生產運作管理 第6版 課件 第3、4章 產品、服務設計和技術選擇、生產、服務設施選址與布置

生產運作管理

Production&OperationsManagement《生產與運作管理》第3章產品、服務設計和技術選擇3.1概述3.2產品研究與開發(fā)管理3.3生產流程設計與選擇3.4并行工程：產品開發(fā)組織的新方法

3.5先進技術在產品設計中的運用

《生產與運作管理》3.1概述

經濟發(fā)展、技術進步和需求多樣化，要求企業(yè)能對不斷變化的市場做出快速反應，源源不斷地開發(fā)出滿足用戶需求的、定制的“個性化產品”去占領市場以贏得競爭，市場競爭也主要圍繞新產品的競爭而展開?！渡a與運作管理》3.1.121世紀企業(yè)面臨市場環(huán)境的主要特征互聯(lián)技術迅速普及帶來的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廣泛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《生產與運作管理》3.1.2現(xiàn)代企業(yè)的研究與開發(fā)1）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,戰(zhàn)略方向,期限較長硬性,有明確目標,較短期限《生產與運作管理》2）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《生產與運作管理》新產品失敗可歸納為三個關鍵原因：（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

新產品開發(fā)的動力：（1）技術推動（2）市場牽引（3）同行競爭了解和確定人們的需求，將這種需求用技術實現(xiàn)，提高產品在研究與開發(fā)過程中的管理水平，是新產品開發(fā)的關鍵。《生產與運作管理》3.2

產品研究與開發(fā)管理3.2.1

產品開發(fā)過程

一般產品開發(fā)過程由以下階段構成:需求分析產品構思可行性論證結構設計（總體設計、技術設計、詳細設計）工藝設計《生產與運作管理》產品設計過程描述《生產與運作管理》3.2.2

產品開發(fā)對生產過程成本的影響

產品設計和工藝設計在產品開發(fā)中作用重大，它幾乎占用了60%的開發(fā)時間，決定了70%的成本。根據管理學中ABC分類思想，企業(yè)技術活動是企業(yè)快速響應客戶要求的瓶頸，是提高企業(yè)競爭力的關鍵。《生產與運作管理》企業(yè)的技術活動影響著產品的成本、質量和制造的效率。因此，企業(yè)在產品設計時采用許多新的開發(fā)手段和方法，以保證產品開發(fā)早期階段能做出正確的決策，從提高產品質量、

降低產品成本，進一步縮短產品開發(fā)周期。《生產與運作管理》產品成本的決定因素構成及實際成本消耗構成產品開發(fā)過程-成本曲線（波音為例）不同的產品開發(fā)階段改變設計對成本的影響《生產與運作管理》3.2.3技術活動的過程

技術分系統(tǒng)是企業(yè)系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，技術活動包括新產品開發(fā)中的產品設計階段的結構設計和工藝設計活動。產品設計階段的活動，是一個從產品的構思到產品結構、產品制造工藝的信息轉換過程。它可以形象地描述為信息在顧客域、功能域、物理域之間連續(xù)的變換過程?！渡a與運作管理》技術活動過程分析《生產與運作管理》3.2.4

結構設計過程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。設計階段決定了產品的性能、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?！渡a與運作管理》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NNYYCAD《生產與運作管理》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、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。工作圖設計進一步進行產品結構的細節(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。《生產與運作管理》3.2.5工藝設計過程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。工藝設計過程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。《生產與運作管理》工藝過程設計的內容

產品圖紙的工藝分析和審查擬訂工藝方案編制工藝規(guī)程工藝裝備的設計與制造決定加工毛坯（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裝零件圖《生產與運作管理》3.2.6

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）《生產與運作管理》產品開發(fā)績效評價指標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《生產與運作管理》3.3

生產流程設計與選擇3.3.1生產流程分類根據生產類型的不同，生產流程有三種基本類型：按產品（product-focused）進行的生產流程、按加工路線（process-focused）進行的生產流程和按項目(project)進行的生產流程1）按產品進行的生產流程（對象專業(yè)化）2）按加工路線進行的生產流程（工藝專業(yè)化）3）按項目進行的生產流程（項目型）《生產與運作管理》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《生產與運作管理》3.3.2產品－流程矩陣產品-生產流程矩陣的基本指導原則：根據產品結構性質，沿對角線選擇和配置生產流程可以達到最好的技術經濟性。換言之，偏離對角線的產品結構-生產流程匹配戰(zhàn)略無法獲得最佳的效益《生產與運作管理》3.3.3

