产品设计和技术选择

生产与运作管理第二讲产品设计和技术选择Contents需求管理产品开发概述产品设计与开发过程产品设计与开发的组织方法2024/6/3022.1需求管理需求需求就是你要买衣服时要对售货员说你要多大的衣服。需求不总是显而易见的，而且它可来自各个方面。需求并不总是容易用文字明白无误地表达。存在不同种类的需求，其详细程度各不相同。如果不加以控制，需求的数量将难以管理。需求相互之间以及与流程的其他可交付工件之间以多种方式相关联。需求有唯一的特征或特征值。例如，它们既非同等重要，处理的难度也不同。需求涉及众多相关利益责任方，这意味着需求要由跨职能的各组人员来管理。需求发生变更。需求可能对时间敏感。2024/6/3032.1需求管理为什么需要管理需求？是因为他们想让项目获得成功。满足项目需求,即为成功打下了基础。若无法管理需求，达到目标的几率就会降低。为什么要管理需求？避免失败就是一个很充分的理由。提高项目的成功率和需求管理所带来的其他好处同样也是理由。2024/6/3042.1需求管理需求管理需求管理恰如裁缝的量体裁衣，它直接关系到最终产品的成型。如果一个产品满足了客户需求，那它无疑就是成功的。需求管理是企业生产计划与控制系统衔接市场、工厂、仓库和客户之间的桥梁。需求管理又有更深层次的含义，是供需链管理的“龙头”。需求管理的过程，从需求分析开始贯穿整个项目始终，力图实现最终产品同需求性的最佳结合。2024/6/3052.1需求管理不同生产类型下的需求管理MTS（Make-to-stock）环境下ATO（Assemble-to-order）环境下MTO（Make-to-order）环境下ETO（Engineering-to-order）环境下2024/6/306不同生产环境下需求管理的核心任务比较任务MTSATOMTO/ETO信息提供预测信息提供产品配置管理信息提供产品定义信息计划优化库存水平交货期设置提供工程能力需求计划控制确保顾客服务水平满足交货期要求根据顾客需求调整工程资源2024/6/3072.1需求管理预测：预测是对未来可能发生的情况的预计与推测。预测的分类时间长短预测方法预测内容科学预测技术预测经济预测需求预测社会预测长期预测中期预测短期预测定性预测定量预测2024/6/3082.1需求管理预测的程序决定预测的目的和用途；根据企业不同的产品及其性质进行分类；决定影响各类产品需求的因素及其重要性；收集所有可以利用的过去和现在的资料，加以分析；选择适当的预测方法或模型；计算并核实初步预测结果；考虑和设定无法预测的内外因素；对上两步进行综合考虑判断并作出结论，然后求出各类产品和地域性的需求预测；将预测结果应用于生产计划工作中；根据实际发生的需求对预测进行监控。2024/6/3092.1需求管理影响需求预测的因素企业需求产品生命周期竞争者的行为商业周期顾客偏好随机影响顾客的购买行为时间商业信誉推销努力广告产品或服务的设计信用政策产品质量输出反馈输入2024/6/30102.1需求管理常见的预测方法预测方法定性定量德尔菲法部门主管讨论法用户调查法销售人员意见调查法因果模型时间序列模型时间序列分解模型时间序列平滑模型移动平滑法一次指数平滑法乘法模型加法模型二次指数平滑法2024/6/3011移动平滑法简单移动平滑法加权移动平滑法2024/6/3012一次指数平滑法一次指数平滑法是另一种形式的加权移动平均计算公式为：2024/6/3013二次指数平滑法计算公式2024/6/3014时间序列分解模型实际需求值是趋势的、季节的、周期的、或随机的等多种成分共同作用的结果。时间序列分解模型企图从时间序列值中找出各种成分，并在对各种成分单独进行预测的基础上，综合处理各种成分的预测值，以得到最终的预测结果。时间序列分解模型应用的假设条件：各种成分单独地作用于实际需求，而且过去和现在起作用的机制将持续到未来。2024/6/3015时间序列分解模型乘法模型加法模型TF——时间序列的预测值T——趋势成分S——季节成分C——周期性变化成分I——不规则的波动成分2024/6/30162.2产品开发概述21世纪企业产品设计的背景特征

