产品开发、工艺设计和技术选择
第一节 产品研究与开发管理
第二节 生产流程设计与选择
第三节 并行工程：产品开发组织的新方法
第四节 计算机技术在产品设计中的运用
第一节 产品研究与开发管理
一、研究与开发的分类特征
二、产品开发过程
三、产品开发决策
四、产品设计
五、工艺设计
六、试制和鉴定
一、研究与开发的分类和特征
1、基础研究（fundamental research）：进行的是探索新的规律、创建
基础性研究知识的工作；
例：研究气流中的压力条件与固体浮力条件。
2、应用研究(applied research)：将基础理论研究中开发的新知识、新
理论应用于具体领域；
例：为获得建造导弹和飞机所需的空气动力学数据，进行气流中
压力条件和固体浮力的研究。
3、技术开发研究(development)：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。
例：飞机样机机身的开发工作。
二、产品开发过程
产品开发是企业根据其生产战略及市场需求，研制新产品、进行产品设计和工艺设计的活动，是企业生产活动的前提。产品开发与设计属R&D范畴。其主要内容：
反馈
反馈
产品开发风险较大，一般成功率只有20%左右。
产品开
发决策
产品
设计
工艺
设计
试制
鉴定
正式
生产
三、产品开发的决策
（一）产品开发的概念
1、新产品的概念和种类
（1）新产品的概念：指在原理、用途、性能、结构、材料等方面
具有新的改进的产品。
（2）特点：① 具有新的原理、构思和设计；② 采用新的材料或元
器件；③ 具有新的性能特点。
（3）分类，新产品按创新和改进程度可分为：
①全新产品：指采用新的原理开发的产品。应用新理论、新技术、
新专利等研制的产品，如第一台黑白电视机。
②换代新产品：设计原理不变，部分采用新技术、新结构或新材料，
如彩电相对于黑白电视机。
③改进新产品：对老产品采用技术措施改进开发，其性能、外观、
式样有一定改进和提高的产品，如彩电的不同系列、不同规格型号。
2、产品开发的概念
（1）概念：企业在开发新产品、改造老产品、采用新技术和改变
生产组织时所进行的一系列技术活动。
（2）企业的研究开发分类：
① 产品开发（产品革新）：开发新产品和改造老产品，是企业技
术开发的 “龙头”；
② 生产方法开发（工艺革新）：发明新的加工方法或操作方法等；
③ 生产手段开发（生产设备、设施革新）：对企业的技术设备和生产设施的改造。
一般工艺革新、生产设备、设施革新虽革新程度不大，但积累后经济效益显著。因此，在企业的研究开发中应注意产品革新与工艺革新、生产设备和设施革新的均衡比例关系。
我国企业常重视产品革新，忽视工艺革新，“以产品为龙头”是我国企业历来推进技术创新的传统观念。
表2-1 108个技术创新项目的分析
创新类型 项目数 比重（%） 比例
产品创新 79 73% 3
工艺创新
——软件 16 14% 1
——硬件 15 13%
来源：浙大管理科学研究所，调研报告，1992
产品创新与工艺创新的不平衡情况在发达国家也同样存在。
表2-2 主要国家产品创新与工艺创新投入比
国别 产品创新投入 工艺创新投入
美国企业 2 ： 1
日本企业 1 ： 2
德国企业 1 ： 4
来源：MIT生产率促进委员会，载于Made in America
（二）调查研究与预测分析
主要调查市场与技术两个方面。
（三）产品开发的构思创意及其筛选
1、构思创意主要来自以下3个方面：
① 用户；（通过各种渠道了解和掌握用户的需求信息）
② 本企业职工；
③ 专业科技人员。
2、构思创意方法：收集法、问题分析法、功能分析法、系统方
法、创造性方法。
3、构思创意的两种模式
（1）技术推动型：根据科研人员的发明成果提出产品构想。
成果 成果
优点：技术突破可能性大； 不足：产品针对性差、风险大。
（2）需求拉动型：根据市场用户需求吸引出新产品构想。
要求 要求
成果 成果
优点：产品针对性强、风险小； 不足：技术突破可能性小。
科学
研究
构思
创意
产品
开发
产品
制造
销售
市场
（顾客）
科学
