第4章产品服务设计和技术选择.ppt

生产与运作管理Production OperationManagement TheSchoolofManagementHUST 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 第3章产品 服务设计和技术选择 第一节引言第二节产品设计与开发过程第三节产品设计与开发的组织方法第四节生产流程设计与选择 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 第一节引言 一 21世纪企业产品 服务设计的背景特征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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 二 新产品 服务开发的重要性 有利于增强企业的市场竞争力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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 产品设计时间占开发时间的近60 所以 为缩短新产品上市准备时间 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 产品开发时间100 研发的效率直接影响企业在时间上的竞争能力设计时间占据产品开发时间的主要位置并行工程 concurrentengineering 缩短产品开发周期的方法与技巧 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 三 现代企业的研究与方法 1 研究与方法的分类研究与方法 ResearchandDevelopment 简称R D 包括基础研究 应用研究和技术开发 基础研究进行的是探索新的规律 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 新理论应用与具体领域 技术开发研究是将应用研究的成果经设计 试验而发展成为新产品 新系统和新工程的科研活动 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 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 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 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 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 费用高 成功率低 风险大 回报下降 你认为有哪些因素会影响新产品研发的成败 新产品开发面临的压力 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 据调查产品开发失败的原因 大致归纳为以下几点市场调查不细致 预测发生错误 构思 设计和制造方面的问题 成本过高 或营销不利产品开发时间过长 失去占领市场的好时机 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 第二节产品设计与开发阶段 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 详细设计即工作图设计 工艺设计 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 技术活动过程 顾客域功能域物理域制造域 生产活动 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 需求分析 结构设计 协调 工艺设计 协调 输入 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 协调结果 中间结果 中间结果 干预指令 图3 4 产品设计过程描述 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 一 产品构思 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3 5 产品构思来源图 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 二 产品结构设计过程 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 见图3 6 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 结构设计过程 市场需求分析 工作图设计 技术设计 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 N N Y Y CAD 图3 6 结构设计过程 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 结构设计过程 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 三 工艺过程设计 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 另一方面作为生产的依据 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 工艺过程设计 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 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 四 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 产品设计的原则和绩效评价 表3 1 产品开发绩效评价指标 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 第三节产品设计与开发的组织方法 1988年 美国防御分析研究所以武器生产为背景 对传统的生产模式进行了分析 首次提出了并行工程的概念 1992年引入我国 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 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 产品开发工作流程 市场人员提产品构想 质量控制人员作质量保证计划 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 并行的产品设计方法 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 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 并行工程 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 进可能早地避免不合理因素的影响 缩短研制周期 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 考虑环保条件下的并行式绿色设计的产品开发过程 资源性指标能耗性指标环境性指标经济性指标 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 设计时同时考虑产品生命周期的所有因素 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 并行产品开发流程特点 产品设计的各阶段是一个递阶渐进的连续过程 注意粒度和清晰度粒度是设计人员在设计过程中所考虑和处理问题要素的大小 清晰度是设计对象在相应粒度水平上的确定性的度量 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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 时装并行设计的流程图 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 并行工程技术1 虚拟设计 面向并行工程的DFx设计模式体现了开发的集成过程2 产品数据管理3 产品系列化 零部件标准化 通用化4 成组技术5 减少变化方案 