評價數(shù)據進行計算，求得算術平均值ri,j。

3.4 進行計算

對于評價子集Mi，隸屬程度計算為

4 應用結果

散裝水泥運輸半掛車罐體主要特點是，罐體截面種類變化較多，在滿足法規(guī)要求的情況下可自由設計，常見罐體外形大致如圖1。

4.1 中間截面形狀影響的功能及成本因素

中間截面形狀影響的功能及成本因素主要表現(xiàn)為：

a.直接影響罐體造型效果。底部圓的曲率越小，罐體整體

越飽滿和圓潤，視覺效果越好。

b.影響罐體流化床的設計。罐體底部圓的曲率越大，物料在罐體中的自流動性越好，如果罐體曲率很小，為保證物料剩余率，需要對流化床進行重新設計，如增加滑料板和一些震動設備等。

c.影響車輛的側向穩(wěn)定性。罐體底部圓的曲率過大，整車滿載時質心高度會相應的增加，因此會影響到車輛的側向穩(wěn)定性能，容易發(fā)生側翻。

e.影響焊接工藝。罐體中間截面為幾段圓弧拼接而成，底部圓曲率與其他圓曲率不同時，筒體形狀不容易保證，制造會比較困難。

f.影響卸料剩余率。罐體中間截面圓底部曲率大，則不容易造成物料在底部的堆積，流動性好。能夠提搞卸灰效率，降低剩余率。

4.2 提供罐體中間截面曲線設計方案

罐體中間各截面曲線設計方案如圖2所示，其優(yōu)缺點表現(xiàn)為：

a.根據工程設計給出截面曲線A0基本型。由圖2可以看出罐體中間截面左右對稱，共分為四部分其中R1、R3各為一段圓弧。圓弧R2為左右兩段。本方案造型效果好，裝載容積大，側向穩(wěn)定性好。

b.R1保持不變，增大曲線R2的曲率同時改變R3的曲率（截面曲線A1改進型）。本方案實現(xiàn)方法有多種，其中通過調整數(shù)控下料和卷板的精度予以實現(xiàn)。該方案便于物料向罐體底部流動，因此剩余率會比較低，但是整車的質心會提高，側向穩(wěn)定性差。

c.在A0基本型的基礎上添加滑料板。在A0底部的圓弧R3處（截面A3滑料板型），焊接滑料板C1，本方案能使物料更容易流向罐體底部，以降低剩余率；但是裝載容積會降低，整車總質量會提高；由于需要焊接滑料板，因此還會增大人力和工藝成本。

4.3 造型方案評價及選定實施

經過多次嘗試比較，評價因素及權重確定為：美觀0.2{造型效果0.5、效果實現(xiàn)0.5}，功能0.45{裝載效率0.4、側向穩(wěn)定性0.3、卸灰性能0.3}，工藝性0.35{工藝成本0.7、相關影響0.3}。為了便于比較，設定工程方案A0評價因素得分均為0.5，得到的造型方案評價如表1所示。

經過分析比較方案，A1對“最優(yōu)方案”的隸屬度更大，因此選定A1方案。

5 結語

將VE引入散裝水泥運輸半掛車罐體中間截面設計具有實際意義，把價值理念融入到散裝水泥運輸半掛車罐體中間截面設計當中，可以使設計工作更加講求實際效果，能夠最大限度地滿足客戶首要需求，設計出高性價比的產品。結合VE理論總結出了設計散裝水泥運輸半掛車的系統(tǒng)設計方法，使產品設計更加理性化，在市場經濟條件下更具有競爭力[5]。

[1] 王雪青.建設工程經濟[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.

[2] 欒軍,尤建新.價值工程教程[M].上海:同濟大學出版社,1995.

[3] 謝季堅,劉承平.模糊數(shù)學方法及其應用[M].武漢:華中科技大學出版社,2012,2:164-165.

[4] 楊虹,萬忠侖.價值工程中確定功能權重的方法[J].西華大學學報:自然科學版,2005,24(2):77-79.

[5] 蘭巍,付黎明.基于價值工程的客車車身截面設計[J].吉林大學學報:工學版,2009.S1:88-91.

Bulk Cement Tank Trailer Section Design Based on Value Engineering

For bulk cement transport semi-trailer tank design method and design philosophy in the article, the concept of value engineering is introduced into the design of the tank body, introduced with emphasis based on value engineering of bulk cement semitrailer tank design method and process, through the function of bulk cement tank semi-trailer analysis, and of bulk cement semitrailer tank the function of weight analysis meter, of primary design scheme of design evaluation in order to get the optimal design scheme.

bulk cement semi trailer; value engineering; middle section curve; tank

周晉成，男，1986年生，工程師，從事散裝水泥運輸車、隨車起重機設計。

U469.6+5.02

A

1004-0226(2016)02-0096-04

2015-09-23