第三篇 生产运作系统设计 .......................................................................3
第五章 产品开发和自制外购决策 .........................................................3
第一节 产品开发的技术风险和市场风险 .....................................................3
一、新产品的概念 .....................................................................................5
1、全新产品。 ...................................................................................5
2、换代新产品。 ...............................................................................6
3、改革新产品。 ...............................................................................6
4、本企业新产品。 ...........................................................................6
二、产品开发的技术风险与市场风险 .....................................................6
1、产品开发的技术风险与市场风险 ...............................................6
2、产品开发方式的选择 ...................................................................7
Ⅰ、独立开发方式 ......................................................................7
Ⅰ、委托开发方式 ......................................................................8
Ⅰ、共同研究开发方式 ..............................................................8
3、产品开发的策略 ...........................................................................8
Ⅰ、领先策略 ..............................................................................8
Ⅰ、跟随策略 ..............................................................................9
Ⅰ、低成本策略。 ......................................................................9
三、产品开发对产品成本的影响 .............................................................9
1、产品开发速度对产品成本的影响 ...............................................9
2、产品设计对产品成本的影响 .....................................................10
第二节 传统的产品开发过程 .........................................................................12
一、 产品概念开发阶段 .........................................................................13
1.市场调查 ................................................................................13
2.技术调查 ................................................................................13
二、前期开发阶段 ...................................................................................13
三、 产品设计阶段 .................................................................................13
1、总体设计 .............................................................................13
2、技术设计 .............................................................................14
3、工作图设计 .........................................................................14
四、工艺设计阶段 ...................................................................................15
（一）、产品的工艺性分析和审查 .................................................15
（二）、工艺方案制定 .....................................................................16
1、工艺方案的内容 .................................................................16
2、工艺方案的制定 .................................................................16
（三）、工艺规程的制定 .................................................................17
1、工艺规程的作用 .................................................................17
2、制订工艺规程的原则： .....................................................17
1）、技术上的先进性 ...........................................................17
2）、经济上的合理性 ...........................................................18
3）、有良好的劳动条件 .......................................................18
3，制订工艺规程的原始资料 .........................................................18
4、制订工艺规程的步骤 .................................................................18
5、工艺规程文件的格式 .................................................................18
1）工艺路线卡 .........................................................................18
2）工艺卡 .................................................................................19
3)工序卡 ....................................................................................19
4)工艺守则 ................................................................................19
6、典型工艺规程和成组工艺规程 .................................................19
1）典型工艺规程 .....................................................................20
2）成组工艺规程 .....................................................................20
五、生产准备 ...........................................................................................20
（一）工艺装备的准备 ...................................................................20
（二）、产品试制与鉴定 .................................................................21
1、产品试制与鉴定的程序 .....................................................21
2、产品试制与鉴定的主要内容： .........................................21
六、建立生产系统 ...................................................................................22
七、生产阶段 ...........................................................................................22
八、服务业的产品设计和过程设计 .......................................................23
第三节 设计方案的经济评价 .........................................................................25
一、设计方案的经济评价 .......................................................................25
二、 工艺方案的经济评价 .....................................................................26
第四节 产品开发的新方法 .............................................................................28
一、并行产品设计方法 ...........................................................................28
二、价值工程方法 ...................................................................................30
1、价值工程的定义和公式 .............................................................30
（1）价值工程的定义 .............................................................30
（2）价值工程的公式 .............................................................31
2、价值工程的工作程序 .................................................................31
3、价值工程的功能分析方法 .........................................................32
三、计算机辅助设计 ...............................................................................34
一、计算机辅助设计 .......................................................................35
二、计算机辅助工艺过程设计 .......................................................38
四、产品开发的趋势 ...............................................................................40
一、面向可制造性与可装配性的产品设计 ...................................40
