产品开发和技术选择

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1、第四章第四章 产品开发和技术选择产品开发和技术选择引言产品设计与开发阶段生产流程设计与选择并行工程本章目标1了解现代企业研究与开发的分类和特点，掌握企业研究 与开发中的基本决策问题。 2正确理解新产品的内涵，了解新产品开发的过程并熟悉 各环节的主要工作内容。 3了解生产流程的种类和特点 4. 掌握并行工程的原理。 第一节第一节 引言引言一、一、2121世纪企业产品世纪企业产品/ /服务设计的背景特征服务设计的背景特征 20世纪90年代以来，企业所处的市场竞争环境日趋严峻，正面临着前所未有的压力：（一）新产品/服务开发是实现企业竞争战略的需要（二）技术进步越来越快（三）用户的要求越来越苛刻，用户

2、需求呈现出多样化、个性化的特点（四）产品研制开发的难度越来越大（五）可持续发展的要求 在这种背景下，企业必须变革传统的大批量生产方式，根据顾客的个性化需求定制产品和服务，即实施个性化生产。 第一节第一节 引言引言二、新产品二、新产品/服务开发的重要性服务开发的重要性企业为在市场竞争中保持优势和竞争活力，必须积极开发新产品、改进现有产品、淘汰不适应市场需要的老产品，新老产品及时换代，不断更新，使产品链始终保持竞争优势和领先地位。（一）有利于增强企业的市场竞争力（二）有利于扩大市场份额（三）适应个性化定制生产的需求（四）产品更新换代的需要产品寿命周期图产品寿命周期图投入期投入期成长期成长期成熟期成

3、熟期衰退期衰退期新奇事物，适合于低产量的生产方法设计的改进使产品更可靠、成本更低，采取不同的生产方法以满足较大的产量要求设计变化很少需求停止增长提高产品的可靠性、减少生产成本、重新设计或更换包装时间时间需求需求产品寿命周期图产品寿命周期图需求 销售额 销售利润时间亏损区 年销售量曲线 利润曲线 引 进 增 长 成 熟 衰 退 .0第一节第一节 引言引言三、产品开发对生产过程成本的影响三、产品开发对生产过程成本的影响 1.产品开发的时间构成：据统计，产品设计时间占产品开发时间的近60%（如图）。 因此，为缩短产品上市时间，必须缩短产品设计时间，产品设计和工艺设计影响着产品的创新速度。产品开发时间

4、 100%设计时间 60%制造 20%装配 20%第一节第一节 引言引言2.2.产品成本的决定产品成本的决定: : 一般产品成本的70%以上由设计阶段决定,而这一阶段本身所占用的费用仅为产品成本的6%以下。70%6%20%36%7%40%3%18%设计阶段 制造阶段 材料采购 其它阶段费用成本的决定因素实际成本消耗此外：（1）产品制造效率的70%80%是在设计和工艺阶段决定的；（2）所有质量问题40%可以归因于低劣的设计和工艺。第一节第一节 引言引言3.3.结论：结论： 企业的技术活动影响着产品的成本、质量和制造的效率。尤其产品设计和工艺设计在产品开发中作用重大，它几乎占用了60%的开发时间，

5、决定了70%的成本。 因此，企业技术活动，尤其是企业的产品设计和工艺设计是企业快速响应客户要求的瓶颈，是提高企业竞争力的关键。第一节第一节 引言引言四、现代企业的研究与开发四、现代企业的研究与开发（一）研究与开发的分类（一）研究与开发的分类 基础研究 应用研究 技术开发 “哑铃型”企业与“橄榄型”企业， “哑铃型”企业：相对于“橄榄型”企业，这类企业将其主要的工作点和内容集中在研究新技术、建立新标准、开发新产品上。然后通过将新技术转让给有需求的企业、将新标准以专利授权的方式授予相关企业、将新产品以合约制造或贴牌生产的方式给有关企业赚取最大的利润。 典型代表有美国的耐克公司等。比如耐克没有自己的

6、生产制造部门，它的产品是由全球800多家合约制造商为它专门定制。第一节第一节 引言引言国家国家日本日本美国美国法法国国英英国国韩韩国国中国中国巴巴西西印印度度R&D/GDR&D/GDP P2.7-2.7-2.92.92.6-2.6-2.72.72.42.42 22.02.08 82.02.00.5-0.5-0.70.71.11.10.90.9近年世界主要国家R&D与GDP的比较一般来说，欧美国家在基础研究、应用研究、实验性发展的投入经费比例为1：2：5，新兴工业化国家为1：2：4。我国为1：5：9 我国基础性研究经费占研究与开发（R&D）支出的6.4%， 低于美国17.3%、韩国16.5%、日

