1、第二篇 生产运作系统的设计,第五章 产品选择、开发与设计 5.1 产品的选择 5.2 现代企业的R&D 5.3 产品设计与开发过程 5.4 生产流程设计与选择 5.5 并行工程,5.1 产品的选择,产品的选择方法 （1）产品的寿命周期法； （2）波士顿矩阵法； （3）收入利润分析法：有些企业采用收入利润分析法对原有产品进行选择。,（1）产品的寿命周期法,销售增长率,相对市场占有率,低,高,高 低,（2）波士顿矩阵法,问号产品区：成长期。 明星产品区：成熟期，两率均高，应采取发展战略，多投资以扩大产量。 金牛产品区：成熟期后期。市场占有率高，销量大，加速了企业的资金周转，为企业其他产品的发展提供
2、了资金，应引起企业足够的重视。 瘦狗产品区：衰退期，是亏本或仅能保本的产品，企业应根据产品销售量的高低和盈利状况采用不同的策略。,(3)收入利润分析法,1 2 3 4 5 6,销售收入排序,高 低,利润排序,低 高,6 5 4 3 2 1,A,B,E,F,D,C,对角线上方：收入位次较高，利润位次较低措施：改进产品或收缩产量。 对角线下方：利润位次较高，收入位次较低措施：重点发展。 对两指标都低的产品，企业可考虑放弃。 对角线上的产品可根据实际情况进行考虑。,5-2 现代企业的R&D,一、R&D对企业未来的投保,1、企业面临着3C的环境 顾客（Customer）：需求多样化 竞争（Compet
3、ition）：加剧 变化（Change）：政治、经济、社会环境发生变化 2、大量客户化生产（Mass Customization)大量生产的方式生产批量很小的产品，需要在设备、 技术、生产组织方面予以保证。企业要根据市场要求开发新产品，同时要根据市场 情况主动开发产品，以求得竞争优势。,3、各国非常重视R&D一般都占到销售收入的4以上。在美国，制药 业达到15。近年来各国R&DGDP比较值,二、R&D的分类与特征,1、基础研究：指探索新的规律、创建基础性知识的工作。纯基础研究：以探索新的规律，创造学术性知识为使 命，与特定的应用、用途无关。又称纯理论研究，没有特定的商业目的；目的基础研究：指为
4、取得特定的应用、用途所需的新 知识或新规律而运用基础研究的方法所进行的研究。 2、应用研究：指将基础理论研究中开发的新知识、新理论应用于 具体领域的科研工作，即运用通过基础研究所获得的知 识，为创造新产品、新技术、新材料的技术基础而进行 的研究。,3、技术开发研究：指将应用研究的成果经设计、试验而发展为新产品、新系统和新工程的科研活动。 4、三者区别 基础研究：目的就是寻求真理、扩展知识；成功率一般很低。所以自由度大，没有严格的指标限制。 应用研究：目的是探索新知识应用的可能性，进而发明新事物（如纳米技术、新材料的发明），成功率较高，这种研究在计划上有弹性，有战略方向，但期限较长。 技术开发研
5、究：将研究成果用于实践，完成新产品、新工艺，使之 实用化、商品化，成功率高，计划是硬性的，有明确的目标。,基础研究、应用研究和开发研究的对比说明,三、产品生命周期与R&D,新产品的开发、企业R & D活动的开 展和产品生命周期有着密切联系。在产品 生命周期的各阶段， R & D的内容、重点 及数量都有不同变化。企业必须在整个产 品生命周期各阶段进行相应的组织调整与 改革，以及按照产品生命周期不同阶段制 定的R & D策略。,四、新产品的概念,何谓新产品？从不同的角度出发，可以对新产 品的概念作出不同的描述。一般来说，新产品应在 产品性能、材料和技术性能等方面（或仅一方面） 具有先进性或独创性，
