产品的分解与实验 完成

产品的分解与实验
产品分解”是指对一个产品进行零部件拆解的过程。

通过这一过程，我们可以r解这个产品本身，并最终理解这项产品能够获得成功的原因一般说来，产品分解的目标主要体现在以下三方面：
1逆向工程中的产品分析
2产品个体数据的获取
3对同类竞争性产品的检测分析
以上第一项目标主要专用于一个产品的更新换代过程中。

在一个产品发展到下一代产品之前。

首先，我们必须从功能（包括现有功能和潜在功能）、技术指标、优势和缺陷等各方面．对当前的产品有深人的理解而运用产品分解及相关方法，我们可以获得这些基本的信息。

即使是对于此项产品的历史无所知并且完全独立的设计团队，这种方法也同样奏效。

我们将产品分解的另一项主要目标形容为“寻根刨底”通过不断深人地分解一件产品，我们最终将了解到产品核心功能的实现方式、而分解过程越是全面、细致和具体所获得的能够产生新概念的基础信息也就越多。

最后一个方面，同时也是最重要的目标，是对同类竞争性产品进行检测分析，
为了保持产品的竞争力，设计团队必须将自己的研发概念和同类竞争性产品做出比较，以找到其他产品获得成功的原因。

因此，通常的做法是，在企业里必须设置这样一个部门或机构，对竞争对手的产品采取产品分解策略，估计其成本、探寻发展趋势、进行需求预测，并将这些工作与其他的设计团队相配合而最终，借助这些工作将能够发现竞争对手产品中的“精华成分”，揭示出形成其创意思路的规律，并能够发掘出这项产品的潜在价值。

这里需要加以强调说明的是，竞争性产品检测分析的方法适合于产品发展过程的不同阶段，而且，如果在用户需求分析和功能分解的步骤之前，采取竞争性产品检测分析．可能会更加适合。

换句话说，在产品开发之初，团队成员可能会主观地坚持原有的想法，但这时，通过数据校验将是一种更有说服力的方式关于竞争性产品的检测分析．我们将在第7章讲行更多的探讨和研究。

6.1内容提要
如图6.1所示，我们首先介绍一种所谓的“分布式产品分解法”这种方法既适用于进行粗略的概要分析，也适用于进行细致的深人分析，而无论采取何种精度和层次的分析都要求对产品采用系统化的分解方法，在系统化的分解方法之后．我们将具体介绍这一方法中各阶段步骤中所运用的各项技术，在下一章中我们将详细介绍竞争性产品检测分析过程中的各个环节，其中也将用到本章中介绍的分解理论，但其目的是说明我们充分了解竞争对手的重要性。

6.2.2步骤1:列举设计条目
首先。

必须清楚的是，对于目前所进行的项目，设计团队将要面临的问题和机遇是什么，如果是一个新的产品开发项目，则我们所面对的设计条目可能是全新的。

因此，这时任何关于市场、竞争对手、竞争性产品特性等方面的信息都是
有价值的，这些条目将成为影响产品性重要指标，因此必须加以详细研究。

一般说来，它们都与消费者的需求相关。

如果我们所面对的项目是一个现有产品的改良设计，那就需要了解一些关于先前设计团
情况，其中包括：
（1）他们曾经面临一些什么样的困难？
（2）他们所解决的认为最有成就感的设计难题是什么？
（3）他们所感兴趣的相关技术是什么？
为了使设计条目更好地展开，我们可以同时开展“消费者需求研究”（见第4章）和“产品能预测”（见第5章）。

消费者需求分析和级别排序将使设计条目的内容更加全面充分。

同样，产品功能预测的作用可以帮助我们在追求“功能实现手段之前，能够首先明确
功能本身是什么”这样将有利于新的概念和设计条目的形成。

我们进行竞争性产品检测分析的的是什么？为了产品目标的实现如何进行功能的设定和规划，对于这些问题，我们可以运用第5章的方法，在进行产品分解之前，尽最大可能地消除原则性的偏差，并在清晰的目标指导下进行产品分解。