7、本14.5%的比例。基础研究基础研究、应用研究和应用研究和开发研究开发研究的比较的比较基础研究应用研究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用于生产领域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、新现象探求基础应用研究的可能性运用基础研究、应用研究的成果从事产品设计、产品试制、工艺改进成果论文论文或专利专利设计书、图纸、样品成功率低较高高经费少较多，控制松多，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、动用能力强的技术专家管理原则自由度大，管理时采用同行评议计划有弹性，期限较长，研究组

8、织在适当时做出评价计划严格，有明确目标，期限较短，尊重和支持团体合作第一节第一节 引言引言 1 1 什么是新产品？什么是新产品？ 新产品是指在性能、结构、材质和技术特征等方面或多方面比老产品有显著改进和提高、或独创的，具有使用价值和推广价值，可产生明显经济效益的产品。 特征特征: : 新颖性、先进性、经济性、风险性。新颖性、先进性、经济性、风险性。 （二）新产品的分类（二）新产品的分类第一节第一节 引言引言2新产品的研发更加重视以下方面新产品的研发更加重视以下方面顾客满意度,减少推出和生产一种新产品或提供一项新服务所需的时间,设计对用户方便的产品和服务，减少产品所用的材料, 关注环境。3 3

9、新产品的发展方向新产品的发展方向n高效、多能化：即在提高产品的效率和精度的前提下扩大同一产品的功能和使用范围n复合化：即把功能上相互关联的不同单体产品发展为复合产品。n小型化、轻便化：即改进产品结构，减少产品的零、部件，缩小产品的体积，减轻其重量，使之便于操作、携带、运输以及安装。n智能化、知识化：即把一般人需要长期学习才能掌握的知识和技术转化到产品中去，使产品功能“傻瓜化”。这可使许多专业性产品发展成大众产品，从而大大扩大这些产品的市场。n艺术化、个性化：即从产品的造型、色彩、质感和包装等方面使产品款式翻新，风格各异，体现独特的艺术品味。第一节第一节 引言引言（二）新产品的分类（二）新产品的

10、分类根据新产品与现有产品的创新程度，可分为：改进型产品改进型产品: : 对现有产品的功能的综合和改进。在产品设计与制造流程中稍作改动，投入资源少。保持市场份额，确保近期现金流。 如当年推出的新款汽车。换代产品：换代产品：更新的解决方案，拓宽产品系列，保持市场活力，延长产品系列的生命周期，确保利润增长。 如汽车新车型 电脑芯片：286 386 486 奔腾 奔腾2 奔腾3 奔腾4创新产品创新产品（突破产品）：全新产品，市场先入，需要对产品设计或流程进行革命性的变动，有利于企业保持持续的竞争力。 第一台个人电脑IBM5150、东芝1985推出的第一台笔记本电脑、摩托罗拉1973年推出的第一部手机4

11、 3 2 1 01 2 3 4 5 6 73000原始想法原始想法300提议提议125小项目小项目9项开发项开发4 项重大项重大1。7启动启动1成功成功产产 品品 开开 发发 的的 成成 功功 率率( (三）新产品开发面临的问题三）新产品开发面临的问题1 、压力 费用高、成功率低、风险大、回报下降第一节第一节 引言引言第一节第一节 引言引言2 2、新产品失败的原因：、新产品失败的原因： 产品质量、上市时机、无潜在需求、新产品与当前需求不匹配、营销不利等等。不适当的市场分析 32%产品有瑕疵 23%成本超过期望水平(成本过高) 14%营销策略不适当 13%上市时机不妥 10%竞争者的反应 8%第

12、一节第一节 引言引言3 3、开发动力：技术推动、市场牵引、同行竞争、开发动力：技术推动、市场牵引、同行竞争4 4、原则：技术与市场匹配、原则：技术与市场匹配5 5、新产品开发的关键：找到需求，用技术实现需求、新产品开发的关键：找到需求，用技术实现需求第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段产品构思总体设计产品开发结构设计技术设计工艺设计详细设计（工作图设计）第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段一、产品构思一、产品构思1 1、来源、来源: :（1）企业内部：公司经理、员工和研究开发部门。（2）企业外部：经销商、产品许可经营者和发明者。 参与部门参与部门 营销部门 识别目标

