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1、5 5产品的开发设计和工艺管理产品的开发设计和工艺管理5.1 新产品的开发新产品的概念和发展方向1.新产品的概念先进行、独创性或者是优于老产品；国家级、省部级、企业级等。在研制全新产品时，必须预先考察新产品能否满足以下条件：n具有设计的可能性n具有制造的可能性n具有经济性n具有市场性2.新产品的发展方向n多能化n复合化n微型化n简略化 新产品开发的动力模式1.技术推动型（原创理论seed theory、产品导向型production oriented）2.市场导向型（需求理论need theory、市场导向型sales oriented ）新产品开发策略1.从消费者需求出发2.从挖掘产品的功能
2、出发3.从提高新产品的竞争力出发新产品开发方式和开发步骤1.新产品开发方式n完全采用新技术n完全采用新材料n新技术与现有技术相结合n改进技术与现有技术相结合n现有技术与现有技术相结合2.新产品的开发步骤（不同行业具有不同特点：加工装配企业重点在产品结构设计，流程工业重点在工艺设计或配方的优化，服务业重点在服务理念的创意或过程设计）n构思、计划阶段n先行开发阶段（预先研究）n设计开发阶段（设计性试制）n生产准备阶段（生产性试制）n生产阶段（试产试销）工业企业产品开发的一般过程企业产品计划国内外技术信息市场预测编制研究任务书研究实验成果鉴定顾客要求与来样技术经济评价预先研究阶段试销的反馈意见产品设
3、计产品设计工艺设计样品试制关键工艺设备设计与制造设计性试制阶段试销的反馈意见顾客要求与来样成果鉴定鉴定、设计定型工艺文件制定工艺设备设计与制造工艺文件制定小批试制鉴定、生产定型工艺设备设计与制造生产性试制阶段鉴定、设计定型批量生产关键工艺设备设计与制造技术经济评价试生产试销大量生产试产试销阶段鉴定、生产定型批量生产用户反馈意见某企业产品开发ISO9001控制程序流程图责任人参考文件完成文件设计输入市场信息收集（样品、图片）依据市场信息和创意绘制效果图新产品开发通知新产品结构设计总经理开发经理样品、图片创意法令、法规总经理开发经理样品、图片效果图创意开发经理效果图新产品开发通知书新产品开发进度表
4、设计、设计审核、确认阶段开发工程师新产品开发通知书分件图效果图产品用料明细表开发主管新产品结构评审表某企业产品开发ISO9001控制程序流程图责任人参考文件完成文件设计、设计审核、确认阶段新产品结构评审新产品样板制造样板评审技术文件制作开发生产部总图新产品样板分件图开发品质市场部生产部效果图样板评审报告安装图总图分件图样板工程师电脑绘图员样板评审报告技术文件与质量计划总图图纸目录部件组图某企业产品开发ISO9001控制程序流程图责任人参考文件完成文件设计、设计审核、确认阶段技术文件审核试产试销设计确认批量生产工程师电脑绘图员样板评审报告技术文件与质量计划部件分图安装图用料明细表生产运作流程，品
5、质检验标准开发主管技术文件新产品试产通知生产部市场部技术文件品管部与市场部有关记录总经理技术文件设计验证报告样板批量生产开发采购生产部品质技术文件5.1.5 新产品开发的评价（试销法、鉴定法、技术经济分析法等）新产品评价的参考指标（1）财务（投资收益率、预期年销售额、新增固定资产支付时间、达到预期销售额时间等）（8）周期性或季节性需求（9）生产（与竞争对手比较公司规模、原材料供应能力、新旧设备比例、工艺装备情况、工艺熟练程度、动力和能耗等）（2）R&D（研究投资支付时间、开发投资支付时间、研究技术丰富或陌生、专利情况等）（3）市场需求（顾客接受程度）（10）产品和销售（与现行产品的关系、对现行
