第四章产品开发、设计及流程选择课件

第四章、产品开发和技术选择第一节、产品开发与企业R&D第二节、产品设计与开发阶段第四节、并行工程第三节、流程设计与选择1第一节现代企业中的R&D一、R&D——对企业未来的投保1、企业面临着3C的环境顾客（Customer）：需求多样化竞争（Competition）：加剧变化（Change）：政治、经济、社会环境发生变化2、大量定制化生产（MassCustomization)大量生产的方式生产批量很小的产品，需要在设备、技术、生产组织方面予以保证。企业要根据市场要求开发新产品，同时要根据市场情况主动开发产品，以求得竞争优势。2第一节现代企业中的R&D国家日本美国法国英国韩国中国巴西印度R&D/GDP2.7~2.92.6~2.72.422.082.00.5~0.71.10.9表4－2近年来各国R&D／GDP比较值一、R&D——对企业未来的投保3、各国非常重视R&D一般都占到销售收入的4％以上。在美国，制药业达到15％。我国R&D经费支出情况3二、R&D的分类与特征第一节现代企业中的R&D1、基础研究：指探索新的规律、创建基础性知识的工作。2、应用研究：指将基础理论研究中开发的新知识、新理论应用于具体领域的科研工作，即运用通过基础研究所获得的知识，为创造新产品、新技术、新材料的技术基础而进行的研究。※纯基础研究：以探索新的规律，创造学术性知识为使命，与特定的应用、用途无关。※目的基础研究：指为取得特定的应用、用途所需的新知识或新规律而运用基础研究的方法所进行的研究。3、技术开发研究：指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。4第一节现代企业中的R&D基础研究：目的就是寻求真理、扩展知识；成功率一般很低。所以自由度大，没有严格的指标限制。应用研究：目的是探索新知识应用的可能性，进而发明新事物（如纳米技术、新材料的发明），成功率较高，这种研究在计划上有弹性，有战略方向，但期限较长。技术开发研究：将研究成果用于实践，完成新产品、新工艺，使之实用化、商品花，成功率高，计划是硬性的，有明确的目标。二、R&D的分类与特征4、三者区别5第一节现代企业中的R&D三、企业R&D的性质、主要内容1、企业R&D是经济活动，而企业外R＆D是非经济活动2、内容：新产品开发、新技术开发新产品开发：作为对未来竞争的一种投保，是运营管理和竞争策略的核心。企业战略应从“制造产品”到“创造产品”，随产品寿命周期的缩短。产品开发决定着企业经营的基本特征。新技术开发：新产品的竞争力除了产品本身的功能外，还需要有优异的质量和低廉的价格来保证，而后者与生产工艺技术密切相关。技术的寿命周期也在缩短。两者相辅相成。R&D从以偶然发现为主转变到以计划为主。6第一节现代企业中的R&D三、企业R&D的性质、主要内容3、产品生命周期与R&D产品生命周期：开发期、成长期、成熟期、衰退期开发期成长期成熟期退出期销售量着重于改进产品的功能和特征，从多种新型号中选择产品标准化、工艺合理化，从产品创新向技术创新过渡；集中在工艺改进和技术服务方面7四、新产品的概念

第一节现代企业中的R&D1、全新产品：具有新原理、新技术、新结构、行哦能够以、新材料等特征，与现有任何产品毫无共同之处。2、改进新产品：对现有产品改进性能，提高质量，或求得规格型号的扩展，款式花色的变化而产生的新品种。（同时单缸的，增加不同的功能。）3、换代新产品：适合新用途、满足新需要、在原有产品的基础上，部分地采用新技术、新材料、新元件而制造出来的产品。（如洗衣机、单缸、双缸、全自动）4、本企业新产品：对本企业新，对市场来说并不新，但企业不会完全仿照本市场已有产品，而是在造型、外观、零部件等方面作改动后推向市场。8五、新产品开发的动力模式

第一节现代企业中的R&D1、技术导向型：指按照被称为SeedTheory的方式进行新产品开发，即从最初的科学探索出发开发新产品，以供给的变化带动需求的产生和变化。2、市场导向型：是按照所谓NeedTheory方式，从市场需求出发进行新产品开发。即通过市场调查来了解市场需要什么样的新产品，然后对其作为商品来说在生产技术、价格、性能等方面的特性进行研究，进而再通过该新产品商品化后的销售预测来决定是否开发。市场导向型产品是以“市场—研究开发—生产—市场”的模式出现的，即把市场需求代入研究。9五、新产品开发的动力模式