13、市场并预测产品需求 研发部门 开发技术并设计产品 运作部门 供应商的选择与制造流程的设计 财务、会计和信息系统部门 支持作用 2 2、构思模式：、构思模式： （1）市场导向型：来自市场未被满足的需求。 （2）技术推动型：来原于技术的推动。 （3）其它模式： 来源于竞争对手的产品和服务；供应商； 雇员；营销调研公司；大学、研究所或咨 询公司等。第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段二二 结构设计过程结构设计过程产品结构设计过程包括从明确设计任务开始，到确定产品的具体结构为止的一系列活动，是企业生产活动中的重要环节。设计阶段决定了产品的性能、质量、成本。产品设计一般分为总体设计、技术设

14、计、工作图设计三个阶段。 第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段二、结构设计过程二、结构设计过程总体设计总体设计 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的分析。技术设计技术设计 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，以总图、系统图、明细表、说明书等总括形式表现出来。工作图设计工作图设计 根据技术设计阶段确定的结构布置和主要尺寸，进一步作结构的细节设计，逐步修改和完善，绘制全套工作图样和编制必要的技术文件，为产品制造和装配提供确定的依据。结构设计

15、过程结构设计过程市场需求分析工作图设计结构设计优化设计三维几何造型计算机绘图有限元设计资料和图形库原型修改总体设计开始初步设计原型产品评估决策NNYYCAD利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段产品构思产品可行性研究产品功能设计产品制造设计产品设计审核产品最终测试产品进入市场及评估(源于市场需求及环境变化)(产品市场调查)(产品价值分析)(产品如何制造)(产品经济性)产品设计、产品设计、试制和定型试制和定型(产品是否满足需求)(产品是否成功)产品设计与开发过程示意产品设计与开发过程示意第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段

16、三、工艺设计过程三、工艺设计过程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。是结构设计过程和制造过程之间的桥梁。工艺过程的结果一方面反馈给产品设计用 以改进产品设计；另一方面作为生产的依据。工艺过程设计难度大，是技术系统中的瓶颈。第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段三、工艺设计过程三、工艺设计过程 工艺过程设计的程序包括：（一）产品图纸的工艺分析和审查 生产类型 工艺标准 零件尺寸 材料 技术力量等（二）拟定工艺方案 质量要求 材料设备利用率 劳动量和制造成本等（三）编制工艺规程、 工艺文件 指导工人

17、进行生产（四）工艺装备的设计与制造 工艺过程所需的工具 工艺设计的目的是：在顾客可接受的价格下生产出功能和结构两方面都满意的产品。 工艺过程设计工艺过程设计 工艺过程设计的程序包括工艺过程设计的程序包括决定加工毛坯（材料和尺寸）选定加工条件计算加工时间制定加工工艺选择机床决定加工工序内的操作顺序选择工装零件图第二节第二节 产品设计与开发阶段产品设计与开发阶段四、产品设计的原则和绩效评价四、产品设计的原则和绩效评价 产品设计和选择应遵循以下几条原则 为了使企业保持久的竞争力，必须不断向市场推出新的产品，为此，企业必须有效响应用户需求，并且能超过竞争对手。 产品的市场寿命是有限的，因此，抓住机会的

18、能力、快速开发出新产品、用很短的时间将产品推向市场，对一个企业而言是十分重要的。（一）设计用户需要的产品和服务（二）设计可制造性强的产品（方便生产）（三）设计鲁棒性强的产品和服务（稳定和可靠性强）（四）设计绿色环保产品（考虑环保要求）四四 产品设计的原则和绩效评价产品设计的原则和绩效评价绩效指标度 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发展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

19、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产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表表4 41 1：产品开发绩效评价指标：产品开发绩效评价指标 第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择一、生产流程分类一、生产流程分类. . 1、按产品进行的生产流程：也叫对象专业化形式对象专业化形式 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。汽车装配线 电视机装配线适用于大批量生产类型第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择2、按加工工艺内容的生产流程：工艺专业化形式工