新产品开发是实现企业竞争战略的需要技术进步越来越快用户的要求越来越苛刻，并呈现多样化、个性化的特点产品研制开发的难度越来越大可持续发展的要求

2024/6/30172.2产品开发概述产品研制开发的难度越来越大目前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。

有研究数据表明：3000个新产品的原始构想，只有一个能够成功，新产品开发的死亡率为98.2%，在初期的项目中只有2%可以进入市场，其它都半途而废。2024/6/30182.2产品开发概述新产品开发的重要性是企业获得竞争优势的源泉可以加强或改变企业的战略方向能提高企业形象能为投资提供长期的财务收益可以提供研究开发的资金，形成新产品开发的良性循环可以利用企业的生产和经营资源，提高资源利用率可以充分利用和提高营销效果和品牌效益可以影响企业的人力资源适应个性化定制生产的需要产品更新换代的需要2024/6/30192.2产品开发概述是企业获得竞争优势的源泉取得技术领先地位，建立产品标准优先控制关键资源，获得成本优势获得领先者的声誉，抢先与顾客建立伙伴关系根据对34大类日常消费品的研究表明：新产品开发领先企业作为市场第一进入者，市场第二进入者的平均市场份额只有它的71%，而第三进入者的市场份额只有它的58%。2024/6/3020可以利用企业的生产和经营资源，提高资源利用率例：（1）邮电部门利用投递业务，增加了生日电报、代送鲜花和代送小孩上学等新的服务。（2）梅林正广和集团开始时是一个以食品、饮料加工和销售为主业的国有企业正广和饮用水公司，现在在总部上海，“85818，送货到你家”已成为市民生活的组成部分，在大桶纯净水的基础上，梅林正广和的配送网络收放自如，可以承载的商品空间非常之大。2024/6/3021可以充分利用和提高营销效果和品牌效益例：（1）海尔公司把冰箱、洗衣机上的品牌延伸到新产品的海尔空调和海尔彩电上。（2）二十世纪的调查显示，全球最流行的三个词分别是上帝、她和可口可乐。以可口可乐为标志的logo构成了公司的旗舰商标，另外还有超过160个其他的不同品牌在可口可乐公司生产或销售，象芬达、雪碧等。2024/6/3022可以影响企业的人力资源例如：苹果计算机公司开发了价格和利润较大的新产品Macintosh，但新产品的销售量远远低于预测结果，导致公司的利润快速下滑，最终导致公司裁员，但不论成功与否，新产品的研究与开发可以维持和提高开发人员的知识水平和能力。2024/6/3023产品更新换代的需要随着技术的进步和需求的变化，产品的生命周期越来越短，更新换代速度加快，这就要求企业要有很强的产品研发能力，以不断地改进产品。根据管理学中ABC分类思想，企业技术活动时企业快速响应客户需求的瓶颈，是提高企业竞争力的关键所在。2024/6/30242.2产品开发概述现代企业的研究开发研究开发（R&D）的分类1基础研究2应用研究3技术开发研究2024/6/30252.2产品开发概述基础研究是对新理论、新原理的探讨，属探讨性的科学研究，指为获得关于现象和可观察事实的基本原理及新知识而进行的实验性和理论性工作，它不以任何专门或特定的应用或使用为目的。基础研究可划分为纯基础研究（人称自由基础研究）和定向基础研究（又称目标基础研究），前者没有特定的实际应用目的，后者是针对某一领域中带有普遍性的技术问题进行的基础研究，具有间接实际应用目的。基础研究的成果不但能扩大科学理论的领域，提高应用研究的水平，而且对于技术和生产的发展具有难以估量的作用。

2024/6/30262.2产品开发概述应用研究指为获得新知识而进行的创造性的研究，它主要是针对某一特定的实际目的或目标。研究结果一般只影响科学技术的有限范围，并具有专门的性质，针对具体的领域、问题或情况。区分基础研究与应用研究的主要准则

基础研究是为了认识现象，获取关于现象和事实的基本原理的知识，而不考虑其直接的应用，应用研究在获得知识的过程中具有特定的应用目的。2024/6/30272.2产品开发概述技术开发研究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、新系统核心工程的科研活动。R&D的重要性R&D在宏观上影响着一个国家的技术进步，在微观上决定着一个企业的生产与发展。2024/6/30282.2产品开发概述产品类别中国1995年美国1987年日本1985年英国1984年法国1986年机械制造业0.682.142.032.152.18电子产业1.40－5.589.71－航空航天8.1922.354.8714.2023.0仪器仪表0.852.924.992.532.79电气设备0.92－4.513.687.51中国与工业发达国家部分行业R&D投入比重的比较