6、产品的影响、产品购买者的结构：新用户或旧用户、潜在用户数、市场稳定性与趋势、对技术服务的需求等）（4）促销需求（广告与促销需求）（5）产品竞争（竞争产品数量）（6）产品优势（价格与质量）（7）产品生命周期（11）环境污染5.1.6 国际企业新产品开发的新特点n技术外包n合作开发n全球化与虚拟化n定制化（需求的多样性）n强调环保5.2 新产品的设计5.2.1 新产品设计的重要性n新产品的可靠性主要取决于设计阶段n制造成本的主要责任在于设计阶段n产品质量主要决定于设计阶段5.2.2 新产品设计应遵循的原则和思路n设计用户需要的产品或服务n设计可制造型（Manufacturability）强的产品n
7、设计强壮性（Robustness）的产品或服务n设计绿色的产品（环境意识设计）面向顾客的设计(1)质量功能配置（QFD,Quality Function Design）nQFD是上世纪60年代日本政府组织几家大学为订单式生产巨型轮船的三菱重工创造的面向顾客的设计系统。nQFD的基本思想是倾听用户的意见与要求，用一种逻辑体系去确定如何最好地通过可能的渠道实现客户的要求。这个逻辑体系就是质量屋的传递过程。通过四个质量屋的转换关系，最终把顾客的要求转化为产品设计、生产工艺的要求。QFD的基本结构产品特征零件特征工艺操作生产要求产品规划矩阵零件配置矩阵工艺规则矩阵生产规则矩阵顾客需求产品特征零件特征工
8、艺操作QFD例顾客需顾客需求求权重权重硬度硬度弹性弹性抗断裂抗断裂强度强度涂料厚涂料厚度度橡胶厚橡胶厚度度橡胶比橡胶比重重质量水质量水平平不易褪色3111911使用年限长3339131轻便5111139舒适5391133重要程度326240404266技术规格技术水平强正相关正相关负相关强负相关关系9=强3=中1=弱(2)价值工程(VE , Value Engineering)nVE是对产品设计方案进行技术经济分析的一种科学方法。nVE的基本关系：价值价值=功能功能/成本，即成本，即V=F/CnVE的基本思想就是在确保产品的必要功能的前提下，通过有组织地对产品进行功能与成本分析，以提高产品的价
9、值。nVE方法的程序： 第一步，选择VE的对象。采用经验分析法、ABC法、百分比法等方法，确定关键点（重点）或薄弱点（瓶颈）。第二步，收集对象的有关资料。包括：n企业的基本信息n与技术有关的信息n市场经济信息n生产组织信息第三步，也是最重要的一步，功能分析。其目的：n系统、科学地确定产品或零件的必要功能，消除不必要的功能n明确功能的性质、地位、重要性，以合理分配产品成本n依据所确定的功能，寻找更好的实现功能的方案 功能分析一般采用两两对比、0-1打分法进行，最终得出功能评价系数 某功能（零件）的功能评价系数某功能（零件）的功能评价系数 =功能（零件）的评价得分功能（零件）的评价得分各种功能（零
10、件）的评价总得分各种功能（零件）的评价总得分第四步，成本分析。包括：n分析某功能（零件）占产品成本的比重，得出各功能（零件）的成本系数 某功能（零件）的成本系数某功能（零件）的成本系数 =该功能（零件）的现实成本该功能（零件）的现实成本/全部功能（零件）的现实成本全部功能（零件）的现实成本n某功能（零件）的目标成本某功能（零件）的目标成本 =产品的目标成本产品的目标成本该功能（零件）的功能评价系数该功能（零件）的功能评价系数n某功能（零件）的成本降低幅度某功能（零件）的成本降低幅度 =该功能（零件）的现实成本该功能（零件）的现实成本 该功能（零件）的目标成本该功能（零件）的目标成本第五步，价值
