第三章产品开发、工艺设计和技术选择

1、第三章 产品开发、工艺设计和技术选择第一节第一节 产品开发与企业产品开发与企业R&D第二节第二节 R&D与产品开发组织与产品开发组织第三节生产流程的设计与选择第三节生产流程的设计与选择第四节第四节 并行工程并行工程第五节第五节 计算机技术在产品设计中的运用计算机技术在产品设计中的运用第一节第一节 产品开发与企业产品开发与企业R&DR&D一、一、 新产品开发与企业新产品开发与企业R&D概念概念从不同角度，可以对新产品的概念做出不同的描述。一般来说，新产品应在产品的性能，材料和技术性能等方面具有先进性和独创性，或优于老产品。所谓先进性，指由于采用新技术、新材

2、料产生的先进性，或已有的技术进行综合产生的先进性。所谓独创性，一般是指产品由于采用了新技术，新材料或引进技术所产生的全新的产品，或在某一市场范围内属于全新产品。企业R&D（research and de velopment）是指科学技术的研究与开发，不同于产品开发，是一项基础工作，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，创建基础性的知识工作。应用研究室将基础理论研究中开发的新知识，新理论应用于具体领域。技术开发是将应用研究的成果经过设计、试验而发展成为新产品、新系统和新工程的科研活动。 二、新产品分类二、新产品分类（一）（一） 全新产品全新产品（二）（二） 改进

3、产品改进产品（三）换代产品（三）换代产品新产品的发展方向可以有以下几个方面：1多功能化多功能化扩大同一产品的功能和使用范围。2复合化复合化把功能上相互有关联的不同单体产品发展为复合产品。3小型化、轻便化小型化、轻便化缩小产品的体积，减轻其重量使之便于操作、携带、运输以及安装。这样还可以节省材料，降低成本。4简单化简单化改革产品结构，减少产品的零部件，使产品的操作性能更好，更容易操作。同时也能降低产品的成本，提高生效率，增加产品可靠性。使用新技术、新材料是结构简化的重要方法途径。5智能化智能化把一般人需要经过学习培训才能掌握的知识转化为产品本身具有的功能，使产品的使用操作“傻瓜化”。这样可以减少

4、操作难度和技能，保证使用效果，从而大大扩大这些产品的客户群。6艺术化、品味化艺术化、品味化随着人们生活水平和文化素养的提高，对产品艺术化、品位化的要求日益提高，追求时尚化、个性化成为趋势。不仅像汽车、电视、家具等这些要求具有观赏功能的产品，就连洗衣机、热水瓶、垃圾桶等普通日常用品，具有良好的观赏功能成为顾客重要选项。因此企业必须从产品的造型、色彩、质感和包装等方面下功夫，使产品的款式新颖，风格独特、体现特殊的艺术品味。对于服务业来说，人们越来越要求社会能提供多样的服务，开发新的服务项目，以满足自身的物质和精神的消费需求。我国正在以物质消费为主的消费结构向以精神消费为主的消费结构转变，这就给服务

5、业创造了大发展机遇，企业应抓住机遇提供更多的新的精神食粮和文化产品。三、三、 新产品动力模式新产品动力模式新产品开发动力模式有：技术驱动型和市场驱动型。所谓技术驱动型，就是说从最初的科学探索出发开发新产品。市场导向型是从市场需求出发进行新产品的开发。即首先通过市场调查来了解需要具有什么样技术内容的新产品，然后对其进行生产技术、价格、性能等方面特性的研究，进而再通过该产品商品化后的销售预测来决定是否开发。四、四、 新产品的生命周期新产品的生命周期 产品在市场上作为商品有其生命周期。这一周期是指某一产品在一定的市场范围内、从试制完成投放市场，直到逐步被淘汰出市场的整个过程所经历的时间。如图所示，产

