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第3章 产品开发和技术选择
学习本章后，你将能够
• 了解：
– 新产品/服务开发的重要性
• 熟悉：
– 新产品的分类
– 产品设计和开发阶段
– 产品开发组织的新方法--并行工程
• 掌握:
– 生产流程的设计与选择
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第四章 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—产品开发组织的新方法
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第一节 引 言
• 一、21世纪企业产品/服务设计的背景特征
– 新产品/服务开发是实现企业竞争战略的需要
– 技术进步越来越快
– 用户的要求越来越苛刻
– 产品研制开发的难度越来越大
– 可持续发展的要求
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二、新产品/服务开发的重要性
• 有利于增强企业的市场竞争力
• 有利于扩大市场份额
• 适应个性化定制生产的需要
• 产品更新换代的需要
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产品开发对生产过程成本的影响
• 产品开发的时间构成：
产品开发时间 100%
设计时间 55%
制造22%
装配23%
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产品开发对生产过程成本的影响 (续)
• 产品寿命周期的缩短：
AT&T:电话2年 1年 HP公司：打印机 年 22个月
0 5 10 15 20 25
行业
化妆品
玩具
机床
食品
药品
50年前
现在
时间
(年)
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产品开发对生产过程成本的影响 (续)
• 产品成本的决定:
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
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产品开发对生产过程成本的影响 (续)
• 产品决策成本和消耗成本：
成本%
100
80
60
40
20
产品生命周期产品设计 过程设计 制造 装配与维护
设计阶段 原型制造阶段
O
决策成本
消耗成本
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产品开发对生产过程成本的影响 (续)
• 在不同产品开发阶段改变设计对成本的影响：
改变设计引
起的成本
新产品开发阶段
概念设计 设计开发 设计使用 制造装配
O
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产品开发对生产过程成本的影响 (续)
• 在不同产品开发阶段工程更改成本：
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三、现代企业研究与开发
• 研究与开发的分类
研究与开发(Research and Development，简称R&D)
– 基础研究：是探索新的规律、创建基础性知识的工作
– 应用研究：是将基础理论研究中开发的新知识、新理
论应用于具体领域。
– 技术研究：是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。
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三种类型研究的比较
基础研究 应用研究 技术开发研究
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
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
研究组织在适当时候
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
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新产品的分类
• 现代的产品定义——包括一切顾客乐于接受而又能满足其需求和
欲望的属性，是指一种物质的实体、一种服务、一种意识（或价
值观念），或者是三者的某种有机结合。
• 产品的三层次理论——
– 产品核心层: 产品的功能、效用
– 产品有形层: 产品的外部、内在质量
– 产品延伸层: 供应产品伴随提供的服务
• 新产品：指在性能、结构、材质和技术特征等一方面或多方面比
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
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新产品的分类 (续)
• 改进型产品
–改进原有产品性能、功能，提高质量，增加规格型
号，改变款式、花色而制造出来的新产品。
• 换代产品
–在原来产品基础上，基本原理不变，部分采用新技
术、新结构、新材料、新元件制造的使产品功能、
性能或经济指标有显著改进的新产品。
• 创新产品
–采用新技术、新发明生产的具有新原理、新技术、
新结构、新工艺、新材料等特征的新产品。
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新产品的动力模式
• 技术推动型，是从最初的科学探索出发开发新
产品。以技术→生产→市场的模式出现， “将
研究结果推向市场”。
– 例如，盘尼西林就是首先在进行结核菌的培养过程
中发现，进而开发成产品的。
• 市场导向型，是从市场需求出发进行新产品开
发。以市场→研究与开发→生产→市场的模式
出现， 即“把市场需求带入研究”。
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新产品的开发策略
• 1. 从消费者需求出发
– 消费者需求可分为两种，
• 一种是眼前的现实的需求，即对市场上已有产品的需求，
• 另一种是潜在的需求。
• 2. 从挖掘产品功能出发
– 赋予老产品以新的功能、用途。例如，调光台灯。
• 3. 从提高新产品竞争力出发
– 除产品的质量、功能以及市场的客观需求外，也可
采取一些策略来提高新产品的竞争力。例如，抢先
策略；紧跟策略；最低成本策略。
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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
–工业新产品开发约有25%不成功，消费新产品约30-35%不成功
–美国一家咨询公司报告：1/4新产品设想通过可行性分析，其