影響生產流程設計的主要因素1）產品/服務需求性質2）自制-外購決策3）生產柔性4）產品/服務質量水平5）接觸顧客的程度《生產與運作管理》3.3.4

生產流程選擇決策品種-產量變化與生產單位形式的關系《生產與運作管理》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1000002500005000011100002250000《生產與運作管理》3.4并行工程：產品開發(fā)組織的新方法

需求

結構設計

工藝設計

制造

并行過程

串行過程產品開發(fā)組織常見的兩種方式：《生產與運作管理》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3.4.1

串行的產品設計方法《生產與運作管理》關于串行產品開發(fā)過程的問題：

存在的首要問題是以部門為基礎的組織機構嚴重地妨礙了產品開發(fā)的速度和質量。存在的問題主要有：

各下游開發(fā)部門所具有的知識難以加入早期設計，加入設計的階段越早，降低費用的機會越大。各部門對其他部門的需求和能力缺乏理解，目標和評價標準的差異和矛盾降低了產品整體開發(fā)過程的效率?！渡a與運作管理》3.4.2并行的產品設計方法

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。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《生產與運作管理》并行工程的概念

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，進可能早地避免不合理因素的影響，縮短研制周期。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《生產與運作管理》并行工程的主要思想

設計時同時考慮產品生命周期的所有因素。設計結果產生產品設計規(guī)格和相應的制造工藝和生產準備文件。設計過程中各活動并行交叉進行。不同領域技術人員的全面參與和協(xié)同工作。高效率的組織機構?！渡a與運作管理》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?！渡a與運作管理》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《生產與運作管理》3.4.3

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《生產與運作管理》2.）產品數(shù)據管理（ProductDataManagement）PDM3）產品系列化、零部件標準化、通用化4）成組技術（GroupTechnology,GT）5）減少變化的方案（VarietyReductionProgram，VRP）《生產與運作管理》3.4.4

并行工程的參與對象開發(fā)小組質量人員環(huán)保人員供應商顧客營銷人員設計人員制造人員《生產與運作管理》3.5

先進技術在產品設計中的運用3.5.1CAD、CAPP系統(tǒng)3.5.2計算機網絡支撐技術3.5.3產品生命周期管理3.5.4產品開發(fā)外包3.5.5基于網絡眾包的新產品開發(fā)生產運作管理

Production&OperationsManagement《生產與運作管理》第4章生產/服務設施選址與布置4.1

當今市場競爭特點對選址決策的影響4.2選址決策的基本內容4.3設備或設施布置決策4.4倉庫布置4.5選址與布置決策的定量分析4.6裝配線平衡4.7非制造業(yè)的設施布置《生產與運作管理》4.1

當今市場競爭特點對選址決策的影響選址決策在運作管理中具有十分重要的地位。一個產品從原材料制成零件、組裝成部件、裝配成產品，再經過分銷、零售，最后到達消費者手中。要經過不同企業(yè)的勞動，克服地域和時間的限制，才能達到消費的目的。供應商制造商倉儲和配送中心客戶：物流：需求信息流《生產與運作管理》

一個企業(yè)的競爭力將直接受到其地理位置和環(huán)境的影響。對于制造業(yè)企業(yè)，地理布局決定著某些直接成本的高低。對于服務業(yè)企業(yè)，選址問題直接影響著供需關系（如客流量）。選址的問題還影響著員工的情緒、相互之間的關系以及公共關系等?！渡a與運作管理》4.2.1選址決策的基本概念設施選址（FacilityLocation），就是為實現(xiàn)企業(yè)戰(zhàn)略目標、綜合平衡各種因素，確定在何處建廠或建立服務設施的過程。設施選址不僅關系到設施建設的投資和建設的速度，而且在很大程度上決定了所提供的產品和服務的成本，從而影響到企業(yè)的生產管理活動和經濟效益。4.2選址決策的基本內容《生產與運作管理》4.2.2

選址決策與物流系統(tǒng)

一個企業(yè)的選址決策，與供應商、消費者及其他相關因素有密切關系。理想情況下，一個企業(yè)作出的選址決策應使企業(yè)的利潤最大化，至少應使物流處于控制之中。從物流系統(tǒng)出發(fā)，就是要綜合考慮所有的因素，使得物流鏈上的每一個節(jié)點都能達到最優(yōu)?！渡a與運作管理》4.2.3

