第四章
产品开发和技术
选择
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
第四章 产品开发和技术选择
引言
产品设计的背景特征
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：
1、新产品/服务开发是实现企业竞争战略的
需要。
2、技术进步越来越快。
第四章 产品开发和技术选择
引言
产品设计的背景特征
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：
3、用户的要求越来越苛刻，用户需求呈现出
多样化、个性化的特点。
4、产品研制开发的难度越来越大。
5、可持续发展的要求。
第四章 产品开发和技术选择
定制的历史。
据《左传·定公十年》记载：“有礼仪之大,故称夏；
有服章之美,谓之华。”简单来说，马王堆汉墓中的
那两件素纱禅衣就该是中国最早的定制服，袖长
米，衣长米，重量不超过一两，薄如蝉翼，轻
若烟雾。要知道丝绸是动物蛋白质的编织物，极易
腐烂，所以除此以外，这个世界上还没有像素纱禅
衣一样完整保存2000年的丝织品。
所以说中国自汉代以来就有了定制，这种定制，从
面料，工艺、时间和服务上都要求甚严，只有达官
贵人们才能购买和享受定制的衣服。
新产品/服务开发的重要性
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
新产品/服务开发的重要性
产品设计占总开发时间的比例——60%
企业的产品研发等技术活动影响着产品的
成本、质量和制造的效率。
不同的产品开发阶段改变设计对成本的影
响
现代企业的研究与方法
1、研究与方法的分类
研究与方法（Research and Development，
简称R&D）包括基础研究、应用研究和技术开
发。
基础研究进行的是探索新的规律、创建基础性只是
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。
技术开发研究是将应用研究的成果经设计、试验而
发展成为新产品、新系统和新工程的科研活动。
现代企业的研究与方法
R&D领域的选择，其目的是发现能够最适度发挥企业
资本收益，提高企业竞争力的事业领域，并对如何发
挥新产品、新事业的各种机会进行探索。如下图所示，
从企业的现有技术和现有市场向新事业领域的探索可
以分为4种类型。
(1) 在现有事业领域，依靠现有的技术开发多种类型或
规格产品，以扩大现有的市场。
(2) 向现有市场推出用新技术开发的新产品，将市场细
分为不同的层次或群体。
(3) 将利用现有技术的产品打入新市场。
(4) 用新技术开发新产品，并开辟新的市场。
R&D领域选择类型示意图
从两个坐标轴来看，产品研发的动力有两种：市
场驱动型和技术驱动型。
市场驱动型是指按照need theory方式，根据市
场的需求开发新产品，即通过市场调查了解需要
什么样功能和技术内容的新产品，按照新产品的
要求，对其生产技术、价格、性能等方面的特性
进行研究，再通过对该新产品的销售预测决定如
何研发。
技术驱动型是指按照seed theory的方式进行新
产品的研发，即从最初的科学探索出发，按照新
发现的科学原理来开发新产品。
不同的研发项目其影响因素是不同的，
采用的策略和方式也就不尽相同，一般来说，
R&D可以采用以下3种方式。
1. 独立研发方式
2. 委托研发方式
3. 共同研发方式
2、新产品的分类
新产品的概念
新产品，就是指在产品性能、结构、材质、
用途或技术性能等一方面或几方面具有先进
性或独创性的产品。
先进性是指运用了新原理、新结构、新技术、
新材料产生的先进性，或是由已有技术、经
验技术和改进技术综合产生的先进性。
独创性是指运用新技术、新结构、新材料所
产生的全新产品，或在某一市场范围内属于
全新产品。
现代企业的研究与方法
2、新产品的分类
新产品是指在技术、性能、功能、结构、材质等一方
面或几方面具有先进性或独创性的产品。
模仿新产品（是指市场上已经存在而企业没有生产过的产品，
或其他地区已经存在而在本地是第一次生产的产品。）
改进型产品（对老产品的改进与完善，创新程度最小的一类新
产品）
换代产品（产品基本原理不变，因部分采用新技术使产品性能
有重大突破）
创新产品（ 采用科学技术的新发明所开发的产品，它是创新程
度最高的一类新产品）
现代企业的研究与方法
3、新产品开发面临的压力（障碍）
3000：1
