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1、课程主讲人：第3章 产品开发和技术选择生产与运作管理Production & Operations Management华中科技大学管理学院The School of Management，HUST陈荣秋 马士华Rongqiu Chen and Shihua Ma华中科大管理学院陈荣秋马士华2第3章 产品开发和技术选择3.1 引言3.2 产品设计与开发阶段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 计算机辅助产品设计生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.1 引言 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、
2、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。 生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.1.1 21世纪企业面临环境的主要特征 n信息爆炸的压力 n技术进步越来越快 n高新技术的使用范围越来越大 n市场和劳务竞争全球化 n产品研制开发的难度越来越大 n可持续发展的要求 n全球性技术支持和售后服务 n用户的要求越来越苛刻 生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.1.2 新产品新产品/服务开发的重要性服务开发的重要性 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3.1.3 现代企业的研究与开发现代企业的研究与开发 基础研究基础研究
3、应用研究应用研究技术开发技术开发目的目的寻求真理,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,工艺改进成果成果论文论文或专利专利设计书,图纸,样品成功成功成功率低成功率较高成功率大经费经费较少费用较大,控制松费用大,控制严人员人员理论水平高,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管理原则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
4、当事作出评价尊重和支持团体合作计划计划自由度大,没有严格的指标和期限弹性,有战略方向,期限较长硬性,有明确目标,较短期限生产与运作管理陈荣秋、马士华编著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（Greg A. Stevens）和詹姆斯伯利（James Burley）调查统计后提出：3 000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 生产与运作管理陈荣秋、马士华编著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
5、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。生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.2 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段一般产品开发过程由以下阶段构成:n产品构思 n结构设计过程（总体设计、技术设计、详细设计）n工艺设计过程n产品设计的原则和绩效评价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中间结果中
6、间结果干预指令产品设计过程描述产品设计过程描述3.2.1 3.2.1 产品构思产品构思产品开产品开发过程发过程构构思思R&D对市场需求对市场需求 的分析的分析技术的推动技术的推动竞争对手的竞争对手的 产品和服务产品和服务来源于来源于来源于来源于开始开始3.2.2 结构设计过程结构设计过程n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。n设计阶段决定了产品的性能、质量、成 本。n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。生产与运作管理陈荣秋、马士华编著结构设计过程生产与运作管理陈荣秋、马士华编著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
7、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NNYYCADn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。n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。n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。生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.2.3 工艺设计过程n工艺设计是指按产品设计要求
8、，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。n工艺设计过程是结构设计过程和制造过程之间的桥梁。n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。生产与运作管理陈荣秋、马士华编著工艺过程设计的内容 n产品图纸的工艺分析和审查n拟订工艺方案n编制工艺规程n工艺装备的设计与制造生产与运作管理陈荣秋、马士华编著决定加工毛坯（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3.2.4 产品设计的原则和绩效评价n 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
9、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
10、相对吸引力市场份额利润率生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.3 生产流程设计与选择生产流程设计与选择 3.3.1 生产流程分类 按产品（product-focused）进行的生产流程，又叫对象专业化形式。按加工路线（process-focused）进行的生产流程，又叫工艺专业化形式。按项目（project）进行的生产流程 。生产与运作管理陈荣秋、马士华编著不同生产流程的特征比较 特征标记特征标记对象专业化对象专业化工艺专业化工艺专业化项目型项目型产品产品 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
11、产劳动者劳动者 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陈荣秋、马士华编著3.3.2 产品流程矩阵产品流程矩阵生产流程产 品 顾客化 多品种 品种较多 标准化大量生（低产量） （中低产量） （中批生产） （大量生产）高柔性单位成本低项目型生产单件生产成批生产大量生产连续生产 航空航天 工业装备 机床工具 特殊化工产品/
12、药品 电子电器 汽车轮胎和橡胶 钢铁产品 普通化工产品/药品 造纸 容器制造 酿酒 石油 钢铁 林产品生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.3.3 影响生产流程设计的主要因素 产品/服务需求性质 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 生产与运作管理陈荣秋、马士华编著3.3.4 生产流程选择决策生产流程选择决策品种-产量变化与生产单位形式的关系 生产与运作管理陈荣秋、马士华编著对象专业化形式大量生产对象专业化形式批量生产成组生产单元工艺专业化形式批量品种以图中的数字为例，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
13、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。生产与运作管理陈荣秋、马士华编著工艺式成组生产单元对象（产品）式费用产量10000025000050000111000022500003.4 并行工程产品开发组织的新方法 生产与运作管理陈荣秋、马士华编著 需求 结构设计 工艺设计 制造 并行过程 串行过程产品开发的两种方式产品开发的两种方式3.4.1 串行的产品设计方法n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
14、部门之间顺序进行。n产品开发工作流程：生产与运作管理陈荣秋、马士华编著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关于串行产品开发过程n 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。n 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3.4.2 并行的产品设计方法并行的产品设计方法n 并行工程是对产品及其相关过程，包括
15、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。n 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考虑的因素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陈荣秋、马士华编著并行工程n 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
16、响，缩短研制周期。生产与运作管理陈荣秋、马士华编著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 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、马士华编著概念设计初步设计详细设计产
17、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3.4.4 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陈荣秋、马士华编著2. 产品数据管理（Product Data Management）PDM3. 产品系列化、零部件标准化、通用化4. 成组技术（Group Technology, GT）5. 减少变化的方案（Variety Reduction Program，VRP）生产与运作管理陈荣秋、马士华
18、编著n 应用并行工程的思想，在产品设计的不同阶段采取不同的措施，如下表所示，可以减少产品设计中出现的错误的概率，节省了修补失误所消耗的时间，从而降低了开发周期，提高响应速度。需求阶段设计阶段制造阶段营销阶段使用阶段终止阶段采取的措施顾客参与质量功能部署CAD/CAPPVRP、GTDFM DFA价值工程CE工业工程IE绿色制造生产与运作管理陈荣秋、马士华编著u并行工程的人员构成生产与运作管理陈荣秋、马士华编著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3.5 计算机辅助产品设计CAD/CAPP系统 计算机支撑技术 （多媒体、网络与通信、分布式处理等 ）产品生命周期管理（product lifecycle management，PLM） 生产与运作管理陈荣秋、马士华编著