生产运作管理第四章产品开发和技术选择

第四章

产品开发和技术选择第四章产品开发和技术选择4.1引言4.2产品设计与开发阶段4.3生产流程设计与选择4.4并行工程——产品开发组织的新方法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20世纪90年代以来，企业所处的市场竞争环境日趋严峻，正面临着前所未有的压力：1、新产品/服务开发是实现企业竞争战略的需要。2、技术进步越来越快。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20世纪90年代以来，企业所处的市场竞争环境日趋严峻，正面临着前所未有的压力：3、用户的要求越来越苛刻，用户需求呈现出多样化、个性化的特点。4、产品研制开发的难度越来越大。5、可持续发展的要求。第四章产品开发和技术选择定制的历史。据《左传·定公十年》记载：“有礼仪之大,故称夏；有服章之美,谓之华。”简单来说，马王堆汉墓中的那两件素纱禅衣就该是中国最早的定制服，袖长1.9米，衣长1.28米，重量不超过一两，薄如蝉翼，轻若烟雾。要知道丝绸是动物蛋白质的编织物，极易腐烂，所以除此以外，这个世界上还没有像素纱禅衣一样完整保存2000年的丝织品。所以说中国自汉代以来就有了定制，这种定制，从面料，工艺、时间和服务上都要求甚严，只有达官贵人们才能购买和享受定制的衣服。4.1.2新产品/服务开发的重要性

重要性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/服务开发的重要性

产品设计占总开发时间的比例——60%企业的产品研发等技术活动影响着产品的成本、质量和制造的效率。不同的产品开发阶段改变设计对成本的影响

4.1.3现代企业的研究与方法1、研究与方法的分类

研究与方法（ResearchandDevelopment，简称R&D）包括基础研究、应用研究和技术开发。基础研究进行的是探索新的规律、创建基础性只是的工作。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。

4.1.3现代企业的研究与方法R&D领域的选择，其目的是发现能够最适度发挥企业资本收益，提高企业竞争力的事业领域，并对如何发挥新产品、新事业的各种机会进行探索。如下图所示，从企业的现有技术和现有市场向新事业领域的探索可以分为4种类型。(1)在现有事业领域，依靠现有的技术开发多种类型或规格产品，以扩大现有的市场。(2)向现有市场推出用新技术开发的新产品，将市场细分为不同的层次或群体。(3)将利用现有技术的产品打入新市场。(4)用新技术开发新产品，并开辟新的市场。

R&D领域选择类型示意图从两个个坐标标轴来来看，，产品品研发发的动动力有有两种种：市市场驱驱动型型和技技术驱驱动型型。市场驱驱动型型是指指按照照needtheory方方式，，根据据市场场的需需求开开发新新产品品，即即通过过市场场调查查了解解需要要什么么样功功能和和技术术内容容的新新产品品，按按照新新产品品的要要求，，对其其生产产技术术、价价格、、性能能等方方面的的特性性进行行研究究，再再通过过对该该新产产品的的销售售预测测决定定如何何研发发。技术驱驱动型型是指指按照照seedtheory的的方式式进行行新产产品的的研发发，即即从最最初的的科学学探索索出发发，按按照新新发现现的科科学原原理来来开发发新产产品。。不同的的研发发项目目其影影响因因素是是不同同的，，采用用的策策略和和方式式也就就不尽尽相同同，一一般来来说，，R&D可可以采采用以以下3种方方式。。1.独独立立研发发方式式2.委委托托研发发方式式3.