20、艺专业化形式 以所要完成的加工工艺内容为依据来构成生产流程，而不管是何种产品或服务对象 设备与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。 适用于多品种中小批量或单件生产类型3、按项目进行的生产流程：项目型项目型 所有工序或作业环节都按一定秩序依次进行，有些工序可以并行作业，有些工序又必须顺序作业。 单件单项定制 如：拍电影、音乐会、盖大楼等 第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择二、产品二、产品流程矩阵流程矩阵生产流程顾客化低产量（）多品种小批量（）有限品种大批（）标准化大量生产（）柔性单位成本单件生产成批生产大量生产连续生产 产品结构单

21、一项目重型机器食品加工自动装配流水线化工、造纸制糖、面粉高低损失应变能力丧失高效率生产流程顾客化低产量（）多品种小批量（）有限品种大批（）标准化大量生产（）柔性单位成本单件生产成批生产大量生产连续生产 产品结构第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择三、影响生产流程设计的因素三、影响生产流程设计的因素（一）产品（一）产品/ /服务需求性质服务需求性质 从需求的品种、数量、季节波动性等方面考虑对生产能力的影响，从而决定选择哪种类型的生产流程。 （二）自制（二）自制外购决策外购决策 本企业的生产流程主要受自制件的影响。自制件种类越多，批量越大，对生产系统的能力和规模要求越高，不仅投资高，

22、生产准备周期也长。 只抓关键零件的生产和整机产品的装配。第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择三、影响生产流程设计的因素三、影响生产流程设计的因素 （三）生产柔性（三）生产柔性 品种柔性品种柔性 是指生产系统从生产一种产品快速地转换为生产另一种产品的能力。（多品种、中小批量生产情况下） 产量柔性产量柔性 是指生产系统快速增加或减少所生产产品产量的能力。（在产品需求量波动较大或产品不能依靠库存调节供需矛盾时） （四）产品（四）产品/ /服务质量水平服务质量水平（不同质量采用不同设备） （五）接触顾客的程度（五）接触顾客的程度 （根据顾客参与度高低来区别对待，如营业场所、服务的标准化等

23、）第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择四、生产流程选择决策四、生产流程选择决策对选择生产单位形式影响最大的是1、产品品种数 2、每种产品产量的多少图4-9品种产量变化与生产单位形式的关系随着A点到D点的变化，单位产品成本和产品品种柔性都是不断增加的第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择费用费用（万元）（万元）225111500 10 25对象式对象式工艺式工艺式成组式成组式不同生产方式过程方案的费用变化不同生产方式过程方案的费用变化费用费用（万元）（万元） 0 5 10 25 BE2 BE1 EP销售收入销售收入对象式对象式成组式成组式ab假定采用成组式方式时假定采用

24、成组式方式时1、BE1为盈亏平衡点，做出为亏损区，右侧为盈利区2、经营杠杆就是成本函数与销售收入之间的夹角。夹角小，经营杠杆的作用小，利润利润和亏损亏损的变化率也小。反之则越大。3、销售预测的不确定越高，经营杠杆作用大作用大的生产系统的风险越高。第三节第三节 生产流程设计与选择生产流程设计与选择经营杠杆的作用：预测所要生产的产品销售的不确定性很大时，则选用经营杠杆经营杠杆的作用：预测所要生产的产品销售的不确定性很大时，则选用经营杠杆作用小的作用小的生产方式为好生产方式为好经营杠杆经营杠杆一、串行的产品设计方法一、串行的产品设计方法 1 1、定义：、定义：产品开发各个步骤在各部门之间顺序顺序进行

25、。 2 2、流程：、流程：首先由熟悉顾客需求的市场人员提出产品构想，再由产品设计人员完成产品的精确定义之后，交制造工程师确定工艺工程计划，确定产品总费用和生产周期，质量控制人员做出相应的质量保证计划。 3 3、缺点：、缺点： （1）各下游开发部门所具有的知识难以加入早期设计。 （2）各部门对其他部门的需求和能力缺乏理解，目标和 评价标准的差异和矛盾降低了产品整体开发过程的 效率。第四节第四节 并行工程并行工程串行工程（原有研发方式）及其弊端：串行工程（原有研发方式）及其弊端：市场调查与分析市场调查与分析概念设计概念设计初步设计初步设计详细设计详细设计（串行工程图示）（串行工程图示）串行工程的弊

