产品开发和技术选择 (2).ppt

2019/11/29,武汉科技大学管理学院,生产与运作管理,Production&OperationManagement,主讲：方青,fqsm,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,2,第四章产品开发和技术选择,学习本章后，你将能够了解：新产品/服务开发的重要性熟悉：新产品的分类产品设计和开发阶段产品开发组织的新方法并行工程掌握:生产流程的设计与选择,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,3,本章主要内容,引言产品设计与开发阶段生产流程设计与选择并行工程产品开发组织的新方法,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,4,第一节引言,一、21世纪企业产品/服务设计的背景特征新产品/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产品研制开发的难度越来越大可持续发展的要求,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,5,二、新产品/服务开发的重要性,1、有利于增强企业的市场竞争力产品开发决定成本大小、质量好坏、产品上市时间快慢、柔性大小、客户满意程度2、有利于扩大市场份额3、适应个性化定制生产的需要4、产品更新换代的需要,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,6,产品开发对生产过程成本的影响,产品开发的时间构成：,据统计，产品设计时间占产品开发时间的近60%(如图)。因此，为缩短产品上市时间，必须缩短产品设计时间，产品设计和工艺设计影响着产品的创新速度。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,7,产品开发对生产过程成本的影响(续),产品寿命周期的缩短：AT&T:电话2年1年HP公司：打印机4.5年22个月,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,8,产品开发对生产过程成本的影响(续),产品成本的决定:,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,9,产品开发对生产过程成本的影响(续),产品决策成本和消耗成本：,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,10,产品开发对生产过程成本的影响(续),在不同产品开发阶段改变设计对成本的影响：,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,11,此外，据统计：产品制造效率的70%80%是在设计和工艺阶段决定的；所有质量的40%可以归因于低劣的设计和工艺。,结论：企业的产品研发技术活动影响着产品的成本、质量和制造的效率。尤其产品设计和工艺设计在产品开发中作用重大，它几乎占用了60%的开发时间，决定了70%的成本。根据管理学中的ABC分类思想，企业的产品设计和工艺设计是企业快速响应客户要求的瓶颈，是提高企业竞争力的关键。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,12,三、现代企业研究与开发,(一)研究与开发的分类研究与开发(ResearchandDevelopment，简称R&D)基础研究：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、试验而发展为新产品、新系统和新工程的科研活动。,三种类型研究的比较如下表所示：,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,13,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,14,(二)新产品的分类,1、新产品定义新产品：指在技术、性能、功能、结构、材质等一方面或多方面比老产品有显著改进和提高、或具有独创性，具有使用价值和推广价值，可产生明显经济效益的产品。2、新产品分类新产品可以分成三类：改进型产品、换代产品、创新产品,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,15,(1)改进型产品改进原有产品性能、功能，提高质量，增加规格型号，改变款式、花色而制造出来的新产品。它是创新程度最小的一类新产品，是对现有产品线的补充和延伸。(2)换代产品在原来产品基础上，基本原理不变，部分采用新技术、新结构、新材料、新元件制造的使产品功能、性能或经济指标有显著改进的新产品。换代产品有助于企业拓宽产品族，延长产品族的生命周期，保持市场活力和利润持续增长。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,16,(3)创新产品采用新技术、新发明生产的具有新原理、新技术、新结构、新工艺、新材料等特征的新产品。它是创新程度最高的一类新产品。创新产品如果能够成功地推向市场，将成为企业的核心业务，使企业成为全新产品的市场先入者，获得高额回报。同时也会成为企业创造长远的竞争优势。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,17,(三)新产品开发面临的压力,1、新产品开发面临着费用高、成功率低、风险大、回报下降等压力工业新产品开发约有25%不成功，消费新产品约3035%不成功美国一家咨询公司报告：1/4新产品设想通过可行性分析，其中1/2被经济评估证明有价值，又只有1/3进入试验阶段，1/2进入商品化阶段，经试销3/4是成功，汇总起来，成功只占最初设想的1/64,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,18,2、新产品失败的三大关键原因：,没有潜在用户和需求新产品与当前的需求不匹配在营销方面，特别是在将产品介绍给顾客的相互沟通方面的工作不得力,3、新产品开发的动力,技术推动市场牵引同行竞争,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,19,第二节产品设计与开发阶段,产品开发过程一般包括：产品构思(Conceptdesign)、结构设计(Structuredesign)、工艺设计(Processplanning)等一系列过程。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,20,产品设计过程描述,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,21,一、产品构思,产品开发过程,产品构思,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,开始,供应链环境下供应商,来源于,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,22,二、结构设计过程,产品结构设计过程对于制造型企业来说，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；对于服务型企业而言，产品结构设计就是服务内容和服务过程设计。设计阶段决定了产品的性能、质量、成本。产品设计阶段：总体设计技术设计工作图设计,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,23,(一)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。(二)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。