共共同同研发发方式式2、新产产品的的分类类新产品品的概概念新产品品，就是是指在在产品品性能能、结结构、、材质质、用用途或或技术术性能能等一一方面面或几几方面面具有有先进进性或或独创创性的的产品品。先进性性是指运运用了了新原原理、、新结结构、、新技技术、、新材材料产产生的的先进进性，，或是是由已已有技技术、、经验验技术术和改改进技技术综综合产产生的的先进进性。。独创性性是指运运用新新技术术、新新结构构、新新材料料所产产生的的全新新产品品，或或在某某一市市场范范围内内属于于全新新产品品。现现代企企业的的研究究与方方法2、新产产品的的分类类新产品品是指指在技技术、、性能能、功功能、、结构构、材材质等等一方方面或或几方方面具具有先先进性性或独独创性性的产产品。。模仿新新产品品（是是指市市场上上已经经存在在而企企业没没有生生产过过的产产品，，或其其他地地区已已经存存在而而在本本地是是第一一次生生产的的产品品。））改进型型产品品（对对老产产品的的改进进与完完善，，创新新程度度最小小的一一类新新产品品）换代产产品（（产品品基本本原理理不变变，因因部分分采用用新技技术使使产品品性能能有重重大突突破））创新产产品（（采采用科科学技技术的的新发发明所所开发发的产产品，，它是是创新新程度度最高高的一一类新新产品品）现现代企企业的的研究究与方方法3、新产产品开开发面面临的的压力力（障障碍））3000：：1缺乏大大量有有效的的新产产品构构思。。资金短短缺。。市场细细分而而导致致市场场难以以达到到必要要的市市场规规模。。激烈的的市场场竞争争使新新产品品开发发的风风险增增大。。仿制和和假冒冒产品品的迅迅速出出现，，给新新产品品的开开发效效益将将会带带来很很大损损失。。现现代企企业的的研究究与方方法4.2产产品设设计与与开发发阶段段产产品构构思结结构设设计过过程工工艺设设计过过程产产品设设计的的原则则和绩绩效评评价4.2产产品设设计与与开发发过程程产品设设计的的定义义产品设设计是指确确定产产品的的用途途、功功能、、规格格、结结构、、技术术指标标和经经济指指标的的一系系列活活动，，其结结果通通过图图纸、、产品品规格格书、、制造造规格格书、、零件件和材材料明明细表表及其其他技技术文文件表表现出出来，，作为为企业业组织织产品品生产产的技技术依依据。。4.2产产品设设计与与开发发阶段段企业为为什么么要进进行产产品设设计———产产品品设计计的压压力来来源于于顾客客、竞竞争者者、供供应商商、政政府或或企业业自己己（1））顾客客对产产品的的不满满有时时可能能会直直接向向企业业抱怨怨，而而有时时却间间接地地从销销售量量下降降中反反映出出来（2））在竞竞争激激烈的的市场场中，，一个个企业业推出出更好好的新新产品品将会会影响响到其其他竞竞争者者的行行为，，它们们必然然会重重新审审视自自己产产品的的设计计，持持续的的竞争争就这这样展展开了了（3））供应应商推推出一一种新新的材材料、、零部部件或或元器器件，，如果果你不不采用用而你你的竞竞争者者采用用了，，你就就会落落后，，从而而失去去市场场（4））政府府的法法令法法规也也会使使企业业改变变产品品设计计（5））有有时时候候企企业业自自己己也也会会否否定定自自己己的的产产品品设设计计需求求分分析析结构构设设计计协调调工艺艺设设计计协调调输入入产品品功功能能中间间结结果果协调调结结果果产品品规规格格干预预指指令令协调调结结果果工艺艺计计划划协调调结结果果中间间结结果果中间间结结果果干预预指指令令4.2产产品品设设计计与与开开发发阶阶段段产品品开开发过过程程构思R&D对市市场场需需求求的分分析析技术术的的推推动动竞争争对对手手的的产品品和和服服务务来源源于于来源源于于开始始4.2产产品品设设计计与与开开发发阶阶段段产产品品构构思思4.2产产品品设设计计与与开开发发阶阶段段结结构构设设计计过过程程产品品结结构构设设计计过过程程包包括括从从明明确确设设计计任任务务开开始始，，到到确确定定产产品品的的具具体体结结构构为为止止的的一一系系列列活活动动。。