第04章产品开发和技术选择

生产与运作管理山西大学管理学院范建平博士Production&OperationsManagement公司使命公司战略工厂选址产品研发经营范围资源配置竞争优势协同作用设施布置工作设计生产运作系统设计4.1引言4.2产品设计与开发过程4.3生产流程设计与选择4.4产品设计组织新方法-并行工程4.5计算机辅助设计第四章产品开发和技术选择4.1引言4.1.1产品设计的背景特征4.1.2新产品开发的重要性4.1.3现代企业的研究与开发4.1.1产品设计的背景特征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21世纪企业面临环境的主要特征：有利于增强企业的市场竞争力；有利于扩大市场份额；适应个性化定制生产的需要；产品更新换代的需要4.1.2新产品开发的重要性研发的效率直接影响企业在时间上的竞争能力0510152025时间（月）行业化妆品玩具机床食品药品50年前现在产品生命周期缩短设计时间占据产品开发时间的主要位置设计时间55%制造时间22%装配时间23%产品开发时间100%研发的效率直接影响企业在时间上的竞争能力VA/VE(valueanalysis/valueengineering)降低产品成本70%20%7%3%6%36%40%18%设计阶段制造阶段材料阶段其它阶段成本比例成本的决定因素实际成本消耗研发直接影响产品成本产品开发决定因素构成及实际成本消耗比较变更设计对成本的影响改变设计引起的成本概念设计设计开发设计使用制造装配新产品开发阶段4.1.3现代企业的研究与开发（一）研究与开发的分类研究与开发（ResearchandDevelopment，简称R&D）基础研究:进行的是探索新的规律、创建基础性知识的工作。应用研究:是将基础理论研究中开发的新知识、新理论应用于具体领域。技术开发:研究是将应用研究的成果经设计、试验而发展成为新产品、新系统和新工程的科研活动。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（二）新产品的概念从生产技术角度来看：采用新技术、新材料，在技术、性能、功能、结构、材质等一方面或几方面具有先进性或独创性的产品。显著提高性能、扩大功能从市场营销角度来看：首次投入市场二、新产品的概念与分类按新产品的新颖程度：改进型产品:在现有产品的基础上对某种功能、质量和外观进行了不同程度的改进，使产品的功能、质量有了某些变化和提高。换代产品:产品的原理不改变，但是部分的采用了一些新技术使产品的功能发生了极大的突破。创新产品:采用最新的科学技术成果开发出来的新产品，它是创新程度最高的新产品。例如IBM公司推出的世界上第一台个人计算机（二）新产品的分类(三)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%可以进入市场你认为有哪些因素会影响新产品研发的成败？（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失败的原因4.2产品设计与开发阶段4.2.1产品构思4.2.2结构设计过程4.2.3工艺设计过程4.2.4产品设计的原则和绩效评价一般产品开发过程由以下阶段构成:产品构思结构设计（总体设计、技术设计、详细设计）工艺设计4.2产品设计与开发阶段产品构思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供应链合作伙伴来源于来源于开始产品构思来源4.2.1产品构思4.2.2结构设计过程制造型企业：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。服务型企业：产品结构设计就是服务内容和服务过程的设计。设计阶段决定了产品的特征、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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。4.2.2结构设计过程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。4.2.2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NNYYCAD4.2.2结构设计过程4.2.3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。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艺装备零件图4.2.3工艺设计过程4.2.3工艺设计过程产品图纸的工艺分析和审查。是保证产品结构工艺性的重要措施。1、产品结构是否与生产类型相适应；2、是否充分利用了现有的工艺标准；3、零件的形状、尺寸和配合是否适当；4、所选择是材料是否恰当；5、企业现有的技术装备能否适应工艺要求；4.2.3工艺设计过程拟订工艺方案。要明确在产品制造过程中会出现哪些主要问题，关键件用什么方法加工，工艺路线怎样安排，工艺装备的原则和系数如何确定等重大原则问题。1、确定工艺原则；2、确定质量标准、材料利用率、制造成本；3、列出各类关键零件、确定工艺路线，评价工艺方案;4.2.3工艺设计过程编制工艺规程。1、产品制造的具体方法和顺序的确定、设备的选择；2、工艺规范(标准)的选择、工艺装备的确定；3、设备调整方案的选择；4、产品装配与零件加工技术条件的确定；4.2.3工艺设计过程工艺装备的设计与制造实现工艺过程所需要的各种工具、卡具、夹具、刃具、量具和模具，统称为工艺装备。它的设计和制造对于贯彻工艺规程、保证加工质量、提高生产效率有重要作用。4.2.4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）。鲁棒性就是系统的健壮性。它是在异常和危险情况下系统生存的关键。比如说，计算机软件在输入错误、磁盘故障、网络过载或有意攻击情况下，能否不死机、不崩溃，就是该软件的鲁棒性。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•利润率产品开发绩效评价指标4.3生产流程设计与选择4.3.1生产流程分类4.3.2产品——流程矩阵4.3.3影响生产流程设计的主要因素4.3.4生产流程选择决策4.3.1生产流程分类根据生产类型的不同，生产流程有三种基本类型：按产品进行的生产流程按加工路线进行的生产流程按项目进行的生产流程按产品进行的生产流程按产品/服务形成过程的要求组织设备，形成流水般的连续过程，又称为流水线（FlowLine）。这种形式适用于大量大批生产类型（对象专业化）按工艺特点的生产流程面对多品种产品或服务，只能将完成相同工艺的设备组织到一起。又称作工艺专业化形式，适用于多品种中小批量或单件生产类型（工艺专业化）按项目进行的生产流程项目是一次性的，且不重复。4.3.1生产流程分类加工设备加工设备按产品（对象）布置的示意图按产品进行的生产流程按对象专业化原则布置有关机器和设备，常见的如流水生产线或产品装配线。如图所示。LLLDDDDGG接收和转运LDG车床组镗床组磨床组磨床钻床车床按工艺过程布置示意图按加工路线进行的生产流程又称工艺专业化布置。即按照工艺专业化原则将同类机器集中在一起，完成相同工艺加工任务。LDDGGLGGLL原材料成品库单元1单元2单元3GDL车床钻床磨床成组生产单元布置示意图按成组制造单元进行的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使生产系统的组织与市场需求相适应单件生产成批生产大量生产连续生产低生产流程广告重型机器中型机器食品加工汽车装配电视机食糖面粉高柔性单位成本顾客化(低产量)多品种(中低产量)品种较多(中批生产)标准化产品(大量生产)4.3.2产品——流程矩阵4.3.2产品——流程矩阵产品—流程矩阵的原理:根据产品产量结构的特征,沿对角线方向选择和配备相应的生产流程,如果偏离对角线方向来选择生产流程,就不能取得很好的经济效果;产品—流程矩阵较好的解决了市场需求的变化与企业内部生产系统调整之间的矛盾,对于生产管理人员选择生产流程、制定生产战略具有很大的作用；4.3.3影响生产流程设计的主要因素产品/服务需求性质：数量、品种、季节波动性；自制－外购决策生产柔性品种柔性：品种柔性是指生产系统从一种产品的生产状态迅速地转变为另外一种产品的生产状态的能力。提高品种柔性的途径是采用数控机床、加工中心和计算机制造系统等；产量柔性：产量柔性是指生产系统能够快速增加和减少产量的能力。采用可以快速重构的生产单元。产品/服务质量水平接触顾客的程度4.3.4生产流程选择决策在选择生产单位形式时，影响最大的是品种数的多少和每种产品产量的大小对象专业化形式，大量生产对象专业化形式，批量生产成组生产单元和工艺专业化混合形式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