生产运作与管理第3章产品、服务设计和技术选择.ppt

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生产与运作管理 Production &Operation Management The School of Management HUST 第三章 产品/服务设计和技术选择 引言 产品研究与开发管理 生产流程设计与选择 并行工程：产品开发组织的新方法 计算机技术在产品设计中的运用 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 引言 经济发展、技术进步和需求多样化 ，要求 企业能对不断变化的市场做出快速反应， 源源不断地开发出满足用户需求的、定制 的“个性化产品”去占领市场以赢得竞争， 市场竞争也主要围绕新产品的竞争而展开。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 21世纪企业面临环境的主要特征  信息爆炸的压力  技术进步越来越快  高新技术的使用范围越来越大  市场和劳务竞争全球化  产品研制开发的难度越来越大  可持续发展的要求  全球性技术支持和售后服务  用户的要求越来越苛刻 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 现代企业的研究与开发 研究与开发的分类和特征 基础研究 应用研究 技术开发 目的 寻求真理,扩广知识 探讨新知识应用的可能性 将研究成果应用于生产实践 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 探求基础研究应用的可能性 运用基础研究,应用研究成果从事 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 成功率低 成功率较高 成功率大 经费 较少 费用较大,控制松 费用大,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, 动手能力强的技术专家 管理 原则 尊重科学家意见,支持 个人成果,采用同行评议 尊重集体意见,支持研究组织 在适当事作出评价 尊重和支持团体合作 计划 自由度大,没有严格的指 标和期限 弹性,有战略方向,期限较长 硬性,有明确目标,较短期限 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 新产品开发面临的压力  新产品开发面临着费用高、成功率低、风 险大、回报下降等压力 。  格雷格 A. 史蒂文斯（Greg A. Stevens） 和詹姆斯·伯利（James Burley）调查统 计后提出：3 000个新产品的原始想法，只 有1个能成功。  阿尔巴拉（Albala）在总结以往研究的基础 上，指出新产品开发的死亡率为%。 初期项目中只有2%可以进入市场 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著  新产品失败可归纳为三个关键原因 ： （1）没有潜在的用户和需求 （2）新产品与当前的需求不匹配 （3）营销工作不得力  新产品开发的动力 ： （1）技术推动 （2）市场牵引 （3）同行竞争  了解和确定人们的需求，将这种需求用技 术实现，提高产品在研究与开发过程中的 管理水平，是新产品开发的关键。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 产品研究与开发管理 产品开发过程 一般产品开发过程由以下阶段构成:  需求分析  产品构思  可行性论证  结构设计（总体设计、技术设计、详细设计）  工艺设计 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 需求分析 结构设计 协调 工艺设计 协调 输 入 产品功能 中间结果 协调结果 产品规格 干预指令 协调结果 工艺计划 中间结果 中间结果 干预指令 产品设计过程描述 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 产品开发对生产过程成本的影响 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，决定 了70%的成本。根据管理学中ABC分类思 想，企业技术活动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。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 技术活动的过程 技术分系统是企业系统中的一个重要的组 成部分，技术活动包括新产品开发中的产 品设计阶段的结构设计和工艺设计活动。 产品设计阶段的活动，是一个从产品的构 思到产品结构、产品制造工艺的信息转换 过程。它可以形象地描述为信息在顾客域、 功能域、物理域之间连续的变换过程。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 需求 环境 功能需求 设计参数 结构设计过程 工艺需求 工艺变量 工艺设计过程 生产指令 生产过程 顾客域 功能域 物理域 制造域 生产活动 技 术 活 动 技术活动过程分析 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 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。  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、技术设计、 工作图设计三个阶段。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 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 N N Y Y CAD 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著  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、进行 产品设计方案的经济效果的分析。  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 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。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 工艺设计过程的基本内容  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。  工艺设计过程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；另一方法作为生产的依 据。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 工艺过程设计的内容  产品图纸的工艺分析和审查  拟订工艺方案  编制工艺规程  工艺装备的设计与制造 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 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 产品设计的原则和绩效评价  产品设计和选择应该遵循的原则： 设计用户需要的产品（服务） 设计可制造性（Manufacturability）强的产 品 设计鲁棒性（Robustness）强的产品 设计绿色产品（考虑环保要求） 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 产品开发绩效评价指标 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 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 生产流程设计与选择 生产流程分类  按产品（product-focused）进行的生产 流程，又叫对象专业化形式。  