影響選址的因素1）經濟因素運輸條件與費用運輸工具：航空、鐵路、水路、管道運輸、陸路企業(yè)選址要考慮是接近原材料產地還是消費市場勞動力可獲性與費用能源可獲性與費用廠址條件和費用《生產與運作管理》2）其他因素政治因素政治局面、法制的健全、稅負的公平社會因素居民的生活習慣、文化教育水平、宗教信仰和生活水平自然因素氣候條件和水資源狀況《生產與運作管理》4.2.4

選址的一般步驟1）選擇某一個地區(qū)2）在同一地區(qū)選擇若干適當?shù)牡攸c3）比較不同地點，作出決定《生產與運作管理》4.3

設備或設施布置決策生產和服務設備或設施布置就是指合理安排企業(yè)或某一組織內部各個生產作業(yè)單位和輔助設施的相對位置與面積、車間內部生產設備的布置。生產和服務設施布置要在確定了企業(yè)內部生產單位組成和生產單位內部采用的專業(yè)化形式之后才能進行。《生產與運作管理》4.3.1

影響企業(yè)生產單位構成的因素1）產品的結構與工藝特點2）企業(yè)的專業(yè)化與協(xié)作化水平3）企業(yè)的生產規(guī)?！渡a與運作管理》4.3.2

生產單位的專業(yè)化原則和形式

生產單位專業(yè)化形式，影響企業(yè)內部的生產分工和協(xié)作關系，決定著物料流向、物流路線和運輸量，他是企業(yè)與車間平面布置中必須考慮的重要問題。1）工藝專業(yè)化原則2）對象專業(yè)化原則純粹按工藝專業(yè)化形式或對象專業(yè)化形式布置的較少，常常是同時采用兩種專業(yè)化形式進行車間或企業(yè)的布置《生產與運作管理》4.3.3

影響生產和服務設施布置決策的因素廠房的布置滿足生產過程的要求，以避免互相交叉和迂回運輸，縮短生產周期，節(jié)省生產費用生產聯(lián)系和協(xié)作聯(lián)系密切的單位應相互靠近布置充分利用現(xiàn)有運輸條件按照生產性質、防火和環(huán)保要求，合理劃分廠區(qū)在考慮防火和衛(wèi)生條件下，總平面布置應力求占地面積最小工廠布置應考慮有擴建的余地《生產與運作管理》4.3.4幾種典型的布置形式1）

物料流程形式流程形式可以分為水平的和垂直的所有的設備、設施都在同一個車間里時，按水平方式考慮生產運作是在同一個樓層周轉時，按垂直方式考慮常見的流程布置形式：《生產與運作管理》2）布置類型

固定式布置（FixedPositionLayout）

加工對象位置固定，生產工人和設備都隨加工產品所在的某一位置而轉移。固定位置布置示意圖按產品（對象）布置的示意圖

按產品布置（ProductLayout）

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。《生產與運作管理》

按工藝過程布置（ProcessLayout）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。LLLDDDDGG接收和轉運LDG

車床組鏜床組磨床組磨床鉆床車床《生產與運作管理》

按成組制造單元布置（LayoutsBasedonGroupTechnology）LDDGGLPGLL原材料成品庫單元1單元2單元3GDL車床鉆床磨床《生產與運作管理》

按C形制造單元布置機器2機器1機器3機器4機器5機器6入口出口《生產與運作管理》U形制造單元及生產線布置（U-lineCell）76543217654321入口出口入口出口機器工人的行走路線《生產與運作管理》4.4

倉庫布置

例子

假設有一個家電用品倉庫，共有M個貨區(qū)，分別存儲7種家電。倉庫有一個出入口，進出倉庫的貨物都要經過該口（如圖4－12所示）。假設該倉庫每種物品每周的存取次數(shù)如表4－1所示，應該如何布置不同物品的貨區(qū)，使總搬運量最小？《生產與運作管理》存儲物品搬運次數(shù)（每周）所需貨區(qū)1.電烤箱28012.空調16023.微波爐36014.音響37535.電視80046.收音機15017.其他1002貨區(qū)通道家電用品倉庫的存儲信息倉庫平面示意圖《生產與運作管理》72465537244551通道貨區(qū)布置好的倉庫平面示意圖4.5

選址與布置決策的定量分析4.5.1量本利分析法收入TC2（廠址2總成本）

TC1（廠址1總成本）

FC1（廠址1固定成本）

FC2（廠址2固定成本）

成本銷售量P1P2V0V1V20兩個選址方案比較量本利分析法可以用來評價不同的選址方案。任何選址方案都有一定的固定成本和變動成本右圖表示兩種不同的選址方案的成本和收入隨產量變化的情況。《生產與運作管理》4.5.2