二、虚拟制造 ...................................................................................42
第五节 自制与外购决策 .................................................................................43
一、自制与外购问题的产生 ...........................................................44
二、自制与外购问题经济评价的准则 ...........................................44
三、自制与外购问题的综合评价 ...................................................44
四、自制与外购的变化趋势 ...........................................................45
1、纵向一体化 .........................................................................45
2、虚拟公司 .............................................................................47
第三篇 生产运作系统设计
前两篇内容介绍了现代生产运作的基本内容，生产运作战略及系统的
概念及其分析方法。本篇将按照生产系统建立的顺序讨论生产运作系统的
设计。
生产运作系统是基于产品建立起来的。首先根据市场需求进行产品设
计，得到有竞争力的产品设计方案；然后还要解决产品由设计到制造的实
现过程---工艺设计，确定制造工艺过程，所需设备、工装；当设计方案和
工艺方案都签字确定后，则要建立具体的生产系统，选定厂址，布置设备；
在生产系统开始运行之前还要解决作业设计和劳动标准的建立，以解决系
统的人机关系，保证系统的生产效率。
第五章 产品开发和自制外购决策
正如在前述企业竞争重点的研究中显示，产品开发速度越来越成为企
业的订单赢得要素中重要的一项。新开发的产品和服务往往有比老产品更
吸引顾客的功能或价格，或者说这类产品迎合了顾客对高价值产品的追求，
因而使企业获得了其它企业所没有的竞争优势。这种竞争优势能够为企业
带来相对持久的高额利润，这正是企业不断创新的原动力。
基础科学和应用科学的不断发展，为企业创新提供了条件。在生命科
学方面，基因科学的进展；在材料科学方面纳米技术和超导技术的应用性
进展；在电子技术方面，数字技术对模拟技术的替代，新设备和新技术的
不断发展,都为企业创新提供了广阔的空间。
经济和社会的发展对企业创新起了推动作用。顾客对产品和服务的需
求，已从基本功能的满足向高价值的获得方向转移，这促使企业不断创新。
第一节 产品开发的技术风险和市场风险
例： 1981 年，通用电气公司（ GE ）的家用电器部门的市场份额和利润都在下降。与外国
的竞争对手相比，该公司的技术已经过时。例如，该公司制造电冰箱压缩机需要 65 分钟的工时，
而在日本和意大利的竞争对手只需 25 分钟。此外， GE 的劳工成本也较高。摆在面前的选择是
明显的：要么从日本或意大利购买压缩机，要么设计制造更好型号的压缩机。
到 1983 年， GE 决定制造新型的室内用旋转压缩机，同时，也决定投资 亿美元建一
新工厂。GE 并非旋转压缩机技术方面的新手，它发明了这项技术，多年来一直把这项技术应用
在空调机上。与普通的往复式压缩机相比，旋转压缩机质量较轻，零件减少了三分之一，而且更
节省能源。旋转压缩机占用的空间较少，所以给电冰箱里面提供更大的空间，更好地满足消费者
的要求。
一些工程师持反对意见，他们指出旋转压缩机运转起来产生更多的热量，对大多数空调机来
说这不是一个问题，因为冷却剂可以把压缩机冷却。但是，在冰箱中，冷却剂流动的速度只有在
空调中的十分之一，而且压缩机在一年内比空调运转的时间长四倍。GE 在空调中使用早期的旋
转压缩机时遇到了困难。尽管较小型的旋转压缩机消除了缺陷， GE 在较大的设备中还是停止使
用旋转压缩机，原因是这些旋转压缩机在相对较热的环境里经常失灵。
GE 的经理们和设计工程师也很关心其他的一些问题。旋转压缩机发出音调比较高的呜呜声，
经理们担心这会严重影响顾客对产品的接受。经理们和消费者调查小组的人员就整个问题讨论了
许多个小时。新的设计也要求关键的零件工作时能够吻合得相当好，只允许五千万分之一英寸的
偏差。以前从来没有大批量生产过如此精密的产品，但是制造工程师们确信他们能够生产出来。
他们最后设计出来的压缩机几乎和在空调中使用的一模一样，只有一处作了改动。压缩机中
的两个小零件是由粉末金属制成的，而不是像在空调中那样使用淬火钢和铸铁。选择这种材料是
因为它能够制成精密度很高的产品，并且降低机加工成本，十多年前，粉末金属就被试用于空调
中，但是都失败了。没有以前压缩机设计经验的设计工程师并没有很重视过去的失败。
一个顾问建议 GE 和一家在市场上已经推出冰箱压缩机的日本公司合资生产该产品，管理层
拒绝了这一建议。空调压缩机的原设计者现已离开 GE ，他提出愿意给 GE 当顾问。GE 没有同
意他的请求，并写信告诉他 GE 由足够的技术能力开发这个产品。
1983 年， GE 测试了 600 个压缩机，没有一个失败。这些压缩机在较高温度和较高压力的
环境下不停地运转了两个月， GE 认为这样可以模拟 5 年的运转。GE 通常对新产品进行长期
的实地测试。GE 原来计划在实地对模型进行两年测试，由于要完成这一项目的时间很紧，测试
时间减少为 9 个月。
拆下并检查零件的技术员认为这些零件不太正常。马达的一些部位变色了，表明热量过大。
轴承被磨损了，看来过高的热量破坏了润滑油。技术员的上司没有把这些发现放在心上，也没有
报告给上一级的管理人员。另一个评估测度结果的顾问认为检测可能有问题，因为在两年时间里
只有一个产品失灵，并建议加重测试的环境强度。这一建议也遭到管理层的拒绝。
到 1986 年，在获董事会批准之后只有两年半，新建的工厂就以每分钟 10 个的速度生产压
缩机。到该年年底，工厂就生产了一百多万个这样的产品。产品的市场份额猛增，看来新推出的
冰箱将大功告成。但是在 1987 年 7 月，第一台压缩机坏了。不久，从波多黎格也传来了产品失
灵的报告。到 9 月，家用电器部门知道他们出了大问题。到 12 月，工厂停止制造这种压缩机。
直到 1988 年才诊断出问题在于两个粉末金属制件过分磨损，烧光了润滑油。仅在 1989 年一年
旋转压缩机带来的损失就达 亿美元。到了 1990 年中， GE 自愿给顾客替换了将近 110 万
个压缩机，换上去的压缩机是从 6 个供应商那里购买的，其中 5 个供应商来自国外。
产品开发可以使企业得到相对持久的高额利润，但利益和风险是同在
的，这反映了产品开发的投资性。
据估计，每研究 500 多个产品只有 25 项能推上市场，而这 25 项产
品中只有 1 个可能获得经济上的成功，这一个成功开发的产品可能是近
2000 个设想中的一个（图 5-1）。我们可从每年的专利申报数和专利产品的
成功开发中不难得到这样的结论。
由此可见，对于这样的一种高风险性的投资，必须深入研究，以规避
投资风险，取得较大收益。
一、新产品的概念
产品开发包括两方面内容：新产品开发和新技术开发。由于市场的变
化和技术的发展，企业老产品和旧的生产技术不断进入成熟期和衰退期，
如果不能不断开发新产品或应用新技术，企业就无法适应市场得以生存。
新产品的开发和新技术的应用对生产运作带来的挑战是：不断地设计新产
品及适应新产品生产的生产运作系统。如果生产运作系统不能以有竞争力
的效率不断更新，企业的生命就会终结。
新产品的开发离不开技术的支持，而新技术往往可以为产品提供更高
的质量和更低的成本保证。随着技术进步速度的加快，技术和设备的寿命
周期和产品的寿命周期一样，也在日益缩短。因此，企业也需不断地开发、
改进和采用新技术，以适应新产品开发和原产品提高质量、降低成本的需
要。可以说，新技术和新产品开发是相辅相成，缺一不可的。
产品开发中的新产品概念不只是指用新方法、新技术、新材料、新工
艺所生产的市场上未有的产品，而是指所有能给消费者带来新的需求满足
或能给企业带来新利益的产品（俗称形成卖点）。根据新产品的技术革新程
度可分为：全新产品 、换代新产、改革新产品 、本企业新产品。
1、全新产品。
指采用新原理、新技术和新材料研制出来的市场上从未有过的产品。
一般是伴随着重大科技成果的出现而产生的，如首次推出的汽车、飞机、
电子计算机等。对于这一类型的新产品，消费者要根本改变原有的消费习
惯，故接受相对困难；企业的投入要大、成功可能性却很小，但开发一旦
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图 5-1 产品设想和成功开发的产品
之间的数量关系
成功，则能带来很大的经济收益。
2、换代新产品。
指基本功能不变，但采用了新材料，新技术，使产品的性能有较大的
提高。如黑白电视机到彩色电视机再到高清晰彩色电视机，半自动洗衣机
到全自动洗衣机，这一类型的新产品，其技术含量较高，是在原有的产品
基础上发展起来的，因此它是企业进行新产品开发、提高竞争力的重要形
式。
3、改革新产品。
指在旧产品基础上，基本功能不变，但产品的辅助功能，或外观、或
形状发生变化。如给汽车配置空调，改变自行车的颜色或外观。对于这种
类型的新产品，消费者不需太大改变消费习惯、易接受；企业投入小、风
险小，但效益也相对小。
4、本企业新产品。
即指对本企业来说是新的，但对市场来说并不新的产品。但通常企业
不会完全仿照市场上的已有产品，而是在造型、外观、零部件等方面作部
分改动或改进后推出市场。
二、产品开发的技术风险与市场风险
一九九三年九月，留美学者姜万勐、孙燕生将 MPEG(图象解压缩)技术应用到音像新产品上，
制造出世界上第一台 VCD，并斥资在安徽建立万燕电子系统有限公司。为中国人开启了家庭影视
的时代。
一九九四年，万燕批量生产 VCD，初期由于片源不配套，使 VCD 在市场发展上停滞了很长
的一段时间。一九九五年，盗版 CD 和 VCD 大量在中国沿海城镇出现。中国消费者开始接受并熟
悉 VCD 这一新生事物。
一九九六年开始到一九九七年，中国的 VCD 市场每年以数倍的速度增长。从一九九五年的
六十万台猛增至一九九七年的一千万台，催生了爱多、步步高、新科等内地新名牌，并占据 VCD
大市场。
一个市场从无到有的开发，万燕研发和广告投入将近两千万美元，同当时中国大多数民营企
业的艰难创业经历一样，融资困难，没有知识产权保护的意识，面对开发出来的市场，却只有拱
手让给后来者。万燕 VCD 从“先驱”成为“先烈”，市场份额从百分之一百跌到百分之二。
1、产品开发的技术风险与市场风险
从产品开发的成功率和产品开发失败损失的巨大可见，虽然产品开发
是企业取得订单赢得要素的一项重要内容，也是企业长久持续发展的必之
路，但它也很可能是毁掉一个企业的原因。因此，在企业进入产品开发领
域时，必须根据自身条件选择适合企业能力的领域，而且要认识到，产品
开发虽然建立在生产运作能力基础上，但它实际上和企业管理水平、人力、
财力和市场营销多方面能力的支持密不可分的。当这些方面的能力不足以
支持企业进入某以层次的产品开发领域时，放弃进入也许是最好的选择。
从技术和市场两个因素分析，产品开发可分为四个领域。
表 5-1
技术
市场
现有技术 新技术
现有市场
依靠企业现有技术
开发多种改革新产品以
扩大现有市场
依靠新技术开发换
代新产品以扩大现有市
场
新市场
以现有技术生产本
企业新产品以改进产品
进入新市场
以新技术开发全新产
品进入新市场
在以上四种产品开发领域中，同时存在着技术风险和市场风险，但以
现有技术进入现有市场的风险最小，为大部分企业所采用；以现有技术生
产本企业新产品进入新市场，市场风险较大，要考虑企业市场的竞争能力
和市场的潜力；以新技术开发换代新产品具有很大的技术风险；而以新技
术开发全新产品进入新市场同时要冒技术和市场两大风险。企业要根据自
身的生产系统特点和新产品所需的竞争优势，综合企业能力确定本企业可
进入的产品开发领域。
这里还应强调的是从事生产运作技术领域的管理者往往注重技术风险
而忽略市场风险。从有 100 项市场需求且产品开发成功，但最终只有一项
获得经济上的成功的产品统计中可见市场风险的残酷。以为市场需求且技
术可行产品就能成功的想法起码是不现实的。
2、产品开发方式的选择
根据企业能力和生产运作系统的竞争优势的不同，不同企业采用的产
品开发方式也应不同。针对不同的企业和不同的产品，只有适合的产品开
发方式而没有最佳的方式。
产品开发可以以三种方式进行。
①、独立开发方式
独立开发方式即企业完全依靠自身的力量独立进行产品设计、制造和
市场开发的方式。
为企业新产品开发成功可能带来的高额利润所吸引，每个企业都有独
占开发新产品利润的冲动。但若没有技术上的绝对优势，专利上的可靠保
护，充沛的资金支持和足够的市场开发能力。即使产品开发成功，独占利
润的愿望也不可能实现。因此，企业在采用这种开发方式时，必须首先忘
掉将会独占利润的喜悦，而充分考虑不利因素可能产生的风险大小，特别
是开发失败时企业的承受能力。通常有相当开发经验，技术能力和市场条
件的企业才可采用此种方式。
Ⅰ、委托开发方式
委托开发方式即部分或全部借助外来技术、研究机构进行开发。很多
中、小企业自身没有足够的研究、开发能力，但是有可能对市场需求变化
有敏锐的捕捉能力，对新产品有基本的构想。它们往往会借助研发机构来
把这种构想变成产品，或改造现有生产系统的技术能力，以生产新产品。
Ⅰ、共同研究开发方式
共同研究开发方式是通过契约关系将多个企业或研究机构组合在一起
进行研究开发、生产甚至销售的方式。这种开发方式是在优势互补的基础
上形成的，以实现系统总体的优化。如在产品构思（市场需求的捕捉）产
品设计，产品生产方面的组合。采取这种方式有多方面的原因：一是本企
业可形成的产品竞争优势有限，二是可以缩短开发周期，三是可以取得开
发成果之外的其它经营利益。如生产、销售的本地化可以减少运输成本，
贸易限制，与先进企业合作可以获得经营、管理经验等。
共同研究开发实际是利用社会分工理论产生效益和效率的形式，它较
适应技术、制造复杂，市场范围广泛的产品。
