基于价值工程的散装水泥运输半挂车罐体截面设计

周晋成 陈卫 陈培光 王本路

ZHOUJing-chengetal

华菱星马汽车（集团）股份有限公司技术中心 安徽马鞍山 243000

基于价值工程的散装水泥运输半挂车罐体截面设计

周晋成 陈卫 陈培光 王本路

ZHOUJing-chengetal

华菱星马汽车（集团）股份有限公司技术中心 安徽马鞍山 243000

针对散装水泥运输半挂车罐体的设计方法及设计理念方面的不足，通过将价值工程的概念引入到罐体设计当中，重点介绍了基于价值工程的散装水泥运输半挂车罐体设计方法及流程；通过对散装水泥运输半挂车罐体的功能进行分析，以及对散装水泥运输半挂车罐体各项功能权重分析计算，并对初选的设计方案进行设计评价，从而可得到最优化的设计方案。

散装水泥运输半挂车 价值工程 中间截面曲线 罐体

1 VE与散装水泥运输半挂车罐体设计的相关性

由于国内散装水泥运输半挂车的消费环境一般面向个体户车主以及小部分中小物流企业，承载中短途散装货物运输；使用环境主要面向的是搅拌站、电厂、钢铁企业等，以及散装水泥运输半挂车的手工工艺生产方式等原因；散装水泥运输半挂车的成本通常不能太高，同时面临同行业产品的市场竞争压力，因此提高经济性尤为重要。怎样在保证产品使用性能的基础上进一步降低设计开发以及生产成本，已经成为散装水泥挂车行业亟待解决的重大问题。价值工程（Value Engineering，VE）又称价值分析，是研究经济与技术相结合的新兴学科[1]。在散装水泥运输半挂车罐体设计开发中采用价值分析方法，可以从价值和成本的⻆度全面把握整个设计的开发流程。本文将结合实际设计生产情况从价值工程的⻆度对散装水泥运输半挂车设计的原则、流程以及具体设计方法进行阐述，探讨VE在散装水泥运输半挂车罐体截面设计中的应用，并提出最优选的罐体截面设计方案。

按照标准 GB/T 8223.1−2009， “ VE是通过相关领域的协作，对所研究的对象的功能和费用进行系统的分析，不断创新，旨在提高所研究对象价值的思想方法与管理技术。”此处所提到的功能与费用进行系统的分析可以用公式表述，即：价值（ Value） =功 能（ Function） /成 本（ Cost）[2]。散装水泥运输半挂车的罐体功能包括外观感知，即审美、产品认知、产品使用（装料、卸料、驾驶等）。其中罐体是使用功能的直接载体，罐体设计质量直接影响整车的生产、使用及维护保养成本。该成本包括时间成本、资金成本和人力成本。

受散装水泥运输半挂车罐体成本和使用功能的约束限制，采用VE方法对散装水泥运输半挂车罐体截面进行改进设计是具有实际意义的。例如某罐式车生产企业在引进VE方法后，就散装水泥运输半挂车罐体而言，成本能够降低40%，且节省了近30%的原材料，给企业带来了实实在在的效益。

2 基于VE的散装水泥运输半挂车罐体设计的原则及流程

2.1 基于VE的散装水泥运输半挂车罐体设计原则

根据VE的理念和散装水泥运输半挂车罐体中间截面设计的工作特点，归纳为如下四个设计原则：

a.把握首要功能。散装水泥运输半挂车的设计和使用程度在国内已经相当成熟，然而，随着国家政策以及市场环境的变化，用户对该产品会提出更加个性化的要求。这就需要对市场进行预测和调研，收集了解客户不同层面的新需求，并对这些需求进行整理研究，分析其本质，将其分解细化，区分满足不同层面的功能，剔除不必要的以及不切实际的功能。

