第4章产品开发与技术选择2

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1、1,第4章 产品开发与技术选择,41 引言 42 产品设计与开发 43 生产流程设计与选择 44 并行工程,2,本章主要是从个性化定制与新产品开发所面临的压力出发,讨论和介绍企业产品开发与设计过程；工艺设计与选择的组织与管理，并介绍生产流程的选择与决策问题。 41 引言 411 21世纪企业产品开发所面临的背景特征 进入20世纪90年代以来，由于科技的进步和生产力的发展，企业之间的竞争日益加剧，企业面临的外部环境也日益复杂化，顾客、竞争、变化等三个因素既是需求多样化发展的结果，又是市场需求不确定性的主要根源。在全球化的市场竞争中，企业面临的是一个十分复杂而难以预测的买方市场，以至传统的生产经营

2、模式对新环境的响应越来越慢。,3,以上变化反映在企业中，首先是产品生产方式的变化。 传统的生产方式是“一对多”的关系模式，即企业开发一种产品，面对多种顾客，组织大批量生产，获得规模经济效益。 新的生产模式是：根据每一个顾客的特定需求定制产品和服务，这就是“一对一” 的定制化服务。 正如20世纪出现的大批量流水线生产方式改变了世界经济一样，大规模定制很有可能成为21世纪世界经济发展的根源。 个性化定制不仅仅是要求企业有很强的产品开发能力，而且要提高对顾客需求的响应速度。,4,与传统的大批量生产方式相比，大规模定制的优点是减少了企业库存。具统计，在制造业如果实现了定制生产，企业的库存成本可以降低7

3、0，产品成本可以降低30。 定制化生产要求企业必须采用先进的制造技术和管理方法来组织生产。如数控机床、工业机器人、机器手、加工中心、柔性化的生产系统、成组技术工艺、成组生产单元等。 总结20 世纪在制造业领域中出现的新情况，新问题，企业所处的竞争环境有以下几个方面的特点：,5, 新产品开发是实现企业竞争战略的需要 技术进步和顾客需求的变化使得产品的生命周期日趋缩短，企业所面临的成本、质量、交货期及改善服务的压力越来越大，这就要求企业必须制定出科学可行的经营战略，以应对这种环境的变化。 技术进步越来越快 技术进步反映在制造业中主要表现为新材料、新能源、新结构、新的工艺技术和生产手段、新的设计理念

4、及管理方法。 在制造技术方面：有机器人、机器手、数控机床、柔性制造系统；计算机集成制造系统、计算机辅助制造、计算机辅助设计、计算机辅助工艺等； 在管理技术方面：MRP、ERP、JIT、TQC等；,6, 用户的需求呈现出明显的多样化和个性化趋势 经济的发展、技术的进步使得消费者的要求越来越高，消费者的价值观发生了很大的变化，需求朝着高层次发展，这些变化反映在三个方面： 产品规格、款式的多样化和个性化; 产品的质量、功能和可靠性; 在满足多样化和个性化的同时，产品的价格要象大规模生 产那样低廉; 产品开发难度加大 由于技术的发展和竞争日益激烈，产品是开发难度越来越大，成功率很低。见下图所示,7,1

5、 2 3 4 5 6 7 8 9 10,4000 3000 2000 1000,3000个设想,300个提案,125个项目,92项开发,四项重大,一个成功,阶段,产 品 开 发 成 功 曲 线,8, 可持续发展的要求 由于环境、资源的日益恶化和紧张，企业所面临的生存条件也越来越复杂。如政府的政策法规、公众的反映等一系列约束因素也越来越多，这就要求企业生产的产品在设计、制造、销售和回收等一系列环节都必须考虑社会效益。,9,412 新产品开发的重要性 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 产品开发对生产过程的影响 产品开发对生产过程及成本的影