例：
美国电话电报公司为开发膝上型 486 电脑而发起的虚拟企业，由美国电话电报公司提出产品
的概念设计，包括外型尺寸、性能要求、重量等内容；而新加坡的某个擅长生产磁盘驱动器的企
业设计并制造了硬盘和软盘驱动器；日本 NEC 公司设计供应内存，等等。最后，由美国电话电报
公司组装并销售。这种型号的电脑，从提出创意到成批上市只用了不到 20 个月的时间。由于电脑
内部的每个主要部件，都是由世界上最有竞争力的专业化工厂设计制造的，因而，整机的性能价
格比具有极强的竞争力。
3、产品开发的策略
由于产品开发的风险性，不同企业要根据自身的企业能力制定适合本
企业的产品开发策略，根据企业能力的不同，产品开发策略可分为领先策
略、跟随策略和低成本策略。
Ⅰ、领先策略
企业新产品开发的领先策略即企业不断开发全新产品，领先于其它企
业将其投入市场，以期获得高额利润。
在这种策略下的开发方式又有两种，技术导向型和市场导向型。技术
导向型开发的产品是以新技术为引导，开发生产有潜在需求的产品来引导
市场消费。在此类新产品开发出来之前，对这类产品的需求是想象中的，
而不是现实存在的。（千里眼，顺风耳）电视、电话、火车、汽车都属于此
类产品；市场导向型的产品是以市场现实需求为引导，开发生产新产品来
满足市场需求，洗衣机、电冰箱、空调都是典型的市场导向型产品。
由于采用领先策略是以全新产品进入新市场，它同时要承担技术和市
场两方面风险。因此，只有技术、市场、资金实力和产品开发经验的企业
才可独立实行这种策略，而其它企业在独具某方面竞争优势的前提下，可
以共同研究开发方式采用这种策略。
Ⅰ、跟随策略
为数众多的企业采用跟随策略同样也获得了很大的成功，这是因为每
当采用领先策略的企业开发新产品并创造出一个大市场后，市场的分化就
开始了。顾客在产品的质量，性能、价格、品种等诸多方面不断产生新的
期望，不同的期望形成了不同的市场层次，造成了市场需求的细分化。而
一个企业同时能满足所有细分市场的需求几乎是不可能的。
采用跟随策略的企业不必投入大量资金去开发全新产品，和市场、而
将资金集中在新产品的改进和更新换代上。由可能生产出比采用领先企业
开发的新产品更好的产品而形成“后发制”人的优势。
采用跟随策略的企业也要具有相当的产品开发能力。只是这类企业更
加注重信息的收集（产品、市场），功能的开发及适应 市场需求变化的生
产运作系统。
Ⅰ、低成本策略。
采用此策略的企业虽然没有真正意义上的产品开发，但是它在企业的
生产运作系统上进行了创新。因而创造了低成本的同种产品，因此这类企
业也要具有较高的生产运作竞争能力。
三、产品开发对产品成本的影响
1、产品开发速度对产品成本的影响
据统计，产品设计和工艺设计时间占产品总开发时间的近 60%，1如
图 5-2 所示。而产品的寿命周期却越来越短了（图 5-3）。2
1 [7]P88
2 [7]P89
图 5-2 产品开发时间构成
装配
23%
设计时间 55%
产品开发时间
100%
制造 22%
加快产品开发的速度，意味着产品寿命周期的相对延长。企业可以把
产品开发的成本摊入较长的获利期内，降低了单位产品的成本增加了获利。
实践证明：若产品寿命周期为五年，产品开发时间每延长 6 个月，利润就
损失 1/3。
2、产品设计对产品成本的影响
产品设计影响到产品寿命期内整个成本的发生，产品寿命期分为设计
期、制造期、销售期和使用期。各期发生的成本如图 5-4 所示：
就制造阶段而言，制造成本不仅包括与生产直接有关的直接成本，还
包括比较隐蔽的间接成本。如计划、工、卡、量具制造订购、材料采购、
储存、车间和生产线加工单的填写、材料、工具、零部件的发送、订货控
制、厂内运输、检验等等。在产品的设计阶段就必须考虑应采用的生产模
式（生产批量、设备、工艺等）。一旦设计定型后，产品的可能最低成本就
已经基本确定了。在制造阶段，只能在已有的设计范围内使生产成本最低，
设计费用
采购费用、库存费用
设备费用、制造费用
工装费用、检验费用
包装费用、管理费用
运输费用、库存费用
销售费用（销售、广
告、售后服务）
使用费用
维修费用
报废费用
0 5 10 15 20 25 时间（年）
图 5-3 产品寿命周期的缩短
50 年前
现在
行业
化妆品
玩具
机床
食品
药品
设计成本 制造成本 销售成本 使用成本
产品寿命期成本
图 5-4 产品寿命期成本
而无法大幅度地降低产品成本。这种情况同样产生在销售和使用阶段。
传统的产品设计方法的弊端是：设计工程师往往只是掌握其专业的技
术部分（如飞机设计师需掌握空气动力学、结构力学；工业自动化设备设
计师需掌握自动控制理论和机械设计理论）。他们不可能是制造工艺、质量
管理、成本控制、生产管理、产品营销各方面的全才。因此，仅由他们设
计的产品虽然能够满足性能、质量、可靠性上的要求，但由于对制造工艺
知识的欠缺，会导致产品的制造性不好（制造质量难以控制、制造设备要
求高、装配过程复杂,使制造成本加大），甚至无法制造；由于对成本控制
和生产管理知识的欠缺，会导致产品生产过程复杂、生产管理困难、计划、
采购、库存、运输、检验等间接生产成本的上升；由于对营销理论的欠缺，
会导致产品外观、包装、适用性、维修性、运输性的低劣，而增大销售难
度和销售费用。所有上述问题，究其根源都在于不良的产品设计。
Boothroyd 引用福特汽车公司的报告表明，尽管产品和工艺设计费用
制占整个产品费用的 6%，却影响了总费用的 70%以上（图 5-5）。
Sun 认为制造生产率的 70%-80%是在产品和工艺设计阶段决定的。
所有的质量问题的 40%可以归因于低劣的设计和工艺。
图 5-6 是一种锁具的主体零件。初始设计为黄铜件，零件上的所有孔
系都要通过冷加工形成，加工设备、工装要求多、加工工时长，质量难以
保证。修改后的设计为锌合金压铸件，仅材料费就降低 3/4，所有孔系通
过铸造一次成型，生产效率高、加工成本低、质量易保证。
该零件槽体部设计较薄。因此，在零件电镀时不能采用滚镀法，而只
能挂镀，挂镀的成本是滚镀同一零件成本的 3 倍。经修改设计，在槽底外
沿设置了加强筋，避免了滚镀中可能对槽体薄底的碰撞损坏，使零件可以
采用滚镀法加工，因而降低了成本。
虽然在制造和销售过程中，可以不断地发现设计问题，通过反馈，对
原设计重新修改，使成本降低。但是，在不同的产品开发阶段修改设计会
引起不同量的设计变更成本（图 5-7）
费
用 70%
6%
20%
36%
7%
40%
3%
18%
设计阶段 制造阶段 材料采购 其它阶段
产品形成各阶段的成本决定量
实际成本消耗
图 5-5 产品形成各阶段的成本决定量和实际成本消耗构成示意图
由图 5-7 可见，最好是在设计阶段就能发现问题。在设计期做出修改，
比修改生产系统和产品引起的设计变更成本低得多。
第二节 传统的产品开发过程
正如上节所述的产品开发的风险和产品开发对产品成本的影响，产品
开发过程对企业的生产系统形成及企业核心竞争力的形成都是至关重要的。
因此，有必要对产品开发的过程作深入地讨论。下面以典型的机械制造业
为例，说明产品的开发过程。
传统的产品开发过程是一个串行过程，开发过程依次通过各个开发阶
段，最后形成商品化的产品（图 5-8）。
改
变
设
计
引
起
的
成
本
产品开
发阶段
概念开发 前期开发 产品设计 工艺设计 生产准备 生产阶段
图 5-7 在不同产品开发阶段修改设计引起的设计变更成本
产品
概念
开发
前期
开发
产品
设计
生产
阶段
工艺
设计
生产
准备
建立
生产
系统
图 5-8 传统的产品开发过程
一、 产品概念开发阶段
产品概念开发阶段主要有以下两方面工作：
1.市场调查
主要是掌握市场对产品品种、规格、质量、数量、价格的要求，以及
同类产品的市场细分情况、销售趋势、用户反映等，预测市场变化和产品
的开发前景。
2.技术调查
主要是收集技术情报和专利情报;了解有关产品的技术现状和发展趋
势；调查用户的需要(包括潜在需要)；调查本企业的开发能力、技术状况，
预测本企业产品开发可能达到的技术水平等。
在调查研究的基础上，提出产品的构思方案，它包括对产品的原理、
构造、材料、工艺过程以及产品的性能指标、功能、用途等多方面的初步
设想。通常，会形成多种构思方案。需要对多方案进一步进行分析、评价，
以选择满意方案。
二、前期开发阶段
对于较大的投资项目及较复杂的产品，需要进行前期开发研究，也称
可行性研究。在此阶段，通过进一步调查研究，根据产品开发目标的要求，
对未来产品的基本特征和开发条件进行必要的描述。并对不同方案进行技
术经济论证，选出技术可行、经济合理的产品开发方案。
三、 产品设计阶段
这一阶段一般包括总体设计、技术设计、工作图设计三个步骤，同时
掌握性能和成本指标。
1、总体设计
总体设计阶段即编制设计任务书阶段。设计任务书是指导产品设计的
基础性文件，一般包括以下内容：
1)产品设计的理由和依据。
2)产品的用途、适用范围、使用要求和使用条件。
3)绘出产品的简明总图(草图)以确定产品的基本结构;绘出初步的传动
系统图、液压系统图、电气系统图等,以确定实现产品性能的手段。
4)产品的主要技术参数。
5)分析产品的结构性能、特征和技术经济指标。
对结构复杂、技术尚无充分把握的大型产品，在总体设计和技术设计之间，还需
加入初步设计阶段，以进一步确定关键结构、关键技术采用的可行性。
图 5-9 单缸洗衣机结构图
图 5-10 单缸洗衣机传动系统图和电气系统图
2、技术设计
这是产品设计的基本定型阶段。主要是将设计任务书原则确定的基本
结构和主要参数具体化，用总图、系统图、明细表和说明书等概括形式表
现出来。具体内容包括：
1)确定重要零部件的结构、尺寸和配合，绘制产品总装图、部件装配
图、主要零件图、传动和控制系统图、电气系统图、润滑系统图、液压系
统图、冷却系统图等。
图 5-11 CA6140 普通车床结构图
图 5-12 CA6140 普通车床传动系统图
图 5-13 车床的电气系统图和磨床的液压系统图
图 5-14 CA6140 普通车床主轴箱装配图
图 5-15 CA6140 车床主轴零件简图
2)编写部件、附件、通用件、标准件、外购件等明细表以及特殊材料
明细表。
3)编写详细的设计说明书，包括各种计算数据和技术经济指标。
4)制定加工和装配的技术条件，产品验收和交货的技术要求。
5)进行技术经济效果分析与评价等。
技术设计对产品质量和功能有直接影响，也关系到工艺准备的工作量
和制造成本，因此要有工艺人员和财务人员参与设计。
3、工作图设计
工作图设计是技术设计的具体化。主要任务是绘制产品试制、生产所
需的全套图样，提供有关生产、工艺上所需的全部技术文件，为产品的制
造和装配提供确凿的依据。其具体内容有：
1)绘制全部零件的工作图(零件图设计)、全部部件装配图、包装图、产
品总图、线路图以及安装图。
2)编写零部件、备件附件明细表，确定原材料、外协件、外购件等技
术条件明细表。
3) 编制产品使用、维护说明书，验收交货技术条件，产品证明书等。
设计工作每一阶段结束后，要经过一定的审批手续，以确保设计质量。
图 5-16 球阀的外观和结构图
图 5-17 球阀的装配图
图 5-18 压力油泵体轴测立体图
图 5-19 压力油泵体零件图
四、工艺设计阶段
（一）、产品的工艺性分析和审查
产品设计的工艺性分析和审查是产品工艺准备工作的主要内容之一。
它是指在一定生产类型和生产条件下，从工艺性角度分析产品结构的合理
性和制造、使用、维修的难易程度，并对产品和零部件的设计结构提出修
改意见和建议。
这项工作实际在设计阶段就已进行。无论在技术设计，还是工作图设
计阶段都应从设计、工艺、制造三方面进行审查。从而保证产品制造的可
行性和经济性。为此，要求一切图纸必须经工艺性审查和批准后，才能作
为生效的工艺设计文件进入下一步工艺设计。重大产品的关键工艺，还应
事先组织有关人员进行工艺试验。
产品设计的工艺性分析和审查的主要内容有：
1)审查产品的结构与企业生产类型、生产方式是否相适应。选用和引证的技术标准是否适宜，
零件的“三化”(即标准化、系列化、通用化)程度是否高，能否利用标准工具和现有工具。
2)分析产品及零部件的加工工艺和装配工艺是否可行，加工方法是否合理，其精度、粗糙度、
公差配合及技术要求是否经济，选用的毛坯和材料是否经济合理。
3) 产品、零部件在企业现有设备与技术条件下，是否便于加工、装配、拆卸、维修和运输。
（二）、工艺方案制定
工艺方案是产品开发工作中的纲领性文件，是进行工艺准备工作的依
据。在工艺方案中要确定产品中各个零件在制造中的加工方法、工艺路线、
工装等重大原则问题。因此，正确制定产品的工艺方案对于经济合理地制
造出符合设计要求和质量标准的产品，具有十分重要的意义。
1、工艺方案的内容
工艺方案一般包括以下几方面内容：
1) 确定工艺原则。
通常根据产品设计要求以及企业的具体生产条件，确定出产品应该采
取的工艺原则（工艺专业化、对象专业化），为工艺规程的编制提供依据。
先依据零件的年生产纲领（年产量）选取合适的生产类型（大量、成批、单件小批量），生产
纲领的大小对零件加工过程和生产组织起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的
程度，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。
生产类型确定以后，就可确定相应的生产组织形式和工艺原则，即在大量生产时采用自动线，
在成批生产时采用流水线，在单件小批生产时则采用机群式的形式。
2)规定工艺上必须达到的技术经济指标。
3)确定产品生产组织方式和专业化协作原则。工艺方案要确定产品的
投产批量、周期、主要生产车间、装配的组织方式和内外专业化协作的原
则和方式。
4)确定产品的工艺路线，规定加工中产品、零部件在生产中的流动和
分布方式。（空间和时间）
5)确定产品加工中的关键技术，落实相应的技术保证措施、加工过程
中的工序质量保证措施和安全生产的保证措施。
6)提出工装的配备原则和确定工装系数，规定工艺规程编制的要求、
形式与内容繁简程度。
随着产品性质、生产类型、批量大小及产品结构复杂程度不同，工艺方案的具体内容也有所不同。一般而
言，单件小批生产的产品，工艺方案的内容可简明扼要，主要确定工艺原则即可。一般只编制综合工艺过程卡，
供生产管理和调度用。至于每一工序具体应如何加工，则由工人自己决定，对关键或复杂零件才制订较为详细
的工艺规程。；成批和大量生产的产品以及复杂程度较高的产品，要编制内容完整的工艺方案，除工艺过程卡外，
