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1、生产与运作管理生产与运作管理Production and OperationsManagement第四章产品与过程设计产品与过程设计Design of Product and Process第四章 产品与过程设计(Design of Product and Process)u产品开发管理（Product Development Management）u产品设计（Product Design）u过程选择（Process Selection）第一节 产品开发管理（Product Development Management）u团队（Team Work）u并行工程（Concurrent Engine
2、ering）u质量功能开发（Quality Function Deployment）产品开发过程1、概念开发与产品策划（Concept Development&Product Planning）2、产品和过程工程（Product and Process Engineering)3、试生产/产量提升（Pilot Production/Ramp-Up）成本主要是由早期设计决定的传统开发方式 传统的组织结构是职能化(Functional)的，各职能部门仅在职能范围内从事工作。这将需要很长的开发时间和大量的修改错误的工作。“抛过墙”方法设计设计制造制造新产品新产品跨职能团队（Cross-Functio
3、n Team）推倒各个部门之间的壁垒，需要各个职能部门派出代表，组成跨职能团队。设计团队中应该包括：设计工程师、制造工程师、服务代表、营销经理、客户、经销商、财务代表、工业设计师、质量和检验人员、采购代表、供货商、法规协调专家、生产工人、专业人员，以及其他代表。组成设计团队的优点：（1）有助于考虑到所有的设计因素；（2）能够从许多角度考虑问题。从而，产生更好的设计方案。4并行工程（Concurrent Engineering）产品开发是一系列的横跨企业大多数职能的复杂活动。为加快产品开发过程的速度，不应使用传统的从一个阶段到下一个阶段的串行方法（Serial approach），而应使用并行方
4、法（Concurrent approach）来进行产品开发。并行工程的概念 并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。（美国国家防御分析研究所(Institute of Defense Analyses，IDA)，1988，R-388）并行工程的特点及优点u强调跨职能集成、产品及其相关过程的同时开发；u强调开放、所有团队成员之间积极沟通。其具体好处是：缩短开发、上市时间；减少反复、变更次数和相关费用；及时解决设计、开发过程的矛盾与冲
5、突；不同的专业密切交流合作，易于产生新的思想和概念。并行工程缩短上市时间质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD）u中心：顾客的声音（Voice of the customer）u组织：跨职能团队（Cross-Functional Team)u工具：质量房（House of Quality）质量功能展开是一种将“顾客的意见”整合到产品开发过程中的结构性方法。其目的是保证将顾客的要求分解到从产品计划到生产现场的整个过程的每个方面。质量房 (House of Quality)质量房:一种用于定义和描述顾客要求与产品（或服务）之间关系的图形技术。建立质量房的六个步
6、骤：（）识别顾客的需要。（）识别产品服务满足顾客需求的方式。（）将顾客需求与产品服务联系起来。（）对竞争性产品进行评价。（）开发产品服务方式的规范。（）将其方式分配（分解）到转换过程中的适当位置。第二节 产品设计（Product Design）u产品设计职能（Function of Product Design）u制造性设计（Design for Manufacturability）u其他设计方法（Other Design Methods）产品设计职能（Function of Product Design）把顾客需要转化成材料、产品和过程的技术规范。即确定产品各个零部件的具体物料、形状和公差等
7、。产品设计的三个内容功能设计功能设计（Functional Design）开发产品的某种工作功能模型，而不涉及产品最终象什么。工业设计工业设计（Industrial Design）为美学和用户而进行的设计。制造设计制造设计（Design of Manufacturability）将功能性设计的产品转换为可制造的产品的设计。包括：方法，材料，零部件数量，等等。涉及到能否制造、是否经济等。制造性设计（DFM）制造性设计（Design for Manufacturability）：为方便的制造而进行的产品设计。对装配而言，也称装配设计（Design for Assembly，DFA）DFM将设计工作
