产品开发工艺设计和技术选择

第3章产品开发、工艺设计

和技术选择第一节

新产品开发与企业R&D第二节

R&D与产品开发组织第三节

生产流程设计与选择第四节

并行工程——产品开发组织的新方法1第一节新产品开发与企业R&D个性化定制生产的出现现代企业的研究与开发产品生命周期与R&D新产品开发面临的压力2一、个性化定制生产的出现随着全球化市场的形成，企业竞争的焦点已经集中于怎样才能更好地满足多样化的、个性化的客户需求。为了赢得竞争，企业必须对其生产方式进行变革，以便其能生产出满足客户需求的个性化产品，因此，企业必须能组织定制生产。3一、个性化定制生产的出现

大规模生产时代，产品是标准化的，市场是统一的，产品生产周期和开发周期也比较长，一切都是有规律的，没有意外发生。现在，一个新的管理模式——大规模定制模式浮出水面，多样化和定制化的产品代替了标准化产品，多样化市场从统一的市场中迅速成长，产品生产周期和开发周期日益缩短。420世纪90年代以后竞争形势的特征

·基于时间的竞争·精益生产·产品品种急剧增加·周期缩短·及时生产·全面质量管理·区域经营·层次扁平化·持续改进·计算机集成制造·产品生命周期缩短·过程重组·市场驱动的质量·服务重要性的提高·全球化·分化的市场·网络组织·快速响应·微型市场·柔性制造系统·定制化的提高·数据资源经营5大规模定制模式与大规模生产模式的对照大规模生产

大规模定制

焦点通过稳定性和控制力取得高效率

通过灵活性和快速响应来实现多样化和定制化目标以几乎人人买得起的低价格开发、生产、销售、交付产品和服务开发、生产、销售、交付买得起的产品和服务，这些产品和服务具有足够的多样化和定制化，差不多人人都能买得到自己所想要的产品关键特征稳定的需求统一的大市场低成本、质量稳定、标准化的产品和服务产品开发周期长产品生命周期长

分化的需求多元化的细分市场低成本、高质量、定制化的产品和服务产品开发周期短产品生命周期短

6三者的关系顾客需求的个性化个性化定制生产或服务产品开发能力顾客需求的多样化、个性化，要求企业提高产品生产柔性（如组合柔性、产量柔性、交货期柔性、质量柔性）和产品设计柔性。7二、现代企业的研究与开发1、研究与开发的分类与特征

研究与开发（ResearchandDevelopment,R&D）包括：基础研究应用研究技术开发研究81、研究与开发的分类与特征基础研究——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、试验而发展为新产品、新系统和新工程的科研活动。9基础研究、应用研究技术开发研究的比较基础研究应用研究技术开发研究目的寻求真理，扩展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高经费较少费用较大，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时候做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10各国对对R&D的投入入情况况2020年中国国研发发投入入目标标世界主主要国国家研研发和和教育育投入入占GDP的比重重11三、产产品生生命周周期与与R&D产品生生命周周期———是指新新产品品从开发成成功投放市市场开开始，，直到到被市场淘淘汰为止所所经历历的时时间。。12产品生生命周周期与与R&D产品生命周期阶段投入期成长期成熟期衰退期R&D的内容产品基型设计产品标准化、工艺合理化技术服务和工艺改进开发新的产品R&D的重点改进产品的功能和特征工艺创新和改进技术服务和工艺改进产品创新R&D的组织生气勃勃、富有创新精神、灵活要求那些同市场、R&D、规划及生产有关的职能部门之间加强合作与协调稳定重新组建R&D工作小组13四、新产品品开发发面临临的压压力新产品品开发发面临临的压压力:费用高高、成功率率低、风险大大、回报下下降新产品品失败败的主主要原原因：：①没有有潜在在的用户和和需求求；②新产品品与当前前的需求不匹配配；③营销不力。。新产品品开发发的动动力：：技术推推动、、市场场拉动动、同同行竞竞争。。14第二节节R&D与产品品开发发组织织企业技技术系系统的的活动动产品开开发对对生产产过程程成本本的影影响技术活活动的的过程程产品设设计过过程工艺过过程设设计的的基本本内容容产品设设计的的原则则和绩绩效评评价15一、企业技技术系系统的的活动动1、产产品开开发的的过程程一般产产品开开发过过程，，包括括：产品构构思、、产品品设计计、工工艺设设计等一系系列活活动。。产品设设计过过程，，包括括：总体设设计、、技术术设计计、详详细设设计等。工艺设设计：：是指按按产品品设计计要求求，安安排或或规划划出从从原材材料加加工成成产品品所需需要的的一系系列加加工过过程、、工时时消耗耗、设设备和和工艺艺装备备需求求等的的说明明。161、产产品开开发的的过程程需求分析工艺设计结构设计输入产品功能干预指令协调结果协调结果协调协调产品规格干预指令工艺计划中间结果中间结果中间结果172、企企业技技术系系统的的构成成企业系系统的的结构构可以以用图图所示示的““Y”模型来来描述述。18企业系系统结结构模模型设计与制造的工程职能计划与控制的管理职能

