产品开发与研究的论文

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如何改善中空玻璃的密封寿命中空玻璃的边缘密封失败, 意味窗户失去应有的功能, 不但窗户的设计节能性能达不到, 而且消费者也不能透过结露的空气层看清外面。 1、影响中空玻璃密封长期寿命的主要因素 (1)中空玻璃的设计, 包括选择何种隔条以及结构：单道密封还是双道密封； (2)密封胶的选择及用量； (3)干燥剂的选择； (4)间隔条的选择：连续的抑或为四角插接式； (5)玻璃的清洗； (6)工艺及工人的加工质量。2、间隔条的选择 间隔条的选择主要考虑两方面因素：(1)热传导系数,(2)对中空窗密封寿命的影响。从热传导率出发,可将中空玻璃使用的间隔条分为冷边和暖边两大类。冷边是指传统的金属铝框,暖边指间隔条的材料或构造不同于传统铝隔条的间隔条,如国内使用的胶条(由波浪形铝带外加一层内含干燥剂的密封胶)。我国目前使用的间隔条大部分为铝隔条,属于冷边类,易导致边缘处结露或上霜,降低整窗的节能效果。暖边间隔条顾名思意是一种旨在改善中空玻璃边缘热传导性的间隔条, 通过采用少量的金属或完全非金属材料,或改变传统铝条的结构来实现窗户的节能效果。在北美, 暖边主要有超级间条(SUPER SPACER), 舒适胶条(SWIGGLE),不锈钢U型隔条(INTERCEPT), 强化塑料和铝合成的漕型条,玻璃纤维隔条,以及带冷桥的金属隔条等等。随着人们对节能的认识提高,可以预见暖边隔条在我国中空玻璃市场份额会逐渐上升。据报道,传统的冷边金属隔条在北美市场的份额已由1990年的85％下降到1997年的20％,而在同一时期,暖边类的间隔条却从1990年的15％上升到1997年的80％。 从中空玻璃的密封寿命角度看,暖边与冷边之分和窗的密封寿命之间没有必然的联系。也就是说,属冷边的铝间隔条可能较暖边隔条的寿命要长,而有的暖边隔条的密封寿命也可能较冷边隔条的寿命要长。关键要看间隔条本身与中空玻璃的其他材料配置如何。3、铝间隔条 铝间隔条主要有两类：传统的四角插接式与改进后的连续长管弯角式。四角插接式在具体做法上又分为接头处涂胶处理与不涂胶处理两种。一般来说，铝框的接头越少其密封性能越好,只有一个接头的连续长管弯角式铝框较四角插接的改善许多。但是,如果四角插接式铝框在接头处涂胶,而连续长管弯角式不涂胶，则接头少的密封性能不一定比接头多的好。 鉴于我国目前使用的间隔铝框(特别是在中小企业)大多数为四角插接式,而连续长管弯角式铝框的制造成本又较高,笔者认为,提高中空窗密封性能的较实际方法是采取在四角接头处涂胶的方法。4、暖边间隔条 有些暖边间隔条内含有溶剂,在温度升高时会分解挥发,悬挂在中空玻璃的空气层里。如果中空玻璃内采用的干燥剂不能吸附这种挥发的有机溶剂水汽,当温度降低时,溶剂水汽就会凝结在玻璃内侧,形成化学雾,导致玻璃永久性变花。 为改善中空窗的节能性能,有些厂家将LOW－E玻璃与暖边隔条结合起来使用,但LOW－E玻璃的镀镆对化学雾特别敏感,一旦形成就较之普通白玻看上去更明显。因此,在选择暖边隔条时,必需考虑到化学雾的问题。5、中空玻璃的构造：单道密封和双道密封 中空玻璃胶的主要作用有两方面。(1)密封作用,即防止外界的水汽进入中空玻璃空气层内;(2)结构作用,即在外界温度高低变化及高湿度和紫外线照射下仍能够保持中空玻璃的结构整体性。可见,中空玻璃胶的作用要求中空玻璃打两道胶,一道结构一道密封,各尽其职。如果中空玻璃只打一道胶,即单道密封,则这一道胶要同时起两项作用。但在实践中,选择一种同时具备良好的密封和结构性能的胶是不可能的。 与其他试验标准不同,P1中空玻璃密封寿命加速老化试验没有通过和不通过的标准。除高湿度和大气循环的测试条件外,P1测试的产品还要有紫外线的强烈照射,直到测试的密封系统失败为止。事实表明,单道密封系统的寿命要较之双道密封系统短。具体测试结果见表1和表2。