对各工作地点要制订工序卡片或分得更细的操作卡、调整卡以及检验卡等。并要进行方案的论证及技术经济分
析。各企业采用的工艺文件并无统一格式。
7)对所确定的工艺方案进行技术经济分析。
2、工艺方案的制定
制定工艺方案的步骤如下：
1)全面了解产品性能和技术条件，掌握产品的关键所在。
2)掌握产品对生产和工艺的要求。
3)收集并分析所需的技术文件和企业生产条件资料。
4)制定工艺方案草案，并组织对草案的会审。
5)进行工艺方案的经济性评价。
6)选择满意方案并报批。
图 5-20 轴类零件外圆表面典型加工方案
工艺方案确定之后，对关键或复杂零件需要确定此方案下的具体工艺
过程。
图 5-21 CA6140 车床主轴加工工艺过程
（三）、工艺规程的制定
1、工艺规程的作用
工艺规程是反映比较合理的工艺过程的技术文件，是产品制造最主要
的技术文件之一。
工艺规程一般包括下列内容：工件加工工艺路线及所经过的车间和工
段，各工序的内容及所采用的机床和工艺装备，工件的检验项目及检验方
法，切削用量，工时定额及工人技术等级等。
1、工艺规程是指导生产的主要技术文件
按照工艺规程组织生产，可以保证产品的质量和较高的生产效
率和经济效益。
2．工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据
由工艺规程所涉及的内容可以看出，在生产管理中，产品投产前
原材料及毛坯的供应，通用工艺装备的准备，设备负荷的调整，专用工艺
装备的设计和制造，作业计划的编排，劳动力的组织，以及生产成本的核
算等，都是以工艺规程作为基本依据的。
3．工艺规程是建立生产系统的基本资料
在为产品开发新建生产系统时，只有依据工艺规程和生产纲领才
能正确地确定：生产所需要的机床和其它设备的种类、规格和数量，车间
的面积：机床的布置，生产工人的工种、等级及数量以及辅助部门的安排
等。
2、制订工艺规程的原则：
制订工艺规程的原则是，在一定的生产条件下，应以最少的劳动量和
最低的成本，在规定的期间内，可靠地生产出符合质量和技术要求的产品。
在制订工艺规程时，应注意以下问题；
1）、技术上的先进性
要了解国内外本行业工艺技术的发展水平，通过必要的工艺试验，
积极采用适用的先进工艺和工艺装备。
2）、经济上的合理性
对几种能保证零件技术要求的工艺方案，通过核算或相互对比，选
择经济上最合理的方案。
3）、有良好的劳动条件
保证工人在操作时有良好而安全的劳动条件。采用机械化或自动
化的措施，将工人从笨重繁杂的体力劳动中解放出来。
3，制订工艺规程的原始资料
在制订工艺规程时，通常应具备下列原始资料：
1)产品的全套装配图和零件的工作图。
2)产品验收的质量标准。
3)产品的生产纲领(年产量)。
4)毛坯资料。各种毛坯制造的技术经济特征，各种钢材型料的品种
和规格，毛坯图等。在无毛坯图的情况下，需实地了解毛坯的形状、
尺寸及机械性能等。
5)现场的生产条件。为了使制订的工艺规程切实可行，一定要考虑现
场的生产条件、工人的技术水平以及专用设备及工艺装备的制造能力等。
6)国内外工艺技术的发展情况。积极引进适用的先进工艺技术，不断
提高工艺水平，以便在生产中取得最大的经济效益。
7)有关的工艺手册及图册。
4、制订工艺规程的步骤
制订零件机械加工工艺规程的主要步骤大致如下：
1)分析零件图和产品装配图。
2)确定毛坯的制造方法和形状。
3)拟定工艺路线。
4)确定各工序的加工基准，加工余量，计算工序尺寸和公差。
5)确定各工序的设备、工、夹、量具和辅助工具。
6)确定切削用量和工时定额。
7)确定各主要工序的技术要求及检验方法。
8)填写包含上述所有资料的工艺文件。
5、工艺规程文件的格式
将工艺规程的内容，填入一定格式的卡片，即成为生产准备和施工依
据的工艺文件。各种工艺文件的格式如下：
1）工艺路线卡
也称工艺过程卡，它是按零件编制的，主要是规定零件在整个加工
过程中所要经过的路线。它是制订其它工艺文件的基础，也是生产技
术准备、编制作业计划和组织生产的依据。其内容有：Ⅰ产品的名称
和型号；Ⅰ零件的名称和件号；Ⅰ毛坯的种类和材料；Ⅰ工序的顺序、
名称和内容；Ⅰ完成各工序的车间、工序、设备型号和工装的名称、
编号及工时定额等。它是最简单和最基本的工艺规程形式。在这种卡
片中，由于各工序的说明不够具体，故一般不能直接指导工人操作，
而多作为生产管理方面使用。在单件小批生产中，通常不编制其它较
详细的工艺文件，而是以这种卡片指导生产。每一工序具体应如何加
工，则由工人自己决定，因此对工人的技术水平要求较高。工艺过程
综合卡片的格式见表 1—4。
图 5-22 工艺路线卡
2）工艺卡
它是按零件的每一个工艺阶段编制的。用来指导工人生产和帮助车间
管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要技术文件，广泛用
于成批生产的零件和小批生产中的重要零件。其内容包括工艺路线卡的全
部内容，并且更加详细地说明了零件的加工步骤。卡片对毛坯性质、加工
顺序、各工序所需设备、工装的要求、切削用量、检验工具及方法、工时
定额都作了具体规定，重要工序还应画出零件加工草图。
图 5-23 加工工艺卡
3)工序卡
是具体指导工人操作的工艺文件，它是按每个零件分工序编制的。内
容包括本工序的工序草图、加工表面及应达到的尺寸和公差、装夹方式、
切削用量、刀具的类型和位置，进刀方向和切削用量、检验工具、工装和
工时定额的详细说明。它是最详细的工艺规程，在零件批量较大时都要采
用这种卡片，编制工作量最大。
4)工艺守则
也就是操作规程。它规定了操作的要领和基本的注意事项。它根据同
类工艺操作来制定，而不是按某一零件或毛坯来制定的基本操作规程。一
般只需对重要和关键工序制定工艺守则。
编制工艺规程的形式取决于产品的生产类型、重要性及复杂程度。单
件小批生产的一般零件只编制工艺路线卡，个别关键零件可编制工艺卡；
成批生产的一般零件可采用工艺卡，关键零件编制工序卡；大量大批生产
中的绝大多数零件都编工序卡。
图 5-24 加工工序卡
6、典型工艺规程和成组工艺规程
为了减少工艺准备工作量，简化工艺规程编制工作，缩短工艺准备周
期，要大力推广典型工艺和成组工艺。
1）典型工艺规程
它是为同类零件编制典型的工艺过程。其基本作法是：首先，按零件
的几何形状、尺寸、精度和材料等因素，将零件划分为外形相同并具有类
似工艺路线的零件组；然后再给每个组编制一个典型工艺。典型工艺一般
又分为标准件典型工艺和专用件典型工艺。该方法主要用于大量大批生产
的零件。
2）成组工艺规程
成组工艺就是采用成组技术的基本原理，利用零件的相似性对产品工
艺进行设计。它与典型工艺不同，它不受零件几何形状的约束，而是以工
序内容相似为基础，把能在同一台设备上采用共同的工装及调整方法进行
加工的零件归并成组，统一加工。成组技术要求用编码的方法来区分零件，
而编码方法则标明了加工的方法和加工的参数。机器就能以分组的方式加
工同类零部件，减少设备调整、发送和材料处理等工作。该方法主要用于
成批和单件小批生产。图 5-25 为机械工业零件的分类编码，图 5-26 显示
了零部件是如何分类的。
应用成组技术在产品设计和工艺设计上都可带来显著的经济效益：
Ⅰ．改善设计，因为这样可把较多的设计时间集中在较少的产品上；
Ⅰ．减少原材料和采购量；
Ⅰ．简化生产计划和控制；
Ⅰ．优化流程和降低机器负荷；
Ⅰ．减少设备调整、工序和生产时间。
图 5-25 机械工业零件的分类编码
图 5-26 各类零部件从未成组(a)到成组(b)的编码方案
五、生产准备
（一）工艺装备的准备
工艺装备简称工装，是指制造产品所用的各种刀具、量具、夹具、模
具、工位器具以及辅助工具的总称。工装分为通用和专用两类，专用工装
通常由本企业自行设计制造，只能用于加工特定的产品。企业工装管理的
重点是对专用工装的设计、制造和使用的管理。
图 5-27 专用工具和拉削示意图
图 5-28 专用刀具加工示意图
工装是产品制造不可缺少的物质条件，对产品质量、成本及劳动生产
率有着极为重要的作用。同时，工装的设计和制造又是生产技术准备工作
中工作量最大、周期最长的一项工作，在成批生产中，专用工装的设计和
制造工作占工艺准备总劳动量的 50％～80％，在大量大批生产中达 80％以
上；生产工艺装备的费用平均占产品成本的 10％～15％以上。
图 5-29 专用模具和检验夹具在生产中的应用
（二）、产品试制与鉴定
在大批量或成批生产中，任何一种产品在完成产品设计和工艺准备工
作后，都必须经过试制和鉴定，以证明产品能达到预期的质量和经济效果，
然后才能正式投产。这是因为在设计和工艺准备阶段，不可能全面考虑和
预计到生产中会出现的各种问题，即使设计和工艺文件经过了审查和会签，
但未经过实践，缺点、错误和不够完善之处在所难免，只有通过试制和鉴
定，才能充分暴露出设计和工艺中存在的问题，使原有设计和工艺得以进
一步修改，尽量避免和减少正式投产后的问题。否则不仅会影响产品的质
量，而且还会给生产造成重大影响，造成人力、物力和财力的浪费。
1、产品试制与鉴定的程序
产品试制与鉴定的程序，主要取决于产品的结构、设计方式和正式投
产后的生产类型。
1)在成批和大量生产条件下，产品试制一般分为样品试制与鉴定和小
批试制与鉴定两步骤。
2)在小批生产条件下，一般可试制一台样品。利用样品，检验设计和
完善工艺，取得一定经验后，再正式投产。对于结构比较简单，或只经局
部改进的产品，也可只试制关键零部件，并组织鉴定后，正式投产。
3)在单件生产条件下，一般无试制和正式投产的区别，特别是非重复
性生产，样品就是产品。
2、产品试制与鉴定的主要内容：
Ⅰ．产品试制
1)根据产品技术条件对产品进行全面的使用试验。
2)对产品的重要零部件进行强度、可靠性和寿命等试验。
3)对事先不能用计算方法进行准确设计的零部件进行实验检查，使之
更为精确。
4)发现和消除产品的缺点、错误和不协调现象，全面检查产品及其各
机构的工作精度。
5)找出产品结构的工艺缺点，提高产品结构的工艺性。
6)确定复杂零部件最合理的制造方法。
Ⅰ．产品鉴定
产品鉴定就是根据设计任务书、技术设计和工作图设计等图样和技术
文件，由专业人员检查和评定产品的结构、性能是否达到了技术文件所规
定的要求。最后须编写产品鉴定书载明各种结论。
六、建立生产系统
当产品鉴定完成之后,就应根据生产纲领和工艺设计建立生产系统。建
立生产系统的内容包括：
1、根据生产纲领、企业的条件及确定新建、扩建、改造或利用原有的
生产系统。
2、根据工艺方案确定产品的外购和外协原材料、零部件，评价供应商
并与之进行技术和供应协调。
3、根据生产纲领和工艺规程确定工艺路线和所需设备、工艺装备和工
人。
4、根据经济评价和工艺流程确定厂址、厂区布置、车间设备布置。
5、根据工艺方案确定产品的投产批量、周期、主要生产、装配车间的
生产组织方式、加工过程中的工序质量和安全生产的保证措施。；根据产品
的工艺路线，规定加工中产品、零部件在生产中（空间和时间）的流动和
分布方式。
七、生产阶段
投入正式生产之前，还需根据试生产进行调整。其主要内容有：
1)修改和补充产品图样和工艺文件。
2)补充和调整工装。
3)调整生产设备和劳动组织。
4)培训工人，使之熟悉和掌握产品的生产技术。
5）制定完整的生产计划、作业计划、成本计划和质保体系。
从产品开发的全过程可见，产品开发是一个十分复杂的系统工程。通
过产品设计，将产品概念一步步细化成产品性能、简明总图、系统图、基
本结构图、总装图、部件装配图、主要零件图、装配图、零件图；通过工
艺设计，又将产品的结构数据转换为面向制造的指令性数据：确定产品生
产的工艺原则；确定产品的外购和外协原材料、零部件；确定厂址、厂区
布置、车间设备布置；确定产品生产的工艺方案、工艺规程；各工序的设
备、工人工、夹、量具和辅助工具、切削用量和工时定额；工序的技术要
求及检验方法；生产计划和作业计划。最终建立起新产品的生产系统。
从产品开发的过程来看，传统的产品设计方法也不是纯粹的串行式方
法。在产品设计中，也要求产品设计和工艺设计相互交流。为保证产品设
计上的先进性、工艺上的合理性、可行性和经济性，通常采用以下形式进
行产品设计交流：
1)设计师与工艺师协同工作，使重大的设计与工艺问题能及时得到协
商和解决。
2)设计师遇到工艺问题，随时主动与工艺部门联系，及时解决问题。
3)进行会审，集中各方面人员意见，共同研究和解决有关问题。
4）为了缩短技术准备工作的周期，避免对产品设计作过多的修改，工
艺性分析和审查工作应与技术设计和工作图设计工作平行进行。所有图样
必须在工艺性分析和审查完成，并经工艺人员和标准化人员会签之后，才
能交付生产部门使用。
总的看来，产品设计和工艺设计的基本流程为：产品由设计部门产生设计结构图、装配图和零
件图，然后交给工艺部门进行工艺审查，工艺部门对设计的产品在能满足使用要求的前提下，对其
加工制造和维修的可行性和经济性进行分析和审查。提出修改意见并返回设计部门进行设计图的修
改，此时产生的工艺文件是“工艺审查记录单”。
在设计部门进行产品图纸修改时，工艺部门同时要做的是工艺总方案的设计及编写，此时的工
艺文件是“工艺总方案”。
修改后的设计图纸转到工艺部门后，工艺部门要进行工艺路线的编制及工艺规程的编制，基于
工艺规程，工艺人员要完成如“设备汇总”，“工装汇总”等工作。对需要进行工艺装备设计的提出工
装申请，进行工装的设计。在此之后，制造部门及物资供应部门将以此为依据，进行物资供应及生
产的组织、调度。在生产过程中，部分工艺规程的内容会有所调整和修改，相应的工艺汇总文件必
须修改相关的内容。所有的工艺文件还要经过设计、校对、批准、标准化、会签等工作流程。
产品经试制、修改到最后定型。定型后的产品其图纸、工艺都要随之定型，定型后的工艺要进
行分类归档。定型后的工艺是不能随意改动的，需修改时，除同设计部门一样需填写“工艺更改通
知单”说明修改原因和结果外，还要经过非常严格的审批。
八、服务业的产品设计和过程设计
服务业的产品设计和制造工艺和制造业是类似的，但在进行服务业的
产品设计时必须考虑服务业的特点：
服务业通常提供的产品是无形的或无形与有形结合的，而制造业提供
的产品通常是有形的或以有形产品为主的。如金融机构提供的金融服务，
被服务者并没有得到有形的产品，而只得到无形产品——服务过程；服务
业的“生产”过程通常是有顾客参与的，如医疗、餐饮、娱乐服务。无形产