设计计阶阶段段决决定定了了产产品品的的性性能能、、质质量量、、成成本本。。产品品设设计计一一般般分分为为总总体体设设计计、、技技术术设设计计、、工工作作图图设设计计三三个个阶阶段段市场场需需求求分分析析工作作图图设设计计结构构设设计计优化化设设计计三维维几几何何造造型型计算算机机绘绘图图有限限元元设设计计资料料和和图图形形库库原型型修修改改总体体设设计计开始始初步步设设计计原型型产产品品评估估决决策策NNYYCAD4.2产产品品设设计计与与开开发发阶阶段段4.2产产品品设设计计与与开开发发阶阶段段结结构构设设计计过过程程总体体设设计计通过过市市场场需需求求分分析析，，确确定定产产品品的的性性能能、、设设计计原原则则、、技技术术参参数数、、概概略略计计算算产产品品的的技技术术经经济济指指标标和和进进行行产产品品设设计计方方案案的的经经济济效效果果的的分分析析。。技术术设设计计将技技术术任任务务书书中中确确定定的的基基本本结结构构和和主主要要参参数数具具体体化化，，根根据据技技术术任任务务书书所所规规定定的的原原则则，，进进一一步步确确定定产产品品结结构构和和技技术术经经济济指指标标，，以以总总图图、、系系统统图图、、明明细细表表、、说说明明书书等等总总括括形形式式表表现现出出来来。。4.2产产品品设设计计与与开开发发阶阶段段结结构构设设计计过过程程工作作图图设设计计根据据技技术术设设计计阶阶段段确确定定的的结结构构布布置置和和主主要要尺尺寸寸，，进进一一步步作作结结构构的的细细节节设设计计，，逐逐步步修修改改和和完完善善，，绘绘制制全全套套工工作作图图样样和和编编制制必必要要的的技技术术文文件件，，为为产产品品制制造造和和装装配配提提供供确确定定的的依依据据。产品品结结构构（一一））产产品品结结构构的的概概念念产品品结结构构是指指企企业业能能向向市市场场提提供供的的产产品品的的种种类类和和各各种种产产品品所所包包含含的的品品种种数数量量所所构构成成的的组组合合，，产产品品结结构构用用产产品品线线来来衡衡量量。。产品品线线是是指指企企业业能能够够生生产产不不同同品品种种产产品品的的数数量量，，企企业业能能生生产产多多少少种种产产品品，，就就拥拥有有多多少少条条产产品品线线。产品品线线的的多多寡寡称称为为产产品品线线的的宽宽度度；；每每条条产产品品线线包包含含的的系系列列产产品品的的数数量量称称为为产产品品线线的的深深度度。。产品品结结构构1．．产产品品线线宽宽度度对对企企业业的的影影响响（1））企业业拥拥有有的的产产品品线线越越宽宽，，经经营营失失败败的的风风险险就就越越小小（2）产品线越越宽，资资源的使使用就越越分散，，经营利利润率也也就越低低。2．企业业产品线线深度对对企业影影响（1）增增加产品品线的深深度，可可以加大大企业的的市场覆覆盖面，，增强企企业对于于市场变变化的应应变能力力，增强强了企业业的生存存能力（2）增增加产品品线深度度使企业业不能有有效集中中资源于于最盈利利的产品品型号上上，使企企业整体体盈利水水平的降降低。产品结构构（二）产产品结构构选择应应考虑的的因素1．产品品线宽度度（1）产产品生命命周期的的长短（2）产产品生命命周期的的分布（3）市市场竞争争的激烈烈程度（4）人人均收入入的增加加速度（5）供供应商推推陈出新新的速度度（6）企企业应变变能力的的大小产品结构构（二）产产品结构构选择应应考虑的的因素2、产品品线深度度（1）目目标市场场的消费费层次_如果目目标市场场消费者者的收入入差距较较大，消消费层次次就比较较多，产产品线就就可深一一些，反反之，就就应该浅浅一些（2）加加深产品品线所需需增加的的投入与与所能增增加的收收入的比比较（3）产产品线深深度的延延伸方向向-增加加产品线线的深度度，有上上延、下下延和两两端延伸伸3种型型式产品结构构例如：某种产品品有普及及型、标标准型、、豪华型型和超豪豪华型4种规格格，分别别占总销销量的比比例如表表4—1、4-2所示示。