生产运作管理教案chapt4产品开发.doc

第4章 产品开发和技术选择4.1引言4.2产品设计与开发阶段4.3生产流程设计与选择4.4并行工程产品开发组织的新方法案例：面向顾客的产品开发与目标定价教学要求：1. 了解产品服务设计的背景特征、及重要性；理解现代企业的研究与开发的分类和新产品的分类，了解新产品开发面临的压力；2. 了解产品设计过程，了解产品设计的原则和绩效评价；3. 掌握生产流程分类和产品-流程矩阵，理解生产流程设计的影响因素，掌握生产流程选择决策的几种方法；4. 了解穿行产品设计方法和并行产品设计方法的区别，掌握并行工程的含义和基本思想。教学重点： 1.生产流程分类、产品-流程矩阵以及生产流程选择决策方法； 2.并行工程的含义和基本思想。4.1引言4.1.1 产品设计的背景特征 4.1.2 新产品/服务开发的重要性 4.1.3 现代企业的研究与开发4.1.1 产品设计的背景特征20世纪90年代以来，企业所处的市场竞争环境日趋严峻，正面临着前所未有的压力： 新产品/服务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，用户需求呈现出多样化、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。4.1.2 新产品/服务开发的重要性 有利于增强企业的市场竞争力工业 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由P102研究结果，可见：产品设计和工艺设计在产品开发中作用重大，几乎占用了60%的开发时间，决定了70%的成本。4.1.3 现代企业的研究与开发1）研究与开发的分类 研究与开发（Research and Development，简称R&D）包括基础研究、应用研究和技术开发。l 基础研究进行的是探索新的规律、创建基础性只是的工作。l 应用研究是将基础理论研究中开发的新知识、新理论应用与具体领域。l 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。2）新产品的分类 新产品是指在技术、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。l 改进型产品 （对老产品的改进与完善，创新程度最小的一类新产品） l 换代产品 （产品基本原理不变，因部分采用新技术使产品性能有重大突破）l 创新产品 （采用科学技术的新发明所开发的产品，它是创新程度最高的一类新产品）3）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、汇报下降等压力。新产品开发的动力可分为技术推动、市场牵引、同行竞争。新产品开发成功首先必须满足技术与市场匹配的原则。4.2 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4.2.1 产品构思一般产品开发过程由以下三阶段构成：产品构思、结构设计（总体设计、技术设计、详细设计）、工艺设计。输入需求分析结构设计协调工艺设计协调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P105 图41：产品设计过程描述产品开发过程构思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来源于来源于开始图42:产品构思来源图4.2.2 结构设计过程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。 设计阶段决定了产品的性能、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，（见P106图45）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NNYYCAD图43：结构设计过程 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。 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。4.2.3 工艺设计过程1）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。2）工艺过程设计的程序包括： 产品图纸的工艺分析和审查 拟订工艺方案 编制工艺规程 工艺装备的设计与制造P107 图决定加工毛坯（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装零件图4.2.4 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）。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P108 表41：产品开发绩效评价指标4.3 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4.3.1生产流程分类生产过程设计（Production Process Design），或称生产流程设计。就是根据产品或服务的特点，详细描述生产过程的具体步骤。根据生产类型的不同，生产流程有三种基本类型：n 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（Flow Line）。这种形式适用于大量大批生产类型n 按加工路线进行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n 按项目进行的生产流程项目是一次性的，且不重复。4.3.2产品-流程矩阵 （见P111 图4-7）产品什么样的需求特征，应该匹配什么样的生产过程，这就是产品-流程矩阵。利用它： 根据产品结构性质，沿对角线选择和配置生产流程，可以达到最好的技术经济性 传统的根据市场需求变化仅仅调整产品结构的战略，往往不能达到预期目标，因为它忽视了同步调整生产流程的重要性。4.3.3、影响生产流程设计的主要因素： (一)产品服务需求性质生产系统要有足够的能力满足用户需求。首先要了解产品服务需求的特点，从需求的数量、品种、季节波动性等方面考虑对生产系统能力的影响，从而决定选择哪种类型的生产流程。 (二)自制外购决策抓住关键零件的生产和整机产品的装配，而将大部分零件的生产扩散出去、充分利用其它企业的力量。这样一来既可降低本企业的生产投资，又可缩短产品设计、开发与生产的周期。