订货控制成本估计(定价)主生产计划物料管理能力需求计划能力调整任务投放NC编程设计工艺计划产品构思生产控制NC，CNC和DNC机床及机器人控制工况数据收集传送控制库存控制

装配控制生产数量、时间及成本检查设备维修作业分派质量保证MRPⅡCADCAPPJITOPTCAQ计划执行计划执行数据库企业内内部的的生产产经营营活动动可分分为两两条链链路：：一条条是工程链链；一条条是管理链链。工程链链：从事由由产品品构思思到产产品实实施过过程中中的工工程制制造技技术活活动，，是企企业中中技术术构成成的主主要内内容。。管理链链：从事由产品品构思到产产品实施过过程中的生生产指挥活活动，是企企业中组织织构成的主主要内容。。19企业的技术术活动企业的技术术活动属于于R＆D中的技术开开发范畴，，由企业系系统中的技术子系统统承担。其任务是：：在企业内部部储备技术术创新的潜潜力，并不不失时机地地将这种潜潜力转化为为有竞争力力的新产品品。企业的R＆D内容包括：新产品开发发与新技术开发发（即新生产产工艺技术术开发）。。203、技术系系统与其它它系统的关关系制造分系统技术分系统基础和依据决定行为

经营分系统技术分系统目标和任务

经营策略

组织分系统技术分系统保障调整方向

21二、产品开开发对生产产过程成成本的影响响产品开发时间100%设计时间55%制造22%装配23%产品开发时间构成图22产品生命周周期的缩短短23产品开发过过程-成本曲线（（波音）成本%产品设计过程设计制造020401008060装配与维护

产品生命周期

设计过程原型制造阶段决策成本消耗成本24产品成本的的决定因素素构成及及实际成本本消耗构成成示意图25三、技术活活动的过程程技术活动包包括新产品品开发发中的的产品品设计计阶段段的结构设设计和工艺设设计活动。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技术活动生产活动需求环境FRDPPV26四、产品设设计过过程产品设设计一一般可可分为为三个个阶段段：总体设设计技术设设计工作图图设计计27产品设设计过过程开始市场需求分析总体设计原型修改初步设计结构设计工作图设计原型产品

评估决策YYNN资料和图形库三维几何造型优化设计计算机绘图有限元设计CAD28总体设设计总体设设计———输输出技技术任任务书书(选选型阶阶段)通过市市场需需求分分析，，确定定产品品的性性能、、设计计原则则、技技术参参数，，概略略计算算产品品的技技术经经济指指标和和进行行产品品设计计方案案的经经济效效果分分析。。29技术设设计技术设设计———输输出总总图、、系统统图、、材料料明细细表、、设计计说明明书等等。将技术术任务务书中中确定定的基基本结结构和和主要要参数数具体体化，，根据据技术术任务务书所所规定定的原原则，，进一一步确确定产产品结结构和和技术术经济济指标标。30工作图图设计计主要内内容：：①绘制全部零零件的工作作图，详细细注明尺寸寸、公差配配合、材料料和技术条条件；②绘制产品总总图、部件件装配图、、包装图和和安装图；；③编写零件一一览表；④编制产品品说明书、、维护保养养规程等。。31五、工艺过过程设计的的基本内容容工艺设计———是指按产品品设计要求求，安排或或规划出由由原材料加加工出产品品所需要的的一系列加加工步骤和和设备、工工装需求的的过程。决定加工毛坯(材料和尺寸)

