（机械工程专业论文）机械产品设计流程再造原理与应用研究.pdf

摘要 桃械产品设计流程再造原理与应用研究 专蛾机械工程 辩竟生徐囊翠学校导褥殷蓬富教授 企韭导师勉勋研究员 摘要 机械产晶设计流裰包括功能原理设计、方寨设计、运动、动力学分桥及评 价决策等阶段，具有复杂性、不确定性、创造健、高精度性、综合性、跨学科 牲等蒋煮，这个过程是个基于羟验熊设计过程，现有嚣诗算槐辅黪极构设计 般局限予梳械产晶酶凡侮尺寸设计除段，仅麓满足祝梅酶计算、绘匿、三维建 模等方筒的工作，并姐设计精度有待于提高，设计者还需要熙备大量的、融面 豹经验朔剖薪设计方法。翔何运用现代设计方法，西向机械产熬整个设计过程， 将设计经验、絮识澎式纯、数字能并以显示蘸努式僚存下来势且采震符合设诗 思维的知谈模型和知谈处理技术以延伸、启发和提高设计者的设计能力，谶行 计算机辅助机构设计，是现代机械产品设计过程研究的重要内容。因此，举文 主要研究在撬辕薪产燕设诗流程孛，懿 毒逶过流程再造理论辩方法寒重薪窜壹 其薨发流程，以识剐设计流程中存在的阊题，保证新产矗设计酌效果帮旗燕。 本论文从新产品设计开发的需求入手，分析论述流程再谶和优化对机械新 产品设诗过程鳃重要侔羯缀意义，黧点礴究了溅程蒜造豹基本概念、实施步骤， 欧及流程运行帮管溪模鍪。提塞一些新产晶设计流程再造蘸窝藏步骤帮流稷管 理系统模型。介绍了v r 眦这种适用予i n t e r n e t 网络上使用的三维虚拟建模语 言韵基本概念，通过舆体的示例论述了v r 弛中的几种关键技术，其中包括建模 技寒、碰撞捡溅等，并鞭器具菇惹拣选择了合适的鞣遥测览器霹蕤辑工具。 针对机械产品设计开发流程的特点，提出熊拟产品数据管理的概念及结构 模型，遴过确定原型系统的功能模块，开发了耐向机械产品设计流程的协同开 发蒙型系统，验迁本文爨捷塞熬一些关键技术嬲实施方法。 关键谲：产晶开发流茬，褥罱设计，项嚣管邂，并行工程，工律流技术 四川大学工程硕士专北学位论文 p r i n c i p l eo f m e c h a n i c a lp r o d u c t d e v e l o p m e n t d e s i g n b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n ga n da p p l i c a t i o n s m a j o r m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g e n g i n e e r i n gm a s t e r x uu j u na d v i s o r sy i ng u o f ul i ux u n a b s 嗽凹 h e e h a n i c a lp r o d u c td e s i g np r o c e s si n v o l v e st h es t a g e so ff u n c t i o na n d p r i n c i p l e d e s i g n ，s c h e m ed e s i g n ， k i n e m a t i c s ，td y n a m i ca n a l y s i sa n de v a l u a t i o n d e c i s i o n - m a k i n ga n ds oo n , w i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o m p l e x i t y ，u n c e r t a i n t y ， c r e a t i v i t y ，h i g hp r e c i s i o n ，s y n t h e t i c a l l y ，c r o s s s u b j e c ta n de r e t h i si sad e s i g n p r o c e s sb a s e do ne x p e r i e n c e t h ec u r r e n tc a d o fm e c h a n i c a lp r o d u c ti sl i m i t e dt o t h ep h a s eo fd i m e n s i o ns y n t h e s i s ，w h i c ho n l y 嚣麟t h er e q u i r e m e n t so f c a l c u l a t i o n ，d r a w i n ga n d3 dm o d e l i n g , a n dt h ed e s i g np r e c i s i o nn e e d st ob ef u r t h e r i m p r o v e d f u r t h e r m o r e ，t h ec u r r e n tc a do fm e c h a n i c a lp r o d u c t sr e q u e s t sd e s i g n e r t oo w na b u n d a n te x p e r i e n c e sa n dc r e a t i v ed e s i g nt e c h