产品规格占总销售比例（%）普及型20标准型30豪华型35超豪华型15产品规格占总销售比例（%）普及型20标准型45豪华型33超豪华型2表4-2表4-1产品结构构例：某数码照照相机厂厂商的一一条相机机产品线线拟增加加一个型型号。已已知若增增加该型型号产品品在两年年内需增增加固定定成本，，如表4-3所所示。单单台相机机的变动动成本为为40元元，销售售价格100元元，估计计年销售售量为6000台，，该型号号相机的的生命周周期为2年。问问：是否否应该增增加这个个型号的的相机?成本金额（元）模具费用550000人员工资120000试制费用400000其他费用350000表4-34.2产产品设设计与开开发阶段段工工艺设设计过程程工艺设计计是指按按产品设设计要求求，安排排或规划划出出从原材材料加工工成产品品所需要要的一系系列加加工过过程、工工时消耗耗、设备备和工艺艺装备需需求等的的说明。。是结构设设计过程程和制造造过程之之间的桥桥梁。工艺过程程的结果果一方面面反馈给给产品设设计用以以改进产产品设计计；另一一方法作作为生产产的依据据。4.2产产品设设计与开开发阶段段工艺过程程设计的的程序包包括：产品图纸纸的工艺艺分析和和审查拟订工艺艺方案编制工艺艺规程工艺装备备的设计计与制造造决定加工工毛坯（材料和和尺寸））选定加工工条件计算加工工时间制定加工工艺选择机床床决定加工工工序内的操作作顺序选择工装装零件图工工艺设设计过程程4.2产产品设设计与开开发阶段段产产品设计计原则和和绩效评评价产品设计计和选择择应该遵遵循的原原则：设计用户户需要的的产品（（服务））。设计可制制造性（（Manufacturability））强的产产品。设计鲁棒棒性（Robustness）强的的产品。。设计绿色色产品（（考虑环环保要求求）。4.3生生产产流程设设计与选选择生生产流程程的分类类按产品进进行的生生产流程程例纺织：：棉花———粗纱纱——细细纱———布粗纺精精纺织织布按加工路路线进行行的生产产流程按照工艺艺特征建建立生产产系统。。将完成成相同工工艺的同同类设备备和工人人集中在在一起，，完成相相同工艺艺的加工工任务。。按项目进进行的生生产流程程4.3生生产产流程设设计与选选择产产品-流流程矩阵阵单件非标准化多品种小批量有限品种种大批量大批量标准化生产流程产品多品种小批量型型重复性成成批生产型（（间歇式）装配流水线型连续生产型广告飞机中型机器器食品加工工家用电器器化工造纸丧失高效率损失应变变能力柔性单位成本高低4.3生生产产流程设设计与选选择影影响生产产流程设设计的主主要因素素产品/服服务需求求性质自制—外外购决策策生产柔性性产品/服服务质量量水平接触顾客客的程度度服务生产产系统的的选择服务生产产系统设设计矩阵阵大低低销生生售产产机效效会率率小高高隔离式系统统半开放式系系统开放式系统统根据顾客需需求提供服务务面对面较深入接触面对面简单接触电话接触现场技术服务邮政服务弱强强自制—外购购决策一家企业正正在决定是是自己生产产还是外购购某种零件件。零件的的供应渠道道比较稳定定，每件12元。若若由自己生生产，需要要投资15万元，单单位可变成成本是8元元。零件的的年需要量量为20000件。。生产期为为一年。给定以上数数据，该企企业应当自自制还是外外购这种零零件？4.3生生产流程程设计与选选择生生产流程程选择决策策批量品种品种—产量量变化与生生产流程形形式的关系系对象专业化化大量生产对象专业化化批量生产成组生产单元工艺专业化化例：对象专专业化生产产系统投资资225万万元，成组组生产单元元投资为111万元元，工艺专专业化生产产系统投资资50万元元，选择最最佳生产流流程。