11、分析。n某功能（零件）的价值系数某功能（零件）的价值系数 =该功能（零件）的功能系数该功能（零件）的功能系数 /该功能（零件）的成本系数该功能（零件）的成本系数 =该功能（零件）的目标成本该功能（零件）的目标成本/该功能（零件）的现实成本该功能（零件）的现实成本n根据价值系数，判断和确定VE对象。价值系数有三种情况： 价值系数=1，说明该功能（零件）的成本分配合理； 价值系数1，表明实现功能的成本偏低，要对成本和功能进行检查，或是功能过剩，或是成本太低，可能使用了廉价低劣材料； 价值系数1，表明成本比重偏高，应设法降低成本，偏离1较大的应作为VE重点对象。第六步，提出改进方案，实施改进措施，评
12、价改进效果。面向可制造可装配性的设计（DFMA，DFM+DFA，Designing for Manufacturing ，Designing for Assembly）n通过DFMA，使设计人员在新产品设计时就充分考虑所设计的零部件的加工工艺性和装配工艺性，从而使新产品在制造与装配过程中由于设计不当而产生的工程或工艺更改数量减少到最小限度。n在DFMA设计理论的研究中，人们提出了两条适用于所有设计的公理：1.在设计中必须保持产品及零部件功能的独立性。公理一指在一个零件上既不希望出现重复的或相同的功能，也不希望一个零件只有一个功能，最终达到构成产品的零件数量最少；2.在设计中必须使产品及零部件的
13、信息量为最少。公理二指零部件的结构必须最简单。n应用DFMA进行产品设计时，主要做法：使构成产品的零件数量最少，使每个零件的功能尽可能多；发展模块化的设计，使设计标准化；选择易于装配的紧固件，在装配中尽量减少调整；使设计的零件易于定位等。5.2.3 新产品设计的程序和内容n新产品设计的程序分为三个阶段，即“三段设计”： 1.编制设计任务书；2.技术设计； 3.工作图设计。n编制设计任务书 设计任务书又称技术任务书，是指导产品设计的基础文件。编制设计任务书的主要任务是对新产品进行选型，确定产品用途、技术要求及基本结构，确定最佳设计方案。主要内容包括： 产品的用途与适用范围； 设计、试制新产品的理
14、由与根据； 产品的技术性能、基本结构、特点和技术参数； 国内外同类产品的结构、质量、成本价格等技术经济指标的比较分析； 可行性分析，包括人员与设备能力、关键技术及其解决办法等。 通用产品的设计任务书一般由设计部门编制；非标准产品的设计任务书应由用户提出，制造单位根据其编制技术建议书回复所提出的各种要求，包括产品的基本结构、设计特征、主要技术参数、技术经济指标、交货期限和设计草图等。n技术设计 技术设计是设计、工艺和供应工作的结合点。技术设计的任务是根据设计任务书，确定新产品的具体结构、技术条件、技术经济指标和零件结构、尺寸等，以及确定总体和部件的结构、尺寸配合关系和技术条件。主要内容包括： 确
15、定总体和部件的结构、尺寸、配合关系和技术条件； 绘制产品总图、部件装配图、传动系统图、电气系统图、液压系统图、冷却系统图等； 提出设计计算说明书，包括结构强度、刚度计算和经济分析； 提出详细的技术经济指标、制造过程、验收条件和产品试制程序； 提出特殊外购件、协作件及特殊材料明细表； 采用新结构、新技术、新材料试验鉴定报告。n工作图设计 其任务是设计和绘制加工所需要的全套技术文件，主要内容包括： 绘制图纸：零件图、部件图、总图、包装图以及安装图等； 编制明细表：零件、通用件、标准件、外购件、材料、倍频等明细表； 编制技术文件：产品制造、验收和交货技术条件、产品使用维护说明书及产品证明书等。 5.