品在服务中所占的比例及顾客的参与程度对服务产品的设计影响很大。
无形产品同样需要设计和开发，其开发程序和图 5—8 有形产品开发程
序是相同的。开发的源头也是市场的需求，也需进行产品设计、工艺设计
（对非制造业称为过程设计），也需安排工作空间、设备、技术、人员、工
作计划和工作流程，也需经试制、修改才能最后确定。
无形产品的产品设计和过程设计对产品的竞争力与有形产品一样具有
决定性的影响，设计将影响到产品的性能、质量、成本、效率等方面。
例：建设银行设计了新的个人储蓄服务过程。
来到建设银行存款的人突然发现他们不必在各种单据中寻找并填写存
单了。他们不必因记不准日期而寻找银行的日历钟，也不必努力填准 19 位
长令人眼花缭乱的银行卡号，甚至连存款金额都不必填写。只要把存款和
银行卡交给业务员，告诉她存款金额，核对无误后，在和原来相同的存单
上签字就行了。以前认为自然应作的事，通过重新设计，在计算机设备的
支持下，全由设备准确高效地为你做了。不但储户节省了时间，业务员也
不必核对你填得潦草的卡号或金额。想想建设银行每天会有多少存款业务
发生，每笔都会节省至少 1/3 的时间，就会知道这一新服务过程带来的是
效益的很大提高。
就像提供有形产品的制造业在提供产品的同时也经常提供无形服务一
样，服务业也提供有形产品。加强对服务业有形产品的产品和工艺设计开
发，也是一个不容忽视的问题。
清蒸鱼
鱼 1 条(300-400 克)、葱 1 棵、姜 3 片；
调味料：
酒 汤匙、酱油 汤匙、白胡椒 茶匙、盐 茶匙、糖 茶
匙；
油 1 汤匙、香菜少许；
做法：
1．刮去鱼鳞，除去内脏，洗净后揩干其水份，用刀于鱼身两侧分别 3
度划口。
2．取葱半棵，一切为 2，敲拍之。余下半棵细切为末。
3．将敲拍了的两节葱置于一耐热容器上，搁放数片薄切姜片。 然后，
置鱼于其上。放调拌好的调味料于鱼身，添水 2 汤匙，附耐热盖(或覆上保
鲜纸)，用 HIGH(高)微波加热 5—7 分钟。
4．保持鱼的烹调成形，移其于盛菜盘中。然后，在鱼的清蒸汁液中加
油 1 汤匙，再将其汁液均匀地浇于鱼身。最后，撒上葱末和香菜即可。
对清蒸鱼这一产品，同样也有设计图纸和加工工艺。出于服务业的特
点使得这些方面没有制造业规范。
服务业还有许多有别于制造业的特性，如服务业的生产和消费通常是
同时进行的，没有“库存”。例如，银行做出一张存单时，储户同时也消费
了这一服务。再有许多服务都是独特的。你得到银行的金融服务的表现为
一张存单，这一服务可能与别的任何人的都不一样。
在服务业提供的服务过程中通常有顾客高度的参与。由于顾客的参与，
使得每次服务过程都各不相同。同样是清蒸鱼，顾客可能提出自己的口味
要求。这很难使服务产品标准化、自动化，达到我们希望的高效率。但这
也正预示着：如果可以使服务产品标准化、自动化，效率将会极大地得到
提高。
例：比萨饼的饼坯生产自动化
甚至在比萨饼行业，厨师也被机器取代。传统的比萨饼制作是由一个
身穿白围裙的厨师，把面团揉至合适的软硬度，在空中急速地旋转制成所
需的形状，加上配菜和调料，然后放进烤炉。所有这一切手工操作的目的
是为了生产面质香脆的比萨饼。
现在，芝加哥的 AM 制造公司已经开发了一个能够生产类似这种饼坯
的系统，完全不用人工操作。这种饼坯将在杂货店里出售，人们买回来在
家里就可以自己制造比萨饼。
下面我们介绍它的工作程序：第一步把面粉和水等混和，然后，把面
团搁在传送带上运至一部机器，这部机器根据饼的大小要求，按重量分开。
面团接着被卷成球状，这样揉捏运动就增加了面的韧劲。面球掉到另一条
传送带上，这条传送带把他们运到一个压模器，压模器把每一个面球压成
饼坯，饼坯又被运到另一个模子，在那里高温的模子使饼坯的边膨胀起来。
在 AM 的装配线的烘烤时间只需 3 分钟，香喷喷的饼坯上有更多的温
气，过去的方法只是简单地把一片片冷面团压成面饼，然后烘烤且时间也
较长，生产出来的饼坯味道也不及用自动化生产出来的好。1
麦当劳的成功正是借鉴了制造业规范的生产线运作方式。
第三节 设计方案的经济评价
在产品开发过程的各个阶段，都存在着多种方案的选择和评价问题。
在本节中将讨论在产品开发过程的设计阶段，对产品的设计方案和工艺方
案的经济评价。
一、设计方案的经济评价
当不同的产品设计方案会对产品的性能、生产系统的寿命期、企业的
技术发展方向等因素产生不同影响时，需建立产品设计方案的评价指标体
系，采用综合评价的方法，对定性和定量两方面指标进行评价。
对设计方案进行经济评价遇到的问题常常是，不同设计方案都能达到
同样的产品功能(包括产品性能与可靠性指标)要求时，如何通过经济评价
来选取最优方案。
为了进行方案比较，对不同设计方案应须预测下列数据：
Ⅰ设计费用，Ⅰ单位产品的材料、人工和动力费的预计值，Ⅰ需增加的
设备和工具的费用，Ⅰ寿命周期内产品可销售数量，Ⅰ单位产品出厂销售
价格。
例如对某产品的两个设计方案和有关数据记录如下：
表 5-2 某产品的两个设计方案经济评价表
项 目 内 容 方 案 甲 方 案 乙
Ⅰ 设 计 费 用 1500 2 0 0 0 0
Ⅰ 单 位 材 料 成 本 0 . 4 0
1 [2]P149
Ⅰ 单 位 人 工 成 本 0 . 2 5
Ⅰ 单 位 动 力 成 本 0 . 3 0
Ⅰ 增 加 设 备 与 工 具 的 费 用 12000 4 2 0 0 0
Ⅰ 销 售 量 90000 400000
Ⅰ 单 位 出 厂 价 格 1 . 7 5
Ⅰ 单 位 设 备 与 工 具 费 用 Ⅰ ／ Ⅰ 0 . 1 0 5
Ⅰ 单 位 设 计 费 用 Ⅰ ／ Ⅰ 0 . 0 5
Ⅰ 单 位 成 本 Ⅰ + Ⅰ + Ⅰ + Ⅰ + Ⅰ 1 . 1 0 5
Ⅰ 单 位 利 润 Ⅰ - Ⅰ 0 . 6 4 5
Ⅰ 总 利 润 Ⅰ * Ⅰ 45036 258000
Ⅰ 单 位 利 润 的 费 用 （ Ⅰ + Ⅰ ） / Ⅰ 0 . 2 4
由上表数字可见，方案乙虽然比方案甲设计费用高、增加的设备工具
较多，但无论总的利润或单位利润的所需费用，方案乙都比方案甲有利。
对产品设计方案还可以用投资回收期法、决策树法等其他方法进行评
价，这里不一一列举。
二、 工艺方案的经济评价
工艺方案有可能会比产品设计方案具有更大的选择性。由于技术的进
步、生产设备的更新、新材料、工艺及装备的出现，使得同一产品或零件
的制造有了更多的工艺方案。
与对产品设计方案评价相同的是：若不同的工艺方案涉及的不只是成
本指标时，也要采取定性与定量指标相结合的方法进行综合评价。
具体来说，进行工艺方案的综合评价可使用以下指标：
1．工艺方案的先进性、适应性、安全和环保指标。
2．产品的产量与质量指标。如单机产出率，合格品率。
3．产品工艺成本指标；
4．工艺准备周期及产品生产周期指标；
5．其它涉及工艺方案经济性的指标。
产品工艺成本是评价产品工艺方案经济性的一项主要指标，它是指产
品成本中与加工方法、工艺装备等工艺性因素有关的那部分费用。产品的
工艺成本随着加工方法、加工设备及工艺装备等工艺性因素的改变而改变，
因此，不同的工艺方案会形成不同的工艺成本。
在进行工艺方案分析与评价时，为了有利于计算和比较，把工艺成本
分为变动工艺成本与固定工艺成本两部分。与产量变化无关的费用称为固
定工艺成本。其中包括：(1)设备的购置费；(2)厂房建造费；(3)工艺装备设
计与制造费；(4)新工艺开发研究与培训费；(5)辅助设施费；(6)与工艺有关
的其它管理费用等等。与产品产量成比例变化的工艺费用称为变动工艺成
本，其中包括：(1)原材料或毛坯费用；(2)燃料、动力费；(3)生产工人工资；
(4)设备与工艺装备修理费与调整费用；(5)与工艺有关的废品损失；
例：设 N 为产品年产量，C 为固定工艺成本，V 为单位产品的变动工
艺成本，S 为年产品工艺成本。则，S=V*N+C。如有两方案，方案Ⅰ的固
定工艺成本为 C1，单位产品的变动工艺成本为 V1；方案Ⅰ的固定工艺成本
为 C2，单位产品的变动工艺成本为 V2。若产品的变动工艺成本随产量呈
线形变化，方案Ⅰ的固定工艺成本 C2＞C1，而单位产品的变动工艺成本 V2
＜V1，则有不同工艺方案年产品工艺成本与产量函数图如图 5-28 所示：
从图中可知，当 N=N0 时，S1=S2；当 N＜N0 时，S1<S2;当 N>N。时
S1>S2。 所以，如生产产量小于 N0，则选方案 I；生产产量如果大于 N0，
则选方案Ⅰ。其中：
N0=
在考虑工艺准备周期及产品生产周期时常使用生产率法进行工艺方案
的经济评价。一个零件的某道工序，可以在自动化程度较低的机床上加工，
也可以在自动化程度较高的机床上加工，前者的生产率低于后者，但自动
化水平高的机床调整时间（即工艺准备周期）往往比较长。
设：自动化程度较低机床的生产率为 q1(q 为机床小时生产率，单位为
件／小时)，机床调整时间为 t1；自动化程度较高机床的生产率为 q2，机床
调整时间为 t2。
有 q1<q2 t1<t2
在从开始调整机床起的任意时间内，使用自动化程度较低的机床加工
时，生产量为： Nl=q1(T-t1)
在同一时间，用自动化程度较高的机床加工时，生产量为：
N2=q2(T-)；
S
C2
C1
N0
N
S1=V1N+C1
S2=V2N+C2
图 5-30 两工艺方案年产品工艺成本与产量函数图
21
12
VV
CC
上述两式都是线性方程，在产量—时间坐标系统中为两条直线，其交
点 A 的纵坐标为临界批量，交点 A 的横坐标为自动化程度较高的机床调整
后的最短负荷期限 Tmin(见图 5—31)
从而 Nmin=Tmin*q2
可见，当零件的批量大于 Nmin 时，或自动化程度较高的机床的负荷时
间大于 Tmin 时，选用这种机床才是合适的。
第四节 产品开发的新方法
一、并行产品设计方法
从产品开发过程可以看到，产品开发是一项复杂的系统工程。其中不
只涉及到产品知识、设计理论、工艺经验，还需掌握市场需求、营销理念、
经济核算乃至企业管理的多方面知识。在整个产品开发过程，各种知识、
信息需要全面、深入地交流，才能避免设计的失误，以较短的时间、较低
的成本，设计出完美的产品。
而传统的串行产品开发过程存在着许多弊端，首要的问题是分割的组
织机构使销售、设计、制造、采购、财务等与产品开发相关的部门相互隔
离，严重地妨碍了产品开发的速度和质量。产品设计人员在设计过程难以
考虑到顾客的需求、制造工艺、成本控制等约束因素，易造成设计和制造
的脱节；所设计的产品可制造性、可装配性较差，使产品的开发过程变成
了设计、加工、试验、修改的多重循环，从而造成设计改动量大，产品开
发周期长，产品成本高，无法适应现在激烈市场竞争的要求。
要进一步提高产品质量、减少产品成本、缩短产品开发时间，必须采
T
N
Nmin
Tmin
N2
Nl
t1 t2
图 5—31 不同生产率设备的选择比较
用新的产品开发策略，并行产品设计方法即由此提出。
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。这种方法将原来各分割的阶段和人员
综合起来，以产品开发小组的形式协同工作。这些小组成员通常包括市场
营销、设计、制造、采购、成本控制、质量检验以及一线服务的人员。许
多小组成员也包括零售商甚至顾客代表。不管产品开发的本身属性有何不
同，研究表明，在一个开放的、大家高度参与、人尽其才的环境里，产品
开发更易获得成功。产品开发小组的目标是成功地制造产品或提供服务。
这些目标包括产品的市场性、可制造性和可维护性。这样使产品开发者从
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。国际上一些著名的制造企业如波音、摩托
罗拉、惠普等，自 20 世纪 90 年代以来，纷纷在新产品开发领域实施并行
工程，实践证明，并行工程能够缩短产品开发周期 40％～60％，减少工程
变更次数 50％以上，降低产品成本 30％～40％。
并行工程的主要思想有：
1．设计时同时考虑产品寿命周期的所有因素。
2．进行过程重组，使产品设计过程中各活动并行交叉进行。
3．进行组织重组，使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，实现技术、
资源、过程在设计中的集成。
这些思想可以以图 5—32-34 表示：
设计费用
设计时间
可制造性
可装配性
成本、质量、采购、
库存、设备、工装、
检验、生产安全、
包装、管理、
运输、分销、库存、
销售（销售、广告、
售后服务）
使用要求
环保程度
维修性能
报废处理
设计阶段 制造阶段 销售阶段 使用阶段
产品寿命期
图 5-32 设计过程考虑的产品寿命期各因素
二、价值工程方法
1、价值工程的定义和公式
（1）价值工程的定义
价值工程是一种利用有组织的力量和集体智慧，在进行产品功能分析
基础上进行产品设计，用最低的寿命周期成本来实现产品必要功能的方法。
价值工程与并行工程的共同点是：
Ⅰ、价值工程也是由设计、工艺、采购、财务、销售等各方面人员组
成的设计小组（价值工程小组）利用有组织的力量和集体智慧进行并行式
图 5—33 产品设计过程中各活动并行方式
图 5—34 产品开发小组的人员组成
的产品设计。
Ⅰ、价值工程也是对产品寿命周期成本考虑的基础上进行设计的，它
认为成熟的顾客在购买产品时不只考虑购买成本，更会考虑使用成本甚至
报废成本。
价值工程与并行工程的不同点在于：
价值工程指导下的产品设计，是在功能分析的基础上形成一整套的工
作程序进行产品设计，通过绘制功能系统图，扩大思维空间，使产品每个
部分都达到顾客需求，剔除不必要功能和过剩功能，以获得有竞争力的产
品设计。并行产品设计没有对产品进行细致的功能系统分析，这是它与价
值工程的重要区别。
价值工程最本质的特征，就是从以事物结构、构造为中心的研究，转
变为以功能为中心的研究，这是价值工程成为一门独立学科的根本所在，
是物品或工作研究方法的重大变革。
（2）价值工程的公式
价值工程的公式：
产品的价值 V =
价值工程中的价值是一种比较价值，即功能与成本的比值。从价值工
程公式来看，这里的价值与政治经济学中的价值概念是不同的。在这里，
价值的大小是用户对所需产品的功能和费用之间的关系所做出的评价。当
价值近于或等于 1 时，说明用户认为该产品的功能和所需付出的费用是相
适宜的，即物有所值；当价值大于 1 时，则说明用户用少于其预计的费用
得到了他要求的功能，或者用其预计的费用获得了更多的必要功能，即物
美价廉；而当价值小于 1 时，则是用户所不希望的。