中1/2被经济评估证明有价值，又只有1/3进入试验阶段，1/2
进入商品化阶段，经试销3/4是成功，汇总起来，成功只占最
初设想的1/64
• 新产品失败的三大关键原因：
–没有潜在用户和需求
–新产品与当前的需求不匹配
–在营销方面，特别是在将产品介绍给顾客的相互沟通方面的
工作不得力
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第二节 产品设计与开发阶段
• 产品设计关注点：
– 顾客满意
– 设计、生产或运作以及营销部门必须紧密合作
• 产品设计的基本要求
– 设计出具有先进技术水平的新产品
– 保证新产品在制造时有良好的经济效果
– 提高其标准化、系列化和通用化水平
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新产品设计的程序和内容
• 设计的程序一般分为三个阶段，称为“
三段设计” :
–编制设计任务书
–技术设计
–工作图设计
• 是从总布置、零部件结构，到工作图纸
完成，逐步加以具体化，前一阶段是后
一阶段的基础。
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新产品设计的程序和内容
• 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。
– 主要任务是对新产品进行选型，确定最佳设计方案，合理选
择新产品的类型、 结构和设计原则，确定产品用途、技术要
求及基本结构。
– 主要内容包括：
• （1）产品的用途与使用范围；
• （2）设计、试制新产品的理由及根据；
• （3）产品的技术性能、基本结构、特点和技术参数；
• （4）国内外同类型产品的结构、质量、成本价格等技术经济指
标的比较与分析 资料；
• （5）可行性分析，包括人员及设备能力，关键技术及解决办法。
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新产品设计的程序和内容
• 技术设计
– 是设计、工艺和供应工作的结合点，任务是根据设计任务书，确
定新产品的具体结构、技术条件、技术经济指标和零部件结构、
尺寸等。
– 主要内容包括：
• （1）确定总体和部件的结构、尺寸、配合关系和技术条件；
• （2 ）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；
• （3）提出设计计算说明书，包括结构强度、刚度计算和经济分析；
• （4 ）确定详细的技术经济指标、制造、验收条件和产品试制程序；
• （5）提出特殊外购件、协作件及特殊材料明细表；
• （6）采用新结构、新技术、新材料试验鉴定报告。
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新产品设计的程序和内容
• 工作图设计
– 是产品的设计最后阶段，任务是设计和绘制施工所需
要的全套文件和使用的技术文件。
– 具体内容包括：
• （1）绘制图纸：零件图、部件图、总图、包装图以及安装图。
• （2 ）编制明细表：零件、通用件、标准件、外购件、材料、
备品等明细表。
• （3）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。
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产品设计的基本要求
• 标准化：对产品的类型、性能、材质、形状、尺寸、
精度、试验方法、验收及包装要求等规定统一标准并
加以贯彻执行
• 系列化：根据实际需要，通过技术经济分析，在缩减
同类产品种类和发展先进结构基础上把产品划分为若
干种品种规格，以减少的品种规格来满足社会多方面
需要
• 通用化：生产多种产品的企业将各种零部件尺寸、型
式进行合并简化，使加工出的零部件能够在不同类型
和同一类型不同规格的产品中相互通用
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产品设计的基本要求
• 标准化
– 国家标准（代号“GB”）、专业标准（代号
“ZB”）、和企业标准。国际上一般通用的如国际
标准化组织（ISO 。
– 标准化对设计工作来说，主要是指产品标准和零部
件标准。
• 产品标准是为产品型式、尺寸、主要性能参数、质量指标、
检验方法以至包装、贮存、运输、使用、维修等方面制订
的标准。
• 零部件标准是对通用程度 高，或需要量大的零部件规定的
标准。分两种：一种是使用面广，通用度高 的如紧固件、
轴承等，由国家或部门组织制订标准，为标准件；一种是
对在企业内通用度高、需要量大的零部件，规定出标准，
是企业标准件或称“厂标件”。
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产品设计的基本要求
• 系列化
–是标准化的高级形式，将产品的主要参数、型式、尺寸、基
本结构等作出合理的安排与计划，以协调同类产品和配套产
品之间的关系。内容一般可分为：
– （1）制订产品基本参数系列
• 产品的基本参数是基本性能或基本技术特性的标志，是选择或确
定产品功能 范围、规格、尺寸的基本依据。
– （2 ）编制产品系列型谱
• 对基本参数系列限定的产品进行型式规划，把基型产品与变型产
品的关系以及品种发展的总趋势用图表反映出来，形成一个简明
的品种系统表。
– （3）产品的系列设计
• 在系列内选择基型，对基型产品进行技术设计或施工设计。横
向扩展，设计全系列各种规格。纵向扩展，设计变型系列。
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产品设计的基本要求
• 通用化
–（1）含义 所谓通用化是指同一类型不同规格或不同类型
的产品和装备中，用途相同、结构相近似的零部件，经过统
一以后，可以彼此互换的标准化形式。
• 以互换性为前提，有两层含义，即尺寸互换性和功能互换性。
–（2 ）目的 就是使零部件的尺寸、功能相同，可以互换代
替，使通用零部件的设计以及工艺设计、工装设计与制造的
工作量都得到节约，还能简化管理、缩短设计试制周期。
–（3）一般方法 找出具有共性的零部件，先把这些零部件作
为通用件，以后根据情况有的还可以发展成为标准件。
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产品开发过程
• 参与部门
– 营销部门 识别目标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
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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）
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产品设计需要考虑的因素
• 标准化程度
标准化的优缺点
优缺点 内 容
优点 1．在存货和制造中需要处理的零件种类更少
