3-产品开发、工艺设计和技术选择

第3章产品开发、工艺设计和技术选择第一节新产品开发与企业R&D第二节R&D与产品开发组织第三节生产流程设计与选择第四节并行工程——产品开发组织的新方法2第一节新产品开发与企业R&D个性化定制生产的出现现代企业的研究与开发产品生命周期与R&D新产品开发面临的压力3一、个性化定制生产的出现随着全球化市场的形成，企业竞争的焦点已经集中于怎样才能更好地满足多样化的、个性化的客户需求。为了赢得竞争，企业必须对其生产方式进行变革，以便其能生产出满足客户需求的个性化产品，因此，企业必须能组织定制生产。4一、个性化定制生产的出现大规模生产时代，产品是标准化的，市场是统一的，产品生产周期和开发周期也比较长，一切都是有规律的，没有意外发生。现在，一个新的管理模式——大规模定制模式浮出水面，多样化和定制化的产品代替了标准化产品，多样化市场从统一的市场中迅速成长，产品生产周期和开发周期日益缩短。520世纪90年代以后竞争形势的特征·基于时间的竞争·精益生产·产品品种急剧增加·周期缩短·及时生产·全面质量管理·区域经营·层次扁平化·持续改进·计算机集成制造·产品生命周期缩短·过程重组·市场驱动的质量·服务重要性的提高·全球化·分化的市场·网络组织·快速响应·微型市场·柔性制造系统·定制化的提高·数据资源经营6大规模定制模式与大规模生产模式的对照大规模生产大规模定制焦点通过稳定性和控制力取得高效率通过灵活性和快速响应来实现多样化和定制化目标以几乎人人买得起的低价格开发、生产、销售、交付产品和服务开发、生产、销售、交付买得起的产品和服务，这些产品和服务具有足够的多样化和定制化，差不多人人都能买得到自己所想要的产品关键特征稳定的需求统一的大市场低成本、质量稳定、标准化的产品和服务产品开发周期长产品生命周期长分化的需求多元化的细分市场低成本、高质量、定制化的产品和服务产品开发周期短产品生命周期短7三者的关系顾客需求的个性化个性化定制生产或服务产品开发能力顾客需求的多样化、个性化，要求企业提高产品生产柔性（如组合柔性、产量柔性、交货期柔性、质量柔性）和产品设计柔性。8二、现代企业的研究与开发1、研究与开发的分类与特征研究与开发（ResearchandDevelopment,R&D）包括：基础研究应用研究技术开发研究91、研究与开发的分类与特征基础研究——进行的是探索新的规律、创建基础性知识的工作。应用研究——是将基础理论研究中开发的新知识、新理论应用于具体领域。技术开发研究——是将应用研究的成果经设计、试验而发展为新产品、新系统和新工程的科研活动。10基础研究、应用研究技术开发研究的比较基础研究应用研究技术开发研究目的寻求真理，扩展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高经费较少费用较大，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时候做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,有战略方向,期限较长硬性，有明确目标，较短期限11各国对R&D的投入情况2020年中国研发投入目标世界主要国家研发和教育投入占GDP的比重12三、产品生命周期与R&D产品生命周期——是指新产品从开发成功投放市场开始，直到被市场淘汰为止所经历的时间。13产品生命周期与R&D产品生命周期阶段投入期成长期成熟期衰退期R&D的内容产品基型设计产品标准化、工艺合理化技术服务和工艺改进开发新的产品R&D的重点改进产品的功能和特征工艺创新和改进技术服务和工艺改进产品创新R&D的组织生气勃勃、富有创新精神、灵活要求那些同市场、R&D、规划及生产有关的职能部门之间加强合作与协调稳定重新组建R&D工作小组14四、新产品开发面临的压力新产品开发面临的压力:费用高、成功率低、风险大、回报下降新产品失败的主要原因：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营销不力。新产品开发的动力：技术推动、市场拉动、同行竞争。15第二节R&D与产品开发组织企业技术系统的活动产品开发对生产过程成本的影响技术活动的过程产品设计过程工艺过程设计的基本内容产品设计的原则和绩效评价16一、企业技术系统的活动1、产品开发的过程一般产品开发过程，包括：产品构思、产品设计、工艺设计等一系列活动。产品设计过程，包括：总体设计、技术设计、详细设计等。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。171、产品开发的过程需求分析工艺设计结构设计输入产品功能干预指令协调结果协调结果协调协调产品规格干预指令工艺计划中间结果中间结果中间结果182、企业技术系统的构成企业系统的结构可以用图所示的“Y”模型来描述。19企业系统结构模型设计与制造的工程职能计划与控制的管理职能订货控制成本估计(定价)主生产计划物料管理能力需求计划能力调整任务投放NC编程设计工艺计划产品构思生产控制NC，CNC和DNC机床及机器人控制工况数据收集传送控制库存控制装配控制生产数量、时间及成本检查设备维修作业分派质量保证MRPⅡCADCAPPJITOPTCAQ计划执行计划执行数据库企业内部的生产经营活动可分为两条链路：一条是工程链；一条是管理链。工程链：从事由产品构思到产品实施过程中的工程制造技术活动，是企业中技术构成的主要内容。管理链：从事由产品构思到产品实施过程中的生产指挥活动，是企业中组织构成的主要内容。20企业的技术活动企业的技术活动属于R＆D中的技术开发范畴，由企业系统中的技术子系统承担。其任务是：在企业内部储备技术创新的潜力，并不失时机地将这种潜力转化为有竞争力的新产品。