第04章-产品开发和技术选择

生产与运作管理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2精选课件ppt4.1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3精选课件ppt4.1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精选课件ppt4.1.1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：5精选课件ppt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6精选课件ppt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

7精选课件ppt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8精选课件pptVA/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9精选课件ppt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10精选课件ppt4.1.3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。11精选课件ppt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12精选课件ppt（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13精选课件ppt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14精选课件ppt(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？15精选课件ppt（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16精选课件ppt4.2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17精选课件ppt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18精选课件ppt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19精选课件ppt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20精选课件ppt4.2.2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21精选课件ppt

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22精选课件ppt

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23精选课件ppt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24精选课件ppt4.2.3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。25精选课件ppt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26精选课件ppt4.2.3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；27精选课件ppt4.2.3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;28精选课件ppt4.2.3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；29精选课件ppt4.2.3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。30精选课件ppt4.2.4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。31精选课件ppt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32精选课件ppt4.3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33精选课件ppt4.3.1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34精选课件ppt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35精选课件ppt

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。36精选课件ppt

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。37精选课件pptLDDGGLGGLL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38精选课件ppt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39精选课件ppt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40精选课件ppt4.3.2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；41精选课件ppt4.3.3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42精选课件ppt4.3.4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43精选课件ppt

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，成组生产单元为111万元，工艺式为50万元。当产量在10万件以下时，选择工艺式最经济，当产量在10万～25万件之间时，成组生产单元最经济，当产量在25万件以上时，对象式最经济。当然还有一种选择，如果以上几种方案都不能得到满意的投资回报时，则应放弃该产品的生产。工艺式成组生产单元对象（产品）式费用产量10255011122544精选课件ppt费用销售收入成组生产单元的成本曲线对象专业化形式成本曲线OBE1EP产量BE2不同生产过程方案的经营杠杆经营杠杆。经营杠杆是成本函数与销售收入函数的夹角。他它对生产流程选择的经济性评价具有十分重要的意义。4.3.4生产流程选择决策45精选课件ppt经营杠杆在选择生产流程时的作用有以下几个方面：生产量达到一定水平后（大于盈亏平衡点），生产系统的长期收益能力就大，未来的预期利润的不确定性也大；如果产量没有达到盈亏平衡点，经营杠杆的作用越大，则长期亏损的可能性也越大；经营杠杆作用越大,未来预期利润的不确定性也越大；销售预测的不确定性越大，经营杠杆作用大的生产系统产生损失的风险越大。经营杠杆对于生产系统设计的主要作用是：如果销售预测的不确定性很大时，则选择经营杠杆作用小的生产系统。4.3.4生产流程选择决策46精选课件ppt4.4并行工程——产品开发组织新方法串行的产品设计方法并行的产品设计方法并行工程的实施和技术47精选课件ppt4.4.1串行的产品设计方法需求分析结构设计

工艺设计制造b)并行过程a)串行过程48精选课件ppt串行设计：从需求分析、产品结构设计、工艺设计一直到加工制造和装配是一步步在各部门之间顺序进行。产品开发工作流程：市场人员提产品构想质量控制人员作质量保证计划确定产品总费用和生产周期制造工程师确定工艺工程设计人员完成产品定义串行的产品设计方法49精选课件ppt思考一下：串行产品开发存在什么问题？50精选课件ppt

以部门为基础的组织机构严重的阻碍了产品开发的速度和质量。各部门的工作都是围绕着本部门的目标来展的，其它部门设计资源和无法介入早期的设计阶段，造成了各阶段在设计工作上的脱节。在上一个问题的基础上，设计的产品的可靠性、可装配性较差，在没有进入制造阶段之前，就出现了很多技术问题，设计人员必须耗费很多的精力来解决这些问题，使得产品的开发周期在设计阶段就被延长了。串行产品开发过程存在的问题：51精选课件ppt521、各下游部门的资源不能早期介入开发过程；

2、各设计阶段由于不了解各自的目标和需求，引起很多矛，这些矛盾严重的降低了产品开发的效率和速度。串行产品开发过程的弊端52精选课件ppt4.4.2并行的产品设计方法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

（一）并行工程的产生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。该方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产品全生命周期从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。53精选课件ppt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4.4.2并行的产品设计方法并行工程是一种强调各阶段领域专家共同参加的系统化产品设计方法；其目的在于将产品的设计和产品的可制造性、可维护性、质量控制等问题同时加以考虑，以减少产品早期设计阶段的盲目性，尽可能早地避免不合理因素的影响，缩短研制周期。54精选课件ppt（二）并行工程的主要思想

1、在设计阶段同时要考虑产品生命周期的所有因素，作为设计结果，同时产生出设计规格、制造工艺信息和生产准备文件；

2、设计过程中的各项活动平行交叉进行；

3、各种领域的专业技术人员全面参与和协同工作，实现所有资源在各设计阶段的全面集成（技术、人力、信息）。

4、高效率的组织机构。4.4.2并行的产品设计方法55精选课件ppt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（三）并行产品开发流程特点产品设计的各阶段是一个递阶渐进的连续过程，注意粒度和清晰度产品设计过程和产品信息模型经历从定性到定量、从模糊到清晰的演化

产品设计过程和工艺设计过程是并行展开，同时进行。4.4.2并行的产品设计方法56精选课件ppt57（四）并行工程的应用及主要内容研发过程重构：从传统的串行过程转变为并行过程；组织过程重构：打破以部门为基础的功能式组织机构，建立跨部门、跨专业的开发组织；构建技术支持环境4.4.2并行的产品设计方法57精选课件ppt58在汽车设计中与供应商共同参与设计是现代汽车设计制造的普遍做法。汽车作为一种复杂的装配型产品，其零件有上万个。如果所有零件都由汽车生产商设计制造，其工作量是十分巨大的，也会延长设计周期。上世纪80年代，美国的汽车生产商忽略了零部件供应商的设计能力，没有将其纳入到自己的设计系统中。几乎所有的零部件全部自己设计，然后交由供应商生产制造。一项研究表明：日本的汽车生产商只设计汽车全部零件的30%。美国为81%。日本的汽车生产商在汽车整车设计的早期阶段就开始与零部件供应商展开合作，将大部分零部件交由供应商设计制造。汽车生产商只提出零件的技术要求与交货期。

汽车设计的并行参与案例58精选课件ppt59例如，汽车生产商只提出以下要求：设计一套制动器，可以使1100公斤的汽车从时速100公里的行驶状态在60米的距离内停止；制动器的尺寸为：15×15×25（厘米）；价格为40＄。其余的设计工作由供应商自行完成。这种做法可以极大的缩短设计周期，提高设计质量，降低设计成本。并行的设计思想还可以延伸到汽车的需求分析。例如在设计的早期可以邀请顾客参与设计过程，倾听他们对新产品的建议和意见。运用并行工程的设计方法，日本汽车公司产品开发设计周期只是美国公司的一半，竞争力十分明显。

汽车设计的并行参与案例59精选课件ppt4.4.3并行工程技术1.虚拟设计面向并行工程的DFx设计模式体现了开发的集成过程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 标准作为设计开发集成的标准接口DFX是并行的关键技术，主要包括:面向制造的设计(DesignforManufacturing,DFM)、面向装配的设计(DesignforAssembly,DFA)、面向质量的设计(DesignforQuality,DFQ)、面向可靠性的设计(DFReliability)、面向可维修性的设计(DFMaintainability)面向互换性的设计(DFChangeability)设计等。60精选课件ppt4.4.3并行工程技术2.产品数据管理（ProductDataManagement）P