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1、,现代工业系统工程导论 第四章 产品系统优化理论和方法,第五章,车间层的现代工业系统,第六章,企业层的现代工业系统,第七章,企业协同层的现代工业系统,第一章,现代工业系统概况,第二章 现代工业 系统的理论基础,第三章,现代工业系,统建模理论和方法,第四章,产品优化理论和方法,空间,优化,时间,优化,空间,优化,时间,优化,空间,优化,时间,优化,空间,优化,时间,优化,第八章,环境和谐层的现代工业系统,本章的主要内容和关系,第四章 产品系统优化理论和方法,4.1 产品系统优化概述 4.1.1 几则小故事 4.1.2 产品系统优化概述 4.1.3 产品系统优化模型 4.1.4 产品系统与制造系统
2、的集成优化 4.2 产品系统的空间优化方法 4.2.1 系列产品和组合产品 4.2.2 系列产品的开发方法 4.2.3 组合产品的开发方法 4.3 产品系统的时间优化方法 4.3.1 客户订单分离点及其后移 4.3.2 基于PDM/ERP的过程优化 4.3.3 并行工程和DFX技术 思考题,4.1 产品系统优化概述(4.1.1 几则小故事),1. 堆垛机的快速设计和制造 2004年，某叉车制造企业接受了一份生产堆垛机的订单。堆垛机的主要功能是把集装箱一个个摞起来，每个集装箱高2.44米，用户要求最高摞到7层。 以前，该叉车制造企业从未生产过堆垛机，但利用三维CAD、CAE、PDM等“软装备”系
3、统，先从PDM中挑选出符合条件的标准件，然后再对个别部件进行研发，仅用几个月时间就将产品交付给顾客，更重要的是在堆垛机设计制造过程中几乎没有发生错误，这在该叉车制造企业发展史上还是第一次。 客观地说，该叉车制造企业所作的原始创新并不多，其创新主要是利用CAD、CAE、PDM等“软装备”，把成熟的叉车技术集成、融合在一起，推出满足客户需求的高附加值产品。,2. 不同的设计理念,某企业生产的某液压元件用于不同压力、温度和介质的液压控制系统。通常的做法是根据不同压力、温度和介质要求，分别采用铸铁、铸铜、铸钢和不锈钢材料的壳体。同时，该液压元件有右侧和左侧两种安装位置。右侧和左侧两种规格的壳体除了5个
4、孔的位置不同以外，其余尺寸完全一样。 传统的做法是生产8种规格的壳体（铸铁、铸铜、铸钢和不锈钢，右侧和左侧）以满足各种不同的需要。但这对生产计划的制定、管理，库存的数量，维修备件的准备等都带来了很大的困难。简单的做法是：对所有压力、温度和介质要求，统一采用不锈钢材料的壳体（简化管理、降低维修备件的库存量）；右侧和左侧两种规格所需要的所有孔用NC加工中心一次加工完成（降低加工成本），在总装时将不需要的孔用螺塞堵上。 采用这种方法，虽然材料成本有所增加，但是管理成本、维修备件的库存量（成本）等间接成本大大降低，大幅度降低了产品的全生命周期成本。,不同的设计理念一个降低产品全生命周期成本的例子,3.