6、品生命周期一般可分为五个阶段：新产品投入期，成长期、成熟期、饱和期、最后进入衰退期。 销 售 额 时间 投入期 成长期 成熟期 饱和期 衰退期 图- 产品生命周期 第二节第二节 R&D R&D与产品开发组织与产品开发组织一、一、 企业的企业的R&D战略战略（一）战略目标的设定（一）战略目标的设定企业的R&D战略方针由企业的经营目标决定。通常企业的经营策略有两种：一种是领先策略，另一种是跟随策略。（二）（二）R&D方式的选择方式的选择一般来说，R&D可采用方式分以下几种：.独立研究开发方式独立研究开发方式共同研究开发方式共同研究开发方式委托研究开发

7、方式委托研究开发方式二、二、 企业企业R&D管理管理（一）研究费用管理（一）研究费用管理研究费用的计划与控制研究费用的计划与控制研究费用的效益和效率分析研究费用的效益和效率分析（二）（二）R&D的组织的组织（三）研究人员的管理（三）研究人员的管理三、三、 新产品的开发步骤新产品的开发步骤无论是全新的产品开发，还是改良产品，换代产品的开发，都需要经过一定的阶段和程序。一般来说，新产品的开发步骤可以分以下五个阶段。（一）（一） 构思、计划阶段构思、计划阶段在这一阶段首先提出新产品的构想方案，它应该包括对新产品的原理、构造、材料、工艺过程以及新产品的性能指标、功能、用途等多方面的设想

8、。然后对构思方案进行分析、评价筛选，最后确定方案，制定开发计划。（二）（二） 先行开发阶段先行开发阶段在这一阶段，对不确定的关键技术进行研究和试制，进一步确认和修改技术构思，形成比较完善的方案。（三）设计开发阶段（三）设计开发阶段进行样机或样品设计、试制或实验，确定产品性能和基本规格参数。在这一阶段，往往还要进行中小批量生产，检验生产工艺的可行性、进行市场需求确认等（四）生产准备阶段（四）生产准备阶段在这一阶段对第三阶段进行评价，如果决定投产，则开始进行生产准备，进行工艺设计、工装设计和技术文件准备等，必要时还进行批量试生产和市场试销。（五五）生产阶段）生产阶段，进入这一阶段实际就意味着开发结

9、束。四、四、 新产品的设计新产品的设计（一）新产品设计的重要性（一）新产品设计的重要性新产品设计的重要性主要体现在三个方面：设计阶段是控制产品性能的关键设计阶段是控制产品性能的关键 当新产品在交到消费者手中时，能否在预定的使用环境中发挥预定的功能，即产品的可靠性主要取决于设计阶段。在新产品的开发的设计阶段，设计人员应该实现预先决定的有关产品的性能、机能、结构等目标值，还要有可靠性，可维修性等指标。设计阶段是控制产品成本的关键设计阶段是控制产品成本的关键 设计出的产品即使在性能、机能等方面充分实现了预定构思。如果在使用材料、制造方法上考虑不周，产品的制造成本就会很高，一般产品83%的成本是由这一

10、阶段决定的，控制成本必须从设计开始。设计阶段是控制产品质量的关键设计阶段是控制产品质量的关键 消灭不良产品是质量管理的主要目标之一，如果设计阶段稍有不慎或错误，其结果在其后的工序中累积下去，到产品完成时，产品质量可能严重不良。因此，设计阶段对控制产品的质量也有重要意义。必须从设计阶段起就树立产品质量观念，避免任何影响产品质量的因素掺杂进设计中去。（二）新产品设计的程序和内容（二）新产品设计的程序和内容新产品的设计工作必须按先后顺序，分阶段地进行。设计的程序一般分为三个阶段，即总体设计、技术设计和工作图设计，称为“三段设计”，它从总体布局，零件结构，到工作图纸完成，逐步加以具体化，前一阶段是后一