表1 单道密封系统的P1测试单道密封系统配置 时间 聚异丁烯胶，铝隔条 24小时 内含波浪铝条的丁基胶条 2周 硅酮胶，铝隔条 3周 聚硫胶或热熔丁基胶，铝隔条 6-8周表2 双道密封系统的P1测试双道密封系统的P1测试 时间 聚异丁烯胶与聚硫胶或与聚胺酯、铝隔条 12-18周 硅酮胶，四角插头不经涂胶处理、聚异丁烯胶、铝隔条 15-20周 内含波浪铝条的丁基胶条、硅酮胶 25周以上 硅酮胶、四角插头经涂胶处理、聚异丁烯胶、铝隔条 40周以上 热熔丁基胶、超级间隔 40周以上表3 水汽渗透率(MVTR)单位：克/平米/24小时 MVTR 渗透率聚异丁烯 2.25 0.045热熔丁基胶 3.60 0.073舒适胶条 3.60 0.073聚胺酯 12.4 0.250聚硫胶 19.0 0.380硅酮胶 50.0 1.000表4 不同中空玻璃胶的性能之比较 抗水汽能力 抗紫外线能力 抗热能力 抗冷能力热熔丁基胶 优秀 好 好 一般聚异丁烯胶 优秀 好 好 一般聚硫胶 好 好 好 一般聚胺酯 好 好 好 好硅酮胶 差 优秀 优秀 优秀舒适胶条胶 优秀 好 好 一般6、胶的选择及用量 在选择中空玻璃胶时需要考虑胶的特点。在选择密封胶方面,首先考虑的因素是水汽透过率(MVTR),其次是抗紫外线能力,再次是抗温度变化能力。水汽透过率指外界水汽透过胶进入中空玻璃空气层内的速度。水汽透过率越低中空玻璃的密封寿命就长,反之亦然。 此外, 还必须考虑胶的透气性(见表5)。表5 透气性（氩气）聚异丁烯胶 1热熔丁基胶 2舒适胶条 2聚硫胶 4聚胺酯 10硅酮胶 >100 所打胶量的多少对中空玻璃的密封寿命的影响也是十分重要的。对此用水汽渗透路程(MVTP)来衡量。水汽透过路线是指水汽透过胶进入中空玻璃空气层内所必需通过的距离。一般来说,水汽透过路线越长中空玻璃的密封寿命越长,反之亦然。 在选择结构胶方面主要考虑胶的结构强度,与玻璃的兼容性,以及胶的施工方法。7、干燥剂的选择 干燥剂的作用主要有三种：吸附生产时密封在空气层内水份,吸附可挥发性有机溶剂和吸附在中空窗寿命期进入空气层内的水汽。显然,选择适当的干燥剂的条件是必须同时满足干燥剂应具有的三个功能。但同时要求干燥剂不吸附空气层内的空气或惰性气体。用于中空玻璃的干燥剂主要有两类：分子筛和二氧化硅。分子筛有3A、4A和13X三种。干燥剂的吸附是选择性的,与其孔径的大小有直接关系。3A分子筛除水分子之外不吸附任何物质(包括气体和挥发的化学溶剂),而13X分子筛和二氧化硅则吸附一切物质。 因此,选择干燥剂时必须综合考虑它们各自的性质。 干燥剂的选择与选用的何种中空玻璃胶有直接关系，必须结合起来考虑。8、玻璃的清洗 清洗玻璃是中空玻璃生产的第一个环节,也是保证中空玻璃的密封寿命的最重要的环节。如果玻璃上的残留的油渍和汗水不能彻底清洗掉,则密封胶与玻璃的密封程度及结构胶对玻璃的黏合力就会大大削弱，从而降低中空窗的密封寿命。应该强调指出，前面所述的选择干燥剂、密封胶和间隔条应考虑的因素，是以玻璃清洗干净为前提的,它们对中空玻璃寿命的影响在相当大的程度上是以玻璃清洗干净与否为转移的。但实践中,人们往往对清洗玻璃的重视程度最差,必须改正。9、中空玻璃的生产工艺和操作人员的加工质量 一般来说,生产中空玻璃时使用的人工越少就越能保证中空玻璃的质量。尽管采用不同的中空玻璃生产工艺(手工、半机械化或机械化)在相当大的程度影响中空玻璃的密封寿命,采用不同的隔条的中空玻璃系统可能起的作用更大些。比如说,使用传统的间隔铝框虽然生产工艺的机械化程度同样高,但是四角插接式的隔条就不如连续长管弯角式的隔条产生的密封寿命高。再比如,使用美国超级间条的生产工艺可以有手工,半机械化和机械化,相应的专用设备投资从8千美元到50万美元不等,但其密封寿命却不受影响。 操作人员加工质量可以说是影响中空窗密封寿命的关键。从玻璃的清洗、灌注分子筛,到上条、合片、打胶和充惰性气体,无一环节不与操作人员的熟练程度和加工质量有关。因此,加强对岗位人员的培训,实施事前质量控制等手段是提高中空玻璃密封寿命所必需的。