如果设计者没有参与先前阶段建立功能结构的工作，则有可能会比较狭隘和短浅，目前只停留于现在的产品形式中而无法越出自身的框架。

因此，从根本上说，概念化地建立产品的结构工作的作用实则是一种发掘设计条目的有效手段。

最后，我们需要在收尾阶段记录的一类设计条目，是关于装配过程中的相关部件的基本信息，这此条目将成为后期分析中的性能评估标准。

例如，我们需要根据选用材料的类型和质量来确定，某个零件的成本。

一般说未，这些基本的要素包括：
．单位产品包含的零件数
．尺寸测量值
．材料厚度的最大、最小和平均值
．重量
．材料
．颜色表面处理
．制造过程，包括制造分析中的足量信息
．几何性、空间性、参数容差
．基本功能
．单位零件或组件的成本
．某此其他方面
6.2.3步骤2:产品分解前期预备
在明确设计条目之后，我们需要确定出用来完成产品分解任务所需的全部工具，这些工具要是那些用于测量过程的感应设备和试验器具。

比如这一过程是否需要照相机？是否需要录像（用来记录产品操作），还有万用表、硬度测试仪、光学感应器、流量计、测力计、圆规、闪光灯……通常，我们要将这些信息做成一份书面或电子文档式的报告。

6.2.4步骤3:对流通和安装环节的检验
在产品研发的决策过程中，产品及零件如何实现从下线到包装、运输、市场销售的过程是需我们着重考虑的一项环节和内容。

对这项内容的检验也是产品分解过程中不可分割的一部分。

我们应该细致了解关于产品包装方面的信息，但通常，这方面的检验工作往往要耗费大量成本。

另外，我们也应当了解产品安装过程的操作程序，这主要是基于对成本、实现效果和可靠性等方面的考虑。

6.2.5步骤4:对装配件进行拆解、测量和数据分析
对于逆向工程而言，产品分解是一种很普遍而又自然的方式但为了最后的实现效果．产品分解必须同测试和实验的步骤相协调进行。

具体说来，首先，我们在分解过程之前，要对产品装配件进行整体的拍摄记录和测量而后的工作包括：·对装配件进行拆分
·在分解状态下进行拍摄记录（或者/并且制作出关于产品实物模型的装配图，即产品剖析图）
·对各零部件进行测量并制成数据表格：
在第一遍执行这一步骤的过程中，我们应当尽量避免出现“破坏性试验”从而造成对零件的损坏。

由于零件在加工过程中可能附带有嵌人铸件、铆钉、焊接点、塑料声波焊接点、焊料、复合件（比如发动机上的绕组或者机械钟表内的线圈弹簧），等等，所以必须细致谨慎，以保证产品仍能运转正常。

而在随后的实验性操作中，我们可以在需要破坏性试验的地方进行进一步的分解。

6.2.6步骤5:制作材料表格
在拆解过程中．设计团队应当完成一份详述产品细节的书面材料。

图6.3给出的是一份关于指甲刀产品的分解报告，它具有良好的参考价值。

与此同时，我们也应当完成相应的装配拍摄和分解后的CAD制图工作。

在这个材料表格（BOM, bill of material）中，每一列中的数据对于随后的分析都必不可少，这其中包括成本和性能。

在后文中我们将详细介绍一些用来生成材料表格数据的系统化的数据采集方法。

这些方法同时也能提供其他方面的一些数据，比如关于装配方面的数据。

6.3产品分解方法
我们接下来将依次介绍几种适用于上述概要性产品分解流程的方法这些方法。

包括能够用来指示子系统功能和可能存在的冗余成分的“移除操作程序法”，能够用来确定装配件功能和可能的组件组合的“力流图表法”．以及一些可以用来获取所需数据的实验方法。

6.3.1移除操作程序法
与在产品分解过程中讨沦的一样，对一件产品中各个组件和部件的功能信息的掌握是相当重要的，然而，我们对产品的了解程度必须要达到能够洞察产品的意图．即能够知晓“它要做什么”，而不仅仅专注于其功能实现的手段。

为此，我们可以对竞争对手产品的功能结构进行探究。

产品的可制造性评估也是一项极其关键性的工作，我们经常会遇到产品发生“过量设计”的情况。

所谓过量设计，是指产品中出现了多个单独的组件来实现某些子功能的情况，而此时如果将这些结构简化或仅仅用一个部件加以替代，则可能会有更好的效果。

这种情况下，我们需要去。

除那些冗余的组件，而对冗余组的识别工作可能具有相当的难度。

“移除操作程序法”(SOP, Subtract and Operate Procedure）是一种包含5个连续步骤的方法。

这种方法通过明确各个组件的本质功能（Lefever和Wood. 1996）的方式，来发现存在于装配系统中的多余组件。

步骤1：拆解〔或移除）装配部件中的某个组件．
组件移除的次序可以任意的。

但有时，在移除目标组件之前我们可能必须要带动移除某个或多个其他的组件，而这些预先移动的组件可能还要重新装配回原来的位置。

但如果出现无法使它们再回到先前位置的情况，我们就需要采取一定的措施来弥补这些组件的功能。

关寸这些其休的措施和方法，我们将在后又中进行讨论．
步骤2：在最大可能的范围内对系统进行操作．
在这个步骤中，我们应当从用户需求的各个方面对产品进行检验，在移除一个组件后，产品接下来将进行全面的试验。