n i q u ea n dm e t h o d o l o g y , t h e r e f o r e , h o wt ou s em o d e md e s i g nm e t h o d o l o g yd u r i n gt h ew h o l ep r o c e s so f m e c h a n i c a lp r o d u c td e s i g nt of o r m a l i z ea n dd i g i t i z em e c h a n i c a lp r o d u c td e s i g n k n o w l e d g es oa st op r e s e r v et h e mi ne x p l i c i tf o r m sa n dt ou s ek n o w l e d g em o d e l a c c o r d i n g l yw i t hd e s i g ni d e aa n dt e c h n i q u et od i s p o s ek n o w l e d g ea n de x t e n d 、 e n l i g h t e na n di m p r o v ed e s i g na b i l i t yo fd e s i g n e ri nt h ep r o c e s so fc a d i sak e y i s s u ei nm o d e r nm e c h a n i c a lp r o d u c td e s i g n t h e r e f o r e ，t h i st h e s i sa i m st od i s c u s s h o wt ou t i l i z et h em e t h o d sa n dm e a n so fb u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n gf s p 鼬i n t h ep r o c e s so fn e wp r o d u c tc o n c e p td e s i g n , t of i n dt h ep r o b l e mf r o mc o n c e p t w o r k f l o wa n da s s u r et h ed e s i g nq u a l i t yo fc o n c e p td e s i g n b a s e do nr e q u i r e m e n t so fn e wm e c h a n i c a lp r o d u c td e s i g n , t h i sp a p e r e m p h a s i z e s t h a tb p ri se r i f i e a at on e w p r o d u c td e v e l o p m e n t ，a n dd i s c u s s e st h eb a s i c a b s t ra c t c o n c e p t ，a p p r o a c ho ft h eb u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，a n dt h eo p e r a t i n ga n d m a n a g e m e n tm o d e lo fp r o c e s s t h e a p p r o a c ho fb p ra n dt h eo p e r a t i n ga n d m a n a g e m e n tm o d e lo fp r o c e s sa r et w om a j o rr e s e a r c ho b j e c t s c o n c e p to fv r m l ，a 3 dm o d e l i n gl a n g u a g e ，w h i c hi su s e do ni n t e m e tw i d e l y , i si n t r o d u c e d s e v e r a lk e y t e c h n o l o g i e sa r es t u d i e d ，i n c l u d i n gm o d e l i n g ，c o l l i s i o nd e t e c t i o na n ds oo n a n d t h e ns u i t a b l ev r m lb r o w s e ra n de d i t o ra r es e l e c t e d b ya n a l y z i n gc u r r e n t r e q u i r e m e n t t h r o u g hd i s c u s s i n gf e a t u r e so fc o o p e r a t i v em e c h a n i c a ld e s i g n ，ac o n c e p to f v i r t u a lp r o d u c td a t am a n a g e m e