生产运作管理 第6版 课件 第3、4章 产品、服务设计和技术选择、生产、服务设施选址与布置

生产运作管理

Production&OperationsManagement《生产与运作管理》第3章产品、服务设计和技术选择3.1概述3.2产品研究与开发管理3.3生产流程设计与选择3.4并行工程：产品开发组织的新方法

3.5先进技术在产品设计中的运用

《生产与运作管理》3.1概述

经济发展、技术进步和需求多样化，要求企业能对不断变化的市场做出快速反应，源源不断地开发出满足用户需求的、定制的“个性化产品”去占领市场以赢得竞争，市场竞争也主要围绕新产品的竞争而展开。《生产与运作管理》3.1.121世纪企业面临市场环境的主要特征互联技术迅速普及带来的信息爆炸的压力技术进步越来越快高新技术的使用范围越来越广泛市场和劳务竞争全球化产品研制开发的难度越来越大可持续发展的要求全球性技术支持和售后服务用户的要求越来越苛刻《生产与运作管理》3.1.2现代企业的研究与开发1）研究与开发的分类和特征

基础研究应用研究技术开发目的寻求真理,扩广知识探讨新知识应用的可能性将研究成果应用于生产实践性质探求发现新事物,新规律发明新事物完成新产品,新工艺,使之实用化,商品化内容发现新事物,新现象探求基础研究应用的可能性运用基础研究,应用研究成果从事产品设计,产品试制,工艺改进成果论文论文或专利专利设计书,图纸,样品成功成功率低成功率较高成功率大经费较少费用较大,控制松费用大,控制严人员理论水平高,基础雄厚的科学家创造能力强,应用能力强的发明家知识和经验丰富,动手能力强的技术专家管理原则尊重科学家意见,支持个人成果,采用同行评议尊重集体意见,支持研究组织在适当事作出评价尊重和支持团体合作计划自由度大,没有严格的指标和期限弹性,战略方向,期限较长硬性,有明确目标,较短期限《生产与运作管理》2）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、回报下降等压力。格雷格A.史蒂文斯（GregA.Stevens）和詹姆斯·伯利（JamesBurley）调查统计后提出：3000个新产品的原始想法，只有1个能成功。阿尔巴拉（Albala）在总结以往研究的基础上，指出新产品开发的死亡率为98.2%。初期项目中只有2%可以进入市场《生产与运作管理》新产品失败可归纳为三个关键原因：（1）没有潜在的用户和需求（2）新产品与当前的需求不匹配（3）营销工作不得力

新产品开发的动力：（1）技术推动（2）市场牵引（3）同行竞争了解和确定人们的需求，将这种需求用技术实现，提高产品在研究与开发过程中的管理水平，是新产品开发的关键。《生产与运作管理》3.2

产品研究与开发管理3.2.1

产品开发过程

一般产品开发过程由以下阶段构成:需求分析产品构思可行性论证结构设计（总体设计、技术设计、详细设计）工艺设计《生产与运作管理》产品设计过程描述《生产与运作管理》3.2.2

产品开发对生产过程成本的影响

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ABC分类思想，企业技术活动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。《生产与运作管理》企业的技术活动影响着产品的成本、质量和制造的效率。因此，企业在产品设计时采用许多新的开发手段和方法，以保证产品开发早期阶段能做出正确的决策，从提高产品质量、

降低产品成本，进一步缩短产品开发周期。《生产与运作管理》产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成产品开发过程-成本曲线（波音为例）不同的产品开发阶段改变设计对成本的影响《生产与运作管理》3.2.3技术活动的过程

技术分系统是企业系统中的一个重要的组成部分，技术活动包括新产品开发中的产品设计阶段的结构设计和工艺设计活动。产品设计阶段的活动，是一个从产品的构思到产品结构、产品制造工艺的信息转换过程。它可以形象地描述为信息在顾客域、功能域、物理域之间连续的变换过程。《生产与运作管理》技术活动过程分析《生产与运作管理》3.2.4

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。《生产与运作管理》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《生产与运作管理》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、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。工作图设计进一步进行产品结构的细节设计，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》3.2.5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。工艺设计过程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。《生产与运作管理》工艺过程设计的内容

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》3.2.6

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》产品开发绩效评价指标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《生产与运作管理》3.3

