NPDP新版教材知識集錦--【第四章節(jié)】（6）

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【制造與裝配階段】

6.1原型法

原型(Prototyping)設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)方法，它構(gòu)建產(chǎn)品概念的物理表示，以評估產(chǎn)品功能滿足用戶期望的程度。

原型近似于設(shè)計(jì)理念，允許產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證產(chǎn)品操作和功能、組件、布局、功能、外觀和行為。

原型的范圍從概念草圖到功能齊全的工件。

原型保真度是設(shè)計(jì)允許對使用中的產(chǎn)品進(jìn)行合理理解的程度。

產(chǎn)品創(chuàng)新流程的幾種不同類型的原型：

紙質(zhì)原型法(PaperPrototyping)

?這是最常見的表達(dá)概念和想法的基本形式。

?它用于評估設(shè)計(jì)的外觀，感覺，功能和界面。

?該原型不代表技術(shù)特征。它主要用于探索創(chuàng)意生成，并通過繪制草圖來集思廣益地探索可能的解決方案。

?故事板是一種紙質(zhì)原型，通過一系列框架代表消費(fèi)者界面。

功能原型法(FunctionalPrototype)

功能原型的目的是：

1、測試產(chǎn)品的工作原理并交付預(yù)期功能。

2、在尚未完成所有功能的早期階段，通過可用性測試確定可能的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

3、評估以用戶為中心的設(shè)計(jì)要求，包括用戶體驗(yàn)的人機(jī)工程學(xué)和認(rèn)知考慮因素。這種方法包括確定：具體任務(wù)、已完成任務(wù)、需要改進(jìn)之處。

可體驗(yàn)原型法(ExperiencePrototype)

讓參與創(chuàng)作、創(chuàng)新和設(shè)計(jì)過程的用戶和設(shè)計(jì)師成為“體驗(yàn)環(huán)境”中的積極參與者，因?yàn)樗麄冃纬闪素S富的產(chǎn)品理解，(對產(chǎn)品的移情理解)。

需要描述產(chǎn)品/服務(wù)交付的各個(gè)階段以及對象與用戶之間的關(guān)鍵交互。

1、對于服務(wù)，服務(wù)地圖或藍(lán)圖可以確定導(dǎo)致價(jià)值交付失衡的關(guān)鍵時(shí)刻。

2、對于產(chǎn)品，用戶和產(chǎn)生功能、情緒的產(chǎn)品使用設(shè)置之間的互動(dòng)關(guān)系。

阿爾法原型(AlphaPrototype)

阿爾法原型是用于測試目的的非完整功能版本產(chǎn)品。在測試過程中，測試人員會仔細(xì)檢查所有特性、功能和子系統(tǒng)，并評估產(chǎn)品的工作方式。此外，也會驗(yàn)證系統(tǒng)集成及技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式。通常用較為簡單的加工工藝制作該原型(例如，用機(jī)械加工而非模壓成型)，該原型與量產(chǎn)版本產(chǎn)品已經(jīng)很接近了。

貝塔原型(BetaPrototyping)

貝塔原型是完整功能版本產(chǎn)品，用于在試生產(chǎn)階段之前對產(chǎn)品進(jìn)行評估。該原型用于在實(shí)際使用環(huán)境中與客戶、裝配商、零部件制造商和零部件供應(yīng)商一起測試產(chǎn)品，主要目的是評估產(chǎn)品可靠性。貝塔原型是用實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備加工出來的。用該原型可以分析實(shí)際生產(chǎn)過程中的需求及所需改善。

試生產(chǎn)原型(PreproductionPrototyping)

試生產(chǎn)原型是最終版產(chǎn)品。在進(jìn)入設(shè)計(jì)流程的制造階段之前，除用試生產(chǎn)原型確定零件和部件規(guī)格外，還可以確定所有設(shè)計(jì)要素，尤其是設(shè)計(jì)技術(shù)要求和規(guī)格。在該階段，試生產(chǎn)原型確認(rèn)裝配和制造設(shè)計(jì)，并確認(rèn)詳細(xì)的生產(chǎn)工藝、裝配時(shí)間、零部件外購與集成、產(chǎn)線平衡和生產(chǎn)改善。

虛擬原型法(VirtualPrototyping)

?將虛擬環(huán)境與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)υO(shè)計(jì)敏感性和優(yōu)化過程進(jìn)行評估。利用測試“假設(shè)分析”方案的能力，縮短了開發(fā)時(shí)間和向市場交付產(chǎn)品的時(shí)間。

?虛擬原型法要采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來生成三維模型。

?虛擬原型可用于形態(tài)和形狀分析、零部件配合關(guān)系、渲染和裝配分析。

?該方法要求輸入裝置能感知用戶交互和運(yùn)動(dòng)，輸出裝置用計(jì)算機(jī)生成的輸入代替用戶感官輸入，并用軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、渲染和仿真測試。

快速原型法(RapidPrototyping)

也稱為實(shí)體自由成形技術(shù)(SolidFreeformFabrication,SFF)。

對于在不影響質(zhì)量和盈利能力的情況下縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和上市時(shí)間至關(guān)重要。是使用機(jī)器技術(shù)對設(shè)計(jì)進(jìn)行物理建模。

與傳統(tǒng)的原型制作不同，快速原型制作是通過一層層材料的沉積來制造出零件和部件的。

業(yè)態(tài)塑料、樹脂、紙張和金屬板材等很多材料可用于其制造，該方法在制造業(yè)被稱為增材制造(AdditiveManufacturing)也被人稱為3D打印。

