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摘要： 在现代产品设计中，对产品的功能越来越重视，迈尔斯在价值工程中，首次把功能的重要性提升到了理论的高度，即功能思想。本文围绕功能思想在产品设计中的应用，以平地机为例，简要阐述了平地机的发展历史、市场现状以及在应用中的经济性。
关键词：价值工程 功能思想 产品设计 平地机
一、功能对产品的重要性
功能的定义是事物或方法所发挥的有利的作用和效能，我们日常生活中使用的任何一件物品，主要是因为其有一定的使用价值，而功能就是这种物品的潜在的使用价值。
在汉语中，功能的的同义词也有很多：功用、作用、效能、用途、目的等，对于一件产品来说，功能就是产品的用途、产品所担负的职能或所起的作用。产品的功能决定了它的价值，决定了我们设计某种产品的意义。我们设计的任务是解决“人—机—环境—社会”系统中存在的问题，其设计的出发点是人，旨在通过生产技术手段把人的创造思维转变为具有某种特定功能的实体，即所谓的“产品”，实现为人服务的目的，解决生活中的各种问题。
人类最初发明并设计制造出某种产品，都是在日常生活中遇到一定的问题，给生活或工作带来了不方便，为了更好地提高生活质量、工作效率等，就开始有目的地思考一些方法，制造一些产品。为了消除夜晚的黑暗，经过几代人的努力，最终由爱迪生发明了电灯；为了提高运算效率，人类发明了最初最基本的计算机，发展至如今已经进入千家万户、日常必不可少的电脑；为了提高人类移动的速度，降低减少人类的疲劳，有人发明了自行车、汽车、飞机等交通工具。所有这些发明，都是因为其功能满足人类的需要，人类需要其功能。
二、功能思想的概念
1947年，美国工程师迈尔斯创立的价值工程中，提出了功能分析的思想，这是对设计学的很大贡献，是设计思想的一个重要飞跃，从理论上证明了功能思想在设计中的重要性。价值工程认为，功能是产品的核心和本质，而具体结构只是功能的不同表现形式而已。因此人们可以使用不同的原料、结构和外形来实现同一种功能，这要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统的功能出发设计产品，彻底改变了按照构件及零件分类的传统设计方法，有助于设计师开拓思路，迅速获得多种产品设计可能解。任何产品首先要满足功能需求，功能成为产品竞争力的首要因素，已经成为一种共识。现今，功能分析已经成为大多数设计理论和方法的基本组成部分，如创新问题解决理论(TRIz)的物质场分析模型，有害、有益功能，主要功能、辅助功能等概念；公理化设计中的功能域到结构域的映射等概念。
三、平地机的发展历史
平地机是一种以铲刀为主，配以其它多种可换作业装置，进行土地平整和整形作业的施工机械，主要用于道路、机场、农用水利等大面积平整作业以及刮坡、挖沟、推土、松土、清除路面冰雪等方面的施工作业，是国防工程、交通、矿山、水利基本建设施工中重要设备之一。人们发明平地机的初衷，也是出于清除道路积雪和结冰的目的。最早的平地机没有动力装置，结构也很简单。随着科学技术的发展，尤其是发动机的广泛使用，平地机制造技术也越来越先进，
平地机已有100多年的发展历史，最早的平地机是拖式平地机。20世纪20年代，出现了自行式平地机，80年代后期，平地机经历了从低速到高速、从小型到大型、从机械操纵到液压操纵、从机械换档到动力换档、从机械转向到液压助力转向再到全液压转向以及整体机架到铰接机架的发展过程，整机的可靠性、耐久性、安全性及舒适性都有了很大的提高。进入21世纪，平地机从结构到性能再到舒适性都发生了很大的变化，现在的平地机都已经是采用机电液一体化技术，六轮自行式液压操纵，逐步向自动化、智能化方向发展。