这些试验依据用户需求的各个方面（包括结构方面、人机方面、运动学方面，等等〕，以此来验证由于组件移除所产生的影响。

步骤3：结果分析
多数情况下，我们只须通过视觉观察就能完成这一步骤。

但有时，组件移除后的试验结果并不是那么明显，这时就有必要用到一台检测设备。

步骤4:推断移除组件的功能
根据步骤3的试验结果我们可以推断出所移除组件的功能或作用。

在以上的操作过程中，我们应该着重注意“自由度”（DOF，degree of freedom）的变化自由度将是一个用来确定冗余组件的至关重要的因素．我们也将对其进行计论。

步骤5：更换移除组件并重复n 次以上的程序操作
这一步骤我们要将移除的组件进行重新装配,接下来，为了时所有的组件展开分析，我们将重复进行这5个操作步骤，重复的次数n等于装配件中所有组件的数目.在某些情况下，我们必须要以子装配件和组件群为单位来分析一个产品（假设产品里存在n个复合组件）这个问题在后面还会出现。

我们将以一台能够实现局部绕转的机械装置作为SOP方法运用的实例,这个机械装置的结构，虽然简单，但是可以用来比较好地说明SOP方法；
6.3.2 SOP方法实例
图6.4所示是一个机械装置的分解视图，这个装置能够在一个设定的角度范围内实现反复性的摆臂动作摆臂作为产生旋转运动的力源，被连接在一个能够旋转的轴上，转轴所旋转的角度范围被上部的两个长销栓和顶盘开槽所约束。

为了构造一个关于这个装配件的表格，我们将执行SOP方法的5个步骤程序。

其中，零件数目、零件描述以及移除零件的操作结果等都应当做表格中的栏口。

此外，移除组件的子功能和用户的需求也应当列出最后，对上述装置，我们完成的表格如表6.1所示：
SOP方法的结果表明，系统中存在着5个可能的多余组件〔见表6.1）也就是在表格中标注为“无影响”的零件。

通过对图6.4的观察可以发现，装置中只需要一个旋转销栓就能够达到限制旋转轴的转角范围的目的。

而对于摆臂上的销栓来说，也只需要一个（在左臂或右臂上）就能限制摆臂所有运动方向的白由度。

这是，我们得到这个结论的前提是假定摆臂没有承担大的负荷，同时摆臂是方状、刚性并与转轴紧密接触，然而，即使出现较大的负荷，采用单一销栓的方式仍可以正常发挥作用，水平的销栓移除同样不会产生影响，因为由于有垂直销栓的限制，摆臂是不能沿着转轴上下滑动的，我们在执行SOP方法时的一条规则是，如果发现一个组件“无影响”，则将其移除后继续探索下一个组件，因此，我们在将水平销栓移除后，又移除了一个垂直销栓。

当对系统进行操作时，发现结果仍是“无影响”。

其原因在于摆臂、转轴、加上销栓本身的儿何形状都限制了摆臂的随意运动。

SOP法归纳
有这样一个问题必须加以强调：SOP法是否仅仅适用于出现过量约束设计的情况（如上例所示）。

一般说来，导致组件移除“无影响”的原因通常是因为这些组件所约束运动自由度与另一组件的约束作用发生重复。

但是，也存在着其他形式的组件冗余情况。

例如．若移走一个结构件而系统的强度仍然在其安全范围之内，那就可以认定这个组件在结构上是多余的。

另外，美学、人机工程学因素也可能导致某些组件出现冗余。

这时，冗余件的确定方式带有更强的主观性，但在详细分析用户需求的情况下，我们也能够对其加以区分。

综上所述，对于一个组件，当被移除时是否改变原产品的自由度，是界定这一组件是否冗余的重要标准。

由此，我们得到以下定义：
命题：当组件被移除时，没有引起自由度以及其他因素的改变则这类组件称为“第I 类冗余组件”；当组件被移除时，组件的自由度没有改变，但由于它们的移动引起别的方面的变化，因此这类部件称为“第2类型冗余组件”。