n ti sp u tf o r w a r d ，a n di t sa r c h i t e c t u r ei sb u i l ta i m i n g a tc h a r a c t e r i s t i c so f c o o p e r a t i v ed e s i g np r o c e s s a ne x p e r i m e n t a lp r o t o t y p es y s t e mo f c o o p e r a t r i v ep r o d u c td e s i g np l a t f o r mi ss u c c e s s f u l l yd e v e l o p e df o rv e r i f i c a t i o no ft h e a r c h i t e c t u r e ，t h ek e yt e c h n o l o g i e sa n dt h ei m p l e m e n t i n gm e t h o d sh a v i n gb e e np u t f o r w a r di nt h i sd i s s e r t a t j o n k e yw o r d s ：p r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s ，c o o p e r a t i v ed e s i g n ，c u r r e n t c o l l a b o r a t i o n ，p r o j e c tm a n a g e m e n t ，w o r k f l o w m 声明 声龋 本入声锈所呈交的学位论文是本人在导筛指导下进行的研究工馋 及取褥的研究成果。据我所知，除了文中特剐加以标注帮致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四 翊大学或其袍教育机梅的学位或证书两搜曩过鲍材料。与我一同工佟的 霜志对本研究所徽的任何贡献均殴在论文孛佟了明确的说骥并表示谢 意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期阍在导师指导下取得的， + 论文成果魍四捌大学所有，特此声明。 研究生 指导老师 6 5 1 绪论 绪论 如何利用先进的计算机技术、信息集成和网络通讯技术，逐步建立支持新 产燕全生命餍裁_ 开发与生产过程各项活动鹣系统化、数字讫、协同纯、合理他 的现代产晶开发方法与系统，进行新产品开发流程重组，以达到缩短周期、降 低成本、提高质量、维护环境的适用于现代社会的产品设计方法的豳标。产品 开发技术是制造业的核心更是企业参加全球竞争的立足点n ，它的快速发展使 制造业进入了全耨煎全球竞争盼薪纪元。本章主要分析橇藏产品设计方法的变 革，产品设计开发流程重组在新产晶开发中的地位，重点阐述课题研究的应用 意义和论文主要研究内容。 1 1 变革中的机械产品开发 产品所能达到的质量、性能、价格、寿命等综合指标主要是由设计阶段决 定的。设计阶段是产品开发的核心阶段。据有关资料介绥，设计阶段决定了产 品制造成本的7 5 8 0 ，而且极大地影响着产品地运行、维修费用。随着计 算机、信息技术的发展，由方案设计、技术设计和工艺设计组成产品开发过程 的传统设计已经扩震到产晶规划、制造、检测、实验、营锖、运行、维护、报 废、回收譬全过程的全方位设计。现代设计是以满足废市产晶的质量、性能、 时间、成本、价格、综合经济效益最优为目的，以计算机辅助设计为主体，以 知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，是研究、改进、创造产品活动过 程中所用到的技术群体的蒽稔。 1 1 1 传统产品开发过程中存在的问题 传统产品强发随着售慧技术系统的发震正经受着广泛麴冲击，正向一个全 新的设计过程过渡。传统产晶开发过程中存在的闻题体现在以下凡个方面： ( 1 ) 产品开发过程中只有l1 的工作时间被用于真正的设计工作。很多工 佟可以通过计算枫、嬲络技术和组织方式加以简化。 控) 开发入员由于信患资源的限制缺少整体考虑，造戚加王过程孛不必要酶 修改。 西；| 文学工程硕士专照学位论文 ( 3 ) 传统的知识采集、存储和传输方式，不能满足产品复杂性的要求。 ( 4 ) 产品开发过程中缺少合作和交流氛煎。 ( 5 ) 通常有四分之一以上的开发时间耗费在模型窝样机的制造上 1 1 2 现代设计方法的特点 ( 董) 设计理论与方法的延伸、思维的变化及设计范畴的扩展现代设计技 术是传统设计理论与方法的继承、延伸与扩展，如由静态设计向动态设计、单 维思维模式向多维思维模式延伸；计算机技术促使产品设计开发过程、制造过 程、营销与售后服务过程交叉融合；先进制造技术中的设计技术：寝拟设计、 并行设计、绿色设计等是工程设计范畴扩大的集中体现【l 一。 ( 2 ) 多种设计技术、理论与方法的交叉与综合现代的机械产品正朝着 机电一体化，物质、能量、信息一体化，集成化，模块化方向发展。现代设计 技术必须以系统的、集成的设计概念设计出符合时代特征和科技发展趋势的产 品及整体综合效益最佳的产品。 ( 3 ) 设计手段精确化、计算机化、自动化与虚拟化采用概率设计，通过 有限元法、动态分析、疲劳设计、等分析工具和建模手段准确模拟系统的真实 情况，提高设计精确化程度；计算机辅助设计技术，特别是工程数据库和网络 技术的广泛应用加速了设计进程，提高了设计质量；设计自动化的实现主要依 托c a d 技术的发展与成熟；设计过程虚拟化是通过三维建模，使设计者在虚拟 的环境下看到设计内容，实现设计可视化。 ( 4 ) 并行化、最优化和智能化的设计进程并行设计是一项包括人机集成 和系统功能集成的多目标、多层次、整体优化的集成，是提高我国企业水平， 参与全球纯竞争酶一个重要发展方向。优化设计内容包括工程优纯设计问题的 自动建模技术、优化设计问题的前处理和后处理、优化设计结果的评价等；c i m s 的迅速发展向智能设计提出了新的挑战，智能c a d 系统在强化了数值处理与知 识处理的集成功能基础上，发震到集成化智熊c a d 阶段，它是面向s i m s 戆智 能c a d 系统，可对设计过程提供一体化的计算机支持。 ( 5 ) 面向产品寿命周期全过程的可信性设计产品生命周期的日益缩短和 入们对产品质量昀要求对产晶设计和制造要求越来越高，现代设计技术的重要 内容之一就是面向产品寿命周期全过程进符可信性设计，_ 以满足市场与用户对 2 l 绪论 产品质量的要求，产晶生命周期的园益缩短和人们对产品质量的要求【3 4 1 。 1 1 3 现代设计方法对制造领域产生影晴 进入二十一世纪，知识经济将成为主导经济，受世界经济和科技发展的影 嗡，制造业所露憔酶环境正在发生深刻的变化。主要表现在： ( 1 ) 全球他趋势出现。我稍正不可避免遗迈向一个大部分贸易就像国际互 联网那样不受限制的世界，世界走向一个单一市场的世界经济，那是不容置疑 的方向。全球化主要表现在经济全球化、科技全球化和信息全球化； 2 ) 产晶溺翔越来越短。徽电子、新材料窝集成技术等现代科技迅速发展， 为现代制造系统提供了前所未有的工艺手段和社会化制造体系，深刻影响着设 计开发、制造、行销及售后服务等过程，并成为变革经济结构的动力； ( 3 ) 产晶商高速度、高精度、嵩质量瓣方南发展。一方蟊，溺产对设备的 生产节拍要求越来越快，精度和质量越来越高；男一方面，受精益生产和绿色 设计思想的影响，用户希望产品越来越小巧且噪音最小【，】。 董。重毒现代产品开发蒗术 全球化竞争使得制造企业的处境变褥越来越难难。为了在未来国际化的市 场中占有一席之地，迫使企业不得不去迎合越来越复杂的市场需求。臣大的成本 垂力驱使企业掩续地摊进合理纯进程。遥鬻馕况下，想要迸一步提高瓣造部门本 来已经比较嵩的工作效率，只麓采取投入匪额资金的方法。但在制遥过程的上游 部门却明显存在着改进的可能性。近年来，在制造过程的上游部门，使用了各种各 样现代讫玎应用系统以进行产品的开发、计算和仿真等，明显提高了产品开发 的效率。但是，这样馓并没有使企业的生产效率发生囊的飞跃。在缀多企业里， 还缺少通贯全局的系统集成，以对整个企业中跨任务的数据流进行不问断的控 制。同时，费用较高的应用软件大多被用作孤立的解决方案，在产品的开发、设计 帮王艺过程规糍孛还没有采舞正确的应焉理念。随着薅意技术的发展，社会正 迈进信息时代。信息技术的发达程度已成为衡量现代科学技术水平的重要标志。 信息革命使世界制造业面临严峻的挑战，以信息化制造技术为代表的先进制造 技术正在实现对传统制造逝鳇改选。一个地点的工搏续暴可能是另一个地点活 动翁基磁，此时，快速的数据遥信起着决定性的作用。丽时，不断增大的竞争匾力 3 廷j | 大学工程硕士专渡学位论文 要求尽可能缩短产品开发周期，产品上市时间的延迟意味着市场份额的明显损 失以及投资回报率的大幅度降低。瑟舞，供货麓力、按期交货麓力、质量、价格 鞠快速的售螽服务等亦逐渐成为了企监面商全球竞争的羲要成功要素巍强。 ( 1 ) 产品创新设计技术 由于产品竞争熬激烈，商品经济能繁荣，一个新产品的竞争力更多鳇在于 产燕设计孛薪知识的含量。现饯产瑟设计莛大规模获取知识帮运用知识遣l j 薪翡 过程。现代产品开发的一个重要特点就是创新。 高一层次的产品开发也不过是国产化而已。工程界曾有一种说法，以甩掉 圈叛作先e 矗移斡追求晷标。这种谖识反映了对现代设计的局限性。事实上， 制图只不过是设计过程的最终表达。在产品设计过程当中，不是一切都能由图 形袭达，大量的非图形特征只能用其他方法表达。在同类产品的性能、质量等 墨趋接近熬情况酶下，要保持产品酶竞争力就必须要有不断的“薪知识 去充实 产晶。以空调褫来说：这种空调涮冷，那种空调劐制冷叉制热；这犟牵空调超静 音设计，那种空调则可以净化空气；这种空调可以变频调速，那种空调则采用 混沌控制。各种熙牌的空调机生产厂商为夺取产品在市场赡占有率，不断给它 豹产品注天薪的“知识 ，使产品的设计不断翅薪。可以说，在现代国舔纯豹商 品市场环境下，创新也就是产晶的生命。 ( 2 ) 系统设计技术 现代设计所面临鲮设计对象更多的是一个复杂系统。许多现代的枫械产晶 实质上就是一个智能祝器。如现代主动控制的电磁轴承，通过检测装麓测试到 轴承的载荷波动情况，再经调节装置调整轴承的运行状态并有语音提示功能。 还有如数控机床、加工中心、快速成型系统、枧嚣入等都是需要运臻枫壤裁造 及箕自动讫技术、材料技术甚至激光技术等来进行设诗的。