生产流程设计与选择3.3.1生产流程分类根据生产类型的不同，生产流程有三种基本类型：按产品（product-focused）进行的生产流程、按加工路线（process-focused）进行的生产流程和按项目(project)进行的生产流程1）按产品进行的生产流程（对象专业化）2）按加工路线进行的生产流程（工艺专业化）3）按项目进行的生产流程（项目型）《生产与运作管理》不同生产流程的特征比较特征标记对象专业化工艺专业化项目型产品订货类型产品流程产品变化程度市场类型产量批量较大流水型低大批量高成批生产跳跃型

高顾客化生产中等单件、单项定制无很高单一化生产单件生产劳动者技能要求任务类型工资低重复性低高没有固定形式高高没有固定形式高资本投资库存设备高低专用设备中等高通用设备低中等通用设备目标柔性成本质量按期交货程度低低均匀一致高中等中等变化更多中等高高变化更多低计划与控制生产控制质量控制库存控制容易容易容易困难困难困难困难困难困难《生产与运作管理》3.3.2产品－流程矩阵产品-生产流程矩阵的基本指导原则：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-生产流程匹配战略无法获得最佳的效益《生产与运作管理》3.3.3

影响生产流程设计的主要因素1）产品/服务需求性质2）自制-外购决策3）生产柔性4）产品/服务质量水平5）接触顾客的程度《生产与运作管理》3.3.4

生产流程选择决策品种-产量变化与生产单位形式的关系《生产与运作管理》以图中的数字为例，生产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，选择工艺式最经济，当产量在10万～25万件之间时，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，如果以上几种方案都不能得到满意的投资回报时，则应放弃该产品的生产。工艺式成组生产单元对象（产品）式费用产量1000002500005000011100002250000《生产与运作管理》3.4并行工程：产品开发组织的新方法

需求

结构设计

工艺设计

制造

并行过程

串行过程产品开发组织常见的两种方式：《生产与运作管理》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3.4.1

串行的产品设计方法《生产与运作管理》关于串行产品开发过程的问题：

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》3.4.2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。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《生产与运作管理》并行工程的概念

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。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《生产与运作管理》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》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》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《生产与运作管理》3.4.3

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PDM发展成为CAD/CAPP/CAM系统的集成平台Internet使设计集成的范围更加广泛STEP 标准作为设计开发集成的标准接口《生产与运作管理》2.）产品数据管理（ProductDataManagement）PDM3）产品系列化、零部件标准化、通用化4）成组技术（GroupTechnology,GT）5）减少变化的方案（VarietyReductionProgram，VRP）《生产与运作管理》3.4.4

并行工程的参与对象开发小组质量人员环保人员供应商顾客营销人员设计人员制造人员《生产与运作管理》3.5

先进技术在产品设计中的运用3.5.1CAD、CAPP系统3.5.2计算机网络支撑技术3.5.3产品生命周期管理3.5.4产品开发外包3.5.5基于网络众包的新产品开发生产运作管理

Production&OperationsManagement《生产与运作管理》第4章生产/服务设施选址与布置4.1

当今市场竞争特点对选址决策的影响4.2选址决策的基本内容4.3设备或设施布置决策4.4仓库布置4.5选址与布置决策的定量分析4.6装配线平衡4.7非制造业的设施布置《生产与运作管理》4.1

当今市场竞争特点对选址决策的影响选址决策在运作管理中具有十分重要的地位。一个产品从原材料制成零件、组装成部件、装配成产品，再经过分销、零售，最后到达消费者手中。要经过不同企业的劳动，克服地域和时间的限制，才能达到消费的目的。供应商制造商仓储和配送中心客户：物流：需求信息流《生产与运作管理》

一个企业的竞争力将直接受到其地理位置和环境的影响。对于制造业企业，地理布局决定着某些直接成本的高低。对于服务业企业，选址问题直接影响着供需关系（如客流量）。选址的问题还影响着员工的情绪、相互之间的关系以及公共关系等。《生产与运作管理》4.2.1选址决策的基本概念设施选址（FacilityLocation），就是为实现企业战略目标、综合平衡各种因素，确定在何处建厂或建立服务设施的过程。设施选址不仅关系到设施建设的投资和建设的速度，而且在很大程度上决定了所提供的产品和服务的成本，从而影响到企业的生产管理活动和经济效益。4.2选址决策的基本内容《生产与运作管理》4.2.2

