第3章产品服务设计和技术选择.

生产运作管理Production&OperationsManagement第三章产品/服务设计和技术选择3.1引言3.2产品研究与开发管理3.3生产流程设计与选择3.4并行工程：产品开发组织的新方法3.5计算机技术在产品设计中的运用3.1引言经济发展、技术进步和需求多样化，要求企业能对不断变化的市场做出快速反应，源源不断地开发出满足用户需求的、定制的“个性化产品”去占领市场以赢得竞争，市场竞争也主要围绕新产品的竞争而展开。21世纪企业面临环境的主要特征信息爆炸的压力技术进步越来越快高新技术的使用范围越来越大市场和劳务竞争全球化产品研制开发的难度越来越大可持续发展的要求全球性技术支持和售后服务用户的要求越来越苛刻现代企业的研究与开发研究与开发的分类和特征基础研究应用研究技术开发目的寻求真理,扩广知识探讨新知识应用的可能性将研究成果应用于生产实践性质探求发现新事物,新规律发明新事物完成新产品,新工艺,使之实用化,商品化内容发现新事物,新现象探求基础研究应用的可能性运用基础研究,应用研究成果从事产品设计,产品试制,工艺改进成果论文论文或专利专利设计书,图纸,样品成功成功率低成功率较高成功率大经费较少费用较大,控制松费用大,控制严人员理论水平高,基础雄厚的科学家创造能力强,应用能力强的发明家知识和经验丰富,动手能力强的技术专家管理原则尊重科学家意见,支持个人成果,采用同行评议尊重集体意见,支持研究组织在适当事作出评价尊重和支持团体合作计划自由度大,没有严格的指标和期限弹性,有战略方向,期限较长硬性,有明确目标,较短期限新产品开发面临的压力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。格雷格A.史蒂文斯（GregA.Stevens）和詹姆斯·伯利（JamesBurley）调查统计后提出：3000个新产品的原始想法，只有1个能成功。阿尔巴拉（Albala）在总结以往研究的基础上，指出新产品开发的死亡率为98.2%。初期项目中只有2%可以进入市场新产品失败可归纳为三个关键原因：（1）没有潜在的用户和需求（2）新产品与当前的需求不匹配（3）营销工作不得力新产品开发的动力：（1）技术推动（2）市场牵引（3）同行竞争了解和确定人们的需求，将这种需求用技术实现，提高产品在研究与开发过程中的管理水平，是新产品开发的关键。3.2产品研究与开发管理产品开发过程一般产品开发过程由以下阶段构成:需求分析产品构思可行性论证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中间结果中间结果干预指令产品设计过程描述产品开发对生产过程成本的影响产品设计和工艺设计在产品开发中作用重大，它几乎占用了60%的开发时间，决定了70%的成本。根据管理学中ABC分类思想，企业技术活动是企业快速响应客户要求的瓶颈，是提高企业竞争力的关键。技术活动的过程技术分系统是企业系统中的一个重要的组成部分，技术活动包括新产品开发中的产品设计阶段的结构设计和工艺设计活动。产品设计阶段的活动，是一个从产品的构思到产品结构、产品制造工艺的信息转换过程。它可以形象地描述为信息在顾客域、功能域、物理域之间连续的变换过程。需求环境功能需求设计参数结构设计过程工艺需求工艺变量工艺设计过程生产指令生产过程顾客域功能域物理域制造域生产活动技术活动技术活动过程分析结构设计过程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。结构设计过程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初步设计原型产品评估决策NNYYCAD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、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。工作图设计进一步进行产品结构的细节设计，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。工艺设计过程的基本内容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。工艺设计过程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。工艺过程设计的内容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产品设计的原则和绩效评价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）产品开发绩效评价指标绩效指标度量对竞争力的影响上市时间•新产品引入频率•从新产品构思到上市的时间•构思数量和最终成功数量•实际效果与计划效果的差异•来自新产品的销售比例•顾客/竞争对手的响应时间•设计的质量－接近市场的程度•项目的频率－模型的寿命生产率•每一个项目的研究发展周期•每一个项目的材料及工具费用•实际与计划的差异•项目数量－新产品设计与开发的频率•项目的频率－开发的经济性质量•舒适度－使用的可靠性•设计质量－绩效和用户的满意度•生产质量－工产和车间的反映•信誉－用户的忠诚度•对用户的相对吸引力－市场份额•利润率3.3生产流程设计与选择生产流程分类按产品（product-focused）进行的生产流程，又叫对象专业化形式。