因此，实施价值工程，主要是针对产品、设计或服务中价值较低的部
分。从这个意义上讲，价值工程是以提高产品价值为目的的。
提高产品价值有以下五条途径：
Ⅰ、提高产品功能的同时，降低成本，而使价值大大提高；
Ⅰ、提高产品的功能保持原成本，从而提高价值；
Ⅰ、保持产品原功能，降低成本，从而提高价值；
Ⅰ、功能有所降低，成本大大降低（功能降低在用户允许范围之内）；
Ⅰ、功能大大提高，成本有所提高；
2、价值工程的工作程序
经过长期的实践，价值工程已经形成了自己独特的，系列的科学工作
程序。整个活动过程大致划分为提出和分析问题、拟订方案、方案评价和
实施三个阶段；确定对象、功能分析、功能评价、方案创造、方案评价和
C
F
产品的寿命周期成本
产品的功能
方案实施六个基本步骤。具体可见表 5—3：
价值工程工作程序
构思
阶段 基本步骤 具体步骤
价值工程提问
1、选择对象
确定对象
2、收集情报
1、这是什么？
功能分析 3、功能定义
分类整理
2、它是干什么用的？
3、它的成本是多少？
提
出
和
分
析
问
题
功能评价 4、功能评价
4、它的价值是多少？
拟订
方案
方案创造 5、方案创造
5、有无其他方法实现
这个功能？
方案评价
6、概略评价
7、方案具体制定
8、详细评价
6、新方案的成本是多
少？
方
案
评
价
实
施
方案实施
9、试验研究
10、方案审批
11、方案实施
12、成果总评
7、新方案能满足要求
吗？
3、价值工程的功能分析方法
要进行价值工程指导下的产品设计，首先要进行功能设计，只有明确
产品要实现的功能，从最上位功能出发提出设计方案，才能得到较圆满的
实现功能的方案。价值工程的功能定义和整理阶段是影响产品设计的最重
要阶段，要通过不断的目的—手段提问，挖掘出产品的最上位功能，以满
足顾客真正的，深层次的需求，甚至挖掘出顾客自己都没有意识到的需求
并满足它们。
通过功能分析，可以摆脱原设计或传统思路的束缚。并有以下作用：
扩大设计思路。
发现或避免不必要的功能。
3）进行功能成本分析，发现价值低的功能区域，并予改进。
之所以相信产品的价值可以得到提高，是基于下述价值工程的原理之
表 5—3 价值工程的工作程序
上的。
1）怀疑原理
相信随着科学技术的发展和生产力水平的提高，原有事物是落后的和
可以改进的。以此为依据，怀疑和分析产品和服务设计中有不合理，不经
济的地方，通过分析研究，降低成本。
2）排除原理
在功能分析中，发现并排除产品设计中无用的、多余的、过剩的功能
及不合理、不经济的工艺操作、工作程序、生产组织和管理方式，以达到
降低成本的目的。在价值工程中，区别必要功能和不必要功能的方法是对
于一个产品的各项功能或对产品的某一部件的功能提出“这个功能重要
吗？”，“根据什么理由说它是必要的呢？”在这种提问下，本来认为是必要
的功能，往往出乎意料地被发现是不必要的。（经验表明约 30%功能不必
要）
3）替代原理
在保证可靠地实现产品的必要功能的前提下，尽量采用更便宜、供应
更方便的替代品或生产方法，以达到降低成本的目的。
4）标准化原理
包括产品零部件标准化、管理业务标准化等。前者便于组织大批量生
产，效率高、成本低。后者可以节省人力和时间。
例：
图 5—35 铸铝合金锁体零件图
图 5—35 为一种铸铝合金锁体零件，经功能分析其功能系统图如下：
图 5—35 铸铝合金锁体功能系统图
传递扭矩
旋转锁芯
轴向定位 安装挡圈
插入钥匙
压缩弹簧
顶起弹子
容纳弹子
固定封片
限制开锁
开锁 装入锁芯
传统的锁体制造方案是使用铸锌或铸铝合金。为保证锁体的功能，要
求材料要有足够的硬度和铸孔精度。经查铸铝合金的硬度为 HB=75，铸孔
精度为±。而一种 ABS 塑料硬度可为 HB=90，铸孔精度为±，且同
样能够满足锁体的功能要求，制造成本仅为铸铝合金的 20%。因此，选择
用 ABS 塑料替代铸铝合金的锁体制造方案。
不但制造业可以应用价值工程进行产品设计和改进，服务业同样可以
应用价值工程设计和改进其服务。
例：邮政局的汇款单改进
2002 年邮政局将原来用了几十年的信封式汇款单改成了真正的汇款
单——一张两面印刷的纸单。其实早在几十年前邮政系统内就以实现统一
汇兑了，没有必要使用信封装钱邮给对方。在价值工程提问下，信封式汇
款单除了能给人带来要往里装钱的错觉外，再就是需折叠和粘成信封状造
成成本增加了。这是什么？它是干什么用的？有无其他方法实现这个功能？
问题都很简单，只是几十年来人们已司空见惯了这种汇款单，没人想问。
价值工程对于传统的产品开发方式的优势在于，传统的产品开发方式
是针对某一特定问题进行研究。它不带有普遍性，更没有把功能和成本联
系起来作深入地分析。而价值工程的实施，实质上是一个分析问题，发现
问题，解决问题的过程，它以特有的价值理论对产品作深入地、系统地分
析，并有其特有的工作程序。依此工作程序扎实地推进，就会有所收获。
由此看来，价值工程也是一种程序化的管理方法。它的运用可以使管理者
从日常的产品开发问题中解脱出来。而由集体的智慧按一定程序解决问题，
并由此程序的不断运用，不断丰富和熟练，使产品开发水平得到提高。
三、计算机辅助设计
计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工艺过程设计（CAPP）大大
地改变了产品设计和制造模式，它正在使生产运作系统发生着一场信息革
命。
在第二篇开始已经提到：企业的整个生产过程实质上是一个数据的采
集、传递和加工处理过程，最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。
传统的生产运作系统的生产过程虽然本质上也是一个数据的采集、传递和
加工处理过程，但这一过程并没有以统一的数据形式在一个平台上运行。
产品的设计任务由文字来描述；产品设计由图纸和数据及文字描述；产品
的制造过程需要生产人员将图纸、数据和文字的加工、装配要求按自己的
理解转变为设备、人员的一系列操作动作。而在生产过程中发生的一系列
计划、采购、管理活动都将产生各自的图、表、数据、文字，进行一系列
的采集、传递和加工处理。由于采集数据的形式不同、内容不同、目的和
需要不同（设计人员需要的是零件的最终尺寸、公差和其他加工要求；采
购人员需要的是材料的种类、型号和需求量；财务人员需要需求量和价
格）、处理的平台不同，使得企业的生产过程不能高效地进行。甚至由于对
数据形式的不同理解，造成生产过程中的失误。
信息科学和计算机技术的发展已使得传统生产运作系统可以在一个统
一的数据平台上进行数据的采集、传递和加工处理。通过计算机采集、传
递和加工数据，并将数据转变成各分系统所需要的形式。当一个主要数据
变化时，计算机会自动地将相应的关联数据和数据的表现形式统一修改。
这种以统一的电子数据信息流进行计算机集成制造的系统已从生产运作系
统扩散到整个企业系统，导致生产运作、财务、市场营销及企业经营管理
的界限逐渐模糊。使得从设计到制造、采购、运输、生产计划、库存乃至
整个企业系统都处于企业信息系统的集成控制之下。
图 5-36 制造业的计算机集成制造系统
在制造业的计算机集成制造系统中，Y 型的系统模型左边是管理链，
右边是工程链。计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工艺过程设计（CAPP
computer aided process planning）就位于工程链的顶端。
一、计算机辅助设计
采用计算机辅助设计技术研制新产品时，设计人员首先根据产品的用
途和以往的经验，对产品的形状、尺寸、结构等提出一个大致的设想，即
建立—个有关新产品的粗略模型。设计人员将这些原始设计信息通过输入
设备以某种数据结构形式存入计算机中，然后通过交互式终端对此模型进
行各种模拟试验和分析，根据分析结果对原始设计加以反复修改。这种修
改是以电子信息形式高速进行的，因此，可以方便地反复多次进行，直至
能获得满意的结果。设计的结果存在计算机中，需用时可很快在图形终端
上显示出来，或通过绘图设备绘制在图纸上。在交互式图形系统中设计人
员可以从各个方向，以各种比例，甚至从各种截面上去观察所设计产品的
零部件。这就完全改变了原来依靠图纸传递设计人员设计思想和意图的状
况。
设计人员对产品的试验和分析是在虚拟对象上进行的。对于特殊复杂
的零部件，还可进行有限元的分割，以观察每一单元对应力的反应，并据
此来确定最合理的用料方案。还可使零部件或产品活动化，进行动力学的
模拟和计算，以分析它们的振动特性和寿命。对产品的装配情况，也可以
进行模拟试验，设计者可在屏幕上以色度不同的彩色图像，逼真地显示零
部件的组装过程，检查它们之间的配合情况，从而不必制造样机和产品模
型来进行实际试验，只要在虚拟模型上作必要的分析和模拟，就可获得新
产品的各项性能的精确指标。
CAD 的结果可以用图纸和说明书的形式输出，也可以直接形成数控加
工的数据，通过数控纸带或数据库传递给 CAM 系统。
C
A
M
具体的 CAD 系统 主要包括三个部分。
Ⅰ 交互式图形系统 它帮助设计人员绘制各种二维或三维的设
计图形。在工程设计方面需要绘制各种零件图、部件图、装配图，以及三
维立体透视图。设计人员可以交互式地修改已经生成的图形，进行放大、
缩小、平移、旋转等操作。
Ⅰ 各种计算分析用的软件包 通过这些程序可以对产品的性能
进行评估，在各种可能的方案中选出最佳方案，决定最佳的产品式样、尺
寸、结构等设计参数。
Ⅰ CAD 数据库 用以存储并管理大量的描述产品的数据以及设
计过程所需要的各种数据，如各种设计规范和标准以及各种管理用的数据
等。
计算机辅助设计充分发挥人的思维判断能力和计算机的高速运算和记
忆能力，完全改变传统的产品生产方式，改变人在生产过程中的作用。其
优越性表现在：
Ⅰ提高设计的精度，减少错误，能完成单靠人工方式无法完成的复杂
设计。
Ⅰ大大提高生产率。能使人摆脱繁琐重复的绘图工作，省去查阅资料
的时间，设计速度大大加快。缩短了设计和制造的周期，使新的先进的设
计思想能迅速变成产品，促进产品更新换代，增加产品的竞争能力。
Ⅰ便于实现最优设计。由于设计速度快，设计人员有可能从许多设计
方案中选出最佳的设计方案，从而达到更好的经济效益。
Ⅰ降低设计成本。与数控机床相配合，使设计和生产小批量产品仍有
经济效益，这有利于增加产品的花色品种，满足各方面的特殊需要。
Ⅰ使设计工作不再单纯依靠少数掌握特殊技能的专家，一般设计人员
也有可能完成较高级、较复杂的设计工作。
资料引自：美的空调 黎文斗
I-DEAS 为美的空调带来竞争优势
1996 年空调市场面临着巨大的挑战及残酷的竞争。此时，美的每年仅能设计一两款机型，
产品单一，开发手段落后，开发周期漫长，公司发现这种现状已不能适应快速变化的市场需
求，企业陷入了困境。在举步为艰的情况下，公司提出把产品研发作为突破口，经过周密的
市场调查，一致认为只有提高公司的产品研发能力，缩短产品开发周期，加速产品投放市场
时间，不断进行产品创新，才能使公司继续生存，进而提高企业的竞争能力，最终达到市场
领先的目标。为此，公司决定引进先进的机械设计软件来实现上述目标。
在引进 I-DEAS 之前，公司开发部仅有 8 台 PC 机和有限的几套二维设计软件，有一半的
技术人员还处于从事手工绘图、描图的产品开发模式，技术人员的大部分时间耗在绘图及图
纸更改上，极大地限制了技术人员的创造性。
空调是一种季节性产品，公司要求所有新产品的研发工作必须在 6～10 个月内完成样机鉴
定。我们对当时制约研发周期的两个重要因素——设计时间和模具制造周期进行了分析，发
现一个核心问题是我们的研发工具落后，研发工具的落后不光拖延了设计时间，更重要的是
设计的不准确性造成了后期模具制造过程中的反复修改，甚至造成模具的报废，极大地影响
了产品开发周期，并增加了产品研发成本。
1996 年，首次引进 I-DEAS 软件，利用 I-DEAS 设计的移动空调和窗机打进了国际市场。
由于大量的新产品投放市场，1997 年美的摆脱了困境。1998 年，美的开发的各种新产品已在
同行中处于领先地位，市场销量大幅提升。取得这样可喜的成绩，我们并没有停滞，公司又
制定了新的产品战略，决定再次扩充 I-DEAS 的数量。1999 年，利用 I-DEAS 设计的全新换
气分体机，实现单机销量 30 万台，创下了空调行业的历史记录。21 世纪，公司决定进一步壮
大研发队伍，又第三次增加了 I-DEAS 数量。公司非常重视技术人员对 I-DEAS 的应用能力，
并把掌握 I-DEAS 作为研发人员的基本技能来进行考核。现在，I-DEAS 已经渗透到产品研发
的各个环节，每一位技术人员都达到熟练应用的程度。公司已经统一使用 I-DEAS 进行产品研
发，彻底淘汰了其他软件。
从这几年的实践来看，I-DEAS 软件极大地提升了美的空调的研发能力，1996 年当年就开
发新产品 13 个，1997 年开发新产品 31 个，1998 年开发 60 个，1999 年开发 87 个，2000 年
开发 95 个。甚至以前我们根本没有能力开发的产品，现在也已经能够投入生产。产品设计周
期从 1995 的 6-8 个月缩短到 1996 年的 30-45 天，1997 后进一步缩短到 20-30 天。由于不断地
推出新产品，1997 年美的空调在残酷的市场竞争中崭露头角，1998 年，1999 年，2000 年，
连年取得翻番式的发展。新产品的不断推陈出新不只使美的取得了经济上的巨大收益，同时
也展现了美的强大的技术实力，极大地增强了经销商及代理商经销美的产品的信心，对市场
起到了极大的拉动作用。
美的在极为困难的 1996 年投入巨资引进 I-DEAS 设计软件，体现了决策者的高瞻远瞩，
同时也彻底改变了美的的研发模式，使企业得到了巨大的经济回报。
由于 I-DEAS 的成功应用，美的被中国科学技术部授予"全国 CAD 应用工程示范企业"称
号。
二、计算机辅助工艺过程设计
计算机辅助工艺过程设计上与计算机辅助设计相接，下与计算机辅助
制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间
的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，产品设计只能通
过工艺设计才能与产品制造实现功能和信息的集成。
传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。在美国具有