研究
构思
创意
产品
开发
产品
制造
销售
市场
（顾客）
（四）产品寿命周期分析
产品销量
引入 成长 成熟 衰退
销售收入曲线
利润曲线
时间
设计开发 工艺改进 工艺成熟
成本发生 成本补偿
产品寿命周期主要受四种因素的影响，即技术进步的推动、消费者需求和偏好的变化、市场竞争的压力和企业追求经济利益的驱动。
企业要保持良好的经营状况，要“生产第一代，试制第二代、研制
第三代、构思第四代新产品”，使企业不断地有新产品投放市场。
（五）产品开发的时机选择
销 第一代 第二代 B3 第三代
售 B1 B2 C2 C3 D3
额 C1 D1 D2 E2 E3
E1
0 时间
1、图反映了产品更新换代规律的曲线，能显示出企业开发新产品的有利时机。
第二代新产品的寿命周期曲线与第一代新产品寿命周期曲线的交点D1点应在C1点和E1点之间，即第二代新产品应在第一代新产品的成熟期之后衰退期尚未结束之前进入成长期。
2、全新产品的开发时机不同于改进新产品，研制难度大，投资大，风险大，开发时机取决于市场需求和企业开发的条件。
（六） 产品开发策略选择
1、领先型开发策略
（1）特点：追求产品技术的先进性和最终用途的新颖性，把技术重大突破作为开发工作的中心；
（2）优点：能使企业争取技术优势和垄断利润；
（3）条件：要求企业具有独立的研究和开发机构、较强的 技术研究开发能力和雄厚的资金；
（4）不足：风险大。
2、追随型开发策略
（1）特点：当市场上出现成功的新产品后，立即进行研究开发，对产
品进行改进，并迅速推向市场；
（2）优点：投资的风险小，能通过改进新产品而后来居上；
（3）条件：第一，企业要有较强的获取技术情报的能力；第二，要
有较强的研究与开发条件以及消化、吸收和创新的能力；
（4）不足：容易受到专利的限制以及市场局限性的制约；
四、产品设计
产品设计直接影响着产品的质量、成本、生产周期、工艺设计、
物资采购等一系列技术活动和生产活动。
（一）产品设计的要求
1、技术上先进，技术方面包括产品的性能、质量、结构工艺性、使用
寿命、安全可靠性等；
2、经济上合理，经济方面包括产品的成本、制造、装配、操作、维
修的效率；
在产品设计中要尽可能产品系列化、零部件通用化、标准化，提
高结构的继承性。
（二）产品设计程序
一般为编制技术任务书、方案设计、技术设计和工作图设计。
1、编制技术任务书。技术任务书是产品设计的指导文件，是在新产品
方案论证基础上编制的。
2、方案设计。产品设计的选型阶段，主要任务是确定产品的基本功能、
性能、结构和参数，一般包括产品的功能和使用范围、产品的总
体方案设计和外观造型设计、产品型号、尺寸、性能参数指标等
等。
3、技术设计。产品设计的定型阶段，主要任务是将方案设计中确定的
基本结构和主要技术参数进一步具体化，根据技术任务书中的基
本要求，进一步确定 产品结构和技术经济指标，以总图、系统图、
明细表等表现出来。
4、工作图设计。产品设计的定型阶段，主要任务是将方案设计中确定
的基本结构和主要技术参数进一步具体化，根据技术任务书中的
基本要求，进一步确定产品结构和技术经济指标，以总图、系统
图、明细表等表现出来。
五、工艺设计
1、产品图纸的工艺分析和审查
主要内容包括：产品的结构是否与生产类型相适应；零部件标准化、
通用化程度；图纸设计是否充分利用已有的工艺标准；零件的形状尺寸
和配合是否合适；所选用的材料是否合适；产品的零件制造与装配是否
方便；零部件在企业现有设备、技术力量等条件下的加工可能性。
2、拟定工艺方案
3、编制工艺规程
4、工艺装备的设计和制造
工艺装备是工具、夹具、量具、模具和工位器具的总称。
六、试制和鉴定
在成批和大量生产中，试制一般分为样品试制和小批试制两个阶段；
在单件和小批生产中，试制一般只有样品试制一个阶段。
第二节 生产流程设计与选择
一、生产流程分类
二、产品—流程矩阵
三、影响生产流程设计的主要因素
四、生产流程决策
一、生产流程分类
二、产品—流程矩阵（Product-process matrix）
海耶思（Hayes）和费而赖特(Wheelwright)建立了产品—生产过程矩