表6 不同中空玻璃胶的性能之比较 结构强度 与玻璃的兼容性 施工方式热熔丁基胶 一般 一般 热融泵或挤压聚异丁烯胶 差 一般 手工和挤压聚硫胶 优秀 优秀 泵或涂抹聚胺酯 优秀 优秀 泵或涂抹硅酮胶 优秀 优秀 泵舒适胶条 一般 一般 手工、半自动化、自动化表7 干燥剂干燥剂类型 孔径（埃） 被吸附物 非吸附物3A分子筛 3 H2O 其他一切4A分子筛 4 H2O，空气，氩气，氪气 SF6，溶质13X分子筛 8.5 所有 无二氧化硅 20-300 所有 无表8 干燥剂的选择 吸附水的能力 吸附溶质的能力 吸附空气的能力 吸附氩气的能力3A分子筛 √ ××× √√√ √√√4A分子筛 √√ ××× ×× ××13X分子筛 √√√ √√ ××× ×××二氧化硅 ××× √ × ××表9 干燥剂的选择和密封胶建议使用的干燥剂和密封胶热融丁基胶 3A聚胺酯 3A聚硫胶/单道密封 3A/13X聚硫胶/聚异丁烯胶 3A或3A/13X其他胶/聚异丁烯胶 3A

一、 国际上两大类QFD应用的介绍 1、 QFD的产生与发展日本进入60年代经济高速成长期后，以汽车为代表的产业迅速成长起来。由于汽车的改型周期逐渐缩短，设计阶段质量管理成为关注的重点。在 “全员参加QC”的热潮中，日本的质量管理完成了从SQC向TQC的过渡。到了TQC阶段后，人们开始关注能否在产品未生产出来前，就对制造过程的质量控制做出指示。设计质量确定后，在后续工序中相关的质量控制的重点就已客观存在，为了提前揭示后续过程中的“瓶颈”问题，QFD应运而生。1966年，三菱重工·神户造船所针对产品可靠性，提出了质量表的雏形。随后，水野滋教授提出了狭义的QFD；1972年 ,赤尾洋二教授撰写了题为《新产品开发和质量保证----质量展开系统》的论文，论文中首次提出了质量展开的17个步骤。不过，当时的QFD没有涉及到如何根据用户的要求设定设计质量。 1978年6月，水野滋、赤尾洋二教授撰写的《质量机能展开》由日本科技连出版。该书从全公司质量管理的角度介绍了该方法的主要内容。其中，由赤尾洋二教授重新提出的QFD27步骤，为企业开展QFD起到了重要的指导作用，从而使得QFD得到迅速推广和应用。1988年，QFD经过10年推广应用，从制造业发展到建筑业、医院、软件生产、服务业。在总结各行业企业应用QFD经验的基础上，出版发行了由赤尾洋二教授编写的《灵活应用质量展开的实践》。2、两大类QFD的区别随着QFD的产生和发展，QFD逐步分化为两大类，即日本和美国的两大类别。日本式QFD1990～1994年，陆续出版了赤尾洋二教授以及大藤正、小野道照等质量管理专家编写的《质量展开入门》、《质量展开法----质量表的制作和练习》、《质量展开法----包括技术、可靠性、成本的综合展开》。从而建立起包括质量、技术、可靠性和成本在内的QFD新的理论框架和方法体系，从而在理论上，从解析类方法进化成设计类方法（参见图）。美国式QFD进入70年代，从汽车、电器产品到几乎所有行业，日本都从美国手中夺过了领先权。美国企业界这时才如梦初醒，认识到问题的严重性。美国全国广播电视网播放了名为“如果日本能，为什么我们就不能？” (If Japanese Can, Why We Not？)的专题节目，引起了人们对日本质量管理的关注。图 日本式QFD示意图大多数美国的工商企业是通过《哈佛工商周刊》 (《Harvard Businenss Review》) 的题为《质量屋》 (The House of Quality) 的论文了解到QFD的。导入QFD时，由于美国人认为TQC是“舶来品”，对它有对日本文化那样的异样感，也认为QFD是一种充满异国情调的方法。 日本丰田车体的泽田将质量表比做“质量屋” (The House of Quality) ，通用汽车公司的哈罗德·罗斯 (Harold Ross)从中得到了启发，将“质量屋”解释为“质量这个家中有着各种各样的房间”。他还和该公司的比尔·尤列卡 (Bill Eureka) 一道将“要求质量项目”、“质量代用特性”等一系列对美国人很难理解的术语解释为“What” (顾客想要什么) 和“How” (如何满足这些要求) ，为美国人理解并接受QFD做出了贡献。尤列卡后来进入美国供应商协会 (ASI) ，对QFD进行了简化，该简化了的QFD被称为ASI式。图1 ASI式QFD鲍勃·金 (Bob Jing) 执笔的《用一半时间做更好的设计》 (Better Designs in Half the Time) 的出版。书中将相互连接的质量展开变成了矩阵表的矩阵。