第一节现代企业中的R&D1、技术导向型：美国西屋公司发明了晶体管，日本索尼公司购买了晶体管，创造了世界范围的大市场，但在晶体管之前，市场根本不知道晶体管，这种需求是潜在的。自19世纪以来，前所未有的产品一个接一个地创造出来，从汽车、飞机、大炮到电影、电视、计算机、大哥大，技术导向型产品构成了众多企业的生产内容，每一种新产品都带起一串企业，甚至构成一个行业，创造大规模的市场需求，引发激烈的市场竞争。美国的英特尔、杜邦公司、P&G公司、日本索尼。例子10第一节现代企业中的R&D2、市场导向型技术导向型虽可以先发制人，创造一个大市场。但是，市场一旦从前在转为现实，就开始分化，顾客在花色、性能、品种和价格上不断产生新的愿望，形成不同层次的市场，造成需求的差别化、细分化，谁能够满足不同层次的期望谁就能够“后发之人”。例如：美国的奇尼恩公司开发了收音机、电视机、调频立体声系统等多个品种，在六十年代一直是收音机和电视机市场的最大供货商，但70年代末却不得不退出整个家用广播电视行业。例如：日本汽车企业：小型、耗油量低。当今市场导向型和技术导向型同样重要，一方面技术进步日新月异，另一方面市场需求日益多样化。企业要根据其特点以及内外部环境决定自己的策略。11一、企业技术系统的活动1、产品开发过程第二节产品设计（1）产品开发过程：（2）产品设计过程：◆产品设计◆产品制造◆产品装配◆概念设计◆技术设计◆工艺设计122、企业技术系统的构成定货控制成本估价（定价）主生产计划物料管理能力调整能力需求计划任务投放概念设计产品设计工艺设计NC编程MRPⅡJITCADCAPP生产控制NC，CNC和DNC机床及机器人控制工况数据收集传递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OPTCAQ计划执行执行计划数据库企业系统结构模型13第二节产品设计一条工程链：前段是信息流，后段是物料流，前段是技术分系统，后段时制造分系统，技术分系统承担R&D活动，提供产品方案，确定制造分系统的活动。制造分系统是技术分系统的基础和依据，是技术分系统必须考虑的资源约束。一条管理链：由产品构思到产品实施过程中的生产指挥活动，对应的是经营分系统为技术分系统确定了工作的目标和任务；而新产品开发直接影响着经营发展策略。组织分系统贯穿于各个分系统之中，是技术系统有效运转的保障。2、企业技术系统的构成一、企业技术系统的活动143、技术系统与其他系统的关系市场需求导向基础、资源行为依据保障经营系统技术系统组织系统制造系统企业系统一、企业技术系统的活动第二节产品设计15二、产品开发对生产过程成本的影响第二节产品设计1、产品开发的时间构成（单件小批生产类型企业）设计时间55％制造时间22％装配时间23％产品开发时间100%16二、产品开发对生产过程成本的影响第二节产品设计2、企业技术活动影响着产品的开发周期、成本、质量和制造的效率（1）产品生命周期在缩短，开发周期响应也在缩短。（2）许多大企业（如福特、波音、Sun等）均认为设计阶段决定着产品成本的70％以上，尽管设计阶段的成本不会超过10％。根据ABC分类法的思想，应加强设计阶段的管理。下面举例进一步说明17设计阶段制造阶段材料采购其它阶段费用

产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成示意图70%6%20%36%7%40%3%18%成本的决定因素实际成本消耗第二节产品设计①Boothroyd引用福特公司的报告表明，尽管产品设计和工艺费用只占整个产品费用的6%，却影响了总费用的70%以上，见下图。举例：18②SohleniusG.以波音公司为例进行分析后指出：一般产品成本的83%以上由产品设计阶段决定，而这一阶段本身所占有的费用仅为产品全部成本的7%一系以下，见下图。决策成本消耗成本产品设计过程设计制造装配与维护O20406080100产品生命周期设计阶段原形制造阶段产品开发过程—成本曲线（波音）第二节产品设计举例：19③Sun认为制造生产率的70%~80%是在设计和工艺阶段决定的。O概念设计设计开发设计使用制造装配新产品开发阶段改变设计引起的成本在不同的产品开发阶段改变设计对成本的影响示意图第二节产品设计举例：20需求环境生产指令生产过程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FRDPPV技术活动顾客域功能域物理域制造域生产活动