6、或优于老产品。所谓先进 性，指用新技术新材料产生的先进性，或由已有技 术、经验技术和改进技术综合产生的先进性，所谓 独创性，一般是指产品由于采用新技术、新材料或 引进技术所产生的全新产品或在某一市场范围内属 于全新产品。,一）新产品的分类,1、按新产品性质不同可分为：创新新产品改进新产品换代新产品,1）全新产品：具有新原理、新技术、新结构、新工艺、新材料等特征，与现有任何产品毫无共同之处。 2）改进新产品：对现有产品改进性能，提高质量，或求得规格型号的扩展，款式花色的变化而产生的新品种。（同时单缸的，增加不同的功能。） 3）换代新产品：适合新用途、满足新需要、在原有产品的基础上，部分地采用新技
7、术、新材料、新元件而制造出来的产品。（如洗衣机、单缸、双缸、全自动）,2、按新产品地域范围不同可分为,国际新产品国内新产品地区新产品本企业新产品,1）国际新产品：是指在国际上第一次生产和销 售的产品。 2）国内新产品：是指国外已有但在国内是第一 次生产和销售的产品。 3）地区新产品：是指国内其他地区已有但在本 区域尚属第一次生产和销售的产品。 4）本企业新产品：对本企业新，对市场来说并 不新，但企业不会完全仿照本市场已有产品，而 是在造型、外观、零部件等方面作改动后推向市 场。,二）新产品发展的方向可以有以下几个方面,(1) 多能化 (2) 复合化 (3) 微型化 (4）简化,五、新产品开发的
8、动力模式,1、技术导向型：指按照被称为Seed Theory的方式进行新产品开发，即从最初的科学探索出发开发新产品，以供给的变化带动需求的产生和变化。 技术推动： 技术研究生产产品推向市场,2、市场导向型：,是按照所谓Need Theory方式，从市场需求出发进行新产品开发。即通过市场调查来了解市场需要什么样的新产品，然后对其作为商品来说在生产技术、价格、性能等方面的特性进行研究，进而再通过该新产品商品化后的销售预测来决定是否开发。市场导向型产品是以“市场研究开发生产市场”的模式出现的，即把市场需求代入研究。 市场调查研究开发生产推向市场,其它因素：政府鼓励企业家偏好,例子,1、技术导向型：美
9、国西屋公司发明了晶体管，日本索尼公司购买了晶体管，创造了世界范围的大市场，但在晶体管之前，市场根本不知道晶体管，这种需求是潜在的。自19世纪以来，前所未有的产品一个接一个地创造出来，从汽车、飞机、大炮到电影、电视、计算机、大哥大，技术导向型产品构成了众多企业的生产内容，每一种新产品都带起一串企业，甚至构成一个行业，创造大规模的市场需求，引发激烈的市场竞争。美国的英特尔、杜邦公司、日本索尼。,2、市场导向型,技术导向型虽可以先发制人，创造一个大市场。但 是，市场一旦从潜在转为现实，就开始分化，顾客在花色、 性能、品种和价格上不断产生新的愿望，形成不同层次的 市场，造成需求的差别化、细分化，谁能够
10、满足不同层次 的期望谁就能够“后发之人”。例如：美国的奇尼恩公司开发了收音机、电视机、调 频立体声系统等多个品种，在六十年代一直是收音机和电 视机市场的最大供货商，但70年代末却不得不退出整个家 用广播电视行业。例如：日本汽车企业：小型、耗油量低。,当今市场导向型和技术导向型同样重要，一方 面技术进步日新月异，另一方面市场需求日益多 样化。企业要根据其特点以及内外部环境决定自 己的策略。,六、新产品开发面临的压力,目前，新产品开发面临着费用高、成 功率低、风险大、回报下降等压力。Greg A.Stevens和James Burley调查统 计后提出：3000个新产品的原始想法，只 有1个成功。