b.选取多种方案备用。在能够实现主要功能的基础上选取多种备选方案，充分发挥集体的作用，广泛征求意见并积极地开展讨论研究，发挥集体的创造能力，从中选取最佳方案。

c.综合分析。散装水泥运输半挂车罐体的设计要结合目前的生产和工艺条件进行成本分析，防止盲目施工造成产品质量问题及原材料浪费问题。

d.合理分配成本。根据散装水泥运输半挂车罐体的功能层次对各部分及各个细节进行成本划分。尽量做到量化质量控制点与成本控制点。

2.2 基于VE的散装水泥运输半挂车罐体设计流程

基于VE的散装水泥运输半挂车罐体设计与传统的设计思路有一定的区别，基于VE的设计方法首先要对产品的功能和功能价值进行研究分析，在产品设计开发过程中一般要先进行信息的收集，然后对收集的信息进行加工整理，确定产品功能的不同层次以及不同的价值需求。根据功能分析的结果再进行方案的总体设计。具体流程如下

a.前期调研与信息整理。散装水泥运输半挂车是一种高效、节能、环保的专用运输设备，广泛适用于散装水泥、粉煤灰、矿粉、石英砂等粉粒物料的中短程运输作业。因此，针对产品使用特性深入到客户群中进行市场调研，了解客户的需求尤其是功能需求，再结合国家有关方面的各项政策。对各类信息进行综合整理。

b.功能分析与综合。对前期的调研信息进行加工整理，对产品的功能进行系统的分析，定义出产品功能的不同层次，比如主要功能、辅助功能、次要功能、附加功能等；然后根据不同功能的综合情况定义产品的层次以及进行个性化的设计。

c.方案设计讨论。综合收集的信息以及之前所得到的功能分析结果，发挥创造性思维，集思广益，提供多个方案并展开讨论。其中比较常用的方法就是“头脑风暴法”。

d.对前期得到的各个方案进行综合评价和比较。作为专用

运输车辆，散装水泥运输半挂车罐体主要体现的是专用性能及功能。因此，在实际工作中将对散装水泥运输半挂车罐体的方案进行严肃认真的讨论评价，主要是针对其审美功能、使用功能及其他功能等，最后确定最优方案。

e.方案应用。对选定的方案进行应用实施，并建立档案，接受市场的检验，做好相应的记录。

3 基于VE的散装水泥运输半挂车罐体设计评价

虽然散装水泥运输半挂车作为专用车来讲结构和原理并不复杂，但是其专用性能受多种条件的限制，尤其是罐体设计。因此，VE散装水泥运输半挂车罐体设计方案的制订是根据多级模糊综合评价模型建立的，其评价因子需根据具体的功能设定；而其权重可根据专家估测法、加权统计法、频数统计法等进行确定[3]。

3.1 评价因素的确定

评价因素集合可设为

式中，Mi（i=1,2,…,n）为集合当中的第i个评价子集，评价子集数量n需要根据具体方案的关注点进行确定。

式中，Mi,j（ j=1,2,…,mi） 是评价子集Mi的评价因子，也可以是其评价子集Mi的 评价子集；mi为 评价子集Mi评价因子或者评价子集的个数。

例如：对散装水泥运输半挂车罐体的评价因素进行确定，可设评价子集以及评价因子为：审美{油漆、企业标识位置与大小、罐体圆润程度}；使用功能{装载量、卸灰速度、进料口数量、上工作平台安全性}；效益{各项成本费用、生产能耗}等。评价因子可以进一步细化，根据不同的情况可以给出不同的评价因素。其评价因子数量依据产品功能特性确定。

3.2 确定权重

假设集合

采用不同的罐体中间截面能直接影响散装水泥运输半挂车的专用性能与制造工艺性能，比如装载容积利用率；车辆质心高度；工艺实现难易程度；车辆的外观；风阻系数；卸料剩余率等。

散装水泥运输半挂车罐体的造型主要取决于散装水泥运输半挂车罐体的中间形状，截面也会在很大程度上影响罐体的制造成本。如果要求所设计的罐体剩余率低就必须要求罐体中间截面底部圆的曲率要尽量大，但是由于车辆的质心不能太高，装载容积也要尽量做大，则通常要求罐体底部截面圆的曲率能尽量小。这两者的矛盾往往使散装水泥运输半挂车的罐体设计不理想。现为了使散装水泥运输车罐体设计的功能和效果最大化，可以依据2.2章节的设计流程进行设计。