11、阶段的基础。三段设计是新产品设计应遵守的程序，它对提高产品的设计质量，顺利发展新产品有很好作用。（三）设计工作中系列化、标准化、通用（三）设计工作中系列化、标准化、通用化管理化管理产品设计系列化和零件标准化、通用化是国家一项重要技术经济政策，对节约设计力量，缩短设计周期，减轻设计工作量，扩大产品结构继承性，提高可维修性等方面起着重要作用。所以在产品设计的各个阶段中，必须认真贯彻“三化”，严格执行国家标准和部门标准。1系列化系列化系列化是标准化的高级形式。它通过对同一类产品发展规律的分析研究，经过全面的技术经济比较，将产品的主要技术参数、型式、尺寸、基本结构等做出合理的安排与计划，建立系列型谱，

12、以减少产品品种，简化设计、适应各类需求，同时可以有效协调同类产品与配套产品间的关系。2标准化标准化标准化的范围很广，在我国，根据标准适应领域和有效范围，可把标准分成三组；国家标准（代号“GB”）、专业标准（代号“ZB”）和企业标准（代号“Q”为分子，分母表示企业或地区）。国际上一般通用的如国际标准化组织（ISO）和国家爱电工委员会（IEO）标准也包括在国家标准内。 标准化对设计工作来说，主要是指产品标准和零部件标准。产品标准是为某一类产品或某一种产品的形式、尺寸、主要参数、质量指标、检验方法，以及包装、储存、运输、使用、维修等方面制定的标准。零件标准是对于通用程度高，或需要大量的零件规定的标准

13、。3通用化通用化 所谓通用化是指在同类型不同规格，或不同类型的产品和装备中，用途相同、结构相似的零件，经过统一以后，可以彼此互换的标准形式。显然，通用化要以互换性为前提，互换性有两个含义，即尺寸互换性和功能互换性。功能互换性问题在设计中非常重要。例如所设计的柴油机，既可用于拖拉机，又可用于汽车、装运机、推土机和挖掘机等。产品的通用性越强，销路就越广，生产的机动性越大，对市场的适应性就越强。 通用化和专用化是一对矛盾，如果一味追求通用化和兼容，必然增加某些功能的冗余，增加成本，因此设计时要加强对产品市场前景预测，对专用和通用策略进行经济性评估。三、三、 生产工艺管理生产工艺管理工艺设计是指按产品

14、设计要求，安排或规划从原材料加工成产品所需要的一系列加工过程、工时消耗、工艺装备需求等说明。企业的生产工艺是与产品设计有着密切的联系，一方面先进合理的工艺和装备可以促进产品设计改进，同时对产品的生产可行性、提高产品质量、降低生产成本也有重要影响。（一）产品图纸的工艺分析和审查（一）产品图纸的工艺分析和审查工艺分析审查的目的是为了提高产品工艺性，具体有：产品结构是否符合产品的生产特点；产品结构标准化程度；零件的几何形状、尺寸公差、配合要求、表面粗糙度及技术要求是否合理；选用材料是否经济；产品是否便于制造和装配；产品是否适合用本企业现有的生产设备和生产条件加工，企业是否具备产品测试条件等。（二）制

15、定工艺方案（二）制定工艺方案在工艺方案中，要要明确产品制造过程中会存在哪些主要问题，确定关键零部件、关键工序以及加工方法；确定工艺路线和工艺装备的原则和工艺系数。如规定生产时应达到的质量要求、设备利用率、劳动量和制造成本等技术经济指标；列出需要的专用设备、工艺装备、专用车间厂房等。（三）编织工艺规程（三）编织工艺规程工艺规程是指导工人技术操作的最主要的工艺文件，它是安排生产作业计划、生产调度、质量控制、原材料控制、原材料和工具供应、劳动组织的依据。编制工艺规程包括：产品和零件制造方法和制造顺序的确定、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、产品装配与零件加工的技术条件确