选址决策与物流系统

一个企业的选址决策，与供应商、消费者及其他相关因素有密切关系。理想情况下，一个企业作出的选址决策应使企业的利润最大化，至少应使物流处于控制之中。从物流系统出发，就是要综合考虑所有的因素，使得物流链上的每一个节点都能达到最优。《生产与运作管理》4.2.3

影响选址的因素1）经济因素运输条件与费用运输工具：航空、铁路、水路、管道运输、陆路企业选址要考虑是接近原材料产地还是消费市场劳动力可获性与费用能源可获性与费用厂址条件和费用《生产与运作管理》2）其他因素政治因素政治局面、法制的健全、税负的公平社会因素居民的生活习惯、文化教育水平、宗教信仰和生活水平自然因素气候条件和水资源状况《生产与运作管理》4.2.4

选址的一般步骤1）选择某一个地区2）在同一地区选择若干适当的地点3）比较不同地点，作出决定《生产与运作管理》4.3

设备或设施布置决策生产和服务设备或设施布置就是指合理安排企业或某一组织内部各个生产作业单位和辅助设施的相对位置与面积、车间内部生产设备的布置。生产和服务设施布置要在确定了企业内部生产单位组成和生产单位内部采用的专业化形式之后才能进行。《生产与运作管理》4.3.1

影响企业生产单位构成的因素1）产品的结构与工艺特点2）企业的专业化与协作化水平3）企业的生产规模《生产与运作管理》4.3.2

生产单位的专业化原则和形式

生产单位专业化形式，影响企业内部的生产分工和协作关系，决定着物料流向、物流路线和运输量，他是企业与车间平面布置中必须考虑的重要问题。1）工艺专业化原则2）对象专业化原则纯粹按工艺专业化形式或对象专业化形式布置的较少，常常是同时采用两种专业化形式进行车间或企业的布置《生产与运作管理》4.3.3

影响生产和服务设施布置决策的因素厂房的布置满足生产过程的要求，以避免互相交叉和迂回运输，缩短生产周期，节省生产费用生产联系和协作联系密切的单位应相互靠近布置充分利用现有运输条件按照生产性质、防火和环保要求，合理划分厂区在考虑防火和卫生条件下，总平面布置应力求占地面积最小工厂布置应考虑有扩建的余地《生产与运作管理》4.3.4几种典型的布置形式1）

物料流程形式流程形式可以分为水平的和垂直的所有的设备、设施都在同一个车间里时，按水平方式考虑生产运作是在同一个楼层周转时，按垂直方式考虑常见的流程布置形式：《生产与运作管理》2）布置类型

固定式布置（FixedPositionLayout）

加工对象位置固定，生产工人和设备都随加工产品所在的某一位置而转移。固定位置布置示意图按产品（对象）布置的示意图

按产品布置（ProductLayout）

按对象专业化原则布置有关机器和设备，常见的如流水生产线或产品装配线。《生产与运作管理》

按工艺过程布置（ProcessLayout）又称工艺专业化布置。即按照工艺专业化原则将同类机器集中在一起，完成相同工艺加工任务。LLLDDDDGG接收和转运LDG

车床组镗床组磨床组磨床钻床车床《生产与运作管理》

按成组制造单元布置（LayoutsBasedonGroupTechnology）LDDGGLPGLL原材料成品库单元1单元2单元3GDL车床钻床磨床《生产与运作管理》

按C形制造单元布置机器2机器1机器3机器4机器5机器6入口出口《生产与运作管理》U形制造单元及生产线布置（U-lineCell）76543217654321入口出口入口出口机器工人的行走路线《生产与运作管理》4.4

仓库布置

例子

假设有一个家电用品仓库，共有M个货区，分别存储7种家电。仓库有一个出入口，进出仓库的货物都要经过该口（如图4－12所示）。假设该仓库每种物品每周的存取次数如表4－1所示，应该如何布置不同物品的货区，使总搬运量最小？《生产与运作管理》存储物品搬运次数（每周）所需货区1.电烤箱28012.空调16023.微波炉36014.音响37535.电视80046.收音机15017.其他1002货区通道家电用品仓库的存储信息仓库平面示意图《生产与运作管理》72465537244551通道货区布置好的仓库平面示意图4.5