丰富经验的工艺工程师一般年龄在 40 岁以上，并有丰富的生产车间工作经
验；在英国，工艺工程师平均年龄为 45 岁。通过对年龄数据的统计，反映
了工艺设计要求工艺工程师要有多年的生产实践经验，熟知企业的各种设
备的使用情况、各种生产工艺方法和生产加工有关的规范。
随着生产技术的发展和社会需求水平的提高。传统的工艺设计方式已
经严重地阻碍了设计生产效率的提高，成为工程链中的瓶颈环节。主要表
现在下列各方面：
(1) 对工艺设计人员要求高：传统的工艺设计是由工艺人员手工进行
设计的，工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。工艺文件
的合理性、可操作性以及编制时间的长短主要取决于工艺人员的经验和熟
练程度。在新产品开发工艺设计人员经验不足的情况下会不可避免的导致
工艺文件的设计周期和质量不易保证。
(2) 设计周期长、数据的准确性差：工艺设计需要处理大量的图形信
息、数据信息，并通过工艺设计产生大量的工艺文件和工艺数据；传统的
设计方式需要人工处理图形及数据信息，较复杂的工艺设计和准备时间甚
至占整个设计时间的 60%——80%以上。由于数据繁多且很分散，光是花
费在书写工艺表格上的时间就占 30%左右，因此，处理起来劳动强度大，
效率低，繁琐、易出错。
(3) 工艺设计最优化、标准化较差：工艺设计经验的继承性低，不便
于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用。当产品更换时，原
有的工艺规程就不再使用，必须重新设计一套产品的工艺规程，即使新产
品中某些零件与过去生产的零件相同，也必须重新设计，设计效率低下，
存在大量的重复劳动。
(4)工艺部门用手工方式形成的工艺文件，其他部门只能通过手工查询，
工作效率低且易出错；所产生的工艺数据也无法方便地与其他部门用计算
机进行交流和共享，阻断了集成制造系统的通路。
在现代制造业中，制造系统正逐渐从刚性（高效率的大批量生产模式）
向柔性（高效率多品种小批量生产模式）转变，这要求工艺设计必须适应
这一转变，将计算机贯穿于产品策划、设计、工艺过程设计、制造与管理
的全过程。计算机辅助工艺过程设计的基本原理正是基于人工设计的过程
及需要解决的问题而提出的，其主要表现如下：
(1) 可以将工艺设计人员从大量繁重的、重复性的手工劳动中解放出
来，使他们能从事新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等等创
造性的工作。
(2) 可以大大地缩短工艺设计周期，提高企业工艺设计的标准化、最
优化水平，充分利用标准（典型）工艺生成新的工艺文件，保证工艺设计
的质量，提高产品在市场上的竞争能力。（据统计，利用 CAPP 系统编制工
艺规程甚至可比用手工编制少花 95%以上的时间。）
(3) 能继承有经验的工艺设计人员的经验，提高企业工艺的继承性。
使工艺人员的工艺经验、工艺知识能够得到充分的利用和共享。
(4) 能将制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参
数库。为适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要和实现计算机集成制
造系统(CIMS—Computer Integrated Manufacturing System)创造必要的技术
基础。
CAPP 从狭义的观点来看，它是完成工艺过程设计，输出工艺规程。
但是为满足 CAD/CAM 集成系统及 CIMS 发展的需要，对 CAPP 认识应进
一步扩展，"PP"不再单纯理解为"Process Planning"，而含有"Production
Planning"的涵义。此时，CAPP 所包含的内容是在原有的基础上，向两端
发展，向上扩展为生产规划最佳化及作业计划最佳化，作为 MRPII 的一个
重要组成部分，并为 MRPII 提供所需的技术资料;向下扩展为形成 NC 控制
指令。广义的 CAPP 概念就是在这种形势下应运而生的，也给 CAPP 的理
论与实践提出了新的要求。
陕鼓 CAPP 应用：从电子表格走向集成化
陕鼓是风机行业国有大型骨干企业，公司生产的特点属多品种、单件、小批量生产类型，
用户不仅对产品的质量、性能有着严格要求，而且对生产周期更有严格限定。
针对传统工艺技术准备工作对单件小批量生产类型有着不可克服的缺点——工艺设计工作
量大、周期长、效率低、差错率高，工艺方法因人而异，给生产组织带来诸多不便。公司意
识到，要想在工艺上取得重大突破，必须应用 CAPP 技术，实现工艺设计的计算机化。
从九十年代起，我公司工艺处着手应用 CAPP 技术，以 为设计平台，以
宏为设计语言，自行开发了以填写卡片为主的 CAPP 系统。系统以电子表格的形式，
将风机产品的工艺文件全部电子化，并已在生产中得到广泛应用。然而，随着 CAPP 技术的
不断发展，我们在应用 CAPP 过程中不断发现了原有 CAPP 系统的局限性：
1.由于采用文件管理模式，数据的共享、一致性等难以保证。在此情况下，汇总统计工作
仍需工艺人员手工或交互处理。
2.随着应用的扩大，特别是随着工艺更改次数的增加，工艺文件管理问题日渐突出，大量
文件的管理已成为工艺人员沉重负担，难以满足企业长远发展的需要。
3.缺乏统一的数据模型，难以与 CAD、PDM、MRPII、CAM 等系统实现信息共享与集成。
而 CIMS 的最基本特征是数据信息的共享，CAPP 是设计信息向制造信息转换的“中转站”，原
有 CAPP 系统不能担负起 CIMS 中信息转换的桥梁作用。
为了企业长远的发展，1999 年陕鼓动力（集团）有限公司决定实施 CIMS 工程，并选用
CAPPFramwork 软件建立公司的 CAPP 集成系统。
二、陕鼓 CAPP 集成系统的功能
在 CAPPFramwork 系统框架的基础上，通过全面实施，建立了基于 C/S 模式的集成系统，
建立了各类资源库、知识库包括：机床设备库、工艺装备库、各类典型工艺库等，实现了工
艺知识基设计和管理，实现了与 PDM/SmarTeam、MRPII 等应用系统的信息共享与交换，使
CAPP 应用从电子表格走向集成化。下面对几项特色的功能进行进一步介绍。
1.产品结构 BOM 的提取：通过集成数据接口，CAPP 集成系统可从 SmarTeam 中提取产品
结构 BOM，减少了工艺人员的重复劳动，提高了数据的准确性、一致性。
2.工艺路线专家系统决策：采用检索、修订、创成等多工艺决策混合技术，通过对工艺路
线的规则定义和分类，陕鼓 CAPP 集成系统已成功实现了工艺路线的自动推理，基本实现了
工艺路线设计的自动化，提高了设计效率和标准化、规范化程度。
3.工艺数据的汇总统计：实现了包括机加自制工装、机加外购工装、装配自制工装、装配
外购工装、数控自制工装、数控外购工装、轴流工艺过程卡片目录、离心工艺过程卡片目录
和涂装防锈工艺过程卡片目录等各类统计汇总，这样不仅可极大地提高工艺文件的编制效率，
而且最大限度地减少了不必要的人为失误。
三、陕鼓 CAPP 集成系统应用情况介绍
CAPP 集成系统刚投入运行时，由于工艺人员已经习惯于电子表格填写方式的 CAPP 系统，
对新系统能否完成工作抱着怀疑的态度。随着逐步的应用和熟悉，工艺人员充分了解到了新
系统所具有的优点——丰富的机床设备库、工艺装备库、典型工序库，并可根据我们的实际
需要，方便快捷地进行补充完善；强大的知识库支持，实现了工艺的快速编制；典型工艺的
应用更使工艺编制效率得到了极大提高，并极大保证了工艺数据的一致性和完整性。
在二期工程中，我们将以 CAPPFramework 为基础建立统一、集成、智能的综合工艺信息系
统，以提高陕鼓集团工艺管理的现代化水平，提高对市场的应变能力。
资料引自 王小玲 2002-9-26
四、产品开发的趋势
一、面向可制造性与可装配性的产品设计
面向可制造性与可装配性的产品设计(DFMA-Design For Manufacture
and Assembly,)在产品设计的概念阶段就考虑产品全生命周期的可装配性、
可制造性、可维护性和环保性，并以成本为核心对其进行量化评价。对缩
短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本具有十分重要的作用。
DFMA 是建立在计算机辅助设计基础之上的并行工程的进一步深化，
它将设计、工艺和制造等相关部门联系在一起，为他们并行工作提供了一
个平台。在概念设计阶段中，工艺、制造等相关人员就参与设计，对设计
方案的可装配性、可制造性和成本进行估计，以成本为核心对方案进行优
化。DFMA 的核心是 DFMA 软件。
DFMA 软件从装配、制造、维护和环保的观点提供一个系统的程序来
分析已提出的设计方案。设计、制造和工艺等相关人员在产品开发过程中
利用它对不同的方案进行装配加工和维护成本分析，使开发出的产品不但
成本低，而且更简单、更可靠。
DFMA 软件目前包括 DFA(Design For Assembly,面向装配的设计)、
DFM(Design For Manufacture,面向制造的设计)、DFS(Design For Service,面
向维护的设计)和 DFE(Design For Environment,面向环境的设计)四大模块。
面向制造的设计模块 DFM 包括 DFM Concurrent Costing(面向制造的
设计，并行成本计算) 模块、DFM Machining （机加工成本分析模块）
和 DFM Sheet Metal Working(钣金件分析模块)
DFM 模块用于对单个零件成本和相应工装投资进行成本估计。它能够
对新的设计做出准确成本估计，并尝试各种不同零件材料和加工工艺(目前
包括吹塑成形、挤压成形、注塑成形、压模铸造、蜡模铸造、锻压成形和
粉末冶金等)。用该模块进行成本估算的工作步骤如下：第一步，通过
Solidview 工具将 CAD 中的三维实体图形的基本尺寸和零件复杂度提取
到 DFM Concurrent Costing 模块中。第二步，选择一种工艺方法，该模块
依靠软件中的专家系统，提供适合此工艺方法的原材料。第三步，选定原
材料后，软件自动产生详细工步，同时估算出模具成本和毛坯成本。如果
选用不同的工艺和原材料，则成本会相应变化，设计师可以方便地进行比
较，选择一种成本较低的成形工艺方法和原材料。 DFM Machining
含有原材料库、设备库、工序库和工步库。在对一个零件进行机加工成本
分析时可以随时调用库程序中的内容。
对一个具体零件进行机加工成本分析的步骤如下：
(1)对零件的生产批量、材料价格、材料外形特性和原材料基本尺寸进行描述，运行后就可以得出零
件毛坯的重量和毛坯的成本。
(2)从工序库中选择下料方法。
(3)进行机加工工艺分析。 通过输入详细的加工工艺，该软件能够根据所选机床、加工余量、夹紧
方法和加工刀具材料计算出每一工步的成本和零件总的机加工成本。其中成本包括制造成本、调整
成本、特殊刀、夹、量具成本和附加成本。设备库中的机加工的主要设备类型有车床、铣床、镗床、
磨床、钻床和拉床，每种加工方法的制造成本均有相应的数学型模进行计算，其计算模型是开放式
的，用户可以修改。调整零件的加工工艺，重复以上步骤，可以对不同的机加工工艺进行成本比较。
面向装配的设计模块是一个对产品装配的时间和成本进行分析的软件
（DFA ）。在装配分析过程中，首先按零部件的装配顺序建立一个装配
结构树，然后对装配结构树中的零件利用各种技术手段，如分析、评价、
规划和仿真等进行装配性能分析，达到减少零件数、改进装配性能和降低
产品成本的目的。在分析过程中，该模块能提供一些帮助，告诉设计师避
免使用一些不利于装配的零件结构。如果对装配结构中的每一个零件进行
了装配成本分析，则整个装配结构的装配时间和成本就会统计出来。如果
输入不同的装配方案，则可以对其进行分析比较，找出一种成本比较低的
装配结构。
DFM Sheet Metal Working(面向制造的设计，钣金件分析模块)该模块用
于钣金件的成本估计和工艺分析。它给出主要的成本构成要素，使设计师
能够尝试设计的更改以降低成本。
用该模块进行成本估算的工作步骤如下：第一步，输入钣金件的外形尺寸和特征(如孔、转弯、切痕、凹陷、
孔凸缘、压花等)。第二步，选择排料方法。第三步，选择冲模类型，判断是单独模还是步进模。完成以上三步
后该模块就自动生成钣金件的加工工艺和加工成本。设计师改变钣金件的结构，按以上步骤就会产生不同的加
工成本，用多种设计方法进行成本比较，就可以使设计师得到一种成本较低的产品结构。
二、虚拟制造
虚拟制造技术是制造技术与仿真技术相结合的产物。
虚拟现实（Virtual Reality）技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚
幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借
直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的
虚拟制造（Virtual Manufacturing）技术是在一个统一模型之下对设计和制
造等过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、
动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借
助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全
生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产
品的可制造性等等。从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决
策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达
到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最
大化。
最好的零部件设计是无零部件
“面向制造设计”，简称 DFM(Design For Manufacturability)， 是一种新的技
术方法、NCR 产品是目前因该方法受益的最佳实例之一。组装 NCR 集团新型