1.第1类型冗余组件往往作为移除对象。

2.第2类如果有别的组件能够通过参（变）数上的调整和再设计来弥补组件移除的负面影响，则第2类型冗余组件也叮以被移除。

解释说明：知果一个组件不会因为另一个组件的移动而变动、那么两个组件就有合并
的可能如果组件移除没有产生影响，那么将其移除就是可行的，而且它们属于第1类型冗余组件而如果组件移除引起了一定的后果，只有当这种影响的作用能够被抵消时，移除才可行，这种情况下它们属于第2类型冗余组件。

图6.4中的实例中出现了多个冗余件，除了水平尾部销栓（零件A-2-4〕之外，它们都属于第1类型冗余组件的情况。

在这种情况下，水平尾部销栓的移除并不会影响装置的自由度。

同时，如果臂栓设汁合适，水平栓的移除也不影响对负荷的支撑但是它的移除影响到了顾客的安全需求：如果臂栓失效或没有正确地进行装配，水平尾栓的存在就可以起到防止摆臂与转轴相脱离的作用。

鉴于尾栓对顾客安全需要所产生的影响，我们将尾栓归为第2类型冗余组件。

在尾栓作为一个独立组件被移除时，我们就需要对旋转摆臂的某个参数进行调整在这个实例中，受影响的参数将是旋转臂的几何尺寸和形状如果摆臂被加工为一端闭合（见图6.4 零件的左侧部分），并且如果在接近支梁的部分局部加宽〔见图6.4中零件的右侧部分）．转轴就能够在接近支梁的部分被插入。

这时，摆臂的尾端封闭，臂栓将用来连接摆臂和转轴这样．我们就能在不影响顾客安全需求的同时，顺利将冗余组件移除。

但是任何这种类型的再设计得以成立的依据是，在削减零件数量或改变零件形式的同时一定要以能够降低零件加工制造以及材料的成本为先决条件。

第2类型冗余组件的另一实例是一个带把手的抽屉，其中把手用一个扣件雕。

如果这时将把手移除．我们可能会握住某一个突出部分来打开抽屉，但这样将会“增加拿捏或抓握的难度”。

若对抽屉突出部分的几何形状进行凋整，使其适应人手，就能起到一个把手的作用。

因此，最终的解决方式是将抽屉在整体上做出一个凹进或突出的几何体部分在这种情况下，手柄将是一个冗余的组件，因为它不会影响抽屉的自由度。

关于SOP方法的讨论
根据正在剖析的产品，我们可以知道移除操作程序法（SOP）有一些限制。

通常，一个部件的分解需要先拆除其他部件。

以螺钉这个简单的结构为例，它作为一个模块连接到一个固定的部件模块上，而要想移除后者，必须先要拆下螺钉。

因此，类似的组件必须考虑在功能上与其他部件间的依赖性。

在这个实例中，螺钉的功能要视模块是否被拆除而定一旦模块被拆下来了，螺钉就不起任何作用，系统的操作也不会因为缺少它而受到影响：但如果螺钉不仅连接了一个模块，而且还连接了另一个模块到固定的模块上，在操作之前我们就应该将它重新装土，因为它的功能要依这两个模块共同而定。

在很多时候，一个部件被拆解后，产品的操作就会变得很困难。

对于这些情况，采用如图6.5所示的归纳分级的方法来分析一个产品将是非常有效的。

把产品分解为子部件并对子部件应用
移除操作程序法，可以将系统整体的艰巨任
务化整为零。

可以进行单独装配的子部件可
以不考虑其他部件的装配而独立进行评估
与其他部件相关的子部件则应该将它与外
部组件看做一个整体来进行评估在某些时
候，这种组件的划分是需要洞察力和创造性
的，而借助外部的控制工具则可以解决系统
操作性上的问题。

