第04章-產品開發(fā)和技術選擇

生產與運作管理Production&OperationsManagement

公司使命公司戰(zhàn)略工廠選址產品研發(fā)經營范圍資源配置競爭優(yōu)勢協(xié)同作用設施布置工作設計生產運作系統(tǒng)設計2精選課件ppt4.1引言

4.2產品設計與開發(fā)過程

4.3生產流程設計與選擇

4.4產品設計組織新方法-并行工程

4.5計算機輔助設計第四章產品開發(fā)和技術選擇3精選課件ppt4.1引言4.1.1產品設計的背景特征4.1.2新產品開發(fā)的重要性4.1.3現(xiàn)代企業(yè)的研究與開發(fā)4精選課件ppt4.1.1產品設計的背景特征信息爆炸的壓力技術進步越來越快高新技術的使用范圍越來越大市場和勞務競爭全球化產品研制開發(fā)的難度越來越大可持續(xù)發(fā)展的要求全球性技術支持和售后服務用戶的要求越來越苛刻21世紀企業(yè)面臨環(huán)境的主要特征：5精選課件ppt有利于增強企業(yè)的市場競爭力；有利于擴大市場份額；適應個性化定制生產的需要；產品更新?lián)Q代的需要4.1.2新產品開發(fā)的重要性6精選課件ppt研發(fā)的效率直接影響企業(yè)在時間上的競爭能力0510152025時間（月）行業(yè)化妝品玩具機床食品藥品50年前現(xiàn)在

產品生命周期縮短

7精選課件ppt設計時間占據(jù)產品開發(fā)時間的主要位置設計時間55%制造時間22%裝配時間23%產品開發(fā)時間100%研發(fā)的效率直接影響企業(yè)在時間上的競爭能力8精選課件pptVA/VE(valueanalysis/valueengineering)降低產品成本70%20%7%3%6%36%40%18%

設計階段制造階段材料階段其它階段成本比例成本的決定因素實際成本消耗研發(fā)直接影響產品成本

產品開發(fā)決定因素構成及實際成本消耗比較9精選課件ppt變更設計對成本的影響

改變設計引起的成本概念設計

設計開發(fā)

設計使用

制造裝配新產品開發(fā)階段10精選課件ppt4.1.3現(xiàn)代企業(yè)的研究與開發(fā)（一）研究與開發(fā)的分類研究與開發(fā)（ResearchandDevelopment，簡稱R&D）基礎研究:進行的是探索新的規(guī)律、創(chuàng)建基礎性知識的工作。應用研究:是將基礎理論研究中開發(fā)的新知識、新理論應用于具體領域。技術開發(fā):研究是將應用研究的成果經設計、試驗而發(fā)展成為新產品、新系統(tǒng)和新工程的科研活動。11精選課件ppt研究與開發(fā)的分類和特征

基礎研究應用研究技術開發(fā)目的尋求真理,擴廣知識探討新知識應用的可能性將研究成果應用于生產實踐性質探求發(fā)現(xiàn)新事物,新規(guī)律發(fā)明新事物完成新產品,新工藝,使之實用化,商品化內容發(fā)現(xiàn)新事物,新現(xiàn)象探求基礎研究應用的可能性運用基礎研究,應用研究成果從事產品設計,產品試制,工藝改進成果論文論文或專利專利設計書,圖紙,樣品成功成功率低成功率較高成功率大經費較少費用較大,控制松費用大,控制嚴人員理論水平高,基礎雄厚的科學家創(chuàng)造能力強,應用能力強的發(fā)明家知識和經驗豐富,動手能力強的技術專家管理原則尊重科學家意見,支持個人成果,采用同行評議尊重集體意見,支持研究組織在適當事作出評價尊重和支持團體合作計劃自由度大,沒有嚴格的指標和期限彈性,有戰(zhàn)略方向,期限較長硬性,有明確目標,較短期限12精選課件ppt（二）新產品的概念從生產技術角度來看：采用新技術、新材料，在技術、性能、功能、結構、材質等一方面或幾方面具有先進性或獨創(chuàng)性的產品。顯著提高性能、擴大功能從市場營銷角度來看：首次投入市場二、新產品的概念與分類13精選課件ppt按新產品的新穎程度：改進型產品:在現(xiàn)有產品的基礎上對某種功能、質量和外觀進行了不同程度的改進，使產品的功能、質量有了某些變化和提高。換代產品:產品的原理不改變，但是部分的采用了一些新技術使產品的功能發(fā)生了極大的突破。創(chuàng)新產品:采用最新的科學技術成果開發(fā)出來的新產品，它是創(chuàng)新程度最高的新產品。例如IBM公司推出的世界上第一臺個人計算機（二）新產品的分類14精選課件ppt(三)新產品開發(fā)面臨的壓力新產品開發(fā)面臨著費用高、成功率低、風險大、回報下降等壓力。格雷格A.史蒂文斯（GregA.Stevens）和詹姆斯·伯利（JamesBurley）調查統(tǒng)計后提出：3000個新產品的原始想法，只有1個能成功。阿爾巴拉（Albala）在總結以往研究的基礎上，指出新產品開發(fā)的死亡率為98.2%。初期項目中只有2%可以進入市場你認為有哪些因素會影響新產品研發(fā)的成?。?5精選課件ppt（1）沒有潛在的用戶和需求（2）新產品與當前的需求不匹配（3）營銷工作不得力新產品失敗的原因16精選課件ppt4.2產品設計與開發(fā)階段4.2.1產品構思