2024/6/3029对于企业而言，研究开发主要分为以下几种类型局部革新电脑机箱立式——卧式小革新小发明创新发明电子管——晶体管1232.2产品开发概述2024/6/30302.2产品开发概述企业R&D途径独创型引进（转移）型综合与延伸型总结提高型2024/6/30312.2产品开发概述企业R&D策略进攻型防卫型技术引进型争夺科技人才型“填空隙”型2024/6/30322.2产品开发概述新产品的分类改进型换代产品创新产品新型汽车性能更高的计算机第一部手机2024/6/30332.2产品开发概述新产品的研究开发策略1234技术领先策略紧随领先者策略仿制策略或低成本策略部分市场策略2024/6/30342.3产品设计与开发的过程一般产品开发过程工艺设计结构设计产品构思2024/6/30352.3产品设计与开发的过程产品构思新产品BDCA顾客供应商R&D竞争对手2024/6/30362.3产品设计与开发的过程结构设计过程开始市场需求分析总体设计原型设计原型修改结构设计评估决策工作图设计资料和图形库三维几何造型有限元设计优化设计计算机绘图初步设计NNYYCAD2024/6/30372.3产品设计与开发的过程结构设计过程大体分为三个部分1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，概略计算技术经济指标等2技术设计：确定产品结构和技术经济指标。3工作图设计：逐步修改和完善，为产品制造和装配提供确定的依据。2024/6/30382.3产品设计与开发的过程工艺设计过程工艺过程设计难度大，是技术系统中的瓶颈环节。DBCA产品图纸的工艺分析和审查拟定工艺方案编制工艺规程工艺装备的设计与制造工艺设计的程序2024/6/30392.3产品设计与开发的过程新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用户需要可制造性强鲁棒性强绿色化2024/6/30402.3产品设计与开发的过程鲁棒性（Robust）原是统计学中的一个专门术语，指控制系统在其特性或参数发生摄动时仍可使品质指标保持不变的性能。20世纪70年代初开始在控制理论的研究中流行起来，用以表征控制系统对特性或参数摄动的不敏感性。在实际问题中，系统特性或参数的摄动常常是不可避免的。产生摄动的原因主要有两个方面，一个是由于量测的不精确使特性或参数的实际值会偏离它的设计值（标称值），另一个是系统运行过程中受环境因素的影响而引起特性或参数的缓慢漂移。因此，鲁棒性已成为控制理论中的一个重要的研究课题，也是一切类型的控制系统的设计中所必须考虑的一个基本问题。

2024/6/30412.3产品设计与开发的过程产品开发的绩效评价根据企业在市场上的竞争要素，通常用上市时间、生产率、服务等作为绩效指标来评价新产品的绩效。2024/6/30422.4产品设计与开发的组织方法产品开发对生产过程的影响（时间方面）产品开发时间100%设计时间55%制造时间22%装配时间23%据统计，产品设计时间占总开发时间的近60%。目前国外的新产品研制周期大大缩短：AT&T从2年缩短为1年HP从4.5年缩短为22个月2024/6/30432.4产品设计与开发的组织方法产品开发对生产过程的影响（利润方面）实践证明：若生命周期为5年，产品开发时间每延长6个月，利润损失1/3。0510152025行业化妆品玩具机床食品药品50年前现在2024/6/30442.4产品设计与开发的组织方法产品成本的决定因素构成及实际成本消耗70%6%20%36%7%40%3%18%设计阶段制造阶段材料采购其它阶段费用成本的决定因素实际成本消耗2024/6/3045另外，据研究表明：制造生产率的70%-80%是在设计和工艺阶段决定的；所有的质量问题的40%可以归因于低劣的设计和工艺2024/6/30462.4产品设计与开发的组织方法产品开发的两种方式需求结构设计工艺设计制造需求结构设计工艺设计制造串行过程并行过程2024/6/30472.4产品设计与开发的组织方法串行的产品设计方法各个下游开发部门所具有的知识难以加入早期设计。问题各部门对其它部门的需求和能力缺乏理解，降低了产品整体开发过程的效率。2024/6/3048案例：波音767-X并行设计工程2024/6/3049随着商业飞机的不断发展，波音公司在原有模式下的产品成本不断增加，并且积压的飞机越来越多。2024/6/3050在激烈的市场竞争当中，波音公司是如何用较少的费用设计制造高性能的飞机？