26、端：串行工程的弊端：（1）各下游部门知识难以加入早期设计；）各下游部门知识难以加入早期设计；（2）各部门衔接松散，容易脱节，形成局限性。）各部门衔接松散，容易脱节，形成局限性。第四节第四节 并行工程并行工程二、并行的产品设计方法二、并行的产品设计方法1 1、定义：、定义： 产品设计过程中各阶段领域专家共同共同参加的系统化产品设计方法。 其目的在于产品的设计和产品的可制造性、可维护性、质量控制等问题同时加以考虑，以减少产品早期设计阶段的盲目性，尽可能早地预防和避免产品设计阶段不合理因素而对产品生命周期后续阶段造成不良影响，缩短研制周期。2 2、主要思想：、主要思想： （1）设计时同时同时考虑产品

27、生命周期的所有因素 （2）产品设计过程中各活动并行交叉交叉进行 （3）不同领域不同领域技术人员全面参与和协同工作 （4）建立跨职能跨职能的产品开发小组并行工程及其做法：并行工程及其做法：市场调查与分析市场调查与分析概念设计概念设计初步设计初步设计详细设计详细设计（并行工程图示）并行工程的做法：并行工程的做法：（1）设计时考虑产品的全生命周期要求；（2）设计各阶段在合适的程度上交叉并行；（3）实现技术、资源、过程在设计中的集成；第四节第四节 并行工程并行工程并行的产品设计方法并行设计并行设计可制造性可装配性质量保证顾客满意可靠性环境保护功能产品设计时要考虑的因素表产品设计时要考虑的因素表过程需求

28、阶段设计阶段制造阶段营销阶段使用阶段终止阶段考虑因素顾客需求产品功能减低成本提高效率易制造易装配竞争力（低成本、标新立异）可靠性可维护性，操作简便环境保护第四节第四节 并行工程并行工程3 3、流程：、流程：当初步的需求规划确定后，以产品设计人员为主，其他专业领域的人员为辅，共同进行产品的概念设计。概念设计方案作为中间结果为所有开发人员共享，开发人员以此作为基础展开对应的概念设计，如工艺过程概念方按、后勤支持方案等。每一专业领域输出的中间结果既包括方案，又包括建议的修改意见。所有的中间结果经协调后，达成一致的认识，并根据此修改意见完善概念设计方案，然后逐步进入初步设计阶段、详细设计阶段。第四节第

29、四节 并行工程并行工程4 4、特点：、特点： （1）产品设计的各阶段是一个递阶渐进的连续过程，概念设 计、初步设计、详细设计等设计阶段的划分标志着产品 和设计的粒度和清晰度。 （2）产品设计过程和产品信息模型经历着从定性到定量、从 模糊到清晰渐进演化。 （3）产品设计过程和工艺设计过程不是顺序进行，而是并行 展开，同时进行。5 5、并行工程的主要内容：、并行工程的主要内容： （1）过程重构（并行） （2）组织重构（跨部门、跨专业） （3）构建技术支持环境（收集、积累技术等）第四节第四节 并行工程并行工程三、并行工程技术（略）三、并行工程技术（略） 1、虚拟设计虚拟设计：以计算机支持的仿真技术为

30、前提，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响，从而提高产品设计的一次成功率 2、产品数据管理：产品数据管理：以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术 3、推行产品系列化、零部件标准化、通用化推行产品系列化、零部件标准化、通用化 4、成组技术：、成组技术：把结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，从而扩大了批量、减少了品种、便于采用高效方法、提高了劳动生产率。 5、减少变化方案减少变化方案 四、并行工程的人员构成四、并行工程的人员构成 1、制造、装配、质量、营销人员2、顾客、供应商 3、

31、环保人员 第四节第四节 并行工程并行工程开发小组开发小组制造人员制造人员质量人员质量人员营销人员营销人员装配人员装配人员环保人员环保人员供应商供应商顾客顾客设计人员设计人员并行工程产品开发团队小组成员构成并行工程产品开发团队小组成员构成下游人员参与产品的早期设计顾客供应商的参与减少不确定性资源再利用与环境保护本章小结本章小结了解研究与开发的分类与特征、掌握新产品与服务设计中以客户需求为导向进行产品或服务、设计的思想、方法和过程。设计出适合顾客需要的产品，不仅仅是工艺技术设计，现代企业更强调工业设计。(就是按市场需求，同时考虑生产工艺性能、经济价值等一系列因素开展产品设计。)掌握生产流程设计过程、分类及生产流程选择；(并行工程概念、设计方法、技术、和组织。)思考题思考题教材P127-128，第3、4、11、15题。