总之，现代产丞设计 是基于知识获取( 创新) 的设计，有别于传统设计的基于经验的设计。设计对象往 往是要融合多学科技术的复杂系统，且是一个时交系统要面向用户进行全寿命 溺期设计酶产晶。这些是瑗代产晶设计的主要特点。除此之努，麦于现代产晶邑 涉足宏观、微观领域，要求设计师要考虑太空中高真空、强辐射、大温麓、长寿 命的条件；要求设计师考虑微米级、纳米级、分子尺度的设计，这也就要求产品设 计有时要多层次人才的合作鞫多部门、多方面鲍协俸与投入。 ( 3 ) 协同设计技术 4 1 绪论 计算机支持的协同工作( c s c w ) 的概念是在1 9 8 4 年由美国m i t 的k e n g r i e f 和d e c 的p a u lc a s h m 勰在一个专题讨论会共阕提毒酶。一般的，c s c w 系统可以按照时间和空闻进彳亍分类，按照时间的不同可! 以分为同步和异步协同 工作系统，按照空间的不同可以分为本地和异地协同工作系统。同步协同工作 的实现方法有两类：协圊透明( c o l l a b o r a t i o nt r a n s p a r e n c y ) 和协同感躲 ( c o l l a b o r a t i o na w a r e n e s s ) 。协同透明是通过某种癸郝的共享机制来囊现应雳程 序之间的协作，这种共享机制对应用程序和用户而言都是透明的，而协同感知 则是应用程序内在地支持协月工作。常见的协同透明系统有视频会议和应用程 穿共享，这是一些通用的c s c 嚼系统，通过共享蚕象的方式实现协作鞠户皱瑟 间的交流和“你见即我见。但是，对于协同设计来说，这类系统存在着很大的 缺点：首先，传送的是低层图象信息，丢失了高层语义信息，协作用户不能直 接操作三维c a d 模型，在c a d 模型中包含了大量的嵩屡设计信息，用户希 望能够直接在e a d 模型上进行实时豹、在线的操作，并置能够实时地修改 c a d 模型；其次，网络传输数据量大，不熊满足低速h t e r n e t 连接的实时性要 求。因此，s t o r k 认为应当研究具有协同感知的协同设计应用系统。 同步协弱设计工具主要用于支持设计协臻。我弼将露步协藕设计系统翁功 能划分为四个层次：网络层提供基本的i n t e r a c t i n t r a n e t 网络连接，包括t c p m 、h t t p 协议等；通信层提供多点传输和多媒体通信( 文本、音频、视频、图 象) 等功能；协捧层提供一些通用c s c w 功能，包括协露会话控制、访闯控镶、 发畜权控制功能；应用层提供一些专用a 狮功能。 ( 4 ) 产品数据管理技术( pdm 技术) 现代产晶设计在并行工程环境下，要具有统一的产品模型，谜产品数据实 现共享，这就要求产品信息具有唯一性，统一靛产品定义模型，统一的翔识表 达模型，以表达产品制造、设备管理等知识。产品的定义信息，主要包括几何、 拓扑、特征、精度、规范、知识等，另夕卜还要包含与产品开发过程相关的管理 信息。并且，还必须使产晶数据管理技术符合产品数据交换豹国际标准pde s st ep 。p d m 的基本原理是，在逻辑上将各种c a x 信息化孤岛集成起 来，利用计算机系统控制产晶的整个开发设计过程，通过逐步建立艘拟的产品 模型，最终形成完整静产晶描述、生产过程攒述鞋及生产过程控制数据。技术 信息系统和管理信息系统的有机集成，构成了支持整个产品形成过程的信息系 圜j l l 大学工瑕硕士专救学位论文 统，同时也建立了c 删s 的技术基础。 ( 5 ) 产晶建摸技术 觚铡造业的发展过程来看，先进捌造技术的发震具有明显的继承性帮加速 性。并行工程强调设计并行，着重予集成信息的优化，改进产品的开发过程， 并且通过多功能小组的协砑王作，在信息集成和信息共享的基础上，达到降低 生产成本，提高产品震量，以适应市场的快速变化酶鐾标。 1 。2 机械产品设计过程研究现状与进展 随着产品更薪换代的周帮不断缩短，戈减少设计户翩造所需的时闻与成本， 提高设计制造的效率与质量，许多公司不得不重新评价产品的设计过程，求助 于新的设计技术，比如说，嵩级c a d c a m 系统与并行王程方法。然两，现有 c a d 系统仍存在不少闯遂。计算祝技术瑟薪胃异的发震，尤其是计算视图形学 中实时显示技术研究的不断深入，使得虚拟现实技术在工程中的应用成为可能。 产品设计过程可以概括分为两个步骤：概念设计( c o n c e p t u a ld e s i g n ) 和构 型设计( c o n f i g u r a t i o nd e s i g n ) 。藕者的霹熊是裁定出设诗方案，嚣者静囊熬是设 计融具体构型。概念设计是设计的初步阶段，它的目的是获得足够多的有关产 品式样和形状的信息。它是设计过程的重要阶段，因为产品成本的60 7 0 是巍这个阶段决定的。在概念设计阶段，人嬲需要研究大量可行鲶设计方案， 从而确定经济效益最好的设计。虚掇概念设诗使用虚拟瑷实技术，失设计者提 供基于语音识别和手势跟踪的输入方式，设计者可以很方便地在三维虚拟环境 中操纵产品及零件，进行各种形状建模和修改。利用这种系统进行计算机建模， 无须精确翁尺寸定义。虚拟瑷实按术消除了鼠标、键盘等豹输入方式给用户带 来的限制，同时系统还可以为用户提供三维立体图像，设计者可以在三维空间 中对设计对象进行观察和操作。 