4.2.2結構設計過程

4.2.3工藝設計過程

4.2.4產品設計的原則和績效評價17精選課件ppt一般產品開發(fā)過程由以下階段構成:產品構思結構設計（總體設計、技術設計、詳細設計）工藝設計4.2產品設計與開發(fā)階段18精選課件ppt產品構思結構設計協(xié)調工藝設計協(xié)調輸入產品功能中間結果協(xié)調結果產品規(guī)格干預指令協(xié)調結果工藝計劃

中間結果中間結果干預指令產品設計過程描述19精選課件ppt產品開發(fā)過程構思R&D對市場需求的分析技術的推動競爭對手的產品和服務供應鏈合作伙伴來源于來源于開始產品構思來源4.2.1產品構思20精選課件ppt4.2.2結構設計過程制造型企業(yè)：產品結構設計過程包括從明確設計任務開始，到確定產品的具體結構為止的一系列活動。服務型企業(yè)：產品結構設計就是服務內容和服務過程的設計。設計階段決定了產品的特征、性能、質量、成本。產品設計一般分為總體設計、技術設計、工作圖設計三個階段21精選課件ppt

總體設計通過市場需求分析，確定產品的性能、設計原則、技術參數(shù)、概略計算產品的技術經濟指標和進行產品設計方案的經濟效果的分析。技術設計將技術任務書中確定的基本結構和主要參數(shù)具體化，根據(jù)技術任務書所規(guī)定的原則，進一步確定產品結構和技術經濟指標，以總圖、系統(tǒng)圖、明細表、說明書等總括形式表現(xiàn)出來。4.2.2結構設計過程22精選課件ppt

工作圖設計根據(jù)技術設計階段確定的結構布置和主要尺寸，進一步作結構的細節(jié)設計，逐步修改和完善，繪制全套工作圖樣和編制必要的技術文件，為產品制造和裝配提供確定的依據(jù)。4.2.2結構設計過程23精選課件ppt市場需求分析工作圖設計結構設計優(yōu)化設計三維幾何造型計算機繪圖有限元設計資料和圖形庫原型修改總體設計開始初步設計原型產品評估決策NNYYCAD4.2.2結構設計過程24精選課件ppt4.2.3工藝設計過程

工藝過程設計工藝設計是指按產品設計要求，安排或規(guī)劃出從原材料加工成產品所需要的一系列加工過程、工時消耗、設備和工藝裝備需求等的說明。是結構設計過程和制造過程之間的橋梁。工藝過程的結果一方面反饋給產品設計用以改進產品設計；另一方法作為生產的依據(jù)。25精選課件ppt決定加工毛坯（材料和尺寸）選定加工條件計算加工時間制定加工工藝選擇機床決定加工工序內的操作順序選擇工藝裝備零件圖4.2.3工藝設計過程26精選課件ppt4.2.3工藝設計過程產品圖紙的工藝分析和審查。是保證產品結構工藝性的重要措施。

1、產品結構是否與生產類型相適應；

2、是否充分利用了現(xiàn)有的工藝標準；

3、零件的形狀、尺寸和配合是否適當；

4、所選擇是材料是否恰當；

5、企業(yè)現(xiàn)有的技術裝備能否適應工藝要求；27精選課件ppt4.2.3工藝設計過程擬訂工藝方案。要明確在產品制造過程中會出現(xiàn)哪些主要問題，關鍵件用什么方法加工，工藝路線怎樣安排，工藝裝備的原則和系數(shù)如何確定等重大原則問題。