按加工路线（process-focused）进行的生产流程，又叫工艺专业化形式。按项目（project）进行的生产流程。不同生产流程的特征比较特征标记对象专业化工艺专业化项目型产品订货类型产品流程产品变化程度市场类型产量批量较大流水型低大批量高成批生产跳跃型高顾客化生产中等单件、单项定制无很高单一化生产单件生产劳动者技能要求任务类型工资低重复性低高没有固定形式高高没有固定形式高资本投资库存设备高低专用设备中等高通用设备低中等通用设备目标柔性成本质量按期交货程度低低均匀一致高中等中等变化更多中等高高变化更多低计划与控制生产控制质量控制库存控制容易容易容易困难困难困难困难困难困难产品－流程矩阵生产流程产品顾客化多品种品种较多标准化大量生（低产量）（中低产量）（中批生产）（大量生产）高柔性单位成本低项目型生产单件生产成批生产大量生产连续生产航空航天工业装备机床工具特殊化工产品/药品电子电器汽车轮胎和橡胶钢铁产品普通化工产品/药品造纸容器制造酿酒石油钢铁林产品影响生产流程设计的主要因素产品/服务需求性质自制-外购决策生产柔性产品/服务质量水平接触顾客的程度生产流程选择决策品种-产量变化与生产单位形式的关系对象专业化形式大量生产对象专业化形式批量生产成组生产单元工艺专业化形式批量品种以图中的数字为例，生产同一种产品的对象式系统投资额为225万元，成组生产单元为111万元，工艺式为50万元。当产量在10万件以下时，选择工艺式最经济，当产量在10万～25万件之间时，成组生产单元最经济，当产量在25万件以上时，对象式最经济。当然还有一种选择，如果以上几种方案都不能得到满意的投资回报时，则应放弃该产品的生产。工艺式成组生产单元对象（产品）式费用产量10000025000050000111000022500003.4并行工程：产品开发组织的新方法需求结构设计工艺设计制造并行过程串行过程产品开发的两种方式串行设计：从需求分析、产品结构设计、工艺设计一直到加工制造和装配是一步步在各部门之间顺序进行。产品开发工作流程：市场人员提产品构想质量控制人员作质量保证计划确定产品总费用和生产周期制造工程师确定工艺工程设计人员完成产品定义串行的产品设计方法关于串行产品开发过程存在的首要问题是以部门为基础的组织机构严重地妨碍了产品开发的速度和质量。存在的问题主要有：各下游开发部门所具有的知识难以加入早期设计，加入设计的阶段越早，降低费用的机会越大。各部门对其他部门的需求和能力缺乏理解，目标和评价标准的差异和矛盾降低了产品整体开发过程的效率。并行的产品设计方法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化方法。该方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产品全生命周期从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。过程需求阶段设计阶段制造阶段营销阶段使用阶段终止阶段考虑的因素顾客需求产品功能减低成本提高效率易制造易装配竞争力（低成本、标新立异）可靠性可维护性，操作简便环境保护并行工程并行工程是一种强调各阶段领域专家共同参加的系统化产品设计方法，其目的在于将产品的设计和产品的可制造性、可维护性、质量控制等问题同时加以考虑，以减少产品早期设计阶段的盲目性，进可能早地避免不合理因素的影响，缩短研制周期。并行设计可制造性可装配性质量保证顾客满意可靠性环境保护功能并行工程的主要思想设计时同时考虑产品生命周期的所有因素。设计结果产生产品设计规格和相应的制造工艺和生产准备文件。设计过程中各活动并行交叉进行。不同领域技术人员的全面参与和协同工作。高效率的组织机构。并行产品开发流程特点产品设计的各阶段是一个递阶渐进的连续过程，注意粒度和清晰度产品设计过程和产品信息模型经历从定性到定量、从模糊到清晰的演化产品设计过程和工艺设计过程是并行展开，同时进行。概念设计初步设计详细设计产品详细方案工艺初步方案产品初步方案工艺详细方案结构概念方案工艺概念方案并行工程技术1.虚拟设计面向并行工程的DFx设计模式体现了开发的集成过程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标准作为设计开发集成的标准接口2.产品数据管理（ProductDataManagement）PDM3.产品系列化、零部件标准化、通用化4.成组技术（GroupTechnology,GT）5.减少变化的方案（VarietyReductionProgram，VRP）应用并行工程的思想，在产品设计的不同阶段采取不同的措施，如下表所示，可以减少产品设计中出现的错误的概率，节省了修补失误所消耗的时间，从而降低了开发周期，提高响应速度。需求阶段设计阶段制造阶段营销阶段使用阶段终止阶段采取的措施顾客参与质量功能部署CAD/CAPPVRP、GTDFMDFA价值工程CE工业工程IE绿色制造并行工程的人员构成开发小组质量人员环保人员供应商顾客营销人员设计人员制造人员3.5计算机技术在产品设计中的运用CAD/CAPP系统计算机支撑技术（多媒体、网络与通信、分布式处理等）产品生命周期管理（productlifecyclemanagement，PLM）