16、定，产品调试规程，工时定额，材料消耗定额等等。（四）工艺装备的设计与制造（四）工艺装备的设计与制造工艺装备是为实现工艺过程所需要的工具、夹具、卡具、量具、模具等总称。工艺装备的设计与制造对贯彻工艺规程，保证加工质量，提高效率，具有重要作用。工艺装备的设计制造与生产批量密切相关，对于单件小批生产尽可能利用万能设备或数控加工中心加工，或外协加工，尽可能少制作工艺装备；对于一般批量生产的产品尽可能采用普通专机组成的生产线生产；对于大量生产的产品可以考虑采用自动流水线。第三节生产流程的设计与选择第三节生产流程的设计与选择一、一、 按生产流程的特性进行设计按生产流程的特性进行设计根据生产类型的不同，生产

17、流程有三种基本类型：按产品导向原则进行的生产流程、按工艺导向原则进行的生产流程和按项目或模块方式进行的生产流程。（一）按产品导向原则进行的生产流程（一）按产品导向原则进行的生产流程按产品导向原则进行的生产流程就是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，使生产单元里配备了加工某种产品（零件）所需要的全套设备、工艺装备和有关工种的工人，使该产品或（零件）的全部（或大部分）工艺过程能在该生产单位内完成。像离散型制造企业的汽车装配线、电视机装配线就都是按产品导向原则组织的。部件生产单元如发动机分厂、底盘分厂；零件生产单元如，曲轴工段、连杆工段等等也是。连续

18、流程型企业的生产一般都是按产品组织的生产流程，如食品、炼油、化工等等，这些液态或粉末的原材料在生产过程中按单向无间断的流动。按产品导向原则组织生产流程又叫对象专业化形式。这种形式适用于大批量生产类型。（二）按工艺导向原则的生产流程按工艺导向原则的生产流程就是根据不同的生产工艺特征来分别建立不同的生产单位，这种分工原则也叫工艺专业化原则。因为每个生产单元只完成相同或相似工艺内容的加工任务，因此在按工艺专业化原则建立的生产单元里，集中了相同类型的设备和相同工种的工人，如工厂：铸造厂、锻造厂、电镀厂、热处理厂、电装厂。车间：钣金车间、铸造车间、锻造车间、电镀车间、焊接车间。工段：铸造工段、锻造工段、

19、车工段、铣工段，电子厂的贴片焊接工段。这种形式适合多品种小批量或单件生产类型。（三）模块式生产（三）模块式生产对于有些任务，如拍摄一部电影、组织一场音乐会、或生产一件产品、盖一座大楼等，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，同时工序数目也不同，有多有的少。在机械制造业通常的采用对象专业化和工艺专业化相结合的组织形式即模块生产或重复生产，这种方式主要利用成组技术，将具有相似特性的零件归并为一组，形成零件族，一个零件族可以在同一机器上使用相同或相似工具和工序来完成，相应的加工设备和工艺路线形成一个模块或制造单元，比如由铣床，滚

20、齿机、车床组成一个生产单元，生产各种带不同键槽和不带键槽的齿轮。二、二、 按产品和服务需求特性和本企业经营战按产品和服务需求特性和本企业经营战略进行设计略进行设计影响生产系统生产流程设计的因素很多，其中最主要的是产品/服务的构成特征。因为生产系统就是为生产产品或提供服务而存在的，离开了用户对产品的需求，生产系统也就失去了存在的意义，而用户的要求无非是品种款式、质量、数量、价格、交货期、服务、环保与安全七项。但是不同企业对同一产品的要求往往有很大差异。有的注重服务，有的注重价格，有的强调交货期，也有的要求批量大等等。没有一个企业可以满足所有要求，或者说七项指标都是优秀。（一）生产流程的设计与选择应支持企业（一）生产流程的设计与选择应支持企业经营战略经营战略（二）产品（二）产品/服务的需求性质服务的需求性质产品具有通用性产品具有通用性产品产品/服务可保存性服务可保存性产品市场需求量产品市场需求量产品服务搬运难易程度产品服务搬运难易程度（三）按接触顾客的程度（三）按接触顾客的程度三、三、 生产流程的选择决策生产流程的选择决策 图 3-3 不同生产过程方案的成本变化 单位 产品 成本 110 000