阵，将各种组合策略和企业绩效指标联系起来，供生产系统定位之用。
利用此矩阵图可形象地进行生产系统定位分析。
第一，可从理论上分析某类行业和企业的“理论定位”；
第二，可用来规划整个产品生命周期内生产系统定位的变化轨迹；
第三，可用来分析和发现新的“理论定位”。
三、影响生产流程设计的主要因素
1、产品/服务需求性质
2、自制—外购决策
3、生产柔性
4、产品/服务质量水平
5、接触顾客的程度
四、生产流程选择决策
1、平衡点分析
TC = F + V
=F +QC
2、经营杠杆（Operating leverage）分析
经营杠杆在选择生产系统方式时的作用有：
1、当产品产量达到一定水平（大于生产费用平衡点产量）后，如图
中的P点，经营杠杆作用越大，从生产系统获得的长期收益越大。
2、如果产量没有达到盈亏平衡点（如图中的E2点），经营杠杆作用
越大，则长期损失越大。
3、经营杠杆作用越大，未来预期利润的不确定性也越大。
4、销售预测的不确定性越高，经营杠杆作用大的生产系统产生损失
的风险越高。
第三节 并行工程—产品开发组织的新方法
一、串行的产品设计方法
二、并行的产品设计方法
三、并行工程的人员组成
四、并行工程技术
时间
产品开发流程
市场研究
产品设计
工艺设计
试制鉴定
一、串行的产品开发方法
缺点：
（1）开发周期长；
（2）返工、修改次数多。
时间
产品开发流程
市场研究
产品设计
工艺设计
试制鉴定
二、并行的产品开发方法
并行工程的主要思想有：
1、设计时同时考虑产品生命周期的所有因素（可靠性、可制造性），
作为设计结果，同时产生产品设计规格和相应的制造工艺和生产准备文件；
2、产品设计过程中各活动并行相互交叉；
3、与产品生命周期有关的不同领域技术人员的全面参与和协同工作，
实现生命周期中所有因素在设计阶段的集成。
三、并行工程（concurrent engineering）的人员组织
从产品开发的初始阶段开始，就由开发设计人员、工艺技术人员、质量控制人员、营销人员，有时甚至包括协作厂家、用户代表联合工作，各项工作同时并行，如图所示。
并行工程
（圆桌）
制造人员
制
造
小
组
市场人员
设备人员
财务人员
设计人员
分析人员
其他人员
信息人员
顾
客
供
应
商
并行工程的目的并不是单纯的缩短开发周期，而是包括质量和成本。缩短开发周期的主要方法是并行工作（parallel processing），而提高质量和降低成本的主要方法是开发初期的资源集中（front loading）。
四、并行工程技术
1、虚拟设计
2、产品数据管理（Product data management, PDM）
3、产品系列化、零部件标准化、通用化
4、成组技术（Group technology,GT）
GT是二战后由前苏联的米特罗·范诺夫提出，首先用在零件加工中，
后来推广到产品设计和生产组织中。
5、减少变化方案（Variety reduction program,VRP）
在90年代后期，日本学者Toshio Suzue和Akira Kohdate提出的变化减
少方案是一种面向多品种生产的有效方法。
其核心思想是变产品的多品种为零部件的少变化，从而达到简化生产
和管理，降低成本的目的。
它提出了“变化是成本增加的根源”，创造性地将产品成本分“功能成
本”、“变化成本”和“控制成本”加以考虑，通过寻求三种成本间的均衡来
达到控制产品成本、生产多样化产品的目的。
VRP的五项技术：
1）固定/可变技术；
2）模块化技术；
3）功能复合和集成技术；
4）范围划分技术；
5）趋势分析技术。
第四节 计算机技术在产品设计中的应用
一、CAD/CAPP系统
CAD（Computer-aided design）
CAPP（Computer-aided process planning,计算机辅助工艺设计）
CAM（Computer-aided manufacturing）
二、计算机支撑技术
三、拟实产品开发（Virtual-reality product development,VPD）