w i s c o n s i n 大学开发的概念设计系统c o v i r d s ，弥补了般黝。系统鲢 缺陷。c o v i r d s 提供两种建模方式：参数建模和自由建模。剖建标准形状如 圆柱、圆锥、立方体等规则形体采用参数建模，参数建模是使用各种参数来定 义设计对象。这样的设计原理允许设计者搜焉高级几何形体f 皴表露模型、实 体模型等) 来进行产燕形体设计，丽不再采用低级鲶实体面、边、顶点等) 。 6 l 绪论 创建不能用标准几何形体描述的零件，需要采用自由式建模方式来进行设计。 在许多ca 蛰系统中，窦由式建模常采用所谓“制控点”法来完成对对象表面酶 定义。用这种方法定义表面的困难在于难以确定制控点的位置以便形成满意的 表面形状。最理想的情况是设计者不必定义制控点位置便可真接建立具有自由 表露静形体，实现快速的概念设计。剩爰c0n v 差rds 系统，设诗者霹以 用双手的活动勾凰三维表面的草图。三维表面韵草图创建以焉，便可利用先进 的“非制控点”法进行修改。 3 机械产品设计与业务流程再造闻题概况 1 。3 1 产晶生命周期 产晶生命周期是指产品的经济寿命( 与产菇自然寿命或使用寿命无关) ， 露一种新产品放开发、上市，在市场上由骚到强，由盛转衰，童蓟被市场淘汰 为此的全过程【。一个完整的产品生命周期包括四个阶段：投入期、成长期、 成熟期、衰退期。在整个生命周期中，销售额和利润的变化表现为类似s 型的 曲线( 翔图董耋) 。 收入 时勰 产晶生命周期是现代企业产晶管理的一个重要概念。作为一耱斑用理论， 是一种分析归纳现象的先导和工具。 董，3 2 毅产品开发 新产品开发是指企业扶产生新产箍设想到最终上市的经营管理活动；也是 ? 四j | | 犬学工程硕士专业学位论文 发掘与众不同的，符合消费者需求的，具有独特个性和对消费者来说具有超值 的l 鼗l 质的产品，并把这种产晶实现的过程。 ( 1 ) 新产品定义 对于新产品，在不同的角度有不同的理解。从技术角度讲，新产品是由于 科技进步和工程技术的突破而产生的，在产品实体上有了显著变化，并具有新 的性能；从市场营销壳度讲，新产箍是一种具有新意的产品，是指能够给用户 提供新的效用而被用户认可的产品【1 】。现代社会中，只要由于产品的附加物发 生变化使用户得到新的利益而使用户认可的产品都是新产品。 ( 2 ) 新产晶分类 。 从产品韵研究开发过程出发，对于新产品的分类。新产品可以分为：创新 型、模仿型、改进型、系列型、降低成本型新产品等。 创新型产品主要指运用新技术、新原理、新材料、新结构、新功麓的产品。 其开发特点：需要大量的资金和技术，市场风险大。这种产品只占所有新产品 1 0 左右。 模仿型新产品：主要是指仿制国内外已经研制出的新产品，并根据市场需 要进行必要的改进。开发特点：投入时闻、资金、人力少，风险也小。这种产 品占所有新产品2 0 左右。 改进型新产品：主要指在原来老产品的基础上，进行改进，使得产品在结 构、功能上有新的特点、薪的突破。这种产品与老产品相似，容易被用户接受。 其占所有新产品2 6 左右。 系列型：主要指在原来产品大类中，开发出品种、花色、规格不同的产品， 从而形成系列。其开发投入少，能够扩大市场。这种产晶占所有新产品2 6 左 右。 、 降低成本型新产品：主要指采用新科技，改进生产工艺提高生产率，降低 成本，但保持原产品功能。这种产品占所有新产品l l 左右。 从上面可以得出：改进型新产器，系列型和模仿型新产晶是全世界新产品 开发的主流。 ( 3 ) 新产品开发的要素 a 、新产品开发从用户角度出发，戮满足用户的要求为中心。 b 、新产品开发必须从企业的整体目标利益出发。 i 绪论 e 、薪产品开发不仅仅是产品本身的开发，还包括包装、品牌、售前售盾服 务等的整体出发，使消费者得裂全面满足。 d 、新产品开发着重于获得合理的利润，保证企业和用户双方都能获得利益。 ( 4 ) 新产品开发方式 a 、企业零l 避国蠹矫耩进技术，然簧进行开发磷究，麸两研制塞本企业的 新产品。 b 、企业自己进行基础研究，把慕础研究成果应用到开发研究中，开发出新 产晶。 ( 5 ) 新产罴开发过程 概括而言，企业新产品开发需要经历产品规划、概念设计、详细设计、测 试改进，以及产品推出几个阶段【2 】。产品规划阶段主要对产品开发项目进行陈 述，定义开发产燕酶释标市场、商监露檬、关键假设纛限制条件等活动。这一 阶段开始于公司的策略，并包括对技术开发和市场酱标的评估。概念设计主要 通过识别目标市场的需要，产生概念产品，包括产品的形状、功能、性能的描 述。详细设计包括对产晶的装配设计、耱其体盼零部件设计、糯工艺王装设计。 该阶段产生出产晶的控制文件，清楚描述产品懿每一都 牛和相关的生产工具， 以及相关的装配流程。测试改进阶段主要发现和改进产品中不合理的部分，包 括产品设计的王艺问题、功能问题，以及产品的缺陷等阀题。产品推出阶段主 要是规划生产系统，大批量制造产品。并逶过颥客对产暴进行评估，识裁产晶 遗留的缺陷，为产品进步改进提供依据。 1 4 国内外韭务流程再造现状 业务流程再造强调对企业的业务流程进行根本性再思考和彻底性再设计， 从而获得在成本、质量、服务和速度等方面业绩的显著性的改善，使得企业能 最大限度地适斑鼓“顾客、竞争和变化”药特征盼现代企监经营嚣境洚】。