四、国内平地机的发展历史及现状
1962年鼎盛天工工程机械股份有限公司的前身，原天津工程机械厂仿照苏联g－144自行式机械操纵平地机制造出了中国第一台平地机，型号为P1－90，开创了中国平地机的先河。它采用后四轮驱动的方式以及前轮转向、整体机架、机械换档变速箱。1965年又推出PY160平地机，采用前后桥驱动、中央制动、液压操纵的方式。1980年生产出国内第一台PY160A型平地机，1985年又引进德国技术开发了PY250型平地机，1990年起先后生产出9大类18个型号50多种配置的系列产品。这些产品的特点为：引进美国克拉克公司先进技术生产的变矩器与上柴发动机匹配；定轴式动力换档变速箱，性能可靠，操纵轻便；后桥为三段式结构驱动桥，两级减速装有公司专利无华东差速器，保证在各工况下为车轮提供足够的牵引力；铰接机架，大的前桥摆动角，以及摆动平衡箱；可以根据需要加装前推土板、后松土器、自动调平装置等备件。
1997年，常林股份公司引进了小松平地机技术，并与1998年生产出117KW和140KW的平地机。其主要产品有PY165C-3、PY190C-3和PY200C-3。由于采用了小松技术，其平地机产品具有以下优点：轮边驱动采用小松双排滚子链条技术，强度高。用单个齿轮泵经分流阀向2个操纵阀供油，回转油路合流，既保证了个各动作速度，又降低了整个系统能耗。为适应重载作业，刮板比一般平地机要后30%。在铲刀两侧特别设计了边刃，能更好地进行挖沟、路面表层剥离得等作业。所有主刃、边刃均为双刃结构，当一侧刃口磨损后，将刃板拆下后换一个方向重新装上即可用另一侧刃口进行作业。
徐工集团虽然进入平地机市场较晚，但凭借自身的优势，独立开发研制出10多个规格型号的平地机产品，产品更新换代比较快，现在主推K系列、GR系列的165、180、200、215型平地机。近期又开发出静液压传动的样机，其产品特点为：铰接车架，后桥为三段式驱动桥，主传动装有“No-Spin”无自转闭锁差速器，前进6档，倒退3档的动力变速箱，档位变换为电液控制，整机的速度范围为6.2—42.3km/h。
三一重工在广泛吸收国内外平地机先进技术的基础上创新研制成功的全液压平地机将静液压传动技术应用于平地机的行驶驱动，替代了传统的液力机械传动，具有传动环节少、操作省时省力、无级变速、自动适应负载能力强以及便于实现自动控制等特点，享有世界专利。
五、全液压平地机节能控制技术
随着平地机操纵舒适性的提高，对发动机功率的要求也越来越高。根据能量守恒定律，所有原先由人力来完成的工作，最终都要归结到发动机来承担。一台设计良好的机器除应具有“动力性”要求外，还要有良好的“经济性”。由于全球性的能源紧张，工程机械的节能控制研究也越发显得重要。随着平地机生产量的增加，国产平地机逐渐开始大量使用电喷柴油发动机，电喷发动机的优良的动力输出特性和可电控特性为节能控制提供了方便。
1.通过动力和液压系统合理匹配与控制实现节能
让柴油机工作在经济油耗区是节约燃油效果最显著的一项措施，尤其在负载不大，不要求发动机全功率输出的工况，可以将发动机工作点从额定输出点移向经济耗油点。发动机降速引起系统流量降低，从而造成的作业速度损失由马达降排量弥补。采用这一措施时需注意以下几点：
（1）经济耗油点可选择发动机外特性上比油耗较低、输出功率较高的点。现在的电喷柴油机在宽范围内输出功率平缓，为此匹配提供了条件。
（2）低速大负载作业时，负载达到发动机负载率90%以上，应启动马达自适应调节功能，增大排量。此时如采取这以节能措施，理论上会使作业生产率下降。
（3）此方法主要用于限速档位，因为限速档位马达有可调节余量，高速行车档位一般有最高车速要求，此时发动机不宜降速使用。