11、,七、西方企业R&D的新动向,1R&D发展战略由军用转向民用为主。 2各国政府加大对企业R&D的扶持力度。 3充分审视R&D机构建设和人员选拔。 4 R&D实现手段更加多样化。 5 形成企业R&D全球化新趋势。,5.3 产品设计与开发过程,4.3.1 产品构思4.3.2 结构设计过程4.3.3 工艺设计过程4.3.4 产品设计的原则和绩效评价,5.3.1 产品构思,一般产品开发过程由以下三阶段构成: 产品构思 结构设计（总体设计、技术设计、详细设计） 工艺设计,需求分析,结构设计,协调,工艺设计,协调,输入,产品功能,中间结果,协调结果,产品规格 干预指令,协调结果,工艺计划,协调结果,中间结
12、果,中间结果,干预指令,图41：产品设计过程描述,5.3.1产品构思（续）,产品开 发过程,构思,R&D,对市场需求的分析 技术的推动 竞争对手的产品和服务,来源于,来源于,开始,图42:产品构思来源图,5.3.1 产品构思（续）,5.3.2 结构设计过程,产品结构设计过程包括从明确设计任务开始，到确定产品的具体结构为止的一系列活动。设计阶段决定了产品的性能、质量、成 本。产品设计一般分为总体设计、技术设计。工作图设计三个阶段，（见图43）,5.3.2 结构设计过程（续）,市场需求分析,工作图设计,结构设计,优化设计,三维几何造型,计算机绘图,有限元设计,资料和图形库,原型修改,总体设计,开始
13、,初步设计,原型产品,评估决策,N,N,Y,Y,CAD,图43：结构设计过程,5.3.2 结构设计过程（续）,总体设计 通过市场需求分析，确定产品的性能、设计原则、技术参数、概略计算产品的技术经济指标和进行产品设计方案的经济效果的分析。技术设计 将技术任务书中确定的基本结构和主要参数具体化，根据技术任务书所规定的原则，进一步确定产品结构和技术经济指标，以总图、系统图、明细表、说明书等总括形式表现出来。,5.3 结构设计过程（续）,工作图设计 根据技术设计阶段确定的结构布置和主要尺寸，进一步作结构的细节设计，逐步修改和完善，绘制全套工作图样和编制必要的技术文件，为产品制造和装配提供确定的依据。,
14、5.3.3 工艺设计过程,工艺过程设计 工艺设计是指按产品设计要求，安排或规 划出从原材料加工成产品所需要的一系列 加工过程、工时消耗、设备和工艺装备需求等的说明。 是结构设计过程和制造过程之间的桥梁。 工艺过程的结果一方面反馈给产品设计用 以改进产品设计；另一方法作为生产的依据。,5.3.3 工艺设计过程（续）,工艺过程设计的程序包括： 产品图纸的工艺分析和审查 产品图纸的工艺分析和审查 拟订工艺方案 编制工艺规程 工艺装备的设计与制造,决定加工毛坯 （材料和尺寸）,选定加工条件,计算加工时间,制定加 工工艺,选择机床,决定加工工序 内的操作顺序,选择工装,零件图,5.3.4 产品设计的原则
15、 和绩效评价,产品设计和选择应该遵循的原则 设计用户需要的产品（服务）。 设计可制造性（Manufacturability）强的产品。 设计鲁棒性（Robustness）强的产品。 设计绿色产品（考虑环保要求）。,有些人是这样看待我们,设计师俯身在桌上， 奇异的东西在他脑中蕴藏， 他边擦着晃动的脑袋边嘟哝： “我怎样才能把这东西弄得难以加工? 如果这个部件在这里画得笔直， 我肯定这东西会加工得很出色， 它会易于车削和钻孔， 它决不会使机械师头痛。 我最好在那里弄成一个直角，,续,再来看看这些小子怎样急得直跺脚。 现在我来设计那个安放盖子的洞， 把它放在这里他们将难以钻孔。 现在这零件将无法加工