評分法

下表為評分法的舉例。有3個候選廠址：A、B和C，它們的經濟因素相當?，F(xiàn)按7個難以量化的因素對它們進行進一步比較。這7個因素對選址的重要性不同，這種不同從表中第2列“最高分數(shù)”可以看出。通過專家估計每個方案的分數(shù)，得出第3、4、5列中的數(shù)字。比較這些數(shù)字可以看出，廠址C的每項分數(shù)都沒有超過廠址B的分數(shù)，廠址B與廠址A都有優(yōu)于對方的因素。因此，可以不考慮廠址C。廠址B的總分數(shù)為900，廠址A的總分數(shù)為840，可以優(yōu)先選擇廠址B?！渡a與運作管理》選址因素最高分數(shù)候選廠址ABC未來燃料可獲性水源供應的充足程度勞動力供應情況生活條件運輸?shù)撵`活性及前景環(huán)境污染法規(guī)稅收穩(wěn)定性共計30010025015020050501100200802201201603030840250902001201604040900220802001001403030800評分法舉例《生產與運作管理》評分法也可以采用其他形式，如下表所示的加權法。用加權法，每一個選址因素最多為100點，其重要程度由權重表示。這樣專家評分時會感覺方便些。選址因素權重

備選廠

址ABC交通條件土地狀況停車場地可獲性公眾態(tài)度擴展?jié)摿?.250.100.200.250.2070807090901007060808080100609080加權法選址

《生產與運作管理》4.5.3作業(yè)相關圖

作業(yè)相關圖法由穆德提出，它是根據企業(yè)各個部門之間的活動關系密切程度布置其相互位置。首先將密切程度劃分為A、E、I、O、U、X六個等級，然后列出導致不同程度關系的原因。使用這兩種資料，將待布置的部門一一確定出相互關系，根據相互關系重要程度，按重要等級高的部門相鄰布置的原則，安排出最合理的布置方案?！渡a與運作管理》作業(yè)相關圖法的兩個重要組成部分代號密切程度A絕對重要E特別重要I重要O一般U不重要X不予考慮代號關系密切原因1使用共同的原始記錄2共用人員3共用場地4人員接觸頻繁5文件交換頻繁6工作流程連續(xù)7做類似的工作8共用設備9其他關系密切程度分類表關系密切原因《生產與運作管理》例：一個快餐店欲布置其生產與服務設施。該快餐店共分成6個部門，計劃布置在一個2×3的區(qū)域內。已知這6個部門間的祖業(yè)關系密切程度，如圖所示，請作出合理布置。部門6部門5部門4部門3部門2部門1AAAAAAXOXEOUXIU這里的符號表示兩者的關系絕對重要《生產與運作管理》解：第一步，列出關系密切程度分類表（只考慮A和X）

AX1-21-41-33-62-63-43-54-65-6《生產與運作管理》第二步，根據列表編制主聯(lián)系簇，如圖4－17所示。原則是，從關系“A”出現(xiàn)最多的部門開始，如本例的部門6出現(xiàn)3次，首先確定部門6，然后將與部門6的關系密切程度為A的一一聯(lián)系在一起。2456546231圖4－17：聯(lián)系簇圖4－18：聯(lián)系簇《生產與運作管理》第三步，考慮其他“A”關系部門，如能加在主聯(lián)系簇上就盡量加上去，否則畫出了分離的子聯(lián)系簇。本例中，所有的部門都能加到主聯(lián)系簇上去，如圖4－18所示。第四步，畫出“X”關系聯(lián)系圖。如圖4－19所示。第五步，根據聯(lián)系簇圖和可供使用的區(qū)域，用實驗法安置所有部門（如圖4－20所示）《生產與運作管理》3416126354圖4－19：X關系聯(lián)系簇圖4－20：最后結果《生產與運作管理》4.5.4

從-至表法

從-至表是一種常用的生產和服務設施布置方法。其基本步驟如下：選擇典型零件，制定典型零件的工藝路線，確定所用機床設備制定設備布置的初始方案，統(tǒng)計出設備之間的移動距離確定出零件在設備之間的移動次數(shù)和單位運量成本用實驗法確定最滿意的布置方案。《生產與運作管理》4.5.5新設備的布置問題這里考慮一種常見的設施布置問題。為適應生產或服務要求，人們常