该方式的QFD被称为GOAL/QPC式。除此之外，还出现了ITI方式。总体上，在如何使QFD美国化方面，美国的有关人员作了不少有益的探索，目前，以ASI式为代表的QFD在欧美占主导地位。 同时，美国企业QFD与日本的QFD产生了方向上的变化，赤尾洋二教授在1990年出版的《质量展开入门》中指出：“美国的QFD得到迅速发展，但应用过程中把质量展开的内容当成了QFD，实际上这两者并非同义词，有必要指出这一点。” 从方法的划分上看，ASI式QFD与日本式QFD的最大区别，前者是设计类方法，而后者应该划入解析类方法。同时，日本式的QFD涉及到质量、技术、成本和可靠性多方面，而ASI式QFD只涉及质量一个方面。二、 产品创新的动因和途径1、 市场竞争力与产品力企业在市场竞争中取得成功，其竞争优势可以来自于多方面原因，可以是市场营销网络的建设、品牌的塑造、售后服务的完美，但产品本身内在质量、售价、可靠性等一系列因素也是影响市场竞争力的主要方面。市场竞争力=产品力×市场力 国内不少企业虽然取得了市场的成功，但往往是产品力低于市场力，不能实现企业的持续繁荣，有些企业由于某件产品的畅销，出现暂时的繁荣，但由于不能继续推出适销对路的新产品，企业经营大起大落，只能等到何时再“碰上”适销对路的产品，让企业再创辉煌。从总体上看，不少企业只能在市场上昙花一现。而产品力则是企业识别市场需求的变化、创出产品概念、产品和工艺设计，批量制造等诸方面能力的综合体现。2、 产品创新力的构成分析企业产品力包括企业的产品创新力和产品维持力。企业产品创新力包括：◆ 快速、准确识别市场需求及其变化的能力；◆ 根据需求创出大量产品概念并对其进行优化的能力；◆ 根据优化的产品概念进行完美产品设计的能力。在快速、准确识别市场需求的前提下，具体产品创新力取决于产品概念创新和产品设计创新。由于市场需求变化是永恒的，产品创新力不足会导致新市场拓展和原有市场保持力度下降。企业产品维持力包括：◆ 工艺设计和优化的能力；◆ 制造过程控制的能力。◆ 产品维持力不足会逐步失去新开发的市场乃至现有市场。3、 产品创新过程常用的方法上世纪90年代，由东京大学教授饭冢悦功教授为中心，在日本科学技术联盟成立了TQC研究小组（TRG，TQC Research Group）。经过5年的工作，取得了大量的成果。其中一个研究小组的课题就是“产品策划和市场学”，该小组的研究成果之一就是总结出了产品策划七种工具，将QFD定位在新产品策划过程和新产品设计、制造过程的转换环节（参见图2）。图2 产品开发的流程与新产品策划七种工具 图3 最新的日本式QFD三、 QFD在产品创新中的应用1、 QFD实现产品创新的原理经过多年的实践和改进，最近日本的QFD的体系已将装置展开与质量展开、技术展开、成本展开和可靠性展开并列，发展成更加完善的方法体系。通常，产品创新通过两种途径得以实现。途经1：为实现用户新的功能和质量要求，对产品的原理、结构进行改进；途经2：通过新技术的应用，对产品原理和结构进行改进。而新型的QFD将装置展开和技术展开分离，清晰地将产品创新的思路可视化，并将用户的关注重点进行转化，为产品创新构筑了清晰的平台。2、 新型的QFD对我国企业的现实意义由于发展中国家企业的成长过程中，都会经过产品模仿的阶段，这也为许多国家和地区的经济发展的成功经验所证实。但随着我国加入WTO，对我国企业在产品创新方面提出了更高的要求。总体上，我国企业产品概念策划和产品、工艺设计的能力较低，集中反映在概念、产品和工艺设计人员能力的整体不足。但我国企业的设计人员在学习和掌握国外科学的设计方法时，大多停留在概论层次。对设计理念的了解多于设计流程，设计流程又多于设计方法。例如：我国企业设计人员对并行工程、QFD、同时多元设计等方法的了解大都属于此。新型的QFD是同时包括设计理念、流程为一体的方法，也是实现同时多元设计的良好平台。通过该平台可以整合FMEA、VE（价值工程）、CE（并行工程）等各种方法的应用结果，避免出现一些企业孤立使用这些方法，无法很好融入先行设计流程的尴尬境界。随着新型QFD的推广、使用，会从整体上快速提高我国企业研发队伍的综合能力，为企业产品创新提供有力的支持。