过去的飞机开发大都延用传统的设计方法，按专业部门划分设计小组，采用串行的开发流程。大型客机从设计到原型制造多则十几年，少则七到八年。

2024/6/3051波音公司在767－X的开发过程中采用了全新的“并行产品定义”的概念，通过优化设计过程集合了最新管理方案，改善设计，提高飞机生产质量，降低成本，改进计划，实现了三年内从设计到一次试飞成功的目标。

2024/6/3052波音公司在新型767－X飞机的开发中，全面应用CAD/CAM系统作为基本设计工具，使得设计人员能够在计算机上设计出所有的零件三维图形，并进行数字化预装配，获得早期的设计反馈，便于及时了解设计的完整性、可靠性、可维修性、可生产性和可操作性。同时，数字化设计文件可以被后续设计部门共享，从而在制造前获得反馈，减少设计更改。

2024/6/3053波音公司在商业飞机制造领域积累了75年的开发经验，成功地推出了707~777等不同型号的飞机。下图表示了这些型号开发的组织模式演变过程。2024/6/30542024/6/3055（1）工程设计研制过程设计研制过程起始于3D模型的建立，它是一个反复循环过程。设计人员用数字化预装配检查3D模型，完善设计，直到所有的零件配合满足要求为止。最后，建立零件图、部装图、总装图模型，2D图形完成并发图。设计研制过程需要设计制造团队来协调。（2）数字化整机预装配过程数字化预装配利用CAD/CAM系统进行有关3D飞机零部件模型的装配仿真与干涉检查，确定零件的空间位置，根据需要建立临时装配图。2024/6/3056（3）数字化样件设计过程767－X利用CAD/CAM系统进行数字化预装配，数字化样件设计过程负责每个零件设计和样件安装检查。（4）区域设计（AM）区域设计利用数字化预装配过程设计飞机区域的各类模型。由每个设计组或设计制造团队成员负责，各工程师、设计员、计划员、工装设计员都应参与区域设计。2024/6/3057（5）设计制造过程设计制造团队由各个专业的技术人员组成，在产品设计中起协调作用，最大程度的减少更改、错误和返工。（6）综合设计检查过程综合设计检查过程用于检查所有设计部件的分析、部件树、工装、数控曲面的正确性。2024/6/3058（7）集成化计划管理过程集成化计划管理是一个提高联络速度、制定制造工艺计划、测试及飞机交付计划的过程。2024/6/3059采用DPA等数字化方法与工具在设计早期尽快发现下游的各种问题数字化整机预装配（DPA）是一个计算机模拟装配过程，它根据设计员、分析员、计划员、工装设计员要求，利用各个层次中的零件模型进行预装配。2024/6/3060大量应用CAD/CAM/CAE技术，做到无图纸生产（1）采用100％数字化技术设计飞机零部件（2）建立了飞机设计的零件库与标准件库（3）采用CAE工具进行工程特性分析（4）计算机辅助制造工程与NC编程（5）计算机辅助工装设计2024/6/3061利用巨型机支持的产品数据管理系统辅助并行设计767－X采用一个大型的综合数据库管理系统，用于存储和提供配置控制，控制多种类型的有关工程、制造和工装数据，以及图形数据、绘图信息、资料属性、产品关系以及电子检字等，同时对所接收的数据进行综合控制。2024/6/3062效益分析①提高设计质量，极大地减少了早期生产中的设计更改；②缩短产品研制周期，和常规的产品设计相比，并行设计明显地加快了设计进程；③降低了制造成本；④优化了设计过程，减少了报废和返工率。2024/6/3063并行工程在我国发展的背景

（1）CIMS应用工厂具备潜在需求。另据机电部对400家企业进行的一次调查，80%以上的工厂近期将实施MRPII，CAD/CAM等项目。（2）航空航天等型号研制提出了对并行工程的明确需求。

（3）某些企业在实施CIMS项目时,对并行工程提出了明确的需求。（4）现代制造技术的进一步发展需求。

1995年8月，国家科委批准863/CIMS主题重大关键技术攻关项目“并行工程”的立项申请报告，在CIMS信息集成的基础上，将分立的并行工程研究上升为总体技术的突破，并在