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 并行工程人员构成 开发小组 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 时装开发的并行工程工作模式的组织结构平台 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 计算机技术在产品设计中的运用 1 CAD CAPP2 计算机支撑技术3 拟实产品开发 在许多工业发达的欧美国家 服装 系统在服装企业中拥有率高达70 以上 在我国台湾服装 技术拥有率也达到30 而我国40000多家服装企业服装 普及率才刚刚突破1 的大关 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 并行工程案例 1 美国 战区高空领域防御 Thaad 的开发该计划是由美国洛克希德 Lockheed 导弹与空间公司 LMSC 于1992年10月接受了美国国防部 DOD 用于的新型号导弹开发 该公司的导弹开发一般需要5年时间 为缩短开发周期 公司采用了并行工程的方法 1 具体的实行如下 1 改进产品开发流程 在项目工作的前期 LMSC花费了大量的精力对Thaad开发中的各个过程进行分析 并优化这些过程和开发过程支持系统 采用集成化的并行设计方法 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 2 实现信息集成与共享 在设计和实验阶段 一些设计 工程变更 试验和实验等数据 所有相关的数据都要进入数据库 并各应用系统之间必须达到有效的信息集成与共享 3 利用产品数据管理系统辅助并行设计 LM SC采用了一个成熟的工程数据管理系统辅助并行化产品开发 通过支持设计和工程信息及其使用的7个基本过程 数据获取 存储 查询 分配 检查和标记 工作流管理及产品配置管理 来有效地管理它的工程数据 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 2 CE带来的效益导弹开发周期由过去的5年缩短到2年 产品开发周期缩短60 大大缩短了设计评审与检查的时间 一般情况下仅需3h 并且提高了检查和设计的质量 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 波音767 X并行设计工程案例 过去的飞机开发大都沿用传统的设计方法 按专业部门划分设计小组 采用串行的开发流程 大型客机从设计到原型制造多则十几年 少则七八年 波音公司在767 X的开发过程中采用 并行产品定义 通过优化设计过程集合了最新管理方案 改善了设计 提高了飞机质量 降低了成本 改进了计划 实现了三年内从设计到一次试飞成功的目标 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 波音公司并行设计与传统开发方式的比较 1 100 数字化产品设计飞机零件设计采用CATIA设计零件的3D数字化图形 采用CATIA系统设计飞机的零件 可方便地设计3D实体模型 并很容易在计算机上进行装配 检查干涉与配合情况 也可利用计算机精确计算重量 平衡 应力等特性 直观的零件图有助于外观设计 并能帮助了解装配后的情况 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 波音公司并行设计与传统开发方式的比较 2 3D实体数字化整机预装配数字化整机预装配是在计算机上进行建模和模拟装配的过程 用于检查干涉配合问题 这个过程以设计共享为基础 数字化整机预装配将协调零件设计 系统设计 包括管线 线路布置 检查零件的安装和拆卸情况 数字化整机预装配的应用将有效地减少因设计错误或返工而引起的工程更改 设计员能搜索并进入其他相关设计系统中检查设计协调情况 其他设计小组如工程分析 材料 计划 工装 用户保障等也陆续介入设计范围 并在发图前向设计员提供反馈信息 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 3 并行产品设计 CPD 并行产品设计是对集成 并行设计及其相关过程的研究 包括设计 制造 保障等 并行设计要求设计者考虑有关产品的所有因素 包括质量 成本 计划 用户要求等 波音公司并行设计与传统开发方式的比较 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 第四节生产流程设计与选择 生产过程设计 ProductionProcessDesign 或称生产流程设计 就是根据产品或服务的构成特点 详细描述生产过程的具体步骤 它是运作战略中的一个十分重要的内容 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 一 生产流程分类 TypesofProcess 根据生产类型的不同 生产流程有三种基本类型 1 按产品进行的生产流程2 按加工路线进行的生产流程3 按项目进行的生产流程 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 1 按产品进行的生产流程 以产品或提供的服务为对象 按照生产产品或提供服务的生产要求 组织相应的生产设备或设施 形成流水般的连续生产 有时又称为流水线 FlowLine 国内又叫做对象专业化形式 这种形式适用于大量大批量生产类型 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产单位的专业化形式 对象专业化形式简称对象式或产品式 Product focused 指按照产品 或零件 部件 建立的生产单位 又称产品专业原则 三不同一同 不同类设备 不同工种的工人 不相同的工艺方法 只是加工对象相同 按照这种原则组成的车间 叫对象专业化车间 又称为 封闭式 车间 特征 缩短运输路线 减少运输费用 提高生产效率 缩短生产周期 简化生产管理 对产品品种变化的适应能力很差适合于大量生产 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 产品对象专业化形式 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 对象专业化布置的齿轮车间 热处理 C齿轮生产线 C齿轮生产线 锯床 车床 滚床 磨床 车床 包装 锯床 滚床 车床 车床 磨床 包装 A齿轮 B齿轮 车间门 A齿轮 B齿轮 车间门 车间门 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 2 按加工路线进行的生产流程 多品种生产或服务的情况下 每一种产品的工艺路线都可能不同 因而不能象流水作业那样以产品为对象组织生产流程 只能以所要完成的加工工艺内容为依据来构成生产流程 而不管时何种产品或服务对象 国内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 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产单位的专业化形式 工艺专业化形式简称工艺式 Process focused 指按照工艺特征建立的生产单位 三同一不同 同类设备 同工种的工人 相同的工艺方法 只是加工对象不同按这种原则布置的车间叫做工艺专业化车间 又称 机群式 开放式 车间 特征 具有对产品品种变化适应能力强 生产系统可靠性高 工艺管理方便等优点 加工路线长 运输量大 运输成本高 生产周期长 组织管理工作复杂等缺点 适合于单件生产或小批量生产 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 工艺对象专业化形式 产品1 产品2 产品3 产品1 产品2 产品3 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 工艺专业化生产单位组织形式 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 工艺专业化布置的齿轮车间 锯床组 包装组 车床组 磨床组 滚齿组 热处理 车间门 1 2 3 4 5 6 7 8 车间门 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 3 按项目进行的生产流程 每一项任务都没有重复 所有的工序或作业环节都按一定秩序依次进行 有些工序可以并行作业 有些工序又必须顺序作业 例如 拍一部电影 组织一场音乐会或盖一座大楼等 生产与运作管理 陈荣秋 马士华编著 生产流程设计与选择 二 影响生产流程设计的因素 一 产品 服务需求性质从需求的品种 数量 季节波动性等方