8、的注意力集中在制造的各个方面，如制造、装配、质量、对法规的遵守、材料和供应链后勤、运输，分销、服务、维修等等。DFM强调在一开始就要降低产品成本？标准化与模块化u标准化（Standardization）：产品或零部件无差异。u模块化（Modular）：一组零件集成（单个零件失去独立制造、装配、修理等特性）。价值分析/价值工程（Value Analysis/Value Engineering(VA/VE)）以较低的成本满足顾客定义的所有基本功能需求，提高价值。V=F/CVA/VE的方法 识别和消除不必要的成本，简化产品和过程，将价值设计到产品里。该实体有不必要的设计特性吗？两个或更多的零部件可以
9、合并成一个吗？能减少其重量吗？有可消除的非标准件吗？价值工程项目，在有效管理时，一般可降低费用15到70，而不降低质量。一些研究已表明，在价值工程上每花费1元钱可实现10到25元的节约。成组技术（Group Technology，GT）成组技术：根据加工类型和加工参数等方面的类似性对零部件进行识别和编码的技术。实施成组技术的优点是：（）减少新产品的设计开发时间和费用。（）改进设计，因将更多的时间用于较少品种的产品。（）减少原材料机器采购。（）简化生产计划和控制。（）改进流程和机器负荷。（）减少转换时间、在制品和生产时间。成组技术（Group Technology）（按形状）成组技术（Group
10、 Technology）（按加工）回收设计与拆卸设计（DFR&DFD）u回收（Re-cycling）：物料再利用u回收设计（Design for Re-cycling，DFR）u再制造（Re-manufacturing）：零部件再利用u拆卸设计（Design for Dis-assembly，DFD）稳健性设计(Robust Design)u田口认为：不要总是依靠购置先进生产设备、严格选购材料、进行严格的过程控制等来保证质量，而应将产品设计得足够稳健(robust)，以至材料和生产或装配过程中的小变动不损及产品质量。这样，不仅能取得更高的质量，而且还大大降低采购、制造、检验和管理成本。u一开始
11、就把质量设计到产品中去的概念和技术就是质量稳健性设计(quality robust design)。例：晶体管稳压电源设计 设计一晶体管稳压电源，要求其输出特性输出电压：（1）目标值为直流110V（2）电压波动范围为2V工作点：A2B3 工作点：A4B4产品设计的结果设计文件 产品设计的结果是具体的产品规范（Products Specifications），大多数产品及其零部件最后一般都由一张工程制图来描述。工程制图(Engineering Drawing)表明尺寸、公差、材料和光洁度等。物料清单(Bill of Material，BOM)列出零部件、及其描述和制造单位产品所需的各种零部件的数
12、量。工程制图表明如何制造物料清单上的某个项目。装配制图（Assembly Drawing）装配图（Assembly Chart）工程制图（Engineering Drawing）物料清单（Bill of Material，BOM）第三节 过程选择（Process Selection）u产品过程矩阵（Product-Process Matrix)u“做与买”决策（Make or Buy Decision）u过程设计（Process Design）*业务流程再造（Business Process Reengineering，BRP）*先进制造技术（Advanced Manufacturing Te
13、chnology，AMT）产品过程矩阵（Product-Process Matrix)印刷厂印刷厂中国餐馆中国餐馆机床厂机床厂咖啡厅咖啡厅汽车装配汽车装配快餐店快餐店制糖制糖化工化工连续型连续型(Continuous)线流型线流型(Line Flow)零杂型零杂型(Job Shop)批流型批流型(Batch Flow)过程过程品种很多品种很多数量很少数量很少品种多品种多数量少数量少品种少品种少数量多数量多品种很少品种很少数量很多数量很多产品产品不适宜不适宜不适宜不适宜柔柔性性单单位位成成本本高高低低FMSVolvo“做与买”决策（Make or Buy Decision）u对于某个特定的对象（