设计过程模型第二节产品设计三、设计理论1、公理性设计理论21三、设计理论第二节产品设计2、TRIZ：发明问题解决理论TRIZ（TheoryofInventiveProblemSolving）是俄文中发明问题解决理论的词头。该理论是前苏联G.S.Altshuller及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1500人·年的时间，在分析研究世界各国250万件专利的基础上所提出的发明问题解决理论。80年代中期前，该理论对其它国家保密,80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域已产生了重要的影响。G.S.Altshuller始终坚信发明问题的基本原理是客观存在的，这些原理不仅能被确认也能被整理而形成一种理论，掌握该理论的人不仅能提高发明的成功率、缩短发明的周期，也使发明问题具有可预见性。正是出于这种考虑，Altshuller开始了其对发明问题规律的研究，取得了丰硕成果。22第二节产品设计三、设计理论2、TRIZ：发明问题解决理论发明问题解决理论的核心是技术系统进化理论。这一理论提出：技术系统一直处于进化之中；解决冲突是其进化的推动力，进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突；解决问题的发明是分等级的，按照产生发明所需要的反复尝试的次数把发明分为五个等级（5级发明等级最高，一般都是基于新的科学发现，1级发明最低，只是对产品的一般改进），在技术发展的不同阶段产生的发明级别是不同的。Altshuller依据世界上著名的发明，研究了消除冲突的方法，提出了消除冲突的发明原理，建立了消除冲突的基于知识的逻辑方法，这些方法包括发明原理（InventivePrinciples）、发明问题解决算法（ARIZ，AlgorithmforInventiveProblemSolving）及标准解（TRIZStandardTechniques）。图2.1是应用TRIZ解决问题的一般过程。23第二节产品设计三、设计理论2、TRIZ：发明问题解决理论TRIZ中的一般问题工程中的特定问题TRIZ中的普适解特定问题的领域解图2.1TRIZ解决问题的一般过程Fig.2.1ThegeneralprocessofproblemsolvingbyTRIZ24第二节产品设计三、设计理论2、TRIZ：发明问题解决理论如图2.1所示，在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计产品的特定问题（SpecificProblem）表达成为TRIZ的一般问题（GeneralProblem），然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解等，求出该TRIZ问题的普适解（GeneralProblem）或称模拟解（Analogoussolution）；最后设计者再把该解转化为领域解或特解（SpecificProblem）。TRIZ认为技术创新产生于技术的概念设计阶段，即必须在概念设计阶段产生新的原理解。TRIZ已建立了一系列的普适性工具帮助设计者尽快获得满意的领域解，不仅在前苏联得到广泛应用、在美国的很多企业特别是大企业，如波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等的新产品开发得到了应用，创造了可观的经济效益。25第二节产品设计三、设计理论2、TRIZ：发明问题解决理论由于TRIZ将产品创新的核心——产生新的工作原理过程具体化，并提出了规则、算法与发明原理供设计人员使用，已是一种较完善的创新设计理论。图2.2是运用TRIZ提供的工具和方法工程解决实际问题的一个流程。26第二节产品设计三、设计理论2、TRIZ：发明问题解决理论问题分析*功能分析*理想解*可用资源*确定冲突区域选择工具如何做存在冲突需要改进原理进化效应解的评价*理想解,*QFD,*特性实施解导致新问题图应用TRIZ中一些工具和方法的流程图27一、生产流程分类第三节生产流程设计与选择1、按产品（Product—focused）进行的生产流程2、按加工路线（Process—focused）进行的生产流程3、按项目（Project）进行的生产流程以产品或提供的服务为对象，按照生产或提供服务的生产要求，组织相应的生产设备或设施，形成流水般的连续生产，有时又称为流水线。汽车装配线、电视机装配线——对象专业化以所要完成的加工内容为依据，构成生产流程，设备与人力按照工艺内容组织成一个生产单位，每一个生产单位只完成相同或相似的工艺内容的加工任务。适用于多品种中小批量生产或单件生产——工艺专业化28二、产品—流程矩阵产品生产流程单件生产成批生产大量生产连续生产顾客化（低产量）多品种（中低产量）品种较多（中批生产）标准化生产（大量生产）柔性单位成本高低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第三节生产流程设计与选择29三、影响生产流程设计的主要因素第三节生产流程设计与选择◆产品/服务需求性质◆自制—外购决策◆生产柔性◆产品/服务质量◆接触顾客的程度30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ABCDO品种批量第三节生产流程设计与选择四、生产流程选择决策—生产单位形式的选择1、分析品种、产量选择方案品种产量变化与生产单位形式的关系312、对选择的方案进行经济上的分析1025产量（万件）O50111225对象（产品）式成组生产单元工艺式费用（万元）不同生产过程方案的费用变化第三节生产流程设计与选择四、生产流程选择决策—生产单位形式的选择323、运用“经营杠杆”进行经济分析EP2产量对象式成组生产单元销售收入费用