16、2.4 标准化、系列化、通用化n标准化 在我国，根据标准适用领域和有效范围，可把标准分为三组：国家标准（代号GB）、专业标准（代号ZB）和企业标准（代号Q/企业或地区编号）。国际上一般通用的如国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEO）的标准包括在国家标准内。 标准也分为产品标准、零件标准和服务标准等。产品标准是为某一类或某一种产品的形状、尺寸、主要技术参数、质量指标、检验方法，以及包装、储存、运输、使用、维修等方面所制定的标准。零件标准是对通用程度高，或需要量大的零件规定的标，一般分为两种，一种是使用非常广泛，通用程度很高的零件，如紧固件、轴承等，由国家或部门制定标准，称之为标准件，另
17、一种是对在一个企业内通用程度高、需要量大的零件，参照国家标准规定的标准，称之为厂标件。 对设计工作而言，标准化主要是指按照产品标准设计产品，或按照零件标准设计零件或在产品设计时选用标准件等。 产品设计的标准化程度可用标准化系数来衡量。n系列化 它是标准化的高级形式。它通过对同一类产品发展规律的分析研究，经过为全面的技术经济分析，将产品的主要参数、型式、尺寸、基本结构等作出合理的安排和计划，以协调同类产品和配套产品之间的关系。 系列化是搞好产品设计的一项重要原则。企业必须按照产品系列化的要求进行设计，对没有系列型谱的药逐步形成系列型谱，对已有系列型谱的应严格按照系列型谱进行设计，保证新产品按系列
18、发展。 系列化工作的内容一般分为三个方面：制定产品基本参数系列；编制产品系列型谱；产品的系列设计。n通用化 通用化是指在同一类型不同规格，或不同类型的产品和装备中，将用途相同、结构相似的零件统一使用，达到可以彼此互换的标准化形式。 其目的在于节约设计费用、工装制造费用，缩短设计试制周期，简化管理工作。 产品设计的通用化程度可用通用化系数来衡量。5.2.5 新产品设计方法及其选用1.常用的设计方法及其选用（1）常用的设计方法n模块化设计：以标准件、通用件为基础，或在试验的基础上设计出一系列可互换的模块，用组合或堆积木方式来设计产品。普遍应用于机电产品设计中。n内插式设计：主要用于新产品规格处于两
19、种既有产品规格之间的产品设计上，只需选用相邻产品的原理、结构以及计算公式等，根据需要进行小两的研究试验。（已知领域内）n外推式设计：利用现有产品的设计、生产经验，将实践和技术知识外推，设计比它们规格更大的类似产品。（未知领域）（2）设计方法的选用n根据产品结构的特点和产品设计性质，应采用不同的设计方法，以加速新产品设计速度，提高设计质量。2.先进的设计方法n采用CAD(Computer Aided Design)、CAM(Computer Aided Manufacturing )和CAE(Computer Aided Engineering)n广义的CAE，指对应用计算机对开发、设计、制造等
20、全部生产过程的辅助；n狭义的CAE，指在计算机上应用有限元素方法进行强度解析、流体力学解析、振动解析、热解析等力学或机械工程学的数值计算或模拟计算。CAD、CAM和CAE的过程产品要求总体、结构设计解析、模拟计算主要零部件设计零部件解析、模拟计算零件图、部件图、装配图工艺设计作业设计制造检查CAMCAD狭义CAE狭义CAE广义CAE5.3 生产工艺管理生产工艺管理的内容及意义1.内容n产品设计的工艺性分析与审查n工艺方案的制定工艺方案的制定n工艺规程的编制工艺规程的编制n质量控制计划的制定质量控制计划的制定n工艺装备的设计与制造工艺装备的设计与制造n产品的材料消耗定额和工时定额的审定n旧工艺的