所以说，自制、外购决策影响着企业的生产流程设计。(三)生产柔性生产柔性是指生产系统对用户需求变化的响应速度，是对生产系统适应市场变化能力的一种度量。通常从品种柔性和产量柔性两个方面来衡量。所谓品种柔性，是指生成系统从生产一种产品快速地转换为生产另一种产品的能力。在多品种小批量生产的情况下，品种柔性具有十分重要的实际意义。为了提高生产系统的品种柔性，生产设备应该具有较大的适应产品品种变化的加工范围。产量柔性是指生产系统快速增加或减少所生产产品产量的能力。在产品需求数量波动较大，或者产品不能依靠库存调节供需矛盾时，产量柔性具有特别重要的意义。在这种情况下，生产流程的设计必须考虑到具有快速且低廉地增加或减少产量的能力。(四)产品服务质量水平生产流程的每环节的设计都受到质量水平的约束，不同的质量水平决定了采用什么样的生产设备。(五)接触顾客的程度顾客参与程度高，顾客就成为生产流程设计的中心，营业场所和设备布置都要把方便顾客放在第一位；顾客参与程度低，产品或服务是标准化的，生产流程的设计则应追求标准、简洁、高效。4.3.4生产流程选择决策（一）分析品种、产量选择方案在进行生产流程设计，确定具体的生产单位形式时，影响最大的是品种数的多少和每种产品产量的大小。图4-9给出了不同品种产量水平下生产单位形式的选择方案。一般而言，随着图中的A点到D点的变化，单位产品成本和产品品种柔性都是不断增加的。在A点，对应的是单品种的大量生产，在这种极端的情况下，采用高效自动化专用设备组成的流水线是最佳方案。它的生产效率最高、成本最低，但柔性最差。随着品种的增加及产量的下降(B点)，采用对象专业化形式的成批生产比较适宜，品种可以在有限范围内变化，系统有一定的柔性，而操作上的难度较大。另一个极端是D点，它对应的是单件生产情况。采用工艺专业化形式较为合适。C点表示多品种中、小批量生产，采用成组生产单元和工艺专业化混合形式较好。P114 图4-9（二）对方案进行成本分析图49给出的是一种定性分析的示意图。根据这一概念确定出生产流程方案后，还应从经济上作进一步分析，如图4-10所示。每一种形式的生产单位的构造都需要一定的投资，在运行中还要支出一定的费用，作为一种生产战略、要充分考虑这些费用对生产流程设计的影响。图4-9中，产量等于零时的费用是固定费用，通常指生产系统的初始投资。从图中可以看出，对象式生产过程方案的固定费用最高，这是因为对象式生产系统一般采用较为昂贵的自动化加工设备和自动化的物料搬运设备。由于对象式生产系统的生产效率很高，单位时间出产量很大，劳动时间消耗少、因此单位产品的变动费用相对最低(成本曲线变化最平缓)。P114 图4-10从此图来看，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。选择工艺式最好济；当产量在1025万件之间时，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，如果以上几种方案部不能得到满意的投资回报时，则应放弃该产品的生产。（三）运用“经营杠杆”进行经济分析经营杠杆反映年总费用和销售收入的关系。总费用在销售收入中所占比重越大，则经营杠杆的作用越大。在其它条件不变的情况下，这意味着销售收入很小的变化都会给企业带来很大的净收益。图411是经营杠杆在生产系统选择中的示意图。经营杠杆就是成本函数曲线和销售收入曲线之间的夹角。 夹角小，经营杠杆的作用小，利润或亏损的变化率也小；夹角大，经营杠杆的作用大，利润或亏损的变化率也大。图中，对象式生产的销售收入与总费用之间的夹角比采用成组生产的大，对象式生产的经营杠杆作用大。经营杠杆在选择生产系统方式时的作用有：1）、产品产量达到定水平(大于亏平衡于产量)后，如图411中的EP1点，经营杠杆作用越大，从生产系统获得的长期收益越大。2）、如果产量没有达到盈亏平衡点(如图411中的EP2点)，经营杠杆作用越大，则长期损失越大。3）、经营杠杆作用越大，未来预期利润的不确定性也越大。4）、销售预测的不确定性越高，经营杠杆作用大的生产系统产生损失的风险越高。 经营拉杆概念对生产过程设计的作用是：如果对所要生产的产品预测的不确定性很大，则以选用经营杠杆作用小的生产过样方式为佳。4.4并行工程产品开发组织的新方法4.4.1 串行的产品设计方法 4.4.2 并行的产品设计方法 4.4.3 并行工程技术 4.4.4并行工程的人员构成4.4.1串行的产品设计方法 需求 结构设计 工艺设计 制造 b)并行过程 a)串行过程 图412 产品开发的两种方式1）串行的产品设计方法 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。2）产品开发工作流程：质量控制人员作质量保证计划市场人员提产品构想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3）关于串行产品开发过程 存在的首要问题是以部门为基础的组织机构严重地妨碍了产品开发的速度和质量 存在的问题主要有： 各下游开发部门所具有的知识难以加入早期设计，加入设计的阶段越早，降低费用的机会越大。 各部门对其他部门的需求和能力缺乏理解，目标和评价标准的差异和矛盾降低了产品整体开发过程的效率。4.4.2 并行的产品设计方法（1）并行的产品设计方法l 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。l 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。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l 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。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（2）并行工程的主要思想： 设计时同时考虑产品生命周期的所有因素。 设计结果产生产品设计规格和相应的制造工艺和生产准备文件。 设计过程中各活动并行交叉进行。 不同领域技术人员的全面参与和协同工作。 高效率的组织机构。（3）并行工程的产品开发流程及其特点 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。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（4）并行工程的应用及主要内容主要内容包括：过程重构 组织重构 构建技术支持环境4.4.3 并行工程技术1）虚拟技术面向并行工程的DFx设计模