快速原型的制作流程：

1.構(gòu)建CAD模型。

2.將CAD模型轉(zhuǎn)換為STL格式文件(立體圖)。

3.驗(yàn)證STL文件是否允許生成支持結(jié)構(gòu)。

4.將模型分層。

5.生成實(shí)物模型。

6.移除支持結(jié)構(gòu)。

7.將實(shí)物模型進(jìn)行后期處理和優(yōu)化。

6.2六西格瑪設(shè)計(jì)

六西格瑪法(Designforsixsigma，DFSS)：是一種用于改善企業(yè)質(zhì)量流程管理的技術(shù)。旨在通過各種流程中的專門改進(jìn)來減少業(yè)務(wù)和制造流程的變動(dòng)。六西格瑪?shù)膽?yīng)用專注于設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品和服務(wù)及其支持流程，以滿足客戶的需求和期望，這被稱為六西格瑪設(shè)計(jì)。

DFSS的目標(biāo)：完成資源高效利用，高產(chǎn)出，對流程變化穩(wěn)健的設(shè)計(jì)。

6.3可持續(xù)性設(shè)計(jì)(DesignforSustainability，DFS)

可持續(xù)性設(shè)計(jì)(DesignforSustainability，DFS)要求在設(shè)計(jì)周期和產(chǎn)品生命周期中綜合考慮環(huán)境，社會和經(jīng)濟(jì)和其他因素。

其目的是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品或服務(wù)的可持續(xù)產(chǎn)出，它需要一個(gè)整體的觀點(diǎn)和系統(tǒng)的視角?？沙掷m(xù)發(fā)展的三大支柱——被稱為三重底線(TBL)。

可持續(xù)設(shè)計(jì)原則：

1.使用對環(huán)境影響低的無毒、可持續(xù)生產(chǎn)或回收材料。

2.使用節(jié)能的生產(chǎn)流程來生產(chǎn)產(chǎn)品。

3.生產(chǎn)更耐用、功能更佳的產(chǎn)品。

4.設(shè)計(jì)可重復(fù)使用、易于拆卸和回收的產(chǎn)品。

5.使用生命周期分析工具來幫助您設(shè)計(jì)更具可持續(xù)性的產(chǎn)品。

6.將消費(fèi)模式從個(gè)人擁有產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┚哂蓄愃乒δ艿姆?wù)。

7.材料應(yīng)選用可再生資源，在其功用耗盡時(shí)，將其制成肥料。

可持續(xù)設(shè)計(jì)框架：

產(chǎn)品可持續(xù)性指數(shù)(ProductSustainabilityIndex,ProdSI)

6.4可持續(xù)性分析工具

生命周期評估(LifeCycleAssessment,LCA)

生命周期評估是分析環(huán)境影響的一種科學(xué)方法(碳足跡、水足跡等)。

步驟：

1.目標(biāo)與范圍定義

?定義職能單元(產(chǎn)品、材料重量)

?設(shè)定系統(tǒng)邊界(搖籃到關(guān)口、搖籃到搖籃，輸入到系統(tǒng))

?配置方法(權(quán)重、經(jīng)濟(jì)價(jià)值)

2.生命周期清單

?水、原材料、能源的全部輸入以及對空氣、水和土地的排放的流程圖

?土地使用

3.生命周期影響評估

?選擇影響類別(碳足跡，水足跡)

?度量影響4.解讀

?識別重大問題

?結(jié)論

?同行評議

環(huán)境質(zhì)量功能展開(QualityFunctionDevelopmentforEnvironment,QFDE)

該方法綜合了：質(zhì)量功能展開、對標(biāo)、生命周期評估，任何產(chǎn)品都應(yīng)該考慮四個(gè)方面：客戶、功能、實(shí)物和流程。

該方法執(zhí)行步驟：

1.將客戶需求與工程指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即技術(shù)或功能需求

2.將環(huán)境管理系統(tǒng)與產(chǎn)品部件進(jìn)行關(guān)聯(lián)

3.進(jìn)行對標(biāo)，然后對部件或子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)

4.評估工程指標(biāo)變化對環(huán)境質(zhì)量要求的影響

生命周期成本(LifeCycleCosting，LCC)

生命周期成本涉及對產(chǎn)品生命周期中所有相關(guān)方(供應(yīng)商、制造商和消費(fèi)者)以及在產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期內(nèi)產(chǎn)生的與產(chǎn)品、過程和活動(dòng)相關(guān)的所有成本的分析。

傳統(tǒng)的生命周期成本方法忽略了外部成本和周期結(jié)束成本。

所有成本都通過折現(xiàn)現(xiàn)金流估算凈現(xiàn)值(NPV)，并計(jì)算在其整個(gè)生命周期內(nèi)資產(chǎn)持有、運(yùn)營和維護(hù)的年度成本——稱為等效年度成本(EAC，EquivalentAnnualCost)。

生命周期成本可以用三種形式進(jìn)行估算：傳統(tǒng)成本法、環(huán)境成本法和社會成本法。

環(huán)境生命周期成本考慮外部性和相關(guān)的貨幣現(xiàn)金流。

LCA生命周期評估(關(guān)注環(huán)境)和LCC生命周期成本(關(guān)注經(jīng)濟(jì))是可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)支柱。