6、响见下图,10,设计55%-60%,制造22%,装配23%,开发周期,图-1,产品开发周期各阶段所消耗的时间,11,80%,40%,70%,6%,20%,36%,40%,7%,3%,18%,开发周期,成本,设计,制造,采购,其它,图-2,对成本的影响,实际 成本,12,100 80 60 40 20,83%,7%,成本,100%,设计阶段,制造装配阶段,决策成本曲线,实际成本曲线,产品周期,图-3 产品开发过程的成本,13,从上图可以看出：在制造业, 产品开发设计的时间占到整个周期的60%左右，因此，要想缩短产品的开发周期就必须缩短产品的设计时间。另外，产品的设计直接影响到新产品的成本。 目前

7、产品更新换代的速度越来越快，实践证明，若产品的生命周期为5年，产品开发每延长6个月，利润将减少1/3。,14,413 现代企业的研发工作 企业研发工作的分类 基础研究 对某个领域的某种现象进行的研究，是探索新规律，创建新知识的工作； 应用研究 根据市场需求选择一个潜在应用领域有针对的 进行研究，是将基础研究的成果应用到某一领域； 技术开发研究 是将应用研究的成果经过一系列的设计、实验发展成为新产品、新系统、新工程的研究活动，具有很强的目的性； 在全球经济全球化的背景下，研发工作的重要性不言而愉，从宏观上看，它关系到一个国家的综合实力的高低；从微观上看，它决定着企业竞争力的强弱及成败兴衰。,15

8、, 新产品的分类 新产品： 在技术、性能、结构、材料等某个方面或几个方面具有先进性和创新性的产品。 根据先进及创新的程度不同，可以分为三类： 1 改进型新产品 在现有产品的基础上对某种功能、质量和外观进行了不同程度的改进，使产品的功能、质量有了某些变化和提高。 2 换代新产品 产品的原理不改变，但是部分的采用了一些新技术使产品的功能发生了极大的突破。如电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路计算机。军机：一代机：歼五、六；二代机:歼七、八；三代机：歼十、十一；四代机：歼20,16,3 创新型新产品 采用最新的科学技术成果开发出来的新产品，它是创新程度最高的新产品。例如IBM公

9、司推出的世界上第一台个人计算机。, 新产品开发面临的压力 成本高、风险大、成功率低和回报率下降。其原因有下三 个： 开发的新产品根本没有潜在的市场需求，完全是凭借设计 人员的想象产生的；（需求与设计脱节） 新产品的功能与现实需求不匹配，要么是功能欠缺，要么 是功能过剩； 市场推广方面存在缺陷，缺乏与顾客的勾通；,17,42 新产品的研发与设计 一个新产品的诞生,要经过一系列复杂的过程,这些过程的延续时间和质量直接影响到新产品能否顺利的进入市场. 企业新产品的研发一般要经过以下阶段： 1、产品构思阶段 2、可行性研究阶段 3、产品结构设计阶段 4、工艺设计阶段 各阶段的关系与内容见下图:,18,

10、超前研究成果,产品功能,需求分析,产品说明,CAD/数据库,成组件图库,概念设计,结构设计,产品规 格确定,工艺设计,设计评审,工艺计划,产品开发流程 图1,（基础研究、应用 研究工作）,可行性研究,19,顾客,市场 策划,超前 研究,产品设计,工艺设计,制造,市场销售,需求,订货,宣传,销 售,生产订单,技术信息,产品说明,概念产品,产品开发过程描述,图2,20,421 产品构思阶段 产品构思是研发设计人员对产品的性能、基本结构与外形所进行的抽象描述，进而形成概念产品。 产品的开发过程首先起始于对新产品的设计构思，而构思则来源于对市场需求的分析和预测及相关技术的推动，也来源于竞争对手新产品开

11、发的影响。 422 可行性研究阶段 可行性分析对于企业来说是一个具有战略性意义的决策过程。需要从以下三个方面来考虑：一是企业所面对的市场需求情况；二是企业生产系统的柔性；三是企业的财务条件。如果可行，则可以进入产品的设计阶段。,21,423 产品结构设计阶段 产品结构设计是指从明确设计任务开始，一直到确定产品的具体结构为止的一系列活动。 在这一阶段，重点要确定产品的基本结构、材料、及功能等指标，重点要解决产品所涉及到的关键技术难题，并逐一论证。 一旦在结构设计阶段出现了问题，它将导致产品先天不 足，无论在技术上还是在管理上采取什么样的措施来补救都是无济于事的。,为保证产品的设计质量，缩短设计周

