"精益生产“它已经众所周知，其核心是从整体优化的角度合理分配和使用企业拥有的生产要素，并消除在整个生产过程中不会产生附加值的所有劳动力和资源。

但是，精益生产是在产品最终确定之后实施的。如果产品设计存在缺陷，不合理或不是具有最佳质量和成本的设计解决方案，则很可能给精益生产的实施带来困难，或严重影响实施效果。因此，产品设计是提高质量和降低成本的源泉和关键。

1.什么是精益设计？

近年来，制造工程学专家学者将"精益”的思想从制造向设计环节延伸，提出了"精益设计”的概念，即在设计的每一个环节、步骤、流程中都尽可能地使用最优的方案，同时又能够在设计活动中对产品设计的流程和状态进行精确控制和优化，实现设计的产品价值最高，成本最低。

2.产品概念设计中的精益设计

设计方法学专家学者一直在产品的每个设计环节中倡导创新和优化，这与精益设计的概念是一致的，只是术语有所不同。德国教授G. Pahl，W。Beitz等在工程设计工作中强调，从产品的概念设计阶段开始，必须对解决方案的技术，经济和安全方面进行全面评估。概念设计的成本仅约占整个产品生命周期成本的1％，但它决定了整个生命周期成本的70％。概念设计不仅决定了开发产品的成本，周期和质量，而且由此产生的设计缺陷也无法通过后续设计过程来弥补。

工程设计的G. Pahl，W。Beitz撰写的这本书简要介绍了理论和方法，我建议您在设计中尝试一下。

我们可以从两个方面了解精益设计在产品概念设计中的作用：

（1）使用物质-能量-信息流和动词-对象名称定义功能模型为创新的原始理解创造了无限的空间。诸如发散思维和集思广益之类的创新思维可以用于产生更多可以优化的原始理解方案，如图1和图2所示为马铃薯收获机的设计案例。根据经验习惯性地从结构方案开始，不仅不可避免地产生设计缺陷，而且难以获得更好的设计方案。

（图1马铃薯收获机的功能结构图）

（图2马铃薯收割机的功能-最初了解形态矩阵）

（2）以提升产品质量和降低成本为目标，对所有可行的原理解方案进行定性或者半定量的技术和经济评估，获得优化的原理解方案。例如：1）对于简单和明确的功能，选定的原理具有足够的物理效应和尽可能少的干扰因素；2）少量的零部件，低复杂性，低空间需求，对空间布局设计无特殊要求；3）常规制造工艺，无需特殊或昂贵设备，部件结构简单、数量不多；4）装配容易、方便、快速、无需特殊辅助工具。其它评估标准举例请参照"产品需求分析与概念设计方法”或者其它标准、文献。

3.产品详细设计中的精益设计

精益设计是在详细的产品设计阶段实施的。一方面，以成本最小化为目标，对结构模型进行了优化，或者针对多个学科对系统进行了优化。图3显示了悬臂梁的可靠性优化设计模型。将横截面面积最小化为目标，并以强度和刚度可靠性为约束，并解决横截面的长度和宽度。在满足预期可靠性的前提下，可获得成本最低的设计解决方案。

（图3悬臂梁可靠性优化设计的数学模型）

另一方面，可以基于产品数据库和库存信息来分析估计设计方案的制造成本和过程合理性，并在确保质量的前提下获得最具成本效益的设计方案。

请关注有关产品设计和开发流程优化的精益设计问题的后续文章。精益设计和精益生产的实施为促进智能制造奠定了重要基础。