2760 电子现金出纳机的速度是很快的。事实上，威廉 R．斯普尔格
(William．R．Sprague)闭住眼睛也能在不到两分钟内完成，为实现这种简便的装
配，NCR 的高级制造工程师斯普尔格坚持认为，应设计不用螺钉螺栓便可将零
部件组装在一起的电子现金出纳机；
整个新型 2760 电子现金出纳机仅包括 15 个供应商生产的零部件：它比公
司以前的低档的 2160 型电子现金出纳机减少了 65％的供应商和 85％的零部件，
而且仅用原来装配时间的 25％便可组装完毕：安装和维护也像—阵风一样：斯
普尔格说：“这完全归因于我们简化了下游的业务活动，包括现场服务。”
其他热衷 DFM 的企业有福特、通用汽车、IBM、摩托罗拉和惠普公司。从
1981 年起，从主要家用电器到喷气飞机发动机齿轮箱，通用电器公司(GE)在 100
多个开发项目中应用了 DFM。通用电器公司估计，从成本节约或从市场份额增
长中，它利用这一概念净赚了 2 亿美金。
虚拟制造也可以对想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和
能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。虚拟制造技
术的应用将会对未来制造业的发展产生深远影响，它的重大作用主要表现
为：
1、运用软件对制造系统中的五大要素（人、组织管理、物流、信息流、
能量流）进行全面仿真，使之达到了前所未有的高度集成，为先进制造技
术的进一步发展提供了更广大的空间，同时也推动了相关技术的不断发展
和进步。
2、可加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行
理论升华，更好地指导实际生产，即对生产过程、制造系统整体进行优化
配置，推动生产力的巨大跃升。
3、在虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中，可以全面改进企
业的组织管理工作，而且对正确做出决策有不可估量的影响。例如：可以
对生产计划、交货期、生产产量等做出预测，及时发现问题并改进现实制
造过程。
4、虚拟制造技术的应用将加快企业人才的培养速度。
可以说虚拟制造技术决定着企业的未来，也决定着制造业在竞争中能
否立于不败之地。
第五节 自制与外购决策
在飞机制造业中，为评测某飞机设计方案的优劣，要
建立一系列与真实产品同尺寸的物理模型，并在模型上进
行反复修改，这要花去大量时间和费用，而在过去是不可
避免的。如今美国波音公司在飞机设计中运用虚拟制造技
术完全改变了这种设计方法。波音公司为设计波音 777 飞
机，研制了一个名为“先进计算机图形交互应用系统”的虚
拟环境，用虚拟制造技术在此环境中建立一驾飞机的三维
模型。这样设计师戴上头盔显示器就可以在这驾虚拟飞机
中遨游，检查“飞机”的各项性能，同时，还可以检查设备
的 安装位置是否符合安装要求等等。最终的实际飞机与设
计方案相比，偏差小于千分之一寸，机翼和机身的接合一
次成功，缩短了数千小时的设计工作量。
一、自制与外购问题的产生
在产品设计的同时，产品零部件的自制与外购问题就随之产生了。没
有一个企业会采取产品零部件完全自制的方案，起码自制原材料和螺钉、
轴承之类的标准件是不经济的。从企业的生产系统来看，产生外购的最直
接原因就是生产成本高于外购价格，其他原因还可能是生产能力不足、管
理或技术能力不足等。
二、自制与外购问题经济评价的准则
以生产成本高于外购价格来对自制与外购问题进行决策往往是不确切
的。因为外购价格不一定反映了外购成本，外购时还会发生采购、运输费
用，库存费用也可能因采购批量会比自制时要高；自制改为外购时自制的
生产成本也不见得因外购而消失，原来闲置设备的折旧、占地空间和车间
的管理费用依然作为成本保留下来。因此自制与外购问题经济评价的准则
应是增量成本原则，即当自制改为外购时到底能节约下来什么成本？这些
成本的减少是否大于外购所产生的所有增量成本？
以增量成本原则进行自制与外购决策使得自制与外购问题只能根据各
个企业的不同条件分别进行分析。同一个自制与外购问题对不同企业其决
策可能是不同的，这是因为他们的生产条件、管理成本、采购和库存费用
都不尽相同。
例如：如果一个零件的平均自制成本为 3 元/件，外购价格为 元/件；
当自制改为外购时可节约的成本为 元/件，有 元的成本是无法节约
的；外购件在考虑采购、运输和库存因素后产生的所有增量成本实际为
元/件。因自制改为外购时可节约的成本 元/件不大于外购所产生的所有
增量成本 元/件，故仍然采用自制方案。
三、自制与外购问题的综合评价
在第四章生产运作管理的系统分析方法中谈到：衡量系统效果的标准
常常不是单一的，而是综合的。需要对求得效果值的各方案进行综合判断，
尤其还需对一些不可量化因素加以考虑。在自制与外购决策中也同样需要
进行方案的综合评价。
自制与外购决策需要考虑的问题不止是生产的经济性。例如，专门为
生产某一产品或零件而增加专用设备可能是不合适的，可能增加的专用设
备（如生产产品中的塑料件需要的注塑机）的生产能力远远大于需求，造
成设备利用的经济性不好。但即使经济性尚好，企业还可能会更多地考虑
自制带来的生产技术、生产组织、生产管理、采购供应一系列的复杂化对
整个企业系统带来的冲击。对不同的企业，出于不同的内部环境和外部条
件，其自制与外购决策原则是不同的。不能只从生产系统局部最优化来考
虑，而需要考虑企业系统的整体优化。
从企业系统整体优化的角度，企业在决定自制或外购时需考虑如下问
题：
1、增量成本的最小化；
2、供应商的协作能力；
3、运输条件和库存条件；
4、企业人员、设备等资源利用状况；
5、质量重要程度和保证能力；
6、专利和技术秘密的控制能力；
7、企业核心竞争力的保持；
四、自制与外购的变化趋势
随着社会经济和技术的进步，分工和专业化程度越来越高，运输成本
下降，信息交流的便利，都使得外购在产品中的比重大大提高了。据统计，
美国工业企业外购占产品销售额的比重以达到 54%，企业通过外购降低了
成本，减少了本企业技术、生产、管理的复杂程度，提高了专业化水平，
增强了核心竞争力，从而使企业乃至整个社会的效率都得到提高。外购活
动的增加反映了社会经济的发展，是生产系统变化的趋势。
除了直接采购，外购的其他形式正在出现或得以加强。
1、纵向一体化
纵向一体化可分为前向一体化和后向一体化，后向一体化表示企业购
买下它的供应者；前向一体化是企业购买下产品最终生产者甚至经销者。
因为企业的外购比重在不断增大，购买占销售成本的很大一部分，所
以越来越多的企业对纵向一体化感兴趣。成功的纵向一体化可以大大降低
成本，稳定的供求关系对双方都是有利的。对于供应者，虽然售价降低，
但换来的是销售的稳定；对于购买者，后向一体化不仅意味着购买价格的
降低，还包括质量稳定、及时交货，减少了存货和计划安排的复杂性。甚
至从企业战略上还使企业具有了资源优势。而前向一体化会使企业通过生
产最终产品获得更多利润并掌握市场。
纵向一体化的前提是企业具有稳定的市场，从而使纵向一体化的购买
行为符合企业的长期利益。否则，购买成本和管理的复杂化会削弱纵向一
体化带来的优越性。
许多日本大公司在购买和纵向一体化之间找到了一个“中间地带”。这
些制造商通过所有关系或借款给转包商等方式给予转包商财务或技术上的
支持。这些转包商成为公司联合体的一部分，称为转包者。制造商与转包
者之间保持着长期合作关系，就像合伙人一样运作。这使得制造商同样可
获得技术专业化、稳定的质量、供应和较低的价格。转包者也可以像转包
商与更小的转包商那样进行运作，这种运作方式增加了一体化的柔性。
伊利集团的纵向一体化
伊利集团是全国乳品行业龙头企业之一，也是国家经贸委评定的全国 520 家重点工
业企业和国家八部委确定的全国 151 家农业产业化龙头企业之一。伊利集团拥有全国最
大的优质奶源基地——内蒙古呼和浩特市、呼仑贝尔大草原、黑龙江杜尔伯特大草原。
伊利抓住了市场的发展机会和人民生活水准提高对牛奶的需求，利用我国北方广阔的土
地、草场，率先使牛奶走向全国。原来作为奢侈品的牛奶，现在成为提高国民素质的普
及食品。同时，透过开发市场，扩大生产能力， 把一家一户的农牧民联合起来，实行“公
司＋农户”模式，解决了农牧民卖奶难问题，由粗放饲养走向集中、规范化、科学化饲养，
提高了饲养水准，保证了产品质量，提高了农牧民收入，解决了农牧民过去增产不增收
的问题，使不少农牧民生活达到了小康水准。目前，伊利奶源基地已经拥有 25 万头奶牛，
今年给农牧民发放奶款就将达 10 亿元，带动 10 多万户农牧民脱贫致富，近 10 年来，伊
利的总资产增长了 100 余倍。为进一步提高企业核心竞争能力，伊利集团透过收购、兼
并、资产重组、托管等方式先后在内蒙古中西部地区，北京、上海、黑龙江、河北等地
建立了自己的生产基地，初步完成“中国伊利”的战略布局。
伊利透过这些年的努力，形成了一定的优势。一是资源优势。伊利控制着国内最好
的几块奶源基地。二是形成了全国性的“伊利”品牌。三是建立了遍布全国的销售网络。
四是形成了伊利自己独特的一套管理模式和伊利的企业文化，并培养、吸纳了一批管理
人才、专业技术人才。
伊利集团公司不仅自身取得了很好的业绩，同时也产生了巨大的社会效益。奶源基
地的建设带动了几十万农民脱贫致富，企业的发展为社会创造了几十万个就业岗位，同
时推动了周边地区农业产业化的进程，带动了周边地区相关产业的发展，带动了各地方
经济的腾飞，受到社会的广泛称赞。伊利集团生产的具有清真特色的“伊利”牌产品凭借
过硬的质量和良好的服务，行销全国各地，深受广大消费者的青睐和推崇。伊利雪糕、
冰淇淋连续七年产销量居全国第一，伊利超高温灭菌奶产销量居全国第一，伊利奶粉、
奶茶粉产销量居全国前三位。2001 年，伊利股份主营业务收入达 27 亿多元，利税总额
达 亿元。2002 年上半年，公司完成主营业务收入 20 亿多元，比去年同期增长了
54%。
今天的伊利集团，面对全球经济一体化的挑战，提出“用全球的资源，做中国的市
场”，全力推进“以人为本、制度为保障、团队为前提，平等信任”的企业文化，以不断创
新、追求人类健康生活为己任，正向实现“打造中国伊利，实现乳业第一品牌”的目标大
步迈进。
引自
2、虚拟公司
纵向一体化对降低外购成本是行之有效的，但它的应用条件也是非常
严格的。盲目实行纵向一体化可能只会带来局部或短期成本降低的次优化
现象，而对企业系统整体和长期利益带来损害。这是因为当今经济社会对
专业化程度要求的提高使得纵向一体化更为复杂。纵向一体化适应稳定的
市场，而对于许多行业来说，市场是多变的，今天的一体化可能成为明天
的包袱。同时，一体化造成复杂和庞大企业组织降低的效率可能会抵消减
少外购成本带来的利益。
因此，现代经济社会中更需要既有专业化程度，又有适应市场变化的
柔性，还能降低外购成本的企业组织，虚拟公司就是这样一种企业组织。
虚拟公司利用现代社会发达的信息、交通工具和稳定的信用水平通过
外购实现各种制造和服务资源的优化配置。虚拟公司具有流动、变化的组
织边界，使他们能创造一个独特的企业组织以满足变化的市场需求。虚拟
公司提供的服务包括发放工资、雇佣职员、设计产品、提供咨询服务，生
产零件或分销产品等等。这种独特企业组织关系可以是短期的，也可能是
长期的；可以是真正的合伙人或只是合作者，或更为简单的供应商和转包
商。虚拟公司以较低的资本投资组合了社会资源中具有优势的所需部分，
如专业化制造、服务或管理知识、研发能力、销售渠道。使虚拟公司比传
统的企业具有更大的柔性、较低的成本和快速的开发速度，结果当然是更
高的效率和更强的竞争力。
服装和制鞋行业是虚拟公司的一个传统例子。耐克这家公司的美国总
部实际上什么都不生产，他们早已将做鞋的业务，以合同承包加工返销的
方式转向一些低工资国家，而总公司则只控制产品的设计、开发、推广和
市场营销。耐克公司这么做的科学之处就在于，合理区分并识别出制鞋行
业获得成功的关键业务与非关键业务，即高档球鞋行业的战略环节是真正
创造大量价值的产品开发设计和营销组织管理，而不是相对简单的制造环
节。针对这一状况，耐克公司做出了外包加工制造的决策，而集中主要的
财力、物力、人力投入到创造和积蓄完成核心业务所必须的产品设计和营
销管理方面。
虚拟公司不是每个企业都能运作经营的方式，如果企业没有自身的资
源优势，就没有主导地位，其虚拟合作极难奏效，即使实行了合作也难以
获得长期稳定的运营绩效。
虚拟公司适应于现今追求企业弹性化的经营管理潮流。面对快速变化
的市场，企业必须有非常敏锐的市场反应能力。这要求企业改变传统的投
资方式，抛开“大而全”、“小而全”的经营思路，而利用快速发展的信息网
络，充分利用社会制造资源。在未来的企业竞争中，除了比谁拥有关键性
资源外，还要比谁的企业组织组合得快，不仅要在技术上领先一步，还要
在经营模式上表现出相当的优越性和超前性。无论选择何种形式的“虚拟”，
都必须建立在自身竞争优势的基础上，必须拥有关键性的资源，如专利权、
商标权、行销通路或研发能力、产品设计等无形资产，以自身的核心优势
为依托，确保自己居于主导地位。通过虚拟化的整合途径取得外界资源和
力量的配合，以达到优势互补的目的，才能有益合作、互利互惠、共同前
进。
在未来几年，国内企业面临着必须尽快完成产品结构调整和产业重组
的艰巨任务。由于国民经济的资产规模已经很大，依靠增量投入改善结构
已经很难，对于资源有限的中小企业而言，采取垂直资源配置方式，大量
建立和收购生产线是不现实的，操作成本和风险成本均会拉升。新的出路
只能是内外大规模的流动和重组。我国许多企业存在开工不足的问题，大
量机器设备处于闲置状态，这就为虚拟经营、构建合作网络和利用外部资
源提供了良好条件。1
1
采购转向虚拟公司
一些世界级的大公司正在将许多任务交给其他公司去完成，从发
放工资到生产设计。“人们都说我们没有公司，我们有的只是虚拟公
司，”一位在圣克拉拉掌管着一家称为 S3 的芯片设计公司的经理蒂尔
斯达多·班拿多如是说。“一旦哪里有一次性作业的商店，我们就有合伙
人来做封胶带、包装和检验等这些事情。”在虚拟工厂里，供应商都尽
量将力所能及的事做好。这样生产出的产品成本低、性能好。在帕洛
阿尔托市的维奇尼尔，软件是由几个合伙人共同编写，而硬件则由硅
谷的转包商来生产，印刷电路板由新加坡制造，至于塑料外壳则在波
士顿生产。在那里，生产出来的产品经过检验和包装等待发货。在这
种“中空