按加工路线（process-focused）进行的 生产流程，又叫工艺专业化形式。  按项目（project）进行的生产流程 。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 不同生产流程的特征比较 特征标记 对象专业化 工艺专业化 项目型 产品 订货类型 产品流程 产品变化程度 市场类型 产量 批量较大 流水型 低 大批量 高 成批生产 跳跃型 高 顾客化生产 中等 单件、单项定制 无 很高 单一化生产 单件生产 劳动者 技能要求 任务类型 工资 低 重复性 低 高 没有固定形式 高 高 没有固定形式 高 资本 投资 库存 设备 高 低 专用设备 中等 高 通用设备 低 中等 通用设备 目标 柔性 成本 质量 按期交货程度 低 低 均匀一致 高 中等 中等 变化更多 中等 高 高 变化更多 低 计划与控制 生产控制 质量控制 库存控制 容易 容易 容易 困难 困难 困难 困难 困难 困难 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 产品－流程矩阵 生产流程 产 品 顾客化 多品种 品种较多 标准化大量生 （低产量） （中低产量） （中批生产） （大量生产） 高 柔性 单位 成本 低 项目型生产 单件生产 成批生产 大量生产 连续生产 航空航天 工业装备 机床工具 特殊化工产品/药品 电子电器 汽车轮胎和橡胶 钢铁产品 普通化工产品/药品 造纸 容器制造 酿酒 石油 钢铁 林产品 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 影响生产流程设计的主要因素  产品/服务需求性质  自制-外购决策  生产柔性  产品/服务质量水平  接触顾客的程度 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 生产流程选择决策  品种-产量变化与生产单位形式的关系 对象专业化形式 大量生产 对象专业化形式 批量生产 成组生产单元 工艺专业化形式 批 量 品种生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著  以图中的数字为例，生产同一种产品的对象式系统投资额为 225万元，成组生产单元为111万元，工艺式为50万元。当产 量在10万件以下时，选择工艺式最经济，当产量在10万～25 万件之间时，成组生产单元最经济，当产量在25万件以上时， 对象式最经济。当然还有一种选择，如果以上几种方案都不能 得到满意的投资回报时，则应放弃该产品的生产。 工艺式 成组生产单元 对象（产品）式费用 产量 100000 250000 50000 1110000 2250000 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 并行工程：产品开发组织的新方法 需求 结构设计 工艺设计 制造 并行过程 串行过程 产品开发的两种方式 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著  串行设计：从需求分析、产品结构设计、 工艺设计一直到加工制造和装配是一步步 在各部门之间顺序进行。  产品开发工作流程： 市场人员提产品构想 质量控制人员作 质量保证计划 确定产品总费 用和生产周期 制造工程师确定工艺工程设计人员完成产品定义 串行的产品设计方法 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 关于串行产品开发过程  存在的首要问题是以部门为基础的组织机 构严重地妨碍了产品开发的速度和质量。  存在的问题主要有：  各下游开发部门所具有的知识难以加入早 期设计，加入设计的阶段越早，降低费用的 机会越大。  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。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 并行的产品设计方法  并行工程是对产品及其相关过程，包括制造过程和支持 过程，进行并行、一体化设计的一种系统化方法。  该方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产品全生命 周期从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成 本、进度和用户需求。 过程 需求阶段 设计 阶段 制造 阶段 营销 阶段 使用 阶段 终止 阶段 考虑 的因素 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 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 并行工程  并行工程是一种强调各阶段领域专家共同参加的系统化 产品设计方法，其目的在于将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，进可能早地避免不合理因素的 影响，缩短研制周期。 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 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 并行工程的主要思想  设计时同时考虑产品生命周期的所有因素。 设计结果产生产品设计规格和相应的制造工艺 和生产准备文件。  设计过程中各活动并行交叉进行。  不同领域技术人员的全面参与和协同工作。  高效率的组织机构。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 并行产品开发流程特点  产品设计的各阶段是一个递阶渐进的连续 过程，注意粒度和清晰度  产品设计过程和产品信息模型经历从定性 到定量、从模糊到清晰的演化  产品设计过程和工艺设计过程是并行展开， 同时进行。 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 概念设计 初步设计 详细设计 产品详 细方案 工艺初 步方案 产品初 步方案 工艺详 细方案 结构概 念方案 工艺概 念方案 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 并行工程技术 1. 虚拟设计  面向并行工程的DFx设计模式体现了开发 的集成过程  PDM发展成为CAD/CAPP/CAM系统的集 成平台  Internet使设计集成的范围更加广泛  STEP 标准作为设计开发集成的标准接口 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 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） 5. 减少变化的方案（Variety Reduction Program，VRP） 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著  应用并行工程的思想，在产品设计的不同 阶段采取不同的措施，如下表所示，可以 减少产品设计中出现的错误的概率，节省 了修补失误所消耗的时间，从而降低了开 发周期，提高响应速度。 需求 阶段 设计阶段 制造 阶段 营销 阶段 使用 阶段 终止 阶段 采取 的措 施 顾客参与质 量功能部署 CAD/CAPP VRP、GT DFM DFA 价值工 程CE 工业工 程IE 绿色 制造 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 并行工程的人员构成 开发小组 质量人员 环保人员 供应商 顾客营销人员 设计人员 制造人员 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著 计算机技术在产品设计中的运用  CAD/CAPP系统  计算机支撑技术 （多媒体、网络与通信、 分布式处理等 ）  产品生命周期管理（product lifecycle management，PLM） 生产与运作管理》陈荣秋、马士华编著