缺乏大量有效的新产品构思。
资金短缺。
市场细分而导致市场难以达到必要的市场规
模。
激烈的市场竞争使新产品开发的风险增大。
仿制和假冒产品的迅速出现，给新产品的开
发效益将会带来很大损失。
现代企业的研究与方法
产品设计与开发阶段
产品构思
结构设计过程
工艺设计过程
产品设计的原则和绩效评价
产品设计与开发过程
产品设计的定义
产品设计是指确定产品的用途、功能、规
格、结构、技术指标和经济指标的一系列活
动，其结果通过图纸、产品规格书、制造规
格书、零件和材料明细表及其他技术文件表
现出来，作为企业组织产品生产的技术依据。
产品设计与开发阶段
企业为什么要进行产品设计—— 产品设计的压力来源于
顾客、竞争者、供应商、政府或企业自己
（1）顾客对产品的不满有时可能会直接向企业抱怨，
而有时却间接地从销售量下降中反映出来
（2）在竞争激烈的市场中，一个企业推出更好的新
产品将会影响到其他竞争者的行为，它们必然会重新审
视自己产品的设计，持续的竞争就这样展开了
（3）供应商推出一种新的材料、零部件或元器件，
如果你不采用而你的竞争者采用了，你就会落后，从而
失去市场
（4）政府的法令法规也会使企业改变产品设计
（5）有时候企业自己也会否定自己的产品设计
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
协调结果
中间结果
中间结果
干预指令
产品设计与开发阶段
产品开
发过程
构
思
R&D
•对市场需求
的分析
•技术的推动
•竞争对手的
产品和服务
来源于
来源于
开始
产品设计与开发阶段
产品构思
产品设计与开发阶段
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
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
产品设计与开发阶段
产品设计与开发阶段
结构设计过程
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
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。
产品设计与开发阶段
结构设计过程
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。
产品结构
（一）产品结构的概念
产品结构是指企业能向市场提供的产品的种
类和各种产品所包含的品种数量所构成的组合，
产品结构用产品线来衡量。
产品线是指企业能够生产不同品种产品的数
量，企业能生产多少种产品，就拥有多少条产
品线。
产品线的多寡称为产品线的宽度；每条产品
线包含的系列产品的数量称为产品线的深度。
产品结构
1．产品线宽度对企业的影响
（1）企业拥有的产品线越宽，经营失败的风险
就越小
（2）产品线越宽，资源的使用就越分散，经营
利润率也就越低。
2．企业产品线深度对企业影响
（1）增加产品线的深度，可以加大企业的市场覆盖
面，增强企业对于市场变化的应变能力，增强了企业
的生存能力
（2）增加产品线深度使企业不能有效集中资源于最
盈利的产品型号上，使企业整体盈利水平的降低。
产品结构
（二）产品结构选择应考虑的因素
1．产品线宽度
（1）产品生命周期的长短
（2）产品生命周期的分布
（3）市场竞争的激烈程度
（4）人均收入的增加速度
（5）供应商推陈出新的速度
（6）企业应变能力的大小
产品结构
（二）产品结构选择应考虑的因素
2、产品线深度
（1）目标市场的消费层次_如果目标市场消费者的收入
差距较大，消费层次就比较多，产品线就可深一些，
反之，就应该浅一些
（2）加深产品线所需增加的投入与所能增加的收入的
比较
（3）产品线深度的延伸方向-增加产品线的深度，有上
延、下延和两端延伸3种型式
产品结构
例如：某种产品有普及型、标准型、豪华型和超豪华型4种规
格，分别占总销量的比例如表4—1、4-2所示。
产品规格 占总销售比例（%）
普及型 20
标准型 30
豪华型 35
超豪华型 15
产品规格 占总销售比例（%）
普及型 20
标准型 45
豪华型 33
超豪华型 2
表4-2
表4-1
产品结构
例：某数码照相机厂商的一条相机产品线拟增加一个型号。已知
若增加该型号产品在两年内需增加固定成本，如表4-3所示。
单台相机的变动成本为40元，销售价格100元，估计年销售量
为6 000台，该型号相机的生命周期为2年。问：是否应该增加
这个型号的相机?