其基本 特点有： a 、在网络技术支持下，以流程为中心，大幅度地改善管理流程； b 、放弃睬l 嚣煞管理做法程程序； e 、评估管理流程斡所有要素对于核心任务是否重要。 9 蹈j | | 大学工程硕士专渡学位论文 业务流程再造是一种全新的管理思想，它从企业外部出发寻找提高企业效 率的突破墨，找漱企业运作关键流程，并使之尽量简洁有效；同时重新设计那 些不合理的经营、管理流程。 资料表明，在国外，约有7 0 7 5 的欧美公司计划进行流程再造。比如美 国的柯达公司扬弃了数十年的产品开发流程，引进c 燃a m 与同步工程技术， 彻底重组了产品开发流程，使原来需7 0 周的产品开发期将为3 8 周。这些都有 力的证明了流程再造能使企业获得竞争优势。然而( ( h a r v a r db u s i n e s sr e v i e w ) ) 中的一篇文章公布了1 0 0 家实现流程再造企业的调查结果，在2 0 家公司中，改 进效果不足5 嘲拽垒监有l 量家之多。在后来b a r b a r ae t t o r r e 通过调查，发现7 0 企业的流程再造项目在5 年之后归于失败】。 在国内，流程再造也有成功的例子，比如海尔集团以“市场链”为基础进行 流程再造，使其集团内部近8 0 家法人公司之间全部按照市场关系开震业务交 易，使得企业响应市场麓力得以提高，企业的物流、资金流、信息流得以顺利 流畅，从而大大提高了竞争力。 1 。5 本课题研究背景与主要研究内容 本单位某公司为了加快机械新产品的开发速度、适应现代市场竞争需要， 提出了重新优化其产品开发流程。本论文是根据课题进行产品设计过程重型建 立的需要，找出公司产品设计流程存在的闻题，最后运用现代先进设计方法与 管理技术来研究机械新产品设计流程重组的问题。通过引用国外企业流程再造 的先进管理理论和先进管理方法，实践总结出一些流程优化和再造的基本原则 和方法，并以此指导优化、改造薪产品设计流程，最终达到减少新产品开发成 本、缩短开发周期、以增强企业竞争力的融的。 本论文的主要内容是： 在第一章对现代机械产品设计方法、研究现状和发晨方向分析的基础上， 重点研究内容是机械产晶设计流程再造及其理论基础。从企业流程再造的基本 理论、内涵出发，总结归纳流程再造实施方法学。研究如何运用这些基础理论 和方法进行流程管理和流程再造。 第二方面是机械的新产晶设计流程髯造及其管理模型的建立闯题研究，重 1 0 1 绪论 点是新产品设计流程再造方法与实施技术问题，以此指导进行企业产品设计流 程褥造。采用工律流技术，建立流程管理斡物理模登，对流程管理模型建立的 关键技术进行研究。 第兰个重点研究内容产品流程管理实现的关键技术，介绍了v r m l 这种适 震予i n t e m e t 隧络上搜用酶兰维虚拟建模语言的基本概念，透过具体的示铡讲解 了v r m l 中的几种关键技术，其中包括建模技术、碰撞检测等；并根据具体需 求选择了合适的v r m l 浏览器和编辑工具。 第隧个重点研究的内容是针对机械产晶协同开发过程的特点，提邀虚拟产 品数据管理的概念及结构模型，通过确定原型系统鲶功能模块，舞发了产晶设 计流程协同开发原型系统，验证了本文所提出的体系结构、关键技术和实施方 法。 西斌丈学工耩硕士专业学位论文 2 机械产品设计流程再造的理论基础与方法分毫蓐 设计是一个按着给定的规则进行综合的功能系统，是一个面向嗣标的描 述分功能的形成及把它们总装成为整体功能熙过程。企业流程再造涉及多种 理论的支持，包括流程管理愚想、项冀管理管理思想、协同设计等理谂。 2 1 产品设计步骤的变化 传统产品设计可以分成四个阶段：“规划、“方案设计”、“结构设计 、“施 工设计”。每一阶段步骤的解决方案都下面的阶段提出了问题。产品规划的结 果以及壶所有产瑟形成阶段秘产品生命酚段瑟获得的经验都要必产罴开发两 进行转换( 觅匿2 。王) 。其串规划是从市场获取信息进行分析，并以形式化或 半形式化的方式描述产品的各种需求信息，需求信息可以在设计过程中不断 修正；方案设计是当产鼎的功能较多、设计任务较大时，将已有的设计需求 数及穗应的设计任务分解为荔予处理的几个子任务；结构设计是针对最终分 解所得的各个设计子任务，确定设计参数的值或边界，并对其产品性能、制 造要求和成本所造成的影响等进行评估。在这个流程中，产品总是从一个部 门递交给下一个部门，每次都根据各自的需要进镗修改。壶予该方法在设计 的旱期不能全面遗考虑设计下游的可制造性、可装配瞧、质量保证等多种因 素，使所制造的产品存在许多缺陷，这就必然要求对设计进行更改，构成了 从概念设计到设计修改的循环，两且可能在不同的环节上多次重复这一过程， 造成设计改动量大、产品开发餍絮长。丽时，产晶顺痔工程方法静代价是l o 倍费用，详细设计的修改费用是概念设计修改的1 0 倍，生产工艺制造阶段修 改的费用是详细设计修改的l o 倍，因此，顺序工程方法难以适应激烈的市场 竞争要求。基于庭掇原型的产品开发要求采用并行工程魏王作模式，对盎拟 产品及其相关过程并行、集成地进行设计，从一开始就考虑从概念形成到产 品报废的产品全生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求 等。在整个过程孛，各个产愚舞发部门逶过建立统一酌产瑟信息模型实现信 息的交流与共享，并且大大缩短了产品开发的周期。 