（4）可能带来扭矩储备与转速适应性能的降低，需结合实际选用的发动机进行论证和试验。
（5）采用此方法后节油率随着负载增大而降低。空载节油率可达40%；发动机负载达到90%时，节油率仅有4%左右。采用此节能方法的平均节油率可计算如下：总平均节油率=Σ（工况百分比×该工况下平均节油率）。
2.电喷柴油机变功率控制技术在平地机上的应用
发动机变功率控制技术目前已在国外平地机上被广泛采用。此技术密切结合机械式或液力机械式平地机的原理与使用方法，充分利用了电喷发动机开放的电控特性，在不改变发动机工作点、扭矩储备以及速度适应范围的前提下，配合不同作业档位与工况适应，具有节能降耗的效果。该技术在全液压平地机上的应用还处在试验阶段，已经取得了初步成果。
3.冷却系统节能控制
节能化冷却系统是指根据实际温度发动机冷却风扇的转速，风扇在不需要散热的情况下不转动或低速转动，也称智能风扇控制。具体措施可以有多种。
（1）采用液压马达控制风扇的转速。
（2）安装专门的风扇离合器，根据温度高低，通过改变PWM信号的占空比控制离合器与发动机轴的啮合程度，从而控制风扇转速。风扇消耗功率约占系统总功率的5%左右，采取这一措施后节油率有望达到3—5%。
六、结语
现代设计方法以顾客需求为其根本目标，功能需求为基本分析手段，以实现不同设计理论方法的集成、设计过程的虚拟化和科学化，最终实现社会、经济和政治三者和谐发展的可持续设计。随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们对产品的要求越来越高，要提高产品的性能，自然要求设计理论和方法的创新；而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。因此，现代设计理论与方法会不断地发展，并注入新的内容和活力。
参考文献：
［1］丁俊武，韩玉启，郑称德.现代产品设计理论研究综述.机械制造，2005，12.
［2］姜楠，冯柯，吴国祥.平地机的新技术展望.工程机械，2006，37，（11）.
［3］易小刚，王欣，张德兴.全液压平地机的关键匹配与控制技术.筑路机械与施工自动化，2008，25，（3）.
关键词：价值工程 功能思想 产品设计 平地机
一、功能对产品的重要性
功能的定义是事物或方法所发挥的有利的作用和效能，我们日常生活中使用的任何一件物品，主要是因为其有一定的使用价值，而功能就是这种物品的潜在的使用价值。
在汉语中，功能的的同义词也有很多：功用、作用、效能、用途、目的等，对于一件产品来说，功能就是产品的用途、产品所担负的职能或所起的作用。产品的功能决定了它的价值，决定了我们设计某种产品的意义。我们设计的任务是解决“人—机—环境—社会”系统中存在的问题，其设计的出发点是人，旨在通过生产技术手段把人的创造思维转变为具有某种特定功能的实体，即所谓的“产品”，实现为人服务的目的，解决生活中的各种问题。
人类最初发明并设计制造出某种产品，都是在日常生活中遇到一定的问题，给生活或工作带来了不方便，为了更好地提高生活质量、工作效率等，就开始有目的地思考一些方法，制造一些产品。为了消除夜晚的黑暗，经过几代人的努力，最终由爱迪生发明了电灯；为了提高运算效率，人类发明了最初最基本的计算机，发展至如今已经进入千家万户、日常必不可少的电脑；为了提高人类移动的速度，降低减少人类的疲劳，有人发明了自行车、汽车、飞机等交通工具。所有这些发明，都是因为其功能满足人类的需要，人类需要其功能。
二、功能思想的概念
