汽车新产品开发

陈旭教授2010年3月新产品开发与数字化重庆理工大学汽车学院主要内容第1章概论第2章新产品策划与概念设计数字化第3章新产品详细设计数字化第4章基于逆向工程的新产品数字化设计第5章新产品数字化设计中的仿真分析第6章新产品设计验证中的数字化制造第7章产品数据管理（PDM）第8章网络化协同设计与产品生命周期管理第1章概论1.1新产品开发概述1.1.1制造业新产品开发的重要意义工业企业中除了自来水、蒸汽发电、供热和采掘业外，其它的工业企业都属制造业。产品是一切制造企业生产经营活动的主体，新产品开发是这一活动主体的源头，因而产品现代开发方法和开发支持技术就受到制造企业的高度重视。社会在发展，需求在变化，市场和用户对产品的品种、功能和质量会不断提出新的要求，迫使激烈竞争中的制造企业竞相采用先进的技术手段来开发新产品，而新产品的开发又不断地对开发技术的发展提出新的要求。第1章概论产品的分类1、面向终端用户的产品（1）消费类产品A——耐久性消费产品：如家电、汽车、摩托车、家具、住房等；B——快速消费产品：轻工、日用百货、服装、化装品等；（2）装备或生产资料类产品（能源设备、交通设备、工业装备等）（3）特殊产品（如培训、咨询服务、工程实施与监理、旅游等）第1章概论2、按产品结构与组成分（1）最终产品（具有完整功能和结构，可独立运行或工作的产品）（2）部件（有独立功能，但一般独立运行或工作没有实际意义）（3）零件（很少有独立功能，是构成部件或产品的最小组成单位）本课程涉及的产品主要指机电类产品零部件和产品构成特点——产业链主机厂或OEM厂商，开发生产整机一级供应商，开发生产系统级总成二级供应商，开发生产模块级总成或部件三级供应商，开发生产小部件和零件四级供应商，开发生产毛坯或原材料产业链层次大批量生产的产品这种划分明显，单件小批或订单型产品的层次划分不明显制造业在国民经济中的重要地位1、国家的繁荣和安全离不开军事装备制造业的支撑；2、人们丰富的物质生活离不开产品加工制造业提供的各种消费品；3、人类的健康和繁衍离不开医药制造业提供的各种医药产品；4、人类的精神生活离不开各种各样的文化产品。第1章概论新产品设计开发的驱动力：1、市场需求驱动——人类对物质文明的高度追求和个性化需求，是驱动新产品开发的主要动力；2、技术驱动——自然科学和技术科学的发展，新技术的出现和在产品中的应用，引导人类的消费增长和社会的繁荣与进步；3、国家和人类共同利益的驱动，不断开发出国防、医药、环保、文化、体育等新产品。第1章概论所谓新产品，指的是：采用新技术原理、新设计构思而开发生产出的全新型产品，或应用新技术原理、新设计构思，在结构、功能、材料、工艺等各方面对老产品进行重大改型，并显著提高原有老产品的性能或扩大功能而得到的改型新产品。当今一个全新型的产品问世，不仅给市场和最终用户带来新的物质产品，而且给开发生产这一新产品的企业带来新的经济增长点和丰厚的回报，甚至会影响整个行业，形成新的产业。例如，移动通讯设备和产品（如手提电话）的开发成功和投放市场，以摩托罗拉（MOTOROLA）、爱立信（ERICSSON）、若基亚（NOKIA）三大巨头为代表的移动通讯业，从90年代初开始就在全球逐步形成了一个庞大的新兴产业，拉动了全球经济的快速增长。全新产品开发——发明创新（如电视机、电冰箱的发明）重大改进开发新产品——持续改进创新（如第一代产品到第二代产品）局部改进开发新产品——局部功能和外观的改进（如年度新产品，或同一产品的不同版本）新产品开发的一般模式1、自主开发新产品2、引进新产品和新技术3、联合开发新产品4、模仿创新开发新产品潜在顾客需求驱动产品开发先进技术驱动产品开发1、原有平台产品上的派生改进新产品；2、原有产品的局部改进；3、全新产品平台；4、原有技术的持续改进。