SOP实例II
我们再次回到已经在其他章节中讨论过的电锅产品的设计。

它的主要市场是年轻的城市居民，而这些人的愿望是能够方便地烹饪出正宗的中国美食。

图66显示的是电锅的分解图。

我们对其运用移除操作程序法：如果安全上允许，我们将电锅上的各个组件分别移除，而在多种温度设置下，用电锅的所有操作方式来进行烹饪操作表6.2记录了采用这种方法后的执行结果，其中包含了关于自由度（DOF）的信息：表6.2的结果显示，零件002，004，005，006，007和015都具有设计改进的可能同时，该表也确认了在电锅的系统内各个组件的基本功能：这此功能可以连接成为一棵功能树或一个功能网络，以阐述电锅产品的实际功能特性（见第5章）试验策略、概念生成、详细说明、工程模型以及产品成本等，都可能与这些功能有关系。

SOP法总结
SOP法在产品分解的过程中是一个逻辑性工具，它能确定一个产品里组件的功能并且（或者）确定出冗余组件〔或潜在的冗余组件〕SOP法的过程可以概括为以下步骤：
．步骤l：从产品中拆卸（或移除）一个组件；
．步骤2：在它的最大使用范围内操作系统；
．步骤3：分析结果；
．步骤4：推测移走的组件的子功能；
．步骤5：替换组件并重复n次程序。

SOP法通过定义从系统移除组件的功能特征来确定冗余组件如果这个功能是多余的，设计就会受到某方面的约束和限制．于是这个组件就可以去除。

如果
移除了一个组件后，系统的自由度保持不变，而其他功能受到影响，则有通过剩余组件的参数变化进行补偿的可能。

但即使这种可能性没有出现，SOP法仍是一种可以帮助在逆向工程中对组件功能进行理解的有效技术。

6.3.3力流（属能量通路范围）图表法
如果说SOP法是一种通过定义组件功能来探寻冗余组件的方法，那么力流图表法则注重组件间的结合：除了探求组件的功能外，它的主要方式是建立一个设计模型和进行对此模型的分析。

力流图表主要反映的是力在一个产品的各个组件中转移的情况（Lefever和Wood, 1996），这些组件在图中以圆形（或正方形）的节点来表示，力以箭头的方式画出，连接在发生力转移部件的位置以下我们将以一个简单的二件套纸夹（活页夹）产品作为说明的实例。

如图6刀所示。

在这个实例中，手把力传递到每一个杠杆臂。

这些杠杆臂依次把力传递给夹子，图6.8实际上以图表的方式描述了这些力之间的传递转移状况。

构造产品的力流图表的目的是借助图表的形式来进行分析，最终探求到组件/部件能够结合在一起的可能在一个模型完成图表化后（如图6.8所示），分析过程的第一步是在存在相互运动关系的两个部件之间的箭头上放置一个“R”这个
步骤完成后，流程化的图表就能被“R”分隔为许多不同的群组接下来，我们将用到以下的埋论。

如图6.7和图6.8所示，我们假定纸夹的杠杆臂不需要旋转由此，图6.8（a）所示的图表中就有存在相对运动，或者不会出现表示两个组件相关联性的一个“R”标记，在此情况下杠杆可以被划分为群组并与夹子结合同样，杠杆臂2的情况也是如此。

这样，由于群组间不存在对运动，因此它们都能够与夹子合并所得结果是如图6.9 ( a）所示的一个整体的纸夹它作为一个单一的模型或金属薄片零件来生产，从而减少了2/3的部件数量。

这项出现于1899年纸夹的设计具有相当的创新性．保留宽口形式以便能夹住更多的纸。

另外，图6.9（b）和图6.9（c）展示了几种较当今差异较大的曲别针的原始几何形式.
当然，图6.9（a）所示的新型纸夹的设计不能完全满足顾客的要求顾客对纸夹的一个重要要求就是它夹住纸张时要紧。

由于设计了长的杠杆臂(满足使用上的方便性），我们在设计上就可以采用“空间和时间相分离”的设计原则。

在夹纸张时，所需要的较长的杠杆臂增大了夹子的尺寸；而在夹好纸张之后，又需要一个平整的外形轮廓以避免尖角突出或占用过多空间：因此，我们用连接件将杠杆臂和弹性夹子连接起来，在力流图表中又出现了符号“R”（见图6.8）这样，为保持所需的相对运动仍然需要三个组件的结构
应用：Swingline TM订书机实例
图6.10所示Swingline TM的订书机产品订书机由24个零件组成。

图6.11所示为订书机的侧视分解图：我们将对这个订书机产品应用力流图表的方法。

任何产品的使用过程都包含了一系列的操作行为使用订书机主要有二组操作步骤，每组操作都有一次正向操作和一次相应的反向操作订书机的三个操作步。