制定加工工艺选择机床选定加工条件计算加工时间选择工装决定加工顺序内的操作顺序零件图32工艺过程设设计的程序序包括：产品图纸的的工艺分析析和审查拟定工艺方方案编制工艺规规程工艺装备的的设计与制制造33六、产品设设计的原则则和绩效评评价产品设计的的原则：①设计用户户需要的产产品——适适用原则②设计出制制造性强的的产品———可制造性性原则③设计强壮壮性强的产产品——④设计绿色色产品———环保原则则34产品设计的的绩效评价价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开发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——工厂和车间的反映信誉——用户的忠诚度对用户的相对吸引力——市场份额利润率35第三节生生产流程程设计与选选择产品-流程程矩阵（Product-processmatrix）影响生产流流程设计的的主要因素素生产流程选选择决策36一、生产流流程分类1、按产品进进行的生产产流程以产品或提提供的服务务为对象按按照生产产产品或提供供服务的生生产要求，，组织相应应的生产设设备或设施施，形成流流水般的连连续生产。。如汽车装配配线、电视视机装配线线及连续型型生产企业业。也称为流水水线生产、、对象专业业化生产、、产品专业业化生产。。37一、生产流流程分类2、按加工路线线进行的生生产流程以所要完成成的加工工工艺内容为为依据来构构成生产流流程，不论论是何种产产品或服务务对象。这种生产流流程，设备备和人力按按工艺内容容组织成一一个生产单单位。每一一个生产单单位只完成成相同或相相似工艺内内容的加工工任务。也称为工艺艺专业化生生产。38一、生产流流程分类３、按项目组织织进行的生生产流程每一项任务务都没有重重复，所有有的工序或或作业环节节都按一定定秩序依次次进行。39二、产品-流程矩阵阵产品-流程程矩阵最初初由Hayes和Wheelwright提出。生产流程设设计的一个个重要内容容：就是要要使生产系统统的组织与与市场需求求相适应，即市场需需求特征要要与生产过过程组织相相匹配，产产品-流程程矩阵正好好反映了这这种匹配关关系。40产品-流程程矩阵柔性及单位成本低连续生产大生产

成批生产单件生产高标准化产品(大量生产)品种较多(中批生产)多品种(中低产量)顾客化(低产量)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在产品-流流程矩阵中中,根据产产品结构性性质，沿对对角线选择择和配置生生产流程，，可以达到到最好的技技术经济性性。41二、影响生生产流程设设计的主要要因素主要因素：：产品/服务务需求性质质自制、外购购决策生产柔性主主要包包括品种柔柔性和产量量柔性。产品/服务务质量水平平接触顾客的的程度42生产流程设设计的输入入/输出信信息输入生产流程设计输出1、产品/服务信息产品/报务要求价格/数量竞争环境用户要求所期望的产品特点2、生产系统信息资源供给生产经济分制造技术优势与劣势3、生产战略战略定位竞争武器工厂设置

资源配置

1、选择生产流程与生产战略相适应2、自制、外购研究自制、外购决策3、生产流程研究主要技术路线标准化和系列化设计产品设计的可加工性4、设备研究自动化水平机器之间的连接方式设备选择工艺装备

5、布局研究厂址选择与厂房设计设备与设施布置

1．生产技术流程工艺设计方案工艺流程之间的联系2．布置方案厂房设计方案设备、设施布置方案设备选购方案3．人力资源技术水平要求人员数量培训计划管理制度

43三、生产流流程选择决决策1、定性分分析方法对象专业化形式，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ABCD品种-产量变化与生产单位形式的关系442、定量分分析方法①不同生产产过程方案案的费用变变化分析②经营杠杆杆分析经营杠杆———是成本函数数和销售收收入之间的的夹角。它它反映年总总费用在一一定的情况况下和销售售收入的关关系。总费费用在销售售收入中所所占比重越越高，则经经营杠杆的的作用越大大。45定量分析方方法费用(万元)产量(万件)2251115001025工艺式成组生产单元对象(产品)式费用销售收入成组生产单元对象式产量0EP2EP1EP不同生产过程方案的费用变化

不同生产流程方案的经营杠杆

46第四节并并行行工程———产品开开发组织的的新方法串行的产品品设计方法法并行的产品品设计方法法并行工程技技术并行工程的的人员构成成47一、串行的的产品设计计方法串行设计方方法——设计活动从从需求分析析、产品结结构设计、、工艺设计计一直到加加工制造和和装配是一一步步在各各部门之间间顺序进行行。需求分析结构设计工艺设计制造48串行的产品品开发方式式存在的主主要问题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。各部门对其其它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。49并行过程需求分析结构设计工艺设计制造50二、并行的的产品设计计方法1、并行工工程的概念念并行工程也也称同步工工程，是相相对于传统统的“串行行工程”而而言。并行工程———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。这种方法法力图使产产品开发者者从一开始始就考虑到到产品生命命周期从概概念形成到到产品报废废的所有因因素，包括括质量、成成本、进度度和用户需需求。51产品设计时时要考虑的