新产品开发结果市场竞争驱动产品开发新产品开发活动新产品开发类型分析各类新产品占全部新产品的百分比新产品开发与产品生命周期P1P2P3P4T1T2顾客需求生命周期技术生命周期产品生命周期D增长率时间第一代产品第二代产品第三代产品第四代产品生产试制设计构思销售额销售时间产品生命周期的演变产品生命周期与新产品开发战略研究第1章概论1.1.2新产品开发与信息支持技术市场分析产品及工艺设计产品制造市场营销新产品概念设计市场调查与需求定义潜在用户需求转换目标新产品概念定义新产品工程化设计新产品工艺工装设计新产品小批试制新产品批量生产新产品性能试验定型产品市场策划与宣传产品市场销售产品售后服务与回收市场市场图1.1产品生命周期的四个阶段第1章概论1.1.2新产品开发与信息支持技术与新产品开发相关的信息支持技术1、计算机辅助设计——CAD（包括二维/三维CAD和KBE、并行协同设计）2、计算机辅助工艺设计——CAPP（装配工艺、机加工艺、热加工工艺、特种加工工艺、数控加工工艺等）3、计算机辅助工程——CAE/CAT（整机和零部件的性能仿真分析和仿真试验）4、计算机辅助制造——CAM（有广义和狭义之分，广义——凡是采用计算机进行辅助制造的都叫CAM；狭义——主要指数控加工）5、逆向工程技术——RE（又叫反求设计），属于CAD技术的范畴6、激光快速原型制造——RP7、数字样机——DMU（DigitalMockup）8、计算机辅助生产工程——CAPE（又叫数字化工厂）9、产品数据管理（PDM）和产品生命周期管理（PLM）计算机辅助设计（二维CAD）计算机辅助设计（三维CAD）曲轴与天然气压缩机机体设计逆向工程技术（又名反求工程）虚拟现实技术与虚拟样机技术计算机辅助工程（CAE技术）整车扭转刚度计算焊接工艺和焊缝质量仿真分析整车振动分析计算锻压工艺仿真分析计算机辅助工艺规程设计CAPP典型工艺规程库新零件工艺过程卡编辑新零件工序卡编辑引用数据库中的工艺知识和工艺资源信息提交工艺审签归档归档管理工艺文件归档工艺资源信息库工艺知识库特殊工艺符号库工艺参数计算器工艺文档发放工序简图编辑检索式派生工艺汇总信息ERP系统计算机辅助制造（CAM技术）•O0011•N1G92X10.0Y5.0Z50.0•N2S200T01M03•N3G90G00Z10.0•G01Z-5.0F100M08•G91G41Y5.0D01•G01Y8.0•X10.0•Y-8.0•X-10.0•G40Y-5.0M09•G90Z50.0•M30•主程序番号•建立工件坐标系•选刀，让主轴正转•快速下刀到上表面附近•工进下刀，同时开切削液•切入，同时加刀补•铣短边•铣长边•铣短边•铣长边•切出，取消刀补，关切削液•提刀•停机结束,复位XYZ激光快速原型制造（RPM）改型后的摩托车部分快速原型件摩托车快速原型件的装配验证升降台液面刮平器光敏树脂成形零件紫外激光器Z选择性液体固化成形方法计算机辅助生产工程（CAPE）物流运输过程仿真人工装配过程的人机工程仿真产品数据管理（PDM技术）第1章概论1.2新产品开发模式与数字化设计、管理1.2.1现代制造企业生产经营模式1、面向客户订单的精益生产（大批量生产所采用的ERP/JIT、SCM、物流配送和零库存）；2、快速响应市场需求的敏捷制造（单件小批生产所采用的分工协作、数控化加工、柔性制造等）；3、面向社会资源整合的网络化制造（可达到工序间的协作与设备资源共享）；4、满足顾客个性需求的大批量定制；5、协同产品商务与电子商务（全球化协同产品设计、SCM、CRM）第1章概论1.2.1现代制造企业生产经营模式市场竞争的日益激烈，迫使企业必须采用新的管理运行机制和新的商业模式，其核心体现为电子商务（e—Business），它的核心内容如下：（1）适应网络经济和知识经济的发展，以Internet为技术平台，创建新的企业商业模式和整合现有的商业模式；（2）以商务流程和业务流程再造为手段，系统化重构和改善企业的组织结构，提高企业经营绩效；（3）以供应链管理（SCM）和客户关系管理（CRM）为手段，重新定义和延伸制造商与供应商和客户的关系，实现企业延伸，建立牢固的商业链，提高顾客对企业的忠诚度；（4）以商务流程和业务流程的整合为手段，实现对企业内部资源和外部资源的一体化运作，将企业对价值链的关注由内部价值链扩展到外部价值链；（5）以建立战略资源数据和广义信息整合的商业智能为工具，实现数字化的经营决策。