1、確定工藝原則；

2、確定質量標準、材料利用率、制造成本；

3、列出各類關鍵零件、確定工藝路線，評價工藝方案;28精選課件ppt4.2.3工藝設計過程編制工藝規(guī)程。

1、產品制造的具體方法和順序的確定、設備的選擇；

2、工藝規(guī)范(標準)的選擇、工藝裝備的確定；

3、設備調整方案的選擇；

4、產品裝配與零件加工技術條件的確定；29精選課件ppt4.2.3工藝設計過程工藝裝備的設計與制造實現(xiàn)工藝過程所需要的各種工具、卡具、夾具、刃具、量具和模具，統(tǒng)稱為工藝裝備。它的設計和制造對于貫徹工藝規(guī)程、保證加工質量、提高生產效率有重要作用。30精選課件ppt4.2.4產品設計的原則和績效評價

產品設計和選擇應該遵循的原則：設計用戶需要的產品（服務）。設計可制造性（Manufacturability）強的產品。設計魯棒性（Robustness）強的產品。設計綠色產品（考慮環(huán)保要求）。魯棒性就是系統(tǒng)的健壯性。它是在異常和危險情況下系統(tǒng)生存的關鍵。比如說，計算機軟件在輸入錯誤、磁盤故障、網絡過載或有意攻擊情況下，能否不死機、不崩潰，就是該軟件的魯棒性。31精選課件ppt績效指標度量對競爭力的影響上市時間新產品引入頻率從新產品構思到上市的時間構思數(shù)量和最終成功數(shù)量實際效果與計劃效果的差異來自新產品的銷售比例顧客/競爭對手的響應時間設計的質量－接近市場的程度項目的頻率－模型的壽命生產率每一個項目的研究發(fā)展周期每一個項目的材料及工具費用實際與計劃的差異項目數(shù)量－新產品設計與開發(fā)的頻率項目的頻率－開發(fā)的經濟性質量舒適度－使用的可靠性設計質量－績效和用戶的滿意度生產質量－工產和車間的反映信譽－用戶的忠誠度對用戶的相對吸引力－市場份額利潤率產品開發(fā)績效評價指標32精選課件ppt4.3生產流程設計與選擇4.3.1生產流程分類4.3.2產品——流程矩陣4.3.3影響生產流程設計的主要因素4.3.4生產流程選擇決策33精選課件ppt4.3.1生產流程分類根據(jù)生產類型的不同，生產流程有三種基本類型：按產品進行的生產流程按加工路線進行的生產流程按項目進行的生產流程34精選課件ppt按產品進行的生產流程按產品/服務形成過程的要求組織設備，形成流水般的連續(xù)過程，又稱為流水線（FlowLine）。這種形式適用于大量大批生產類型（對象專業(yè)化）按工藝特點的生產流程面對多品種產品或服務，只能將完成相同工藝的設備組織到一起。又稱作工藝專業(yè)化形式，適用于多品種中小批量或單件生產類型（工藝專業(yè)化）按項目進行的生產流程項目是一次性的，且不重復。4.3.1生產流程分類35精選課件ppt

加工設備加工設備按產品（對象）布置的示意圖

按產品進行的生產流程按對象專業(yè)化原則布置有關機器和設備，常見的如流水生產線或產品裝配線。如圖所示。36精選課件ppt

LLLDDDDGG接收和轉運LDG

車床組鏜床組磨床組磨床鉆床車床按工藝過程布置示意圖按加工路線進行的生產流程又稱工藝專業(yè)化布置。即按照工藝專業(yè)化原則將同類機器集中在一起，完成相同工藝加工任務。37精選課件pptLDDGGLGGLL原材料成品庫單元1單元2單元3GDL車床鉆床磨床成組生產單元布置示意圖