(三)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，进一小作结构的细节设计，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依据,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,24,结构设计过程图,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,25,三、工艺设计过程,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工艺设计是结构设计过程和制造过程之间的桥梁，它把产品的结构数据转换为面向制造的指令性数据。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,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,26,工艺过程设计的主要任务,是确定产品的制造工艺及相应的后勤支持过程，具体而言是指按产品设计要求，安排或规划出把原材料加工成产品所需要的一系列加工步骤和设备、工装需求的过程。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,27,工艺过程设计的内容,工艺过程设计难度大，是技术系统中的瓶颈环节工艺过程设计的程序包括：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。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,28,(一)产品图纸的工艺分析和审查,产品图纸的工艺分析和审查的主要内容有：产品结构是否与生产类型相适应，是否充分地利用已有的工艺标准；零件的形状尺寸和配合是否合适，所选用的材料是否适宜，以及在企业现有设备、技术力量等条件下的加工可能性和方便程度。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,29,(二)拟定工艺方案,工艺方案的主要内容有：确定产品所采取的工艺原则，规定生产时应达到的质量要求、材料利用率、设备利用率、劳动量和制造成本等技术经济指标，列出产品的各类加工关键件，确定工艺路线，分析工艺方案的经济效果。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,30,(三)编制工艺规程,工艺规程是安排生产作业计划、生产调度、质量控制、原材料供应、工具供应、劳动组织的基础数据，是具体指导工人进行加工制造操作的文件。编制工艺过程包括：产品及零部件制造方法和顺序的确定、设备的选择、切削规范的选择、工艺装备的确定、设备调整方法的选择、产品装备与零部件加工的技术条件的确定等。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,31,(四)工艺装备的设计与制造,工艺装备是指实现工艺过程所需的工具、夹具、量具、模具等总称。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,32,四、产品设计的原则和绩效评价,1、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）,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,33,补充材料：鲁棒设计,稳健设计（也称为鲁棒设计、健壮设计、robust设计），是在日本学者田口玄一提出的三次设计法上发展起来的低成本、高稳定性的产品设计方法。稳健设计包括产品设计和工艺设计两个方面。通过稳健设计，可以使产品的性能对各种噪声因素的不可预测的变化，拥有很强的抗干扰能力。产品性能将更加稳定、质量更加可靠。鲁棒是Robust的音译，也就是健壮和强壮的意思。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,34,鲁棒性（robustness）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。所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维持某些性能的特性。根据对性能的不同定义，可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。以闭环系统的鲁棒性作为目标设计得到的固定控制器称为鲁棒控制器。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,35,稳健设计注意到，某些产品只有在非常严格的条件下才能发挥其设计功能，而有些产品则不然，对使用环境的要求就低得多，即在恶劣的环境下仍能实现其设计功能。相对前者来说，后者的设计就是稳健设计。例如，对一双外观漂亮，质量上乘的皮靴，显然不是为在泥地和雪堆中跋涉行走而设计的，而一双高腰橡胶长靴则非常适用于泥地或雪堆。这时，就说橡胶靴比皮靴具备更多的稳健设计。一种产品（或服务）的设计越稳健，它的耐久性就越好，从而顾客的满意度就越高。对生产系统或作业流程的设计也是如此，总希望其设计是稳健的。环境因素对产品或服务的质量会有负面影响。一种生产系统或作业流程对这些影响的抵消能力越高，产品或服务受到的负面影响就越小。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,36,例如，许多产品要经过加热工序，如食品、陶瓷、钢铁、石油产品和医药制品。产品在熔炉的受热程度可能不是十分均匀的，即产品获得的热量可能由于加热位置或时间的差异而不同。解决这个问题有两种方案：一是设计一种更好的熔炉，能够实现均匀加热；二是使加热炉具备在产品加热过程中能翻动使之均匀受热的功能。这两种方案均属稳健设计，即满足了产品不受或极少受生产系统中温度差异影响的要求。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,37,日本工程师GenichiTaguchi提出的著名的田口方法就是基于稳健设计的。其基本假设是，设计一种在使用或制造中对噪声（环境因素）都不敏感的产品通常要比控制噪声容易得多。据此，他提出三阶段设计的思路，即系统设计、参数设计和公差设计。系统设计是根据顾客的需求及企业的实际能力提出产品的初步方案，该阶段要把产品的参数大致确定下来，以使产品具备最基本的特性。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,38,如某公司要设计一部新型轿车，需求调查的结果表明，顾客要求方向盘的反应要灵敏，设计组运用QFD方法确定了实现该目标的八个设计参数，现仅讨论其中的三个参数：弹簧刚性、减振器以及方向盘的大小。在进行系统设计时，就需要确定这三个参数的设计值，以使方向盘能达到顾客的要求。参数设计是田口方法的核心，目的在于找出系统对哪几个参数最为敏感，即找出关键参数。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,39,2、产品开发绩效评价指标,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,40,第三节生产流程设计与选择,一、生产流程的基本概念1、生产流程是指能够把一定投入变换成一定产出的一系列任务(活动)，这些任务(活动)由物流和信息流有机地连接在一起。2、生产流程的选择和设计就是要选择和设计把投入变换成产出所需的资源、资源的组合方式、任务的进行方式、物流和信息流的流动方式等方案。