费用（万元元）22511050产量(万件件)不同生产流流程方案的的费用变化化工艺专业化化成组生产单单元对象专业化化1025盈亏平衡点点又称零利利润点、保保本点、盈盈亏临界点点、损益分分歧点、收收益转折点点。通常是指全全部销售收收入等于全全部成本时时（销售收收入线与总总成本线的的交点）的的产量。以盈亏平衡衡点的界限限，当销售售收入高于于盈亏平衡衡点时企业业盈利，反反之，企业业就亏损。。盈亏平衡点点可以用销销售量来表表示，即盈盈亏平衡点点的销售量量；也可以以用销售额额来表示，，即盈亏平平衡点的销销售额。公式：按实物单位位计算：盈盈亏平衡点点=固定成本/（单位产产品销售收收入-单位位产品变动动成本）按金额计算算：盈亏平平衡点=固固定成本/（1-变变动成本/销售收入入）=固定定成本/贡贡献毛益率率练习1、企业投投资建设一一个新的生生产设施，，投资规模模有两种选选择：一是是固定投资资200万万元，单位位可变成本本是50元元；二是投投资60万万元，单位位可变成本本90元。。投资周期期一样，单单位产品市市场价格是是150元元。请计算算：⑴两种方案案的盈亏平平衡点；⑵如果预期期市场需求求量是20000件件，哪种方方案比较好好？练习工厂修建厂厂房有大、、中、小三三种投资规规模选择，，各自的固固定成本、、可变成本本和产出能能力如下表表所示：产品的销售售价格是1500元元/吨。⑴大、中、、小三种投投资规模的的盈亏平衡衡点。⑵如果年需需求是20万吨，应应该选择哪哪种工厂规规模？工厂规模年固定成本（万元）单位可变成本（元/吨）年最大产出能力（万吨）小5000100010中900090025大1600070040经营杠杆对对生产过程程设计的作作用费用产量不同生产流流程方案的的经营杠杆杆销售收入成组生产单单元的成本本曲线对象专业化化形式的成本曲线线BE1EPBE2需求结构设计工艺设计制造b)并行过过程a)串行过过程4.4并并行工程程串串行的产产品设计方方法4.4并并行工程程串串行的产产品设计方方法串行设计：：从需求分分析、产品品结构设计计、工艺设设计一直到到加工制造造和装配是是一步步在在各部门之之间顺序进进行。产品开发工工作流程：：市场人员提产品构想想质量控制人人员作质量保证计计划确定产品总总费用和生产周周期制造工程师师确定工艺工工程设计人员完成产品定定义4.4并并行工程程串串行的产产品设计方方法关于串行产产品开发过过程存在的首要要问题是以以部门为基基础的组织织机构严重重地妨碍了了产品开发发的速度和和质量存在的问题题主要有：：各下游开发发部门所具具有的知识识难以加入入早期设计计，加入设设计的阶段段越早，降降低费用的的机会越大大。各部门对其其他部门的的需求和能能力缺乏理理解，目标标和评价标标准的差异异和矛盾降降低了产品品整体开发发过程的效效率。4.4并并行工程程并并行的产产品设计方方法并行的产品品设计方法法并行工程是是对产品及及其相关过过程，包括括制造过程程和支持过过程，进行行并行、一一体化设计计的一种系系统化方法法。该方法力图图使产品开开发者从一一开始就考考虑到产品品全生命周周期从概念念形成到产产品报废的的所有因素素，包括质质量、成本本、进度和和用户需求求。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4.4并并行工程程并并行的产产品设计方方法并行工程是是一种强调调各阶段领领域专家共共同参加的的系统化产产品设计方方法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4.4并并行工程程并并行的产产品设计方方法并行工程的的主要思想想设计时同时时考虑产品品生命周期期的所有因因素。