选址与布置决策的定量分析4.5.1量本利分析法收入TC2（厂址2总成本）

TC1（厂址1总成本）

FC1（厂址1固定成本）

FC2（厂址2固定成本）

成本销售量P1P2V0V1V20两个选址方案比较量本利分析法可以用来评价不同的选址方案。任何选址方案都有一定的固定成本和变动成本右图表示两种不同的选址方案的成本和收入随产量变化的情况。《生产与运作管理》4.5.2

评分法

下表为评分法的举例。有3个候选厂址：A、B和C，它们的经济因素相当。现按7个难以量化的因素对它们进行进一步比较。这7个因素对选址的重要性不同，这种不同从表中第2列“最高分数”可以看出。通过专家估计每个方案的分数，得出第3、4、5列中的数字。比较这些数字可以看出，厂址C的每项分数都没有超过厂址B的分数，厂址B与厂址A都有优于对方的因素。因此，可以不考虑厂址C。厂址B的总分数为900，厂址A的总分数为840，可以优先选择厂址B。《生产与运作管理》选址因素最高分数候选厂址ABC未来燃料可获性水源供应的充足程度劳动力供应情况生活条件运输的灵活性及前景环境污染法规税收稳定性共计30010025015020050501100200802201201603030840250902001201604040900220802001001403030800评分法举例《生产与运作管理》评分法也可以采用其他形式，如下表所示的加权法。用加权法，每一个选址因素最多为100点，其重要程度由权重表示。这样专家评分时会感觉方便些。选址因素权重

备选厂

址ABC交通条件土地状况停车场地可获性公众态度扩展潜力0.250.100.200.250.2070807090901007060808080100609080加权法选址

《生产与运作管理》4.5.3作业相关图

作业相关图法由穆德提出，它是根据企业各个部门之间的活动关系密切程度布置其相互位置。首先将密切程度划分为A、E、I、O、U、X六个等级，然后列出导致不同程度关系的原因。使用这两种资料，将待布置的部门一一确定出相互关系，根据相互关系重要程度，按重要等级高的部门相邻布置的原则，安排出最合理的布置方案。《生产与运作管理》作业相关图法的两个重要组成部分代号密切程度A绝对重要E特别重要I重要O一般U不重要X不予考虑代号关系密切原因1使用共同的原始记录2共用人员3共用场地4人员接触频繁5文件交换频繁6工作流程连续7做类似的工作8共用设备9其他关系密切程度分类表关系密切原因《生产与运作管理》例：一个快餐店欲布置其生产与服务设施。该快餐店共分成6个部门，计划布置在一个2×3的区域内。已知这6个部门间的祖业关系密切程度，如图所示，请作出合理布置。部门6部门5部门4部门3部门2部门1AAAAAAXOXEOUXIU这里的符号表示两者的关系绝对重要《生产与运作管理》解：第一步，列出关系密切程度分类表（只考虑A和X）

AX1-21-41-33-62-63-43-54-65-6《生产与运作管理》第二步，根据列表编制主联系簇，如图4－17所示。原则是，从关系“A”出现最多的部门开始，如本例的部门6出现3次，首先确定部门6，然后将与部门6的关系密切程度为A的一一联系在一起。2456546231图4－17：联系簇图4－18：联系簇《生产与运作管理》第三步，考虑其他“A”关系部门，如能加在主联系簇上就尽量加上去，否则画出了分离的子联系簇。本例中，所有的部门都能加到主联系簇上去，如图4－18所示。第四步，画出“X”关系联系图。如图4－19所示。第五步，根据联系簇图和可供使用的区域，用实验法安置所有部门（如图4－20所示）《生产与运作管理》3416126354图4－19：X关系联系簇图4－20：最后结果《生产与运作管理》4.5.4

从-至表法

从-至表是一种常用的生产和服务设施布置方法。其基本步骤如下：选择典型零件，制定典型零件的工艺路线，确定所用机床设备制定设备布置的初始方案，统计出设备之间的移动距离确定出零件在设备之间的移动次数和单位运量成本用实验法确定最满意的布置方案。《生产与运作管理》4.5.5新设备的布置问题这里考虑一种常见的设施布置问题。为适应生产或服务要求，人们常