5、 日本汽车和美国汽车微小差别的背后,价廉物美的日本汽车大举进军美国市场。为此，美国人对日本汽车及其生产模式做了大量的研究，确实发现了许多与众不同的地方。 其中，底特律的一家汽车公司对日本汽车分解后发现，日本汽车在引擎盖上的三处地方，使用相同规格的螺栓以连接不同的部件，而美国汽车同样的装配，却使用了三种不同规格的螺栓，从而使汽车的组装较慢和成本较高。 为什么美国公司要使用三种不同的螺栓呢？因为美国汽车公司的设计部门有三组工程师，每一组工程师只对自己的设计负责，而日本的汽车公司则由一位设计师负责整个引擎或范围更广的装配设计.,4. Boeing 777 飞机客舱舱门,Boeing 777 飞机的客
6、舱共有8个舱门，虽然每个舱门的结构都不一样，但是其98%的机械零件都是通用的，采用这种方法，较好地解决了内部多样化与外部多样化之间的矛盾。,第四章 产品系统优化理论和方法,4.1 产品系统优化概述 4.1.1 几则小故事 4.1.2 产品系统优化概述 4.1.3 产品系统优化模型 4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化 4.2 产品系统的空间优化方法 4.2.1 系列产品和组合产品 4.2.2 系列产品的开发方法 4.2.3 组合产品的开发方法 4.3 产品系统的时间优化方法 4.3.1 客户订单分离点及其后移 4.3.2 基于PDM/ERP的过程优化 4.3.3 并行工程和DFX技术 思考
7、题,4.1.2 产品系统优化概述,产品系统的优化是在产品开发过程和产品设计过程中完成的。产品开发设计过程是产品全生命周期的核心组成部分，其对于产品生产周期、产品成本和产品质量等具有决定性的影响。 产品开发设计过程中，在设计方法学和以CAD/PDM系统为代表信息技术的支持下进行产品系统的优化，可以有效缩短产品生产周期、降低产品成本和提高产品质量。,（1）开发设计对产品交货周期的影响,根据统计，由于订单生产型企业的产品必须按照顾客的特殊需求进行开发或设计，所以产品的开发设计周期很长，一些企业甚至超过整个产品交货期的60%。 开发设计周期过长造成了两个严重的后果： 一是产品交货期过长，从而使企业失去
8、很多订单； 二是如果必须保证定制产品在比较短的周期内交货，那么只能压缩产品的制造时间，从而影响了产品的质量，因为从某种程度上可以说，产品的质量是需要用时间来保证的。,产品形成过程在整个生产周期中所占的比重 产品形成过程 = 产品开发和设计过程,0,20,40,60,80,100,产品形成过程,制造,时间 百分比（%),（2）开发设计对产品总成本的影响,产品的开发设计阶段是降低产品总成本的重要环节。 为了了解产品的开发设计、生产准备与加工、原材料与外购件的采购、管理和销售等工作的工时成本对产品总成本的影响，德国工程师协会（VDI）曾经对一些企业做过调查。 调查结果表明：虽然产品的开发设计成本大约
9、只占产品总成本的6%7%，但对产品总成本的影响却占了70%左右。 汽车业内有这么一句话：“成本的90%是由设计决定的”. 这是因为，产品的开发设计阶段决定了产品的工作原理、零部件的数量、结构尺寸和材料选用等对加工和产品使用有重大影响的因素，因而对产品的总成本造成了很大的影响。 做好对产品开发设计的管理，是降低产品总成本的重要切入点；做好对产品开发设计的管理，就抓住了降低产品总成本的源头。,产品形成过程在成本上的重要性,开发设计,生产准备与,加工,原材料与外,购件的采购,管理和销售,0,10,20,30,40,50,60,70,开发设计,生产准备与,加工,原材料与外,购件的采购,管理和销售,对成
10、本的影响,所需的工时成本,（3）开发设计对产品质量的影响,根据统计，产品的质量问题中有75%是由于产品开发设计阶段引起的，而80%质量问题的处理是在产品制造阶段或后续阶段完成的。处理质量问题的时间越是滞后，所引起的连带质量问题就越多，处理质量问题所需要的费用也就越高。 如何尽可能少地发生质量问题，尽可能早地发现和处理问题，对产品系统的优化技术提出了更高的要求。,75%的错误是由产品形成阶段引起的 80%的修改工作是在产品制造阶段或后续阶段完成的,0,10,20,30,40,50,60,产品定义,产品开发,工艺规划,制造,检验,应用,发生错误 修改错误,75%,成本 %,80%,产品形成过程在质