设计结果产产生产品设设计规格和和相应的制制造工艺和和生产准备备文件。设计过程中中各活动并并行交叉进进行。不同领域技技术人员的的全面参与与和协同工工作。高效率的组组织机构。。4.4并并行工程程并并行的产产品设计方方法并行产品开开发的流程程特点产品设计的的各阶段是是一个递阶阶渐进的连连续过程，，注意粒度度和清晰度度。产品设计过过程和产品品信息模型型经历从定定性到定量量、从模糊糊到清晰的的演化。产品设计过过程和工艺艺设计过程程是并行展展开，同时时进行。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4.4并并行工程程并并行工程程技术虚拟技术面向并行工工程的DFx设计模式体体现了开发发的集成过过程PDM发展成为CAD/CAPP/CAM系统的集成成平台Internet使设计集成成的范围更更加广泛STEP标准作为设设计开发集集成的标准准接口4.4并并行工程程并并行工程程技术DFX是DesignforX(面向产品品生命周期期各环节的的设计)的的缩写，其其中X代表表产品生命命周期的某某一环节或或特性.4.4并并行工程程并并行行工工程程技技术术DFX主主要要包包括括：：可制制造造性性设设计计DFM:DesignforManufacturability，，可装装配配性性设设计计DFA:DesignforAssembly，，可靠靠性性设设计计DFR:DesignforReliability，，可服服务务性性设设计计DFS:DesignforServiceability，，可测测试试性性设设计计DFT:DesignforTest，，面向向环环保保的的设设计计DFE:DesignforEnvironment等等。。4.4并并行行工工程程并并行行工工程程技技术术DFx设设计计不不仅仅是是一一个个技技术术工工作作，，还还是是一一个个管管理理工工作作，，因因为为DFx的的实实施施必必须须有有流流程程的的保保证证和和平平台台的的支支撑撑，，只只有有流流程程建建立立了了，，节节点点定定义义了了，，人人员员责责任任明明确确了了、、技技术术积积累累达达到到了了，，DFx的的工工作作才才能能落落实实。。当我我们们在在产产品品研研发发中中贯贯彻彻了了DFx的的思思想想与与方方法法，，我我们们会会看看到到以以下下的的改改进进：：产产品品研研发发周周期期显显著著缩缩短短、、产产品品成成本本降降低低、、花花费费在在中中途途废废止止项项目目上上的的费费用用明明显显减减少少、、产产品品质质量量与与可可靠靠性性普普遍遍提提高高、、客客户户满满意意度度不不断断提提升升。。电子子产产品品传传统统设设计计流流程程与与DFx设设计计流流程程的的对对比比思科科公公司司基基于于DFX设设计计的的产产品品开开发发流流程程4.4并并行行工工程程集成成产产品品开开发发（（IntegratedProductDevelopment,简简称称IPD））IPD的的思思想想来来源源于于美美国国PRTM公公司司出出版版的的《《产产品品及及生生命命周周期期优优化化法法》》是经经过过IBM公公司司五五年年的的实实践践，，总总结结出出来来的的一一套套先先进进、、成成熟熟的的研研发发管管理理思思想想、、模模式式和和方方法法。。1992年年IBM公公司司最最先先将将IPD付付诸诸实实践践在国国内内，，华华为为公公司司从从1998年年开开始始率率先先引引进进并并实实施施IPD，，使使产产品品创创新新能能力力和和企企业业竞竞争争力力大大幅幅度度提提升升。。4.4并并行行工工程程集成成产产品品开开发发（（IntegratedProductDevelopment,简简称称IPD））IBM公公司司实实施施IPD的的效效果果不不管管在在财财务务指指标标还还是是质质量量指指标标上上得得到到验验证证，，最最显显著著的的改改进进在