成本 金额（元）
模具费用 550000
人员工资 120000
试制费用 400000
其他费用 350000
表4-3
产品设计与开发阶段
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；另一方法作为生产的依据。
产品设计与开发阶段
工艺过程设计的程序包括：
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
工艺设计过程
产品设计与开发阶段
产品设计原则和绩效评价
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）。
生产流程设计与选择
生产流程的分类
按产品进行的生产流程
例纺织：棉花——粗纱——细纱——布
粗纺 精纺 织布
• 按加工路线进行的生产流程
按照工艺特征建立生产系统。将完成相同工艺的同类
设备和工人集中在一起，完成相同工艺的加工任务。
• 按项目进行的生产流程
生产流程设计与选择
产品-流程矩阵
单件非
标准化
多品种
小批量
有限品种
大批量
大批量
标准化
生
产流程
产品
多品种
小批量型
重复性成批
生产型（间
歇式）
装配流
水线型
连续
生产型
广告
飞机
中型机器
食品加工
家用电器
化工
造纸丧失
高效率
损失应变
能力
柔性
单位
成本
高
低
生产流程设计与选择
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
服务生产系统的选择服务生产系统的选择
服务生产系统设计矩阵
大 低
销 生
售 产
机 效
会 率
小 高
隔离式系统 半开放式系统 开放式系统
根据顾客需
求提供服务
面对面较
深入接触
面对面
简单接触
电话
接触
现场技
术服务邮政
服务
弱 强
自制—外购决策
一家企业正在决定是自己生产还是外购某种
零件。零件的供应渠道比较稳定，每件12元。
若由自己生产，需要投资15万元，单位可变
成本是8元。零件的年需要量为20000件。生
产期为一年。
给定以上数据，该企业应当自制还是外购这
种零件？
生产流程设计与选择
生产流程选择决策
批量
品种
品种—产量变化与生产流程形式的关系
对象专业化
大量生产
对象专业化
批量生产
成组生产
单元
工艺专业化
例：对象专业化生产系统投资225万元，成组
生产单元投资为111万元，工艺专业化生产
系统投资50万元，选择最佳生产流程。
费用（万元）
225
110
50
产量
(万件)
不同生产流程方案的费用变化
工艺专业化
成组生产单元
对象专业化
10 25
盈亏平衡点又称零利润点、保本点、盈亏临
界点、损益分歧点、收益转折点。
通常是指全部销售收入等于全部成本时（销
售收入线与总成本线的交点）的产量。
以盈亏平衡点的界限，当销售收入高于盈亏
平衡点时企业盈利，反之，企业就亏损。
盈亏平衡点可以用销售量来表示，即盈亏平
衡点的销售量；也可以用销售额来表示，即
盈亏平衡点的销售额。
公式：
按实物单位计算：盈亏平衡点=固定成本
/（单位产品销售收入-单位产品变动成本）
按金额计算：盈亏平衡点=固定成本/（1
-变动成本/销售收入）=固定成本/贡献毛益率
练习
1、企业投资建设一个新的生产设施，投资规
模有两种选择：一是固定投资200万元，单位
可变成本是50元；二是投资60万元，单位可
变成本90元。投资周期一样，单位产品市场
价格是150元。请计算：
⑴两种方案的盈亏平衡点；
⑵如果预期市场需求量是20000件，哪种方
案比较好？
练习
工厂修建厂房有大、中、小三种投资规模选择，各
自的固定成本、可变成本和产出能力如下表所示：
产品的销售价格是1500元/吨。
⑴大、中、小三种投资规模的盈亏平衡点。
⑵如果年需求是20万吨，应该选择哪种工厂规模？
工厂规模 年固定成本
（万元）
单位可变成
本（元/吨）
年最大产出
能力（万吨）
小 5000 1000 10
中 9000 900 25
大 16000 700 40
经营杠杆对生产过程设计的作用
费用
产量
不同生产流程方案的经营杠杆
销售收入
成组生产单元的成本曲线
对象专业化形式
的成本曲线
BE1 EPBE2
需求 结构设计
工艺设计 制造
b)并行过程
a)串行过程
并行工程
串行的产品设计方法
并行工程
串行的产品设计方法
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
并行工程
串行的产品设计方法
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。