11、量上的重要性,修改的成本,美元,概念 设计,详细 设计,生产 准备,测试,生产,时间,100X,X,10X,X = 3500美元/ 每次修改,0,10,20,30,40,50,60,产品定义,产品开发,工艺规划,制造,检验,应用,成本 %,目标：避免错误或尽早修正错误,越晚修正错误，其造成的影响越大,尽早发现错误，尽快修正错误,采用产品系统优化技术的主要效益,2. 产品系统的优化目标,产品系统优化的思路是：充分利用不同产品中的相似性，加快设计和制造速度，降低成本，提高质量，满足顾客多样化、个性化的需求。 产品系统优化目标是：增加产品的新颖性、促进产品的增值、降低产品的成本。,按产品新颖性对产品
12、的分类,产品的新颖性要求提供大量的多样化产品满足日益细分市场的需要，提供组合产品和不同变型的产品使顾客能从中选出其理想的产品，或者直接按照顾客的需要定制个性化的产品，适应顾客的多样化和个性化需要。 人们不再满足根据企业已有的产品进行选择，需要在产品的设计与生产中不断融入顾客的个性化需要。而全新产品的开发无疑将开辟一个全新的市场。 产品新颖性可以使企业进入“蓝海”，即蕴含庞大需求的新市场空间，使企业彻底甩脱竞争对手，并将新的市场需求释放出来。使企业将最先进的产品在竞争爆发之前就推向消费市场, 通过更多的新品和高档的品牌定位获取比竞争对手高得多的利润.,“红海”和“蓝海”的比较,产品创新的案例,促
13、进产品增值的主要方法,（1）向服务业拓展，提高企业的个性化服务能力。 买方市场发展的一个结果是有形产品盈利水平的微利化。在这种情况下，制造企业发展的一个重要战略是从服务上拓宽生存和发展的空间。 研究和调查表明：服务较好的企业商品价格比服务较差企业的商品价格要高9%；企业的市场占有率每年增加6%，而服务较差企业的市场占有率每年下降2%；服务质量最好的企业的产品销售利润率可以达到12%，而服务较差的企业仅仅只有1%。,促进产品增值的主要方法,（2）提高产品品质。在买方市场中，产品品质是企业的生命线。提高产品品质，可使企业在激烈的竞争中得到发展。 （3）提高企业产品的形象和品牌知名度。面对买方市场中
14、成千上万的产品，顾客不知如何从中选择，品牌的出现解决了这一问题。 一个知名品牌能将产品本身的价格提高2040甚至更高。例如，在中高档服装市场中，没有品牌或是品牌知名度较低的企业面临着被市场淘汰的威胁。如何提高产品品牌、企业品牌和区域品牌的知名度，是现代企业品牌战略的核心。,产品总成本的构成,产品总成本 = 研发成本 + 设计成本 + 生产成本 + 采购成本 + 装配成本 + 库存成本 + 运输成本 + 过期损耗成本 + 销售成本 + 使用成本 + 质量成本 + 服务成本 + 报废后的回收成本 + ,产品全生命周期成本思想,使产品全生命周期成本最低，而不是单项成本最低,（1）将尽可能少的个性化零
15、部件与尽可能多的标准化、通用化零部件进行组合，最大程度满足顾客的个性化需求，同时，减少产品设计和生产所需人力并提高制造的经济性。当然，必要时也需要生产特殊的零部件来增加产品的差异性。产品中的通用部分与不同个性化部分的比例要选得合适，使企业所获利益最大化。 （2）企业通过专业化分工，发展自己的核心能力，将部分工作内容转移给更有竞争力的企业，在细分的市场找到自己的有利位置。 （3）使过程合理化，既满足顾客的特殊需要，又尽可能采用大批量生产方式。,产品系统优化对企业员工的要求,（1）拓宽知识面。在传统的制造企业中，开发设计人员所负责的工作范围很窄，仅限于个别专业。 例如在机床设计中，机械部分、液压部
16、分或电气部分是严格地被加以区分的，分别由受过不同专业培训的开发设计人员负责。 在产品系统优化中，为了适应项目组工作，开发设计人员必须是一个多面手，是一两个领域的专家，同时又熟悉其它领域的工作，这样才能有效地进行协同工作。,产品系统优化对企业员工的要求,（2）扩展考虑问题的思路。在产品系统优化中，要求开发设计人员将其考虑问题的范围从原先的产品开发设计扩大到生产技术准备、加工、销售、使用和产品用后处置，即产品的整个生命周期。 （3）提高协同工作能力。产品系统优化强调项目组协同工作，而不是个人独立工作。在这种情况下，开发设计人员必须从原先的个人工作方式转变到团队工作方式。这也需要经过较长时间的培训，有一段很长的适应过程或项目组内部的磨合过程。在这个阶段中，项目组长起了十分重要的作用。,第四章 产品系统优化理论和方法,4.1 产品系统优化概述 4.1.1 几则小故事 4.1.2 产品系统优化概述
