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1、生产与运作管理生产与运作管理Production&Operation Management第三章第三章 产品产品/服务设计和技术选择服务设计和技术选择3.1 引言3.2 产品设计与开发过程3.3 产品设计与开发的组织方法3.1 3.1 引言引言21世纪企业产品/服务设计的背景特征 2020世纪世纪9090年代以来，企业所处的市场竞争环境日年代以来，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：趋严峻，正面临着前所未有的压力：新产品新产品/服务开发是实现企业竞争战略的需服务开发是实现企业竞争战略的需要要 技术进步越来越快技术进步越来越快 用户的要求越来越苛刻，用户需求呈现出多用户的要求
2、越来越苛刻，用户需求呈现出多样化、个性化的特点样化、个性化的特点 产品研制开发的难度越来越大产品研制开发的难度越来越大 可持续发展的要求可持续发展的要求 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现代企业的研究与方法现代企业的研究与方法1.研究与方法的分类 研究与方法（研究与方法（Research and DevelopmentResearch and Development，简称，简称R&DR&D）包括基础研究、应用研究和技术开发。）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
3、础性只基础研究进行的是探索新的规律、创建基础性只是的工作。是的工作。应用研究是将基础理论研究中开发的新知识、新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。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。而发展成为新产品、新系统和新工程的科研活动。新产品的分类新产品的分类n n 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。改进型产品改进型产品 （对老产品的改进与完善，（对老产品的改进与完善，创新程度最小的一类新产品）创新程度最小的一类新产品
4、）换代产品换代产品 （产品基本原理不变，因部（产品基本原理不变，因部分采用新技术使分采用新技术使 产品性能有重大突破）产品性能有重大突破）创新产品创新产品 （采用科学技术的新发明所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开发的产品，它是创新程度最高的一类新产品）品）3.2 3.2 产品设计与开发过程产品设计与开发过程n n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）工艺设计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图34：产品设计过程描述：产品设计过程
5、描述产品构思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图35:产品构思来源图产品构思来源图结构设计过程结构设计过程 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36）结构设计过程结构设计过程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图图36：结构设计过程：结构设计过程结构设计过程结构设计过程 总体设计 通
6、过市场需求分析，确定产品的性能、设计原则、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。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。细表、说明书等总括形式表现出来。结构设计过程结构设计过程 工作图设计 根据技
7、术设计阶段确定的结构布置和主要尺寸，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。制造和装配提供确定的依据。工艺过程设计工艺过程设计 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；另一方法作为生产的依据。工艺过程设计工艺过程设计n n 工艺过
8、程设计的程序包括：产品图纸的工艺分析和审查产品图纸的工艺分析和审查 拟订工艺方案拟订工艺方案 编制工艺规程编制工艺规程 工艺装备的设计与制造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产品设计的原则和绩效评价产品设计的原则和绩效评价n 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）设计用户需要的产品（服务）设计可制造性（设计可制造性（ManufacturabilityManufacturability）强的产品）强的产品设计鲁棒性（设计鲁棒性（RobustnessRobustness）强的产品）强
9、的产品设计绿色产品（考虑环保要求）设计绿色产品（考虑环保要求）产品设计的原则和绩效评价产品设计的原则和绩效评价绩效指标绩效指标度量度量对竞争力的影响对竞争力的影响上市时间上市时间 新产品引入频率新产品引入频率 从新产品构思到上市的时间从新产品构思到上市的时间 构思数量和最终成功数量构思数量和最终成功数量 实际效果与计划效果的差异实际效果与计划效果的差异 来自新产品的销售比例来自新产品的销售比例 顾客顾客/竞争对手的响应时间竞争对手的响应时间 设计的质量接近市场的程度设计的质量接近市场的程度 项目的频率模型的寿命项目的频率模型的寿命生产率生产率 每一个项目的研究发展周期每一个项目的研究发展周期
10、每一个项目的材料及工具费用每一个项目的材料及工具费用 实际与计划的差异实际与计划的差异 项目数量新产品设计与开发的频率项目数量新产品设计与开发的频率 项目的频率开发的经济性项目的频率开发的经济性质量质量 舒适度使用的可靠性舒适度使用的可靠性 设计质量绩效和用户的满意度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生产质量工产和车间的反映 信誉用户的忠诚度信誉用户的忠诚度 对用户的相对吸引力市场份额对用户的相对吸引力市场份额 利润率利润率表表31：产品开发绩效评价指标：产品开发绩效评价指标3.3 3.3 产品设计与开发的组织方法产品设计与开发的组织方法 b)并行过程 a)串行过程 需求 结
11、构设计 工艺设计 制造 图图38：产品开发的两种方式：产品开发的两种方式串行的产品设计方法n 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部门之间顺序进行。n n 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关于串行产品开发过程关于串行产品开发过程n 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 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，降低费用的期设计，加入设计
12、的阶段越早，降低费用的机会越大。机会越大。各部门各部门 对其他部门的需求和能力缺乏理解，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。体开发过程的效率。并行的产品设计方法并行的产品设计方法n n 并行工程是对产品及其相关过程，包括制造过程和支持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。过程，进行并行、一体化设计的一种系统化方法。n 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，
13、包括质量、成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。本、进度和用户需求。过程过程需求阶段需求阶段设计设计阶段阶段制造制造阶段阶段营销营销阶段阶段使用使用阶段阶段终止终止阶段阶段考虑考虑的因素的因素顾客需求顾客需求产品功能产品功能减低成本减低成本提高效率提高效率易制造易制造易装配易装配竞争力竞争力（低成本、（低成本、标新立异）标新立异）可靠性可靠性可维护性，可维护性，操作简便操作简便环境环境保护保护并行工程并行工程n 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产
14、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。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并行工程的主要思想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 高效率的组织机构并行产品开发流程特点并行产品开发流程特
15、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。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并行工程技术并行工程技术1.虚拟设计n n面向并行工程的DFx设计模式体现了开发的集成过程n nPDM发展成为CAD/CAPP/CAM系统的集成平台n nInternet使设计集成的范围更加广泛n nSTEP 标准作为设计开发集成的标准接口2.产品数据管理（Product Data Management）PDM3.产品系列化、
16、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）n 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。需求需求阶段阶段设计阶段设计阶段制造制造阶段阶段营销营销阶段阶段使用使用阶段阶段终止终止阶段阶段采取采取的措的措施施顾客参与质顾客参与质量功能部署量功能部署CAD/CAPPCAD/CAPPVRPVRP、GTGTDFMDFM。DFADFA价值工价值工程程CECE工业工工业工程程IEIE绿色绿色制造制造并行工程的人员构成并行工程的人员构成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The end!