不同生产流程方案的经营杠杆EPEP1第三节生产流程设计与选择四、生产流程选择决策—生产单位形式的选择33一、串行的产品设计方法需求结构设计工艺设计制造（a）串行过程第四节并行工程2、串行设计的弊端1、串行开发流程（4）产品设计阶段，工艺、制造人员不能加入，不能及早发现缺陷，费用高（1）部门之间缺乏协调、互相不理解。（2）时间长。（3）设计的产品不能满足顾客需求，制造性、装配性差。34二、并行的产品设计方法第四节并行工程（b）并行过程1、并行工程的定义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。并行过程见图b：352、产品设计时要考虑的因素并行工程力图从一开始就考虑到从概念形成到产品报废的所有因素。各因素见下表：第四节并行工程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应考虑的因素顾客需求降低成本易制造竞争力（低成本、标新立异）可靠性环境保护可维护性产品功能提高效率易装配操作简便二、并行的产品设计方法363、并行工程的主要思想第四节并行工程二、并行的产品设计方法（1）设计的同时考虑产品生命周期的所有因素，作为设计结果，同时产生产品设计规格和相应的制造工艺及生产准备文件。（2）产品设计过程中各活动并行交叉进行。（3）与产品生命周期有关的不同领域技术人员的全面参与和协同工作，实现生命周期中所有因素在设计阶段的集成，实现技术、资源、过程在设计中的集成。374、并行的产品开发流程见图：概念设计结构概念方案工艺概念方案初步设计产品初步方案工艺初步方案详细设计产品详细方案工艺详细方案第四节并行工程二、并行的产品设计方法385、并行设计的特点第四节并行工程二、并行的产品设计方法（1）各设计阶段的划分只标志着产品和设计的粒度和清晰度。※粒度-指设计人员在设计过程中所考虑和处理问题要素的大小；※清晰度-指表明设计对象在相应粒度水平上的确定程度的度量。（2）产品设计过程和产品信息模型经历着从定性到定量、从模糊到清晰渐进演化。设计向前循环一次，粒度减少，信息清晰度增加。（3）产品设计过程和工艺设计过程不是顺序进行，而是并行展开，同时进行。39（1）过程重构，建立集成的、并行的产品开发过程。（2）组织的重构，建立跨部门、跨专业的开发小组。（3）采取必要的措施。见表：阶段需求阶段设计阶段制造阶段营销阶段使用阶段终止阶段措施顾客参与质量功能部署CAD/CAPPVRP、GTDFM/DFA价值工程工业工程绿色制造第四节并行工程二、并行的产品设计方法6、实施并行工程需要做的变革40三、并行工程技术第四节并行工程1、虚拟设计◆面向并行工程的设计模式体现了开发过程的集成。◆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标准作为设计开发的标准接口。2、产品数据管理（PDM）◆基于Internet/Intranet平台的PDM系统，支持全球化虚拟企业的信息管理。◆面向对象技术的应用及信息模型的标准化。◆PDM与MRPⅡ的相互渗透。◆流程管理、项目管理和配置管理的功能越来越强。413、产品系列化、零件标准化、通用化第四节并行工程三、并行工程技术◆产品系列化是对相同的设计依据、相同的结构性和相同使用条件的产品，将其基本尺寸和参数按一定的规律编排，建立产品系列型谱，以减少产品品种，简化设计。◆零件标准化是在产品系列化的基础上，在企业内不同型号的产品之间扩大相同的通用零部件。◆零件通用化是按国家标准生产零部件。4、成组技术成组技术是一种利用零件的相似形来组织生产的原理和方法。5、减少变化方案（VRP）将产品成本分为功能成本、变化成本和控制成本，通过寻求三种成本间的均衡来达到控制产品成本、生产多样化产品的目的。42三、并行工程技术VRP以产品系列为研究对象，系统地归纳了减少变化的五项技术：（1）固定/可变技术（2）模块化技术（3）功能复合和集成技术（4）范围划分技术（5）趋势分析技术第四节并行工程5、减少变化方案（VRP）将产品成本分为功能成本、变化成本和控制成本，通过寻求三种成本间的均衡来达到控制产品成本、生产多样化产品的目的。