14、例如，零件、运输等）是自己动手做，还是向企业外的独立组织购买？u企业的能力或资源总是有限的。“做与买”决策的影响因素1、战略2、成本3、质量4、时间5、工人的专业技能6、设计或工艺的秘密7、生产能力“做与买”的变化趋势u传统：自制方式被许多大公司所用，因而各公司纷纷实行纵向集成一体化。u现代：强调生产柔性、关注自身优势、充分接近顾客以及重视生产率和竞争力。这个趋势支持了向外购买的观念。u企业各有各的资源优势或核心能力（Core Competencies），通过外购实现资源优势的互补或相互借用，可以更动态地、快速地、高效率地、高质量地创造出顾客所需的产品和服务。外包（outsourcing）u2
15、0世纪90年代出现的一个新词。u实质内容：“现在通过外购获得以前自己做的东西和事务。”u基本理念：“把自己做不了、做不好，或别人做得更好、更便宜的事，交由别人做。”把企业内部的智能和资源集中在那些具有核心能力的活动上。外包的好处u第一，它可以降低成本。u第二，可以增加柔性。u第三，可以转嫁风险。u第四，可以提高整体营运效率。u第五，可以节约社会的人力资源和财力。过程设计（Process Design）u过程设计，为实现产品/服务设计而设计和开发出由原材料形成产品/服务所需的加工方法、步骤、设备、工具等。u确定对象（原材料、零部件、顾客等）的移动过程或被加工、处理、服务的过程。u把产品/服务的结
16、构数据转换成制造/处理数据。ASME（American Society of Mechanical Engineers）符号ANSI（American National Standards Institute）符号Start/endTask/activityDecision pointFlowIDEF0（International DEFinition）符号(US Department of Defence)ProcessControlCompany PolicyLegaletc.MechanismsPeopleSystemVehiclesetc.OutputProductInformatio
17、netc.InputMaterialsInformationetc.旋塞装配图旋塞装配图（Assembly Chart）旋塞外装配框图（旋塞外装配框图（Assembly(Gozinto)Chart）A-1A-2SA-2SA-1A-4A-6A-7A-3A-5A-8旋塞基座加工路线单旋塞基座加工路线单（Operation and Rout Sheet）旋塞基座流程图旋塞基座流程图（Flow Process Chart）服务蓝图（Service Blueprint)服务流程设计的一个标准工具。其步骤是：（1）分析服务过程的构成；（2）确定可能的出错点（Fail Point）和补救过程；（3）制定标准
18、的完成时间（Standard Execution Time）；（4）分析赢利性（Profitability）。擦皮鞋的服务蓝图洗擦上油打光收费清洗材料（鞋油，布等）采购出错点20秒30秒40秒15秒油色不对45秒标准完成时间2分可接受的完成时间5分可视线(Line of Visibility)顾客可视顾客不可视擦皮鞋赢利性分析业务流程再造（Business Process Reengineering，BRP）uMichael Hammer，James Champy：Reengineering the Corporation A Manifesto for Business Revolution
19、.1993.u新的环境：3C Customers,Competition,Change.u要求企业具备灵活应变的能力，能迅速作出反应。u必须以流程（而不再是以任务）为中心去安排工作。u一切从头做起，一切从零开始。u继亚当斯密劳动专业化之后的又一次革命。再造（Reengineering）的含义u再造（Reengineering）：“针对企业业务流程的基本问题进行反思，并对它进行彻底的创新设计，以便在成本、质量、服务和速度等当前衡量企业业绩的这些重要的方面取得显著的进展。”u四个关键词：“基本的”，“根本的”，“显著的”，“流程”。关键词（1）u“基本的”（Fundamental）u对现状提出基本
20、的问题：为什么要做？为什么要这样做？u改革应没有因袭的前提和规则，不以现状为起点。任何现有事物都不是理所当然的。应注重事情“应该”怎样，而不是“现在”怎样。关键词（2）u“根本的”（Radical）u从事物的根本进行重新设计，不是现有事物的表面变动。u应把旧的一套组织、流程、做法统统抛弃，另辟新的途径，重建新的业务流程。关键词（3）u“显著的”（Dramatic）u不是业绩的点滴改进或渐渐提高，而取得显著的改进效果。不是百分之几的提高，而是百分之几百的跃进。u点点滴滴的改进只需微调，显著的改进则需破旧立新。关键词（4）u“流程”（Process）u将输入转化为对顾客有价值的产品和服务的一系列活