企业的R＆D内容包括：新产品开发与新技术开发（即新生产工艺技术开发）。213、技术系统与其它系统的关系制造分系统技术分系统基础和依据决定行为经营分系统技术分系统目标和任务经营策略组织分系统技术分系统保障调整方向22二、产品开发对生产过程成本的影响产品开发时间100%设计时间55%制造22%装配23%产品开发时间构成图23产品生命周期的缩短0510152025药品食品机床玩具化妆品行业50年前现在24产品开发过程-成本曲线（波音）成本%产品设计过程设计制造020401008060装配与维护产品生命周期设计过程原型制造阶段决策成本消耗成本25产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成示意图70%20%7%3%6%36%40%18%0%100%设计阶段制造阶段材料采购其它阶段成本核算的决定因素实际成本消耗26三、技术活动的过程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。功能需求设计参数结构设计过程工艺需求工艺变量工艺设计过程生产指令生产过程顾客域功能域物理域制造域技术活动生产活动需求环境FRDPPV27四、产品设计过程产品设计一般可分为三个阶段：总体设计技术设计工作图设计28产品设计过程开始市场需求分析总体设计原型修改初步设计结构设计工作图设计原型产品评估决策YYNN资料和图形库三维几何造型优化设计计算机绘图有限元设计CAD29总体设计总体设计——输出技术任务书(选型阶段)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产品设计方案的经济效果分析。30技术设计技术设计——输出总图、系统图、材料明细表、设计说明书等。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。31工作图设计主要内容：①绘制全部零件的工作图，详细注明尺寸、公差配合、材料和技术条件；②绘制产品总图、部件装配图、包装图和安装图；③编写零件一览表；④编制产品说明书、维护保养规程等。32五、工艺过程设计的基本内容工艺设计——是指按产品设计要求，安排或规划出由原材料加工出产品所需要的一系列加工步骤和设备、工装需求的过程。决定加工毛坯(材料和尺寸)制定加工工艺选择机床选定加工条件计算加工时间选择工装决定加工顺序内的操作顺序零件图33工艺过程设计的程序包括：产品图纸的工艺分析和审查拟定工艺方案编制工艺规程工艺装备的设计与制造34六、产品设计的原则和绩效评价产品设计的原则：①设计用户需要的产品——适用原则②设计出制造性强的产品——可制造性原则③设计强壮性强的产品——④设计绿色产品——环保原则35产品设计的绩效评价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开发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——工厂和车间的反映信誉——用户的忠诚度对用户的相对吸引力——市场份额利润率36第三节生产流程设计与选择产品-流程矩阵（Product-processmatrix）影响生产流程设计的主要因素生产流程选择决策37一、生产流程分类1、按产品进行的生产流程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，形成流水般的连续生产。如汽车装配线、电视机装配线及连续型生产企业。也称为流水线生产、对象专业化生产、产品专业化生产。38一、生产流程分类2、按加工路线进行的生产流程以所要完成的加工工艺内容为依据来构成生产流程，不论是何种产品或服务对象。这种生产流程，设备和人力按工艺内容组织成一个生产单位。每一个生产单位只完成相同或相似工艺内容的加工任务。也称为工艺专业化生产。39一、生产流程分类３、按项目组织进行的生产流程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。40二、产品-流程矩阵产品-流程矩阵最初由Hayes和Wheelwright提出。生产流程设计的一个重要内容：就是要使生产系统的组织与市场需求相适应，即市场需求特征要与生产过程组织相匹配，产品-流程矩阵正好反映了这种匹配关系。41产品-流程矩阵柔性及单位成本低连续生产大生产成批生产单件生产高标准化产品(大量生产)品种较多(中批生产)多品种(中低产量)顾客化(低产量)生产流程广告重型机器中型机器食品加工汽车装配电视机食糖面粉在产品-流程矩阵中,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。42二、影响生产流程设计的主要因素主要因素：产品/服务需求性质自制、外购决策生产柔性主要包括品种柔性和产量柔性。产品/服务质量水平接触顾客的程度43生产流程设计的输入/输出信息输入生产流程设计输出1、产品/服务信息产品/报务要求价格/数量竞争环境用户要求所期望的产品特点2、生产系统信息资源供给生产经济分制造技术优势与劣势3、生产战略战略定位竞争武器工厂设置资源配置1、选择生产流程与生产战略相适应2、自制、外购研究自制、外购决策3、生产流程研究主要技术路线标准化和系列化设计产品设计的可加工性4、设备研究自动化水平机器之间的连接方式设备选择工艺装备5、布局研究厂址选择与厂房设计设备与设施布置1．生产技术流程工艺设计方案工艺流程之间的联系2．布置方案厂房设计方案设备、设施布置方案设备选购方案3．人力资源技术水平要求人员数量培训计划管理制度44三、生产流程选择决策1、定性分析方法对象专业化形式，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ABCD品种-产量变化与生产