1947年，美国工程师迈尔斯创立的价值工程中，提出了功能分析的思想，这是对设计学的很大贡献，是设计思想的一个重要飞跃，从理论上证明了功能思想在设计中的重要性。价值工程认为，功能是产品的核心和本质，而具体结构只是功能的不同表现形式而已。因此人们可以使用不同的原料、结构和外形来实现同一种功能，这要求设计者不要首先从产品结构着手，而应从系统的功能出发设计产品，彻底改变了按照构件及零件分类的传统设计方法，有助于设计师开拓思路，迅速获得多种产品设计可能解。任何产品首先要满足功能需求，功能成为产品竞争力的首要因素，已经成为一种共识。现今，功能分析已经成为大多数设计理论和方法的基本组成部分，如创新问题解决理论(TRIz)的物质场分析模型，有害、有益功能，主要功能、辅助功能等概念；公理化设计中的功能域到结构域的映射等概念。
三、平地机的发展历史
平地机是一种以铲刀为主，配以其它多种可换作业装置，进行土地平整和整形作业的施工机械，主要用于道路、机场、农用水利等大面积平整作业以及刮坡、挖沟、推土、松土、清除路面冰雪等方面的施工作业，是国防工程、交通、矿山、水利基本建设施工中重要设备之一。人们发明平地机的初衷，也是出于清除道路积雪和结冰的目的。最早的平地机没有动力装置，结构也很简单。随着科学技术的发展，尤其是发动机的广泛使用，平地机制造技术也越来越先进，
平地机已有100多年的发展历史，最早的平地机是拖式平地机。20世纪20年代，出现了自行式平地机，80年代后期，平地机经历了从低速到高速、从小型到大型、从机械操纵到液压操纵、从机械换档到动力换档、从机械转向到液压助力转向再到全液压转向以及整体机架到铰接机架的发展过程，整机的可靠性、耐久性、安全性及舒适性都有了很大的提高。进入21世纪，平地机从结构到性能再到舒适性都发生了很大的变化，现在的平地机都已经是采用机电液一体化技术，六轮自行式液压操纵，逐步向自动化、智能化方向发展。
四、国内平地机的发展历史及现状
1962年鼎盛天工工程机械股份有限公司的前身，原天津工程机械厂仿照苏联g－144自行式机械操纵平地机制造出了中国第一台平地机，型号为P1－90，开创了中国平地机的先河。它采用后四轮驱动的方式以及前轮转向、整体机架、机械换档变速箱。1965年又推出PY160平地机，采用前后桥驱动、中央制动、液压操纵的方式。1980年生产出国内第一台PY160A型平地机，1985年又引进德国技术开发了PY250型平地机，1990年起先后生产出9大类18个型号50多种配置的系列产品。这些产品的特点为：引进美国克拉克公司先进技术生产的变矩器与上柴发动机匹配；定轴式动力换档变速箱，性能可靠，操纵轻便；后桥为三段式结构驱动桥，两级减速装有公司专利无华东差速器，保证在各工况下为车轮提供足够的牵引力；铰接机架，大的前桥摆动角，以及摆动平衡箱；可以根据需要加装前推土板、后松土器、自动调平装置等备件。
1997年，常林股份公司引进了小松平地机技术，并与1998年生产出117KW和140KW的平地机。其主要产品有PY165C-3、PY190C-3和PY200C-3。由于采用了小松技术，其平地机产品具有以下优点：轮边驱动采用小松双排滚子链条技术，强度高。用单个齿轮泵经分流阀向2个操纵阀供油，回转油路合流，既保证了个各动作速度，又降低了整个系统能耗。为适应重载作业，刮板比一般平地机要后30%。在铲刀两侧特别设计了边刃，能更好地进行挖沟、路面表层剥离得等作业。所有主刃、边刃均为双刃结构，当一侧刃口磨损后，将刃板拆下后换一个方向重新装上即可用另一侧刃口进行作业。
徐工集团虽然进入平地机市场较晚，但凭借自身的优势，独立开发研制出10多个规格型号的平地机产品，产品更新换代比较快，现在主推K系列、GR系列的165、180、200、215型平地机。近期又开发出静液压传动的样机，其产品特点为：铰接车架，后桥为三段式驱动桥，主传动装有“No-Spin”无自转闭锁差速器，前进6档，倒退3档的动力变速箱，档位变换为电液控制，整机的速度范围为6.2—42.3km/h。