并行工程
并行的产品设计方法
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
并行工程
并行的产品设计方法
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
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
并行工程
并行的产品设计方法
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。
并行工程
并行的产品设计方法
并行产品开发的流程特点
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。
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
并行工程
并行工程技术
虚拟技术
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
并行工程
并行工程技术
DFX是Design for X(面向产品生命周期各
环节的设计)的缩写，其中X代表产品生命
周期的某一环节或特性.
并行工程
并行工程技术
DFX主要包括：
可制造性设计DFM: Design for Manufacturability
，
可装配性设计DFA: Design for Assembly，
可靠性设计DFR: Design for Reliability，
可服务性设计DFS: Design for Serviceability，
可测试性设计DFT: Design for Test，
面向环保的设计DFE: Design for Environment等。
并行工程
并行工程技术
DFx设计不仅是一个技术工作，还是一个管理
工作，因为DFx的实施必须有流程的保证和平
台的支撑，只有流程建立了，节点定义了，
人员责任明确了、技术积累达到了，DFx的工
作才能落实。
当我们在产品研发中贯彻了DFx的思想与方法，
我们会看到以下的改进：产品研发周期显著
缩短、产品成本降低、花费在中途废止项目
上的费用明显减少、产品质量与可靠性普遍
提高、客户满意度不断提升。
电子产品传统设计流程与DFx设计流程的对比
思科公司基于DFX设计的产品开发流程
并行工程
集成产品开发（Integrated Product
Development, 简称IPD）
IPD的思想来源于美国PRTM公司出版的《产品
及生命周期优化法》
是经过IBM公司五年的实践，总结出来的一套
先进、成熟的研发管理思想、模式和方法。
1992年IBM公司最先将IPD付诸实践
在国内，华为公司从1998年开始率先引进并实
施IPD，使产品创新能力和企业竞争力大幅度
提升。
并行工程
集成产品开发（Integrated Product
Development, 简称IPD）
IBM公司实施IPD的效果不管在财务指标还是质量指标
上得到验证，最显著的改进在于：
1、 产品研发周期显著缩短；
2、 产品成本降低；
3、 研发费用占总收入的比率降低，人均产出率
大幅提高；
4、 产品质量普遍提高；
5、 花费在中途废止项目上的费用明现减少；
并行工程
集成产品开发（Integrated Product
Development, 简称IPD）
IPD作为先进的产品开发理念，其核心思想概括
如下：
a) 新产品开发是一项投资决策。
b) 基于市场的开发。
c) 跨部门、跨系统的协同。
d) 异步开发模式，也称并行工程。
e) 重用性。
f) 结构化的流程。
并行工程
并行工程技术
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）。
减少变化的方案（Variety Reduction
Program，VRP）。
并行工程
并行工程技术
企业实施并行工程技术给企业带来的好处：
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。
降低了开发周期，提高响应速度。
在产品设计不同阶段所采用的不同措施
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/CAP
PVRP、
GT
DFM,
DFA
价值
工程
CE
工业工
程IE
绿色
制造
并行工程
并行工程技术
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