21、改进和新工艺的推广n工艺管理制度和工艺管理方法的完善n新产品试制的管理新产品试制的管理2.意义n缩短产品生产周期，提高产品竞争力。n提高产品质量。n降低物耗和能耗，节约生产费用，从而降低产品成本。n提高劳动生产率。n提高工艺设计工作质量，减轻劳动强度。实施生产工艺管理的程序n1.产品图纸的工艺分析和审查。 包括审查零件的标准化、通用化程度，继承性程度 （继承性系数（继承性系数=旧零件数量旧零件数量/ 全部零件数量）；全部零件数量）； 审查工艺结构性（产品结构与生产类型的适应性）和零件的装配程度 （部件装配系数（部件装配系数=部组件数部组件数/全部零件数量）全部零件数量）； 审查产品结构在现有条
22、件下制造的可能性；审查选用材料的经济合理性；审查零件的结构、几何形状、尺寸、精度、公差等级的合理性等。 n2.工艺方案的制定。 工艺方案是工艺准备中的纲领性文件。产品制造中的加工方法、工艺路线和工装设备等重点原则性问题都要在工艺方案中确定。工艺方案的内容n确定工艺原则（根据产品设计和生产条件对生产工艺确定的基本要求）；n确定工艺上达到的技术指标，如产品性能、材料利用率等；n确定产品的各类加工的技术关键或关键件、关键工序，必须具备的物资条件和所采取的措施；n确定产品加工的工艺路线和零件的加工车间；n确定工艺装备系数；n规定工艺规程编制的要求、形式；n确定产品加工的组织方式与外协关系；n工艺的技术
23、经济分析等。 多个工艺方案的技术经济比较分析与选优。工艺方案的技术评价主要是工艺技术的适用性和合理性，工艺设备的操作性和性能稳定性等。工艺方案的经济评价主要是产量与质量、投资与产值、工艺成本、工艺准备周期与生产周期等。n3.工艺规程的编制 工艺规程是指导工艺实施与生产操作的文件，也是安排计划、进行调度、确定劳动组织、进行技术检查与材料供应的主要技术依据。 工艺规程编定以后，应将有关内容分别填入各种不同的卡片，以便作为生产技术准备工作的依据。各种卡片统称工艺规程文件。 工艺规程的内容与企业的生产工艺特点有关。加工装配企业的工艺规程主要有四种：工艺过程卡（工艺路线卡）、工艺卡、工序卡和工艺守则。工
24、艺过程卡（工艺路线）旧底图总号旧底图总号工艺过程卡工艺过程卡产品名称及编号产品名称及编号产品图号产品图号底图总号零件名称零件图号日期 签名车间编号 工序设备工艺装备同时加工数量工种工作等级时间定额产量定额编号名称及内容夹、模、压具工具零件机床准备与结束单件切削测量更改标记数量通知单号签名日期签名日期共 页第 页拟制定额审核批准工艺卡（工艺阶段） 产品名产品名称称零件图零件图号号零件名零件名称称材料材料毛坯规毛坯规格格每批件每批件数数每台件每台件数数第第 页页共共 页页21-450轴45#钢锻件1002序号工种加工内容机床夹具工具1车车外圆，切槽及倒角C6202铣铣花键铣床3铣铣键槽立铣三面刃铣
25、刀、圆弧铣刀4磨磨外圆外圆磨8键槽铣刀5检按要求检查各部位工序卡产品名产品名称称零件图零件图号号零件名零件名称称材料材料毛坯规毛坯规格格每批数每批数量量每台件每台件数数机床机床丝杆45#钢451560工步内容夹具工具1车中心架支撑档2车端面打中心孔3.53粗车外圆至38n工艺守则：规定操作的要领和注意事项，通常只对关键工序制定。n一般单件小批只编制工艺过程卡；中批编制工艺过程卡和工艺卡，只对关键件和复杂件编制工序卡；大量大批编制全部工艺规程文件。n4.工艺装备的设计与制造 工艺装备是指为实现工艺方案所需的工具、刃具、夹具、量具、模具、辅具、工位器具等的总称。 使用工艺装备的目的，有的是制造过程
26、必不可少的，有的是为了保证加工的质量，有的是为了提高劳动生产率，有的是为了改善劳动条件。n工艺装备分为通用工装和专用工装。通用工装由专业厂家制造，专用工装由企业自行设计与制造。n因此，对通用工装，只需开列明细表，交由采购部门外购即可。工装的大量准备工作主要是专用工装的设计与制造。n一般而言，专用工装的数量与企业的生产类型、产品结构以及产品在使用过程中要求的可靠性等因素有关。大量大批生产中要求多用专用工装，但单件小批生产不宜多用专用工装；产品结构越复杂，技术要求越高，也应多用专用工装；产品和工装的系列化、标准化和通用化程度较高的工厂，专用工装的数量可适当减少。专用工装系数专用工装系数=专用工装套
