0 前言

    “山寨”伴隨著中國制造而聞名世界，卻也困擾著很多企業(yè)家，如何才能從“山寨”走向創(chuàng)新就成了目前最緊迫的難題。但是，歷史總是驚人的相似。

    1871年，統(tǒng)一后的德國仿造或冒牌生產(chǎn)英國，法國的產(chǎn)品，然后廉價銷售。逼迫英國與1887年修改了1862開始實施的商標(biāo)法：所有外國產(chǎn)品, 無論是來自法國，美國或是德國，如果有可能與英國本土產(chǎn)品向混淆的，都必須貼上“made in ......”的標(biāo)記，以防止英國的老百姓上當(dāng)受騙。

    日本也曾面臨“小偷”、“拷貝貓”的國際惡名，但最終形成了“日本風(fēng)格”，“日本設(shè)計”也在國際上占有一席之地。

    從“山寨”到創(chuàng)新，除了經(jīng)驗之外，關(guān)鍵的問題在于如何進(jìn)行產(chǎn)品的分析，真正掌握產(chǎn)品設(shè)計的方法。只有“山寨”到這兩點，產(chǎn)品在技術(shù)上才有可能超越“山寨”的對象，創(chuàng)新才有可能出現(xiàn)。

    如何進(jìn)行產(chǎn)品的分析與產(chǎn)品的設(shè)計，本文以筆者參與或主導(dǎo)過的一些成功項目為例子，介紹一種設(shè)計方法——功能設(shè)計方法。這種設(shè)計方法幫助一些公司完成“山寨”之后，開始走向了原創(chuàng)設(shè)計創(chuàng)新。

1 功能設(shè)計方法

    功能設(shè)計方法是一套完整的產(chǎn)品設(shè)計理論�；卮鹆嗽O(shè)計的三大問題：

    圖紙上為什么要有這個尺寸；這個尺寸的名義值為什么要這么大；這個尺寸的公差為什么要這個范圍。

    其主要活動如下：

    1.1 功能分析

    根據(jù)客戶需求，分析劃分出產(chǎn)品的生命周期，在每個生命周期內(nèi)研究產(chǎn)品的應(yīng)用場景，進(jìn)而梳理出產(chǎn)品能夠按照客戶需求完成功能的所有極限條件，并形成功能規(guī)格的列表。

    在具體處理上，用章魚圖的方式進(jìn)行直觀表述，將功能分為“服務(wù)功能”與“限制功能”。

圖1 斷路器的功能分析

    1.2 方案設(shè)計

    根據(jù)需求進(jìn)行方案設(shè)計，明確設(shè)計方案如何滿足需求，并梳理子系統(tǒng)需求和子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系。當(dāng)然，如果是“山寨”，方案已經(jīng)有了，本階段可以忽略。

圖2 設(shè)計原理及方案

    1.3 功能條件

    功能條件（Functional Condition）簡稱FC，是產(chǎn)品在特定狀態(tài)下，為實現(xiàn)產(chǎn)品功能而提出的零件與零件之間要滿足的限制條件。

    一方面，功能條件的范圍是由產(chǎn)品的技術(shù)原理及質(zhì)量等級進(jìn)行限定的。

    另一方面產(chǎn)品的特定狀態(tài)由零件的接觸關(guān)系通知限制相應(yīng)的自由度而實現(xiàn)，功能條件必然受零件自身尺寸的偏差的影響，功能條件的實際變化范圍由對應(yīng)的零件尺寸的偏差決定。功能設(shè)計的最終也在于此：給每個零件尺寸選定合適的公差，使其滿足功能條件的設(shè)計的要求。

    常見的功能條件如圖3。

圖3 功能條件

    1.4 尺寸鏈計算

    尺寸鏈計算的目的在于驗證設(shè)計給出的每個零件尺寸，按照設(shè)計結(jié)構(gòu)堆疊在一起之后，累積出來的功能條件的偏差是否能夠滿足設(shè)計的要求。

    1.5 Tloerance Manager軟件

    Tolerance Manager軟件是一個全球唯一的公差設(shè)計、分析及優(yōu)化軟件。和全球500強企業(yè)——Schneider Electric（施耐德電氣）一起合作開發(fā)了將近15年。Tolerance Manager提供了多種公差累積算法，其優(yōu)異的非線性尺寸鏈計算能力能為設(shè)計確定圖紙的每個尺寸名義值和公差帶。

圖4 Tolerance Manager軟件提供的功能條件計算結(jié)果

2 導(dǎo)入功能設(shè)計的逆向設(shè)計流程

    一般逆向工程流程：

    客戶需求——尋找符合需求的標(biāo)桿產(chǎn)品——結(jié)構(gòu)拆解——全尺寸測繪——建模出圖——零件投制——尺寸測量——樣機裝配驗證

    把功能設(shè)計流程與逆向設(shè)計流程結(jié)合，新成新的逆向設(shè)計流程：

圖5 導(dǎo)入功能設(shè)計的逆向設(shè)計流程

3 導(dǎo)入功能設(shè)計的逆向設(shè)計流程在實際案例用的應(yīng)用

    3.1 功能分析

    識別與所有產(chǎn)品有關(guān)系的外部環(huán)境，并確認(rèn)其余產(chǎn)品的約束關(guān)系，并在表格中將這些約束關(guān)系量化，形成產(chǎn)品的開發(fā)需求。

圖6 C45“章魚圖”

圖7 C45功能規(guī)格列表

    3.2 功能條件

    對于斷路器產(chǎn)品來說，脫扣單元上鎖扣與跳扣的搭接量、接觸力、摩擦系數(shù)等都是與功能直接相關(guān)的功能條件，必須嚴(yán)格控制。

圖8 功能條件

表1 功能條件列表

    3.3 由功能定尺寸及功能尺寸實物測量

    根據(jù)表1的功能條件，識別每個零件上與功能條件相關(guān)的尺寸，這些尺寸由于直接影響產(chǎn)品的功能，稱之為功能尺寸。這些功能尺寸必須在設(shè)計初期就進(jìn)行精確的測繪。另一方面，傳統(tǒng)的逆向工程做法是在本階段便對每個零件的每個尺寸進(jìn)行精確設(shè)計，往往在這個階段要耗費大量的時間。而導(dǎo)入功能設(shè)計的逆向開發(fā)流程，由于設(shè)計初期僅需要精確測繪零件上的部分尺寸（僅功能尺寸）便可進(jìn)行下一步的開發(fā)， 可以大大減少測繪工作對設(shè)計進(jìn)度的影響。

圖9 扣接件需要精確測繪的功能尺寸

    3.4 尺寸鏈計算

    根據(jù)表1的要求，及3.3測繪的結(jié)果。對每個功能條件繪制尺寸鏈，并在Tolerance Manager軟件內(nèi)自動計算所有零件的尺寸公差對每個功能條件的影響。如圖11為脫扣力的計算結(jié)果F_373按照當(dāng)前的零件尺寸及公差其范圍為0.27～0.57，而設(shè)計要求為0.25～0.55，略微有些偏差，但是基本滿足要求。

圖10 脫扣力的計算結(jié)果

    3.5 自制零件與逆向?qū)ο蟮谋葘?/strong>