三一重工在广泛吸收国内外平地机先进技术的基础上创新研制成功的全液压平地机将静液压传动技术应用于平地机的行驶驱动，替代了传统的液力机械传动，具有传动环节少、操作省时省力、无级变速、自动适应负载能力强以及便于实现自动控制等特点，享有世界专利。
五、全液压平地机节能控制技术
随着平地机操纵舒适性的提高，对发动机功率的要求也越来越高。根据能量守恒定律，所有原先由人力来完成的工作，最终都要归结到发动机来承担。一台设计良好的机器除应具有“动力性”要求外，还要有良好的“经济性”。由于全球性的能源紧张，工程机械的节能控制研究也越发显得重要。随着平地机生产量的增加，国产平地机逐渐开始大量使用电喷柴油发动机，电喷发动机的优良的动力输出特性和可电控特性为节能控制提供了方便。
1.通过动力和液压系统合理匹配与控制实现节能
让柴油机工作在经济油耗区是节约燃油效果最显著的一项措施，尤其在负载不大，不要求发动机全功率输出的工况，可以将发动机工作点从额定输出点移向经济耗油点。发动机降速引起系统流量降低，从而造成的作业速度损失由马达降排量弥补。采用这一措施时需注意以下几点：
（1）经济耗油点可选择发动机外特性上比油耗较低、输出功率较高的点。现在的电喷柴油机在宽范围内输出功率平缓，为此匹配提供了条件。
（2）低速大负载作业时，负载达到发动机负载率90%以上，应启动马达自适应调节功能，增大排量。此时如采取这以节能措施，理论上会使作业生产率下降。
（3）此方法主要用于限速档位，因为限速档位马达有可调节余量，高速行车档位一般有最高车速要求，此时发动机不宜降速使用。
（4）可能带来扭矩储备与转速适应性能的降低，需结合实际选用的发动机进行论证和试验。
（5）采用此方法后节油率随着负载增大而降低。空载节油率可达40%；发动机负载达到90%时，节油率仅有4%左右。采用此节能方法的平均节油率可计算如下：总平均节油率=Σ（工况百分比×该工况下平均节油率）。
2.电喷柴油机变功率控制技术在平地机上的应用
发动机变功率控制技术目前已在国外平地机上被广泛采用。此技术密切结合机械式或液力机械式平地机的原理与使用方法，充分利用了电喷发动机开放的电控特性，在不改变发动机工作点、扭矩储备以及速度适应范围的前提下，配合不同作业档位与工况适应，具有节能降耗的效果。该技术在全液压平地机上的应用还处在试验阶段，已经取得了初步成果。
3.冷却系统节能控制
节能化冷却系统是指根据实际温度发动机冷却风扇的转速，风扇在不需要散热的情况下不转动或低速转动，也称智能风扇控制。具体措施可以有多种。
（1）采用液压马达控制风扇的转速。
（2）安装专门的风扇离合器，根据温度高低，通过改变PWM信号的占空比控制离合器与发动机轴的啮合程度，从而控制风扇转速。风扇消耗功率约占系统总功率的5%左右，采取这一措施后节油率有望达到3—5%。
六、结语
现代设计方法以顾客需求为其根本目标，功能需求为基本分析手段，以实现不同设计理论方法的集成、设计过程的虚拟化和科学化，最终实现社会、经济和政治三者和谐发展的可持续设计。随着人类社会的进步和科学技术的发展，人们对产品的要求越来越高，要提高产品的性能，自然要求设计理论和方法的创新；而设计理论和方法的进步往往会带动产品的革新，从而形成良性循环。因此，现代设计理论与方法会不断地发展，并注入新的内容和活力。
参考文献：
［1］丁俊武，韩玉启，郑称德.现代产品设计理论研究综述.机械制造，2005，12.
［2］姜楠，冯柯，吴国祥.平地机的新技术展望.工程机械，2006，37，（11）.
［3］易小刚，王欣，张德兴.全液压平地机的关键匹配与控制技术.筑路机械与施工自动化，2008，25，（3）.