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,41,啤酒酿造工艺流程,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,42,怡和资讯维修服务流程图,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,43,生产流程与生产运作过程的主要区别在于：生产运作过程是指整个企业的投入与产出过程；而生产运作流程是指企业组织内部某一个子系统的投入产出过程，如一个部门、车间、一条生产线等。企业的生产过程是由一系列生产流程构成的。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,44,二、生产流程的分类,(一)按产品(Product-focused)进行的生产流程以产品或提供的服务为对象，组织相应设备进行生产，又称流水线(Flowline)生产或对象专业化生产，适用于大批量生产类型Eg:离散型制造企业的汽车装配线、电视机装配线连续型制造企业一般都是按产品组织的生产流程。关键问题是生产线的平衡,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,45,生产流程的分类(续),(二)按加工路线(Process-focused)进行的生产流程以加工工艺内容组织成一个生产单位进行生产，又称为工艺专业化生产适用于多品种中小批或单件生产类型(三)按项目(Project)进行的生产流程适用于单项目组织生产，并行作业或顺序作业Eg：拍一部电影、组织一场音乐会、盖一座大楼,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,46,三、影响生产流程设计的主要因素,产品/服务的需求性质自制外购决策生产柔性产品/服务质量水平接触顾客的程度,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,47,影响生产流程设计的主要因素(续),（一）产品/服务需求性质从需求的品种、数量、季节波动性等方面考虑对生产能力的影响，从而决定选择哪种类型的生产流程。（二）自制外购决策本企业的生产流程主要受自制件的影响。自制件种类越多，批量越大，对生产系统的能力和规模要求越高，不仅投资高，生产准备周期也长。只抓关键零件的生产和整机产品的装配。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,48,（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品种柔性是指生产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。它对多品种中小批量生产有重要影响。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。它在产品需求量波动较大或产品不能依靠库存调节供需矛盾时有重要意义。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,49,（四）产品/服务质量水平生产流程中的每一加工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）接触顾客的程度绝大多数的服务企业和其它制造业企业，顾客是生产流程的一个组成部分。因而顾客就成了生产流程设计的中心。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,50,四、生产流程选择决策,1、产品流程矩阵2、基于品种与产量的选择3、基于费用与产量的选择4、基于经营杠杆的选择,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,51,1、产品流程矩阵(Product-processmatrix),产品流程矩阵最初由海雅斯(Hayes)和威尔怀特(Wheelwright)提出来的,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,52,产品流程矩阵的特点,它表明了企业根据产品结构性质，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。换言之，偏离对角线的产品结构生产流程匹配战略，不能获得最佳的效益。它表明了企业在生产运作过程中，那种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。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,53,2、生产流程选择决策品种批量决策方法,定性分析示意图,品种产量变化与生产单位形式的关系,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,54,3、生产流程选择决策(续)盈亏平衡分析方法,生产流程选择产量和费用之间的关系,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,55,4、生产流程选择决策(续)经营杠杆,经营杠杆（0peratingleverage),2019/11/29,武汉科技大学管理学院,56,经营杠杆：成本函数和销售收入之间的夹角。经营杠杆在选择生产系统方式时的作用：产品产量达到一定水平后(EP1)，经营杠杆作用越大，从生产系统获得的长期收益越大。如果产量没有达到盈亏平衡点(EP2)，经营杠杆作用越大，则长期损失越大。经营杠杆作用越大，未来预期利润的不确定性也大。销售预测的不确定性越高，经营杠杆作用在的生产系统产生损失的风险越高。经营杠杆对生产过程设计的作用是：如果对所要的产品预测的不确定性很大，则选用经营杠杆作用小的生产过程方式为佳。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,57,第四节并行工程产品开发组织的新方法,一、串行的产品设计方法,弊病：各下游部门所具有的知识难以加入早期设计。各部门之间难沟通，设计改动量大。各部门对其他部门能力和需求缺乏理解，目标和评价的差异和矛盾,降低了产品整体开发过程的效率。产品开发周期长，产品成本高。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,58,二、并行的产品设计方法,(一)并行工程的概念并行工程是一种产品开发各阶段人员共同参与，采用并行、一体化方法处理产品设计及其相关的工艺过程，包括制造过程和支持过程活动的系统化产品设计方法。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,59,并行工程力图使产品开发者从一开始就考虑支产品全生命周期从概念形成到产品报废的所有因素产品设计不同阶段具有不同的考虑因素和相应的措施,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,60,并行设计时考虑的因素,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,61,(二)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，作为设计结果，同时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。高效率的组织结构。建立跨职能产品开发小组，打破部门间的壁垒。,2019/11/29,武汉科技大学管理学院,62,(三)并行工程的产品开发流程及其特点,1、产品开发流程：见下图2、产品开发的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(所考虑问题要素的大小)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