21、动。u应以流程为导向，而不是以将流程分解后的具体任务为重点。如果流程不通，顾客得不到所需产品和服务，所有任务都毫无价值。u最重要的，但又是最难做到的。福特公司(Ford)货款支付部门的流程再造u约2/3的零部件外购。改造前，北美支付部门有500多人。福特公司拥有22%的马自达公司(Mazda)股份，仅有5人作同样的工作。u原支付的工作程序是：接收采购部门的订货单、收货单和供应商的发票；核对三项数据；如果吻合，就签字同意付款。支付部门的大部分时间花在不一致的数据项目上。u通过使用电脑使某些职能自动化，仅减员20%。u再造采购流程（而不是改造货款支付部门）后，新的流程取消了发票，不需进行核对。于是
22、，该部门人员减少75%，仅有125人。审定支付货款先进制造技术（1）(Advanced Manufacturing Technology，AMT)（1）加工自动化加工自动化l数控机床（NC）：按照计算机数码控制，自动进料，放好位置，进行加工的设备。既适用标准化高产量的产品加工，也适用于非标准化低产量产品的加工。l加工中心（MC）：它实现工作站一级的自动化，由若干计算机数控（CNC）的机床组成，实现计算机工艺过程的监控和多工序的连续作业，完成某一类零件的主要加工。l直接数控机群（DNC）：由一台计算机分别对多台机床进行控制，但未对多台机床间的协调配合进行计划与控制。l工业机器人（Industri
23、al Robots）：对可编程控制的多功能机器的总称。它可以在工作中代替人工准确地完成各种工艺操作，甚至能够进行识别和取舍，带有一定的智能性。先进制造技术（2）（2）计算机辅助设计计算机辅助设计/计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAD/CAM）lCAD：应用计算机，辅助设计人员进行高效率、高精度的生产设计工作。CAD的主要功能是进行设计计算、制图、编制零件明细表和进行成本估算等等。根据用户对产品功能的要求，CAD系统提供有关产品的全部信息和数据，所以，CAD系统是现代柔性制造自动化的基础。lCAM：利用CAD产生的产品数据文件或者电子“图纸”来生成计算机数控机床（CNC）的加工程序。CAD/C
24、AM为从基于客户需求到制造自动化提供了基本技术前提。先进制造技术（3）（3）计划、监控、物流处理系统自动化计划、监控、物流处理系统自动化l计算机工艺过程的监控（CPMCPC）：利用计算机对整个生产工艺流程进行监视和控制，进行信息收集并对工艺过程予以监督和调整。l机器视觉技术（MV）：计算机化的视觉系统，可对制造过程进行检查、状态识别、测量、动态追踪、寻找以及定位控制等。l自动运货小车（AGV）：由中心计算机控制的物料运送系统。l自动物料处理系统（AMH）：利用计算机对生产过程中的原材料、在制品、产成品等库存状况，包括运送、贮存、盘点、补充等进行全面控制。l制造资源计划（MRP）：利用计算机进行
25、生产任务和资源的最合理调配，对整个制造系统的实现自动化管理。先进制造技术（4）（4）柔性制造系统（柔性制造系统（FMS）l柔性制造模块（FMM）：它是由一个数控机床同时带有零件库存控制，工模夹具自动更换装置等机械组成。l柔性制造中心（FMC）：由几个柔性制造模块，按产品加工的需要组成。l柔性制造群（FMG）：在同一区域由若干个柔性制造中心和模块组成并用物料运送处理系统和自动运货小车联接起来。l柔性生产系统（FPS）：它是把分布于不同生产区域，如板金、机械加工、装配等的柔性制造群联结起来而组成的系统。l柔性制造线（FML）：它是由一系列的生产所需的设备，用自动运货小车、机器人、传送带或其他自动运
26、输装置联接起来组成的生产线。先进制造技术（5）（5）计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMS）1974年美国学者约瑟夫哈林顿博士提出的计算机集成制造（CIM）是企业组织生产的先进“哲理”。基本观点是：l企业的多个生产环节是不可分割的，需要统一考虑。l整个制造过程实质上是信息采集、传递和加工处理的过程。按照CIM哲理构成的企业生产与管理的自动化系统可称之谓计算机集成制造系统（CIMS）。计算机集成制造系统是把生产系统的各个方面纳入到一个自动化的、由计算机控制的系统之中。柔性制造系统主要是把加工、装配等工艺过程联接起来，而计算机集成制造系统则从产品设计、工艺设计以至加工、装配、检查、物料运送等整个过程联结起来，实现自动化，同时通过MRP（制造资源计划）加以协调和控制，用计算机把各个部分联接起来，实现高效率和自动的信息反馈。集成计划设计制造