27、数专用工装套数/专用零件种数专用零件种数不同产品专用工装系数的比较产产 品品专用工装系数专用工装系数生产类型生产类型航空喷气发动机22.05成批生产航空活塞式发动机19.00成批生产轻型汽车5.05大批生产载重汽车10.00大批生产普通车床2.20大批生产机械制造业不同生产类型专用工装系数专用专用工装工装名称名称专用工装系数专用工装系数单件生产小批生产中批生产大量大批生产年产1-10台年产11-150台年产151-400台年产401-1200台年产1201-3600台年产3600台以上夹具0.080.20-0.300.40-0.800.4-1.41.3-2.01.6-2.2刀具0.04-0.0
28、80.15-0.250.250.3-0.50.5-0.70.9量具0.08-0.200.20-0.350.400.4-0.81.0-1.21.5辅助工具0.020.05-0.100.150.2-0.40.5-0.60.8模具-0.100.20.3-0.40.5总工装系数0.20-0.380.60-1.001.30-1.702.1-3.33.6-4.95.3在工艺装备的准备中应注意的事项：n尽量采用通用工装，即使用标准化和通用化工装；n提高工装的继承性；n尽可能利用外购或租用的方式；n加强工装的使用保管工作。1.传统工艺管理存在的问题n生产工艺装备周期过长。n工艺准备管理工作质量低。n由于工艺人
29、员无精力去改革工艺改革中的重大问题，因而影响了生产工艺技术水平和管理水平的提高。n常规的工艺文件，使得保管和查阅麻烦、费时。n传统工艺设计一般以单独工艺为主，缺乏系统性。n传统工艺过分依赖于设计人员的设计经验。2.典型工艺和成组工艺（1）典型工艺：指把某些形状和工艺路线相似的零件归为一类，并为它们编制通用的工艺规范。一般分为标准件典型工艺和专用件典型工艺。（2）成组工艺：一是把全部或部分工序相似的零件归类成组，主要采用零件编码系统，如Pitz,KK-3等；二是为每一个相似零件组编制一份成组工艺规范。可采用综合零件（能代表某一相似零件组所有零件结构和工艺特征的零件）法和流程分析法（找出适合组内所
30、有零件的工艺流程）。计算机辅助生产工艺管理n3.计算机辅助工艺过程设计（CAPP，Computer Aided Process Planning） 1960年，世界上第一个CAPP系统AUTOPROS在挪威问世。我国的研发于20世纪60年代末起步。 三种基本形式：1.检索式（retrial method system）或派生式（variant system）（应用成组技术）-工作量大2.生成式（generative system）-技术难度高3.混合式或半生成式 CAPP的工作程序：1.输入原始信息：生产系统信息，加工工艺信息，零件信息2.工艺过程设计：工艺流程设计，工序设计，工步设计3.输出：工艺规程，工序图等n样品试制和鉴定 样品试制的目的在于通过一件或少数几件样品试制，来验证产品结构、性能及主要工艺等，检验产品设计的可靠性和合理性，并找出设计工作中的错误和缺点，以便对图纸进行修改，积累工艺准备方面的资料，找出关键工序等。样品试制在试制车间完成。 样品鉴定，是根据设计任务书、技术设计和工作图设计等图纸和技术文件，检查产品的结构、工艺性能和质量，做出是否可以进行小批试制的结论。n小批试制的鉴定 小批试制的目的，主要在于验证工艺和掌握生产，考察在用正规的工艺规范和工艺装备制造时，产品品性能的变动幅度。小批试制在正式的生产车间完成。新产品试制