按成組制造單元進行的流程38精選課件ppt不同生產流程的特征比較

特征標記對象專業(yè)化工藝專業(yè)化項目型產品訂貨類型產品流程產品變化程度市場類型產量批量較大流水型低大批量高成批生產跳躍型高顧客化生產中等單件、單項定制無很高單一化生產單件生產勞動者技能要求任務類型工資低重復性低高沒有固定形式高高沒有固定形式高資本投資庫存設備高低專用設備中等高通用設備低中等通用設備目標柔性成本質量按期交貨程度低低均勻一致高中等中等變化更多中等高高變化更多低計劃與控制生產控制質量控制庫存控制容易容易容易困難困難困難困難困難困難39精選課件ppt使生產系統(tǒng)的組織與市場需求相適應單件生產成批生產大量生產連續(xù)生產低生產流程廣告重型機器中型機器食品加工汽車裝配電視機食糖面粉高柔性單位成本顧客化(低產量)多品種(中低產量)品種較多(中批生產)標準化產品(大量生產)4.3.2產品——流程矩陣40精選課件ppt4.3.2產品——流程矩陣產品—流程矩陣的原理:根據(jù)產品產量結構的特征,沿對角線方向選擇和配備相應的生產流程,如果偏離對角線方向來選擇生產流程,就不能取得很好的經濟效果;產品—流程矩陣較好的解決了市場需求的變化與企業(yè)內部生產系統(tǒng)調整之間的矛盾,對于生產管理人員選擇生產流程、制定生產戰(zhàn)略具有很大的作用；41精選課件ppt4.3.3影響生產流程設計的主要因素產品/服務需求性質：數(shù)量、品種、季節(jié)波動性；自制－外購決策生產柔性品種柔性：品種柔性是指生產系統(tǒng)從一種產品的生產狀態(tài)迅速地轉變?yōu)榱硗庖环N產品的生產狀態(tài)的能力。提高品種柔性的途徑是采用數(shù)控機床、加工中心和計算機制造系統(tǒng)等；產量柔性：產量柔性是指生產系統(tǒng)能夠快速增加和減少產量的能力。采用可以快速重構的生產單元。產品/服務質量水平接觸顧客的程度42精選課件ppt4.3.4生產流程選擇決策在選擇生產單位形式時，影響最大的是品種數(shù)的多少和每種產品產量的大小對象專業(yè)化形式，大量生產對象專業(yè)化形式，批量生產成組生產單元和工藝專業(yè)化混合形式工藝專業(yè)化形式批量品種43精選課件ppt

以圖中的數(shù)字為例，生產同一種產品的對象式系統(tǒng)投資額為225萬元，成組生產單元為111萬元，工藝式為50萬元。當產量在10萬件以下時，選擇工藝式最經濟，當產量在10萬～25萬件之間時，成組生產單元最經濟，當產量在25萬件以上時，對象式最經濟。當然還有一種選擇，如果以上幾種方案都不能得到滿意的投資回報時，則應放棄該產品的生產。工藝式成組生產單元對象（產品）式費用產量10255011122544精選課件ppt費用銷售收入成組生產單元的成本曲線對象專業(yè)化形式成本曲線OBE1EP產量BE2不同生產過程方案的經營杠桿經營杠桿。經營杠桿是成本函數(shù)與銷售收入函數(shù)的夾角。他它對生產流程選擇的經濟性評價具有十分重要的意義。4.3.4生產流程選擇決策45精選課件ppt經營杠桿在選擇生產流程時的作用有以下幾個方面：生產量達到一定水平后（大于盈虧平衡點），生產系統(tǒng)的長期收益能力就大，未來的預期利潤的不確定性也大；如果產量沒有達到盈虧平衡點，經營杠桿的作用越大，則長期虧損的可能性也越大；經營杠桿作用越大,未來預期利潤的不確定性也越大；銷售預測的不確定性越大，經營杠桿作用大的生產系統(tǒng)產生損失的風險越大。經營杠桿對于生產系統(tǒng)設計的主要作用是：如果銷售預測的不確定性很大時，則選擇經營杠桿作用小的生產系統(tǒng)。4.3.4生產流程選擇決策46精選課件ppt4.4并行工程——產品開發(fā)組織新方法串行的產品設計方法并行的產品設計方法并行工程的實施和技術47精選課件ppt4.4.1串行的產品設計方法需求分析結構設計

工藝設計制造b)并行過程a)串行過程48精選課件ppt串行設計：從需求分析、產品結構設計、工藝設計一直到加工制造和裝配是一步步在各部門之間順序進行。產品開發(fā)工作流程：市場人員提產品構想質量控制人員作質量保證計劃確定產品總費用和生產周期制造工程師確定工藝工程設計人員完成產品定義串行的產品設計方法49精選課件ppt思考一下：串行產品開發(fā)存在什么問題？50精選課件ppt

以部門為基礎的組織機構嚴重的阻礙了產品開發(fā)的速度和質量。各部門的工作都是圍繞著本部門的目標來展的，其它部門設計資源和無法介入早期的設計階段，造成了各階段在設計工作上的脫節(jié)。在上一個問題的基礎上，設計的產品的可靠性、可裝配性較差，在沒有進入制造階段之前，就出現(xiàn)了很多技術問題，設計人員必須耗費很多的精力來解決這些問題，使得產品的開發(fā)周期在設計階段就被延長了。串行產品開發(fā)過程存在的問題：51精選課件ppt521、各下游部門的資源不能早期介入開發(fā)過程；