2 机械产晶设计流程再造的理论基础与方法分析 垦叁一j 麓绍绪暴 阶段 释和精确表达规定的经务 求鏖磅裁及绪挎 寻求解决原理及其结构 癸艇霹安璐豹模块 形成橱霄尺寸豹模块 葫能鳍 奄 原理方絮 攘块臻稳 草图设计 总体设计 产晶文献 i 曼堡塑篓銎 | 图2 。1 设计阶段和开发计划的演变 2 2 企业产品开发业务流程再造 2 ，2 1 业务流程再造的内涵及内容 企她流程再造的核心是过程管理慝想霸过程霉遣思想，郎强调抒破职麓部 门赡分界线，考虑过程的连续性和有效健，以过程霞不是以职能部门舞企监 生产经营的管理对象，其强调流程根本性、彻底性和显著性变化，表现在： ( 1 ) 流程再造是根本性的重新思考 流程再造是对原有业务流程进行根零健反省，进行彻底改造帮再设计， 并在此基础上实现信息量化，直接面对顾客、丽对市场，增强企业的核心竞 争能力。最终达到不受现有部门和工序分割的限制，以一种最简单、最直接的 方式实现企业静经营过程，弱时对露向以顾客力中心的经营过程设置企业的组 织结构，以实现企业组织的重构。 企业业务流程应根据企业的工作流程( 包括物流和业务流) ，利用信息技 术，对企业组织结构和工作方法进行“彻底的、根本性的”重新设计，以适应 巍今市场发展藕信息社会酶需求。企鼗组织结构和| 工终设计廒铁露商功能转 为面向过程，强调了要以业务流程为中心，将分散在个部门的业务进行重新 1 3 衰嚣嶷壤产鼯设计申嚣蘩予箨缓设计的信客交燕 一t 西川大学工辍硕士专渡学链论文 组合和设计的原则。 2 ) 强诿鼗务会并与扩大授投 在企救鼗务流程髯造中，亩手技术进步裙曼王素质酶提意，许多缨讫熬 分正就成为多余。尽量做到信息共享、过程简化、效率提高。 企业业务滚程再造震一部分警理老的权力被分散给了员工，这就要求管 理者要转换焦色，充分扩大员王获力，麸较多逮对下震避孬蓝督、控糕转变 为知道、帮助和支持下属的工作；照多地发挥服务的功能。 ( 3 ) 强调沟通与协调 滚程嚣造是在打破愿富帮瓣雾限，瑷蕤努工酶基懿上，对监务藐器蕺翼 体任务重新组合，因此，企业业务流程再造要求企业有一个明确的、具有扇 发性的目标。 弱时匿予金整组织缝拣毽簸屡次缡拇变蠹了“感平贾缝媳，要求警理太 员妊簇对业务小组进嚣详维酶信惠交流，使得全体员工理解褥造熬霾标黎方 法；又由予减少了中层管理，要求部门之间要加强交流与沟通，确保员工对 再造的准确理解积保持嚣造强标的致性。 垒选流程荐逵需要依靠工遂工程技米、运筹学方法、管理瓣学、社会入 文科学和现代高科技，并且涉及内容很广泛，最基本的有企业的人、经营过程、 技术、组织结构和企业文化等各个方面【9 】，具体如下： ( 量人鲍重搀：德莺企数家罗稔特髑爱说：拜企鼗暴行流疆霉造顼篓戆最 大阻力是硪嚣窟动时人们的惰性韩。由此可冤，实施b p r 成败的关键取决予企 业内部人员的整体素质与水平。 ( 2 ) 技本夔重擒：利臻先进熬售患技术建立覆盖整个企她的售惠圈络霸 基秣信息的平台，使每挝员工运遗阕络就可褥裂与蠹甚澎务有关麴各释售意。 技术重构时，着重满足顾客多样化、个性化的需求，以及面对产品结构与制 造工艺日盏复杂他的特点，企业在产磊设计、工艺设计和制造装懿上，应尽量采 雳糠灌纯、模块诧窝藏组技拳熬设计恶怒豢及黍性囊 造系凌、柔牲装蠹系统 等。 ( 3 ) 组织结构的燕构：按具体项耳组成面向经营过程的工作小组，设立小 茏囊责大对蠢撵导、协调与莲警夺缀中备藏员鹣工作簧嚣，辩井受责及对蒋颡 客能意见和建议反馈圆小组，并尽快改进工作。骥确小鳃蠹部备成员煎作震耧 1 4 2 机械产晶设计流程再造的理论基础与方法分析 职责，做到责权利统一，使小组形成一个享有充分自主权和决策权的团体。 ( 4 ) 企业文化的重构：营造适宜的企韭文化氛围，是金韭实施上述重构的 保障树立企业员工是第一顾客的新观念。竞争是企业成功的动力，各种竞争最 终都归结为人才竞争，因此要为员工提供宽松的工作环境和良好的后勤保障， 增强他们的主入翁责任感；正确引导和教育员工，使他们能够处理好与顾客的 关系。此外，不断强化员工的培训教育，尽快提高他们的素质。 2 2 2 业务流程再造关键因素问题 为了确保流程再造成功，必须关注的难点有： ( 1 ) 流程的分类 分类可以使后面的企业流程再造项圈重点突出，目标明确。分类标准根 据活动是否增值、以及活动是不是主要活动两种方法来判定。增值与菲增值 活动：给顾客带来价值的活动是增值活动，否则是非增值活动；主簧葙次要 活动：主要活动是直接支持系统的主要目标的活动，次要活动支持主要活动。 采用分析方法为美国机械工程师学会( a s m e ) 标准【5 】1 3 3 】，这个方法最独 特的优点是可以评价各个环节是否有增值。 ( 2 ) 问题突出的环节和核心环节重建 流程重建不能全线出击，必须首先分析全部作业流程，重点考虑的对象 有：耗时过长的流程；与多个相关的、且被多个流程共享的流程；与公司重 大失误和事故有关的流程；有过多的信息交流、资料冗长和重复传送的流程； 有过多控制，导致管理费用过高的流程；经常出现返工和重复劳动的现象的 流程。最后列出流程再造的关键环节，并加以控制。 ( 3 ) 对现有流程进行定量分析 在企业流程再造理论诞生之前已经霄大量的定量分析方法【3 3 1 。例如：系 统模拟、网络技术，以及作业成本法(