第1章概论1.2.1现代制造企业生产经营模式E—Commerce电子商务1995—2000信息技术应用1995年以前C—Commerce协同商务2000—2005企业传统的贸易合作伙伴计算机协同网络化市场用户的生产率电子商务交易协同知识交流连接模式应用模式图1.3电子商务向协同商务的发展过程制造企业生产经营的核心是产品，对制造业而言，以Internet为平台的协同商务（C—Commerce）是电子商务的高级形式，它包括电子商务和协同产品商务（CPC——CollaborativeProductCommerce）两部分，其发展过程如图1.3所示。电子商务（E—Commerce）与协同商务的比较如下：电子商务（E—Commerce）PLM第1章概论1.2.1现代制造企业生产经营模式经营费用受到控制增加了机遇产品目录丰富的信息财富事先联系好的贸易合作伙伴计算机协同网络化市场购买、销售、拍卖协同商务过程交换汇票（ExchangeP.O.S）交换开发思想和知识资本Competitiveness=Margin利润XMarketShare市场份额XMarketSize市场的大小E—Commerce电子商务C—Commerce协同商务CAD/CAE/CAMDMU/PDMPLM图1.4通过电子商务与协同商务的整合，提升企业竞争力第1章概论1.2.1现代制造企业生产经营模式制造业电子商务应用成功案例1：美国福特汽车公司应用网络技术，完成票据审核流程，由原来的2周缩短为2小时，处理人员由500人减少到150人。而福特投资800万美元开发的知识管理系统，运行后的第一年为公司节约的运营成本就达2.4亿美元。福特通过Convensent电子商务平台实施供应链管理和全球网络化采购，每年降低采购成本约20%，约400亿美元。制造业电子商务应用成功案例2：海尔在网上交易中，采购行为增强了竞争力，导致价格下降，另一方面买卖双方之间的谈判被大幅度减少，节省了这部分成本。现在海尔物流每年的采购额超过了200亿元，来自近1000多个供应商，全部是网上招标完成的，得到真正价廉物美的产品。海尔在全国有42个配送中心，每天配送的产品超过5万件，配送到1550个海尔专买店、9000多个营销点。所有配送都是通过信息系统指令进行，到货及时率由95%提高到98%，实现了对用户的零距离服务。商业零售企业电子商务成功案例3：全球500强之首——沃尔玛成功的核心，就是建立世界上最先进的信息管理系统、卫星定位系统和电视调度系统，并同休斯公司合作，发射了专用卫星，用于全球店铺的信息传送与运输车辆的全球定位及联络。全球4000多个店铺的销售、订货、库存情况，可以随时调出查阅和分析。核心企业的数字样机开发CPC平台上的协同开发信息交流主机厂夹、模具开发供应商参与开发供应商1供应商2零部件协同制造市场产品需求定义装配制造零部件协同开发市场销售协同产品商务平台第1章概论1.2.2现代新产品开发模式维护装配布置设计加工工模具电器设计生产设计设计阶段预分析机构分析造型设计从概念设计到产品的应用概念设计CAD/CAE/CAM应用在产品开发的全过程三维设计电子样车(件)智能化软件处理复杂的3D模型i.e.进行局部优化支持产品开发的“可视性”和同步工程环境/虚拟产品加速产品的合成和流程的优化虚拟的数字化车间企业内部经验知识的累积和分享数字化企业虚拟数字化产品和生产流程数字化企业提高图纸的修改，编辑和交互能力设计数字化技术提升产品开发技术的变革阶段1阶段2设计工作的优化开发流程的优化二维制图第1章概论1.2.3新产品开发中的数字化设计与管理技术在三维CAD技术基础上发展起来的产品设计综合技术DMU数字样机三维主模型仿真评价人机工程与