“精益生产”已经家喻户晓，其核心是从整体优化的角度合理配置和利用企业拥有的生产要素，在生产的全过程中淘汰一切不产生附加值的劳动力和资源。
但是，精益生产是在产品定型后实现的。如果产品设计存在缺陷和不合理，或者不是质量和成本最优的设计方案，很可能会给精益生产的实施带来困难或者严重影响实施效果。因此，产品设计是提高质量、降低成本的源头和关键。
1.什么是精益设计？
近年来，制造工程领域的专家学者将“精益”的思想从制造延伸到设计环节，提出了“精益设计”的概念，即尽可能在每一个环节、步骤和设计的过程中使用最佳方案，同时在设计活动中精确控制和优化设计产品的过程和状态，从而实现设计产品的最高价值和成本。
2.产品概念设计中的精益设计
设计方法论专家学者一直主张产品的每一个设计环节都要创新优化，这与精益设计的概念是一致的，只是术语不同。德国教授G. Pahl，W. Beitz等。在《工程设计》中强调，从产品概念设计阶段开始，需要对方案的技术、经济、安全等方面进行综合评价。概念设计的成本只占整个产品生命周期成本的1%左右，却决定了整个生命周期成本的70%。设计的概念不仅决定了产品开发的成本、周期和质量，而且由此产生的设计缺陷是后续设计过程无法弥补的。
G. Pahl, W. Beitz, Engineering Design 著作，简明扼要地介绍了理论和方法，建议大家在设计中尝试。
我们可以从两个方面来理解产品概念设计中的精益设计:
(1)功能模型由物质-能量-信息流和动宾名定义，为原创理解的创新创造了无限空间。可以采用发散思维、头脑风暴等创新思维，产生更多可以优化选择的原创理解方案，如图1和图2，马铃薯收获机设计的案例。习惯性地从结构方案出发根据经验，设计的缺陷是不可避免的，很难获得更好的设计方案。
（图 1 土豆收割机功能结构图）
（图 2 土豆收割机功能-原理解形态学矩阵）
(2)以提高产品质量、降低成本为目标，对所有可行的原始理解方案进行定性或半定量的技术经济评价，得到优化的原始理解方案。例如:1)对于简单明了的功能，选择的原理要有足够的物理效应，干扰因素尽量少；2)组件数量少，复杂度低，空间要求低，对空间布局没有特殊要求设计；3)制造工艺常规，无专用或昂贵设备，结构简单，零部件数量少；4)装配简单、方便、快捷，无需特殊辅助工具。其他评价标准的例子，请参考“产品需求分析与概念设计方法”或其他标准和文件。
3.产品详情设计中的精益设计
精益设计在详细的产品设计阶段实现。一方面，结构模型优化设计或系统多学科优化设计。图3是悬臂梁可靠性优化的设计模型。截面的长度和宽度通过最小化截面面积并以强度和刚度的可靠性为约束来求解。在满足期望可靠性的前提下，得到成本最小化的设计解。
（图 3 某悬臂梁可靠性优化设计数学模型）
另一方面，根据产品数据库和库存信息，可以对设计方案的制造成本和工艺合理性进行分析和估算，在保证质量的前提下，得到成本最优的设计方案。
产品设计研发流程优化等方面的精益设计问题请关注后续文章。精益设计和精益生产的实施，为推进智能制造创造了重要基础。