16、，我敢打赌， 因为它既放不进闸瓦，又放不进卡盘， 它既不能钻，又不能磨， 这个设计，真是第一流。” 他又看了一下，欢呼道： “最后一一胜利是属于我的 它甚至连铸造也不能够。”,质量功能配置QFD,质量功能配置，英文简称QFD(Quality Function Deployment)、运用这种方法，可 以将顾客的要求转化为产品设计和工程设计 特征，并配置到产品制造过程的各工序和生 产过程中，从而保证最终产品最大限度地满 足用户的要求。,质量功能配置QFD的基本结构,下图为橡胶鞋制造商为满足顾客的需求， 进行的质量功能配置过程,权重,关系 9-强 3-中 1-弱,橡胶鞋的QFD质量屋构造过程,权重
17、,5.3.4 产品设计的原则 和绩效评价,表51：产品开发绩效评价指标,5.3.5 产品设计方案的技术经济分析,追加投资回收期法 1、 计算基本投资C： L单位产品的材料费和外购件费； G制造单位产品的基本工资； A车间经费/生产工人基本工资； B企业管理费/生产工人基本工资； C=L+G（1+A+B）,2、 计算年使用费S C0年折旧费； C1年工具费； C2年修理费； C3年动力费； C4其它费用 S= C0 +C1+ C2+ C3+ C4 追加投资回收期T=（C2-C1）/（S1-S2）,54 生产流程设计与选择,一、生产流程分类,二、产品流程矩阵,三、影响生产流程设计的主要因素, 产品
18、/服务需求性质 自制外购决策 生产柔性 产品/服务质量 接触顾客的程度,四、生产流程选择决策生产单位形式的选择,1、分析品种、产量选择方案,2、 对选择的方案进行经济上的分析,3、 运用“经营杠杆”进行经济分析,5-5 并行工程产品开发组织的新 方法,1、串行开发流程,2、串行设计的弊端,（1）部门之间缺乏协调、互相不理解； （2）时间长； （3）设计的产品不能满足顾客需求，制造性、装配性差； （4）产品设计阶段，工艺、制造人员不能加 入，不能及早发现缺陷，费用高。,二、并行的产品设计方法,1、并行工程的定义并行工程是对产品及其相关过程，包括制造过程和支持 过程，进行并行、一体化设计的一种系统
19、化方法。并行过程见图b：,并行工程的人员构成,案例：飞机制造公司采用并行工程航空武器装备的研制长期以来一直采用传统的串行工作方法，遵循“方案设计初步设计详细初步设计详细设计试制生产试飞鉴定设计修改”的流程。由于在研制设计的早期不能很好地考虑下游可制造性、可装配性、可维护性、质量保证等多种因素，使所研制地产品存在很多缺陷，就必然会要求对设计进行反复更改，造成设计改动量大，研制周期长、成本高，不能快速形成批量生产能力，不能满足国防建设地需要。,波音公司在波音777机型的研制过程中 成立了238个协同工作小组实施并行工程， 采用了全新的“并行产品定义”的概念，并采 用全球广域的异地无纸设计和制造技术
20、（全 数字化定义和数字化预装配），其结果是使 飞机设计制造周期大大缩短，从波音757、 767的910年，缩短到波音777的4.5年，并 实现了从设计到试飞一次成功的目标。,2、产品设计时要考虑的因素,并行工程力图从一开始就考虑到从概念形成到产品报废的所 有因素。各因素见下表：,3、并行工程的主要思想,（1）设计的同时考虑产品生命周期的所有因素，作为设计结果，同时产生产品设计规格和相应的制造工艺及生产准备文件。 （2）产品设计过程中各活动并行交叉进行。 （3）与产品生命周期有关的不同领域技术人员的全面参与和协同工作，实现生命周期中所有因素在设计阶段的集成，实现技术、资源、过程在设计中的集成。,
21、4、并行的产品开发流程图,5、并行设计的特点,（1）各设计阶段的划分只标志着产品和设计的粒度和清晰度。粒度-指设计人员在设计过程中所考虑和处理问题要素的大小；清晰度-指表明设计对象在相应粒度水平上的确定程度的度量。 （2）产品设计过程和产品信息模型经历着从定性到定量、从模糊到清晰渐进演化。设计向前循环一次，粒度减少，信息清晰度增 加。 （3）产品设计过程和工艺设计过程不是顺序进行，而是并行展 开，同时进行。,6、实施并行工程需要做的变革,（1）过程重构，建立集成的、并行的产品开发过程。 （2）组织的重构，建立跨部门、跨专业的开发小组。 （3）采取必要的措施。见表：,工业工程是什么？,There