在实践过程当中，需要对评价因子及其权重进行反复的确认，力求所得结果科学严谨才具有现实意义。

3.3 得到各评价因子的评价集合

在选择确定初选方案时，根据各评价因子及其权重值进行综合计算，计算出各个方案对“最理想方案”的隶属度。隶属度定义为r∈[0,1]，最后由参与评价的人员给出评价因子Mij的评价（权重值）。然后对评价数据进行计算，求得算术平均值ri,j。

3.4 进行计算

对于评价子集Mi，隶属程度计算为

4 应用结果

散装水泥运输半挂车罐体主要特点是，罐体截面种类变化较多，在满足法规要求的情况下可自由设计，常见罐体外形大致如图1。

4.1 中间截面形状影响的功能及成本因素

中间截面形状影响的功能及成本因素主要表现为：

a.直接影响罐体造型效果。底部圆的曲率越小，罐体整体

越饱满和圆润，视觉效果越好。

b.影响罐体流化床的设计。罐体底部圆的曲率越大，物料在罐体中的自流动性越好，如果罐体曲率很小，为保证物料剩余率，需要对流化床进行重新设计，如增加滑料板和一些震动设备等。

c.影响车辆的侧向稳定性。罐体底部圆的曲率过大，整车满载时质心高度会相应的增加，因此会影响到车辆的侧向稳定性能，容易发生侧翻。

e.影响焊接工艺。罐体中间截面为几段圆弧拼接而成，底部圆曲率与其他圆曲率不同时，筒体形状不容易保证，制造会比较困难。

f.影响卸料剩余率。罐体中间截面圆底部曲率大，则不容易造成物料在底部的堆积，流动性好。能够提搞卸灰效率，降低剩余率。

4.2 提供罐体中间截面曲线设计方案

罐体中间各截面曲线设计方案如图2所示，其优缺点表现为：

a.根据工程设计给出截面曲线A0基本型。由图2可以看出罐体中间截面左右对称，共分为四部分其中R1、R3各为一段圆弧。圆弧R2为左右两段。本方案造型效果好，装载容积大，侧向稳定性好。

b.R1保持不变，增大曲线R2的曲率同时改变R3的曲率（截面曲线A1改进型）。本方案实现方法有多种，其中通过调整数控下料和卷板的精度予以实现。该方案便于物料向罐体底部流动，因此剩余率会比较低，但是整车的质心会提高，侧向稳定性差。

c.在A0基本型的基础上添加滑料板。在A0底部的圆弧R3处（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体底部，以降低剩余率；但是装载容积会降低，整车总质量会提高；由于需要焊接滑料板，因此还会增大人力和工艺成本。

4.3 造型方案评价及选定实施

经过多次尝试比较，评价因素及权重确定为：美观0.2{造型效果0.5、效果实现0.5}，功能0.45{装载效率0.4、侧向稳定性0.3、卸灰性能0.3}，工艺性0.35{工艺成本0.7、相关影响0.3}。为了便于比较，设定工程方案A0评价因素得分均为0.5，得到的造型方案评价如表1所示。

经过分析比较方案，A1对“最优方案”的隶属度更大，因此选定A1方案。

5 结语

将VE引入散装水泥运输半挂车罐体中间截面设计具有实际意义，把价值理念融入到散装水泥运输半挂车罐体中间截面设计当中，可以使设计工作更加讲求实际效果，能够最大限度地满足客户首要需求，设计出高性价比的产品。结合VE理论总结出了设计散装水泥运输半挂车的系统设计方法，使产品设计更加理性化，在市场经济条件下更具有竞争力[5]。

[1] 王雪青.建设工程经济[M].北京:中国建筑工业出版社,2014.

[2] 栾军,尤建新.价值工程教程[M].上海:同济大学出版社,1995.

[3] 谢季坚,刘承平.模糊数学方法及其应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2012,2:164-165.

[4] 杨虹,万忠仑.价值工程中确定功能权重的方法[J].西华大学学报:自然科学版,2005,24(2):77-79.

[5] 兰巍,付黎明.基于价值工程的客车车身截面设计[J].吉林大学学报:工学版,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

周晋成，男，1986年生，工程师，从事散装水泥运输车、随车起重机设计。

U469.6+5.02

A

1004-0226(2016)02-0096-04

2015-09-23