12、期、降低成本，产品设计必须遵循科学的设计程序：,22, 工作图设计 根据技术设计确定下来的基本方案，进一步做结构的细节设计，绘制完整的全套图纸和必要的技术文件，为下一步的产品制造提供依据。, 总体设计 通过市场分析，确定产品的性能、设计原则、技术参数，概略计算出产品的技术经济指标，并对产品设计方案的技术经济效果进行评价。 技术设计 将上一步确定下来的产品基本结构和主要技术参数具体化，根据设计任务书所规定的原则，进一步确定产品的结构和技术经济指标，以总图、系统图、明系表、说明书的形式表现出来，形成产品设计的基本方案。,23,24,汽车增压系统,25,423 工艺设计阶段 工艺过程的设计是产品结构

13、设计与制造过程之间的桥梁，它将产品的结构数据转化为制造过程所需要的各种指令。 具体的说，就是根据产品设计的要求，安排和规划出制造阶段所需要的一系列设备、工装以及相应的后勤支持资源。 工艺设计过程见下图：,26,零件图,确定毛坯性 质和尺寸,选择 设备,制定加 工工艺,确定工 艺流程,确定加 工条件,计算加 工时间,选择 工装,确定各工艺阶段的 工序内容、顺序,27,工艺过程的设计工作量很大，是技术系统中的瓶颈环节，因此，必须严格按照科学的程序进行： 产品图纸的工艺分析和审查 1、产品结构是否与生产类型相适应； 2、是否充分利用了现有的工艺标准； 3、零件的公差配合是否适当； 4、所选择是材料是

14、否恰当； 5、企业现有的技术装备能否适应工艺要求； 拟定工艺方案 工艺方案的内容包括： 1、确定工艺原则； 2、确定质量标准、材料利用率、制造成本； 3、列出各类关键零件、确定工艺路线，评价工艺方案;,28, 编制工艺规程 工艺规程是指：用文字、图纸或其它的载体确定下来的、规范化了的产品制造顺序和方法。 它是安排生产作业计划、生产调度、质量控制、原材料供应、劳动组织的基本依据。 具体内容包括： 1、产品制造的具体方法和顺序的确定、设备的选择； 2、工艺规范(标准)的选择、工艺装备的确定； 3、设备调整方案的选择； 4、产品装配与零件加工技术条件的确定；,29, 工艺装备的设计与制造 产品制造过

15、程中所需要的各种工具、卡具、夹具、刃具、量具和模具，统称为工艺装备。 它的设计和制造对于贯彻工艺规程、保证加工质量、提高生产效率有着十分重要的意义。,30,424 产品设计原则和绩效评价 原则 设计用户需要的产品； 设计制造性强的产品 设计鲁棒（robustness)性强的产品（强壮），是指产 品的服务性、经济性、可维修性； 设计绿色产品； 产品开发的绩效评价指标 见下表所示,31,绩效指标,度 量,对竞争力的影响,上市时间,新产品引入频率 从构思到上市时间 构思数量与最终成功的数量 实际与计划效果的差异 来自新产品的销售比重,生 产 率,项目的研发周期 项目的成本 实际与计划的差异,质 量,使用的可靠性 用户的满意度 生产现场的反映,顾客/竞争对手的反映时间 接近市场的程度 项目的频率模型的寿命,项目数量新产品设计 与开发频率 项目频率开发的经济性,信誉用户的忠诚度 市场份额 利润率,32,4.3 生产流程的设计与选择 案例： 美国纳克钢铁厂生产流程 坐落在印地安那州的纳克钢铁厂，是一个微型炼钢企业，其生产流程极具竞争力，特点是保持变化很小的、不间断的工艺流程生产薄板。钢材的成分与型号稍有变化，即可满足各种用户的需要。 纳克工厂传统的生产过程分为两个阶段。首先是炼钢阶段，