22、 is always a Better way,举例,美国的吉尔布雷斯砌砖的动作研究： 工人之工作量大增，其砌每一砖之动作 由18次减至5次，工人经训练后，老法每 小时原只能砌120块，用新法则可砌350 块，工作效率增加近200。经过纪氏的 动作分析，确定了最好的砌砖方法。 由此发展成日后的动作研究（motion study）。,三、并行工程技术,1、虚拟设计面向并行工程的设计模式体现了开发过程的集成。PDM发展成为CAD/CAPP/CAM系统的集成平台。Internet使设计集成的范围更加广泛。STEP标准作为设计开发的标准接口。,2、产品数据管理（PDM）,基于Internet/Intr
23、anet平台的PDM系统，支持全球化虚拟企业的信息管理。 面向对象技术的应用及信息模型的标准化。 PDM与MRP的相互渗透。 流程管理、项目管理和配置管理的功能越来越强。,3、 产品系列化、零件标准化、通用化, 产品 系列化是对相同的设计依据、相同的结构性和相同使用条件的产品，将其基本尺寸和参数按一定的规律编排，建立产品系列型谱，以减少产品品种，简化设计。 零件标准化是在产品系列化的基础上，在企业内不同型号的产品之间扩大相同的通用零部件。 零件通用化是按国家标准生产零部件。,4、成组技术,成组技术是一种利用零件的相似性来组织生产的原理和方法。,成组单元,原材料,线切割,钻,磨,铣,车,铣,焊接
24、,磨,油漆,成品,(a)运用成组技术之前,(b）运用成组技术之后,5、减少变化方案（VRP）,将产品成本分为功能成本、变化成本和控制成本，通过寻求三种成本间的均衡来达到控制产品成本、生产多样化产品的目的。,VRP以产品系列为研究对象，系统地归纳了减少变化的五项技术： （1）固定/可变技术 （2）模块化技术 （3）功能复合和集成技术 （4）范围划分技术 （5）趋势分析技术,介绍几种高效的生产流程：,1、流水生产： 特点：（1）工作地的专业化程度比较高；（2）设备（或工作地）按照工艺顺序排列；（3）工艺过程是封闭的（按对象专业化原则）；（4）产的节奏性强（严格按节拍进行生产）。,单一对象流水线的组
25、织设计,1）节拍：流水线上平均出产一件产品的时间 R=F效/N F效：年有效工作时间。N：年产量） 节奏：平均出产一批产品的时间，其值为：n.R（n=批量）； 2)工序同期化：r/R10.851.05； 3)设备数； 4）流水线上所需工人数：（1）以手工操作为主的流水线（2）以机械加工为主的流水线,2、成组技术,成组技术的概念始于20世纪50年代的前苏联，由米特洛凡诺夫首先提出。当时称为成组工艺，目的是解决零件品种多、批量小带来的问题。他把结构、工艺路线相似的零件构成一个零件组，在零件组中选择一个典型零件，并根据典型零件选择配套的设备和工艺装备，通过扩大零件组的“组批量”来降低单件小批生产的成本。,3、柔性制造系统（FMS）,由计算机控制的，由若干台数控机床（NC） /加工中心（MC）和自动装卸运送系统组成的自动化制造系统。 特点：较高的柔性,（1）机器柔性； （2）加工的柔性，能同时加工多种零件或多零件加工； （3）产品柔性，对不同产品的适应能力强； （4）流程柔性，可根据需要变更加工流程； （5）批量柔性，尤其适应多品种、小批量生产； （6）扩展柔性，便于将来扩展。,