2．减少培训成本和时间
3．采购、处理及检查程序更加常规化
4．可按照清单订购产品
5．产品能长期并自动化生产
6．所需零件的减少证明执行设计和改善质量控制程序时
所花的成本是合算的
缺点 1．可能在设计仍有许多缺陷时就固化设计
2．变动设计的高成本增加了改善设计的难度
3．产品缺乏多样性导致对顾客的吸引力降低
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产品设计需要考虑的因素 (续)
• 大规模定制
– 策略
• 延迟差异化
• 模块化设计
• 可靠性：产品是否能够像产品的说明书中表明的那样
执行预期的功能
– 限制因素
• 载荷量、温度、湿度范围、运行程序和维修计划……
– 提高可靠性的方法
1．改善零件设计
2．提高生产和装配技术
3．改进检测
4．利用备用部件
5．改善防护维修程序
6．提高用户受教育程度
7．改善系统设计
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第三节 生产流程设计与选择
• 生产流程的分类
– 按产品(Product-focused)进行的生产流程
• 又称流水线(Flow line)生产或对象专业化生产，适用于大
批量生产类型
• Eg:离散型制造企业的汽车装配线、电视机装配线
• 连续型制造企业一般都是按产品组织的生产流程。
• 关键问题是生产线的平衡
工作流程
原材料或顾客
制成品工作地1 工作地2 工作地3
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生产流程的分类 (续)
• 按加工路线(Process-focused)进行的生产流程
– 每种产品的工艺路线都可能不同
– 又称为工艺专业化生产，适用于多品种中小批或单
件生产类型
• 按项目(Project)进行的生产流程
– 并行作业与顺序作业交叉进行，适用于单项目组织
生产
– Eg：拍一部电影、组织一场音乐会、盖一座大楼
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产品—流程矩阵(Product-process matrix)
• 产品—流程矩阵最初由哈耶(Hayes)和韦瑞特(Wheelwright)提出来的
柔性
单位成本
连续生产
大量生产
成批生产
单件生产
大批量标准
化（Ⅳ）
有限品种大
批（Ⅲ）
多品种小批
量（Ⅱ）
单件非标准
化（Ⅰ）
产品结构
生产流程
单一项目
重型机器
中型机器
食品加工
自动装配
汽车
化工、造纸
制糖、面粉
高
低
损失应变
能力
丧失高
效率
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影响生产流程设计的主要因素
• 产品/服务的需求性质
• 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
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生产流程选择决策
对象专业
化形式，
大量生产
对象专业化形
式，大量生产
成组生产单元
工艺专业化形式
批量
品种
A
B
C
D
O
定性分析示意图
品种－产量变化与生产单位形式的关系
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生产流程选择决策 (续)
生产流程选择、产量和费用之间的关系
产量（万件）
工艺式
费用
（万元）
225
111
50
0 10 25
对象式
成组式
从经济上分
析
固定
费用
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生产流程选择决策 (续)
经营杠杆（0perating leverage)
产量（万件）
销售收入
费用
（万元）
EP2
对象式
成组生产单元
0 EP EP1
β
α
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第四节 并行工程—产品
开发组织的新方法
• 一、串行的产品设计方法
需求 概念设计结构工艺设计装配设计检验设计 试制
弊病：
•各下游部门所具有的知识难以加入早期设计。
•各部门之间难沟通；设计改动量大；
•各部门对其他部门能力和需求缺乏理解，目标和
评价的差异和矛盾,降低了产品整体开发过程的效
率。
•产品开发周期长；产品成本高。
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二、并行的产品设计方法
• 并行工程是一种产品开发各阶段人员共同参与，采用
并行、一体化方法处理产品设计及其相关的工艺过程，
包括制造过程和支持过程活动的系统化产品设计方法。
需求
概念设计
结构工艺设计
装配设计
检验设计
试制
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产品设计不同阶段具有不同的考虑因素和
相应的措施
需求阶段 设计阶段 营销阶段制造阶段 使用阶段 终止阶段
绿色
制造
工业工程价值工程
DFM
DFA
CAD
GT等顾客参与措施
环境
保护
可靠性
操作简单
竞争力
标新立异
易制造
易装配
降低成本
提高效率
顾客需求
产品功能
考虑
因素
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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
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并行工程的产品开发流程及其特点
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。
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并行工程技术
虚拟设计
产品数据管理(Product data management ,
PDM)
产品系列化、零部件标准化、通用化
成组技术(Group technology , GT)
减少变化方案(Variety reduction program ,
VRP)
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例证
• 在波音777的开发过程中，波音公司采用数字
化技术和并行工程方法，实现了5年内从设计
到试飞的一次成功；
• 洛克希德在1992年开始的新型号导弹开发中，
采用并行工程的方法，将导弹开发周期从5年
缩短到2年；
• 法国的航空发动机公司SNECMA从1990年以来，
把并行工程作为产品开发的基本方法，将航空
发动机的开发时间从原来的54个月，缩短到
1992年的42个月和1998年的36个月，到2000年
时，已缩短为24个月。
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