2、各設計階段由于不了解各自的目標和需求，引起很多矛，這些矛盾嚴重的降低了產品開發(fā)的效率和速度。串行產品開發(fā)過程的弊端52精選課件ppt4.4.2并行的產品設計方法過程需求階段設計階段制造階段營銷階段使用階段終止階段考慮的因素顧客需求產品功能減低成本提高效率易制造易裝配競爭力（低成本、標新立異）可靠性可維護性操作簡便環(huán)境保護

（一）并行工程的產生并行工程是對產品及其相關過程，包括制造過程和支持過程，進行并行、一體化設計的一種系統(tǒng)化方法。該方法力圖使產品開發(fā)者從一開始就考慮到產品全生命周期從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度和用戶需求。53精選課件ppt并行設計可制造性可裝配性質量保證顧客滿意可靠性環(huán)境保護功能4.4.2并行的產品設計方法并行工程是一種強調各階段領域專家共同參加的系統(tǒng)化產品設計方法；其目的在于將產品的設計和產品的可制造性、可維護性、質量控制等問題同時加以考慮，以減少產品早期設計階段的盲目性，盡可能早地避免不合理因素的影響，縮短研制周期。54精選課件ppt（二）并行工程的主要思想

1、在設計階段同時要考慮產品生命周期的所有因素，作為設計結果，同時產生出設計規(guī)格、制造工藝信息和生產準備文件；

2、設計過程中的各項活動平行交叉進行；

3、各種領域的專業(yè)技術人員全面參與和協(xié)同工作，實現(xiàn)所有資源在各設計階段的全面集成（技術、人力、信息）。

4、高效率的組織機構。4.4.2并行的產品設計方法55精選課件ppt概念設計初步設計詳細設計產品詳細方案工藝初步方案產品初步方案工藝詳細方案結構概念方案工藝概念方案（三）并行產品開發(fā)流程特點產品設計的各階段是一個遞階漸進的連續(xù)過程，注意粒度和清晰度產品設計過程和產品信息模型經歷從定性到定量、從模糊到清晰的演化

產品設計過程和工藝設計過程是并行展開，同時進行。4.4.2并行的產品設計方法56精選課件ppt57（四）并行工程的應用及主要內容研發(fā)過程重構：從傳統(tǒng)的串行過程轉變?yōu)椴⑿羞^程；組織過程重構：打破以部門為基礎的功能式組織機構，建立跨部門、跨專業(yè)的開發(fā)組織；構建技術支持環(huán)境4.4.2并行的產品設計方法57精選課件ppt58在汽車設計中與供應商共同參與設計是現(xiàn)代汽車設計制造的普遍做法。汽車作為一種復雜的裝配型產品，其零件有上萬個。如果所有零件都由汽車生產商設計制造，其工作量是十分巨大的，也會延長設計周期。上世紀80年代，美國的汽車生產商忽略了零部件供應商的設計能力，沒有將其納入到自己的設計系統(tǒng)中。幾乎所有的零部件全部自己設計，然后交由供應商生產制造。一項研究表明：日本的汽車生產商只設計汽車全部零件的30%。美國為81%。日本的汽車生產商在汽車整車設計的早期階段就開始與零部件供應商展開合作，將大部分零部件交由供應商設計制造。汽車生產商只提出零件的技術要求與交貨期。

汽車設計的并行參與案例58精選課件ppt59例如，汽車生產商只提出以下要求：設計一套制動器，可以使1100公斤的汽車從時速100公里的行駛狀態(tài)在60米的距離內停止；制動器的尺寸為：15×15×25（厘米）；價格為40＄。其余的設計工作由供應商自行完成。這種做法可以極大的縮短設計周期，提高設計質量，降低設計成本。并行的設計思想還可以延伸到汽車的需求分析。例如在設計的早期可以邀請顧客參與設計過程，傾聽他們對新產品的建議和意見。運用并行工程的設計方法，日本汽車公司產品開發(fā)設計周期只是美國公司的一半，競爭力十分明顯。

汽車設計的并行參與案例59精選課件ppt4.4.3并行工程技術1.虛擬設計面向并行工程的DFx設計模式體現(xiàn)了開發(fā)的集成過程PDM發(fā)展成為CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)的集成平臺Internet使設計集成的范圍更加廣泛STEP 標準作為設計開發(fā)集成的標準接口DFX是并行的關鍵技術，主要包括:面向制造的設計(DesignforManufacturing,DFM)、面向裝配的設計(DesignforAssembly,DFA)、面向質量的設計(DesignforQuality,DFQ)、面向可靠性的設計(DFReliability)、面向可維修性的設計(DFMaintainability)面向互換性的設計(DFChangeability)設計等。60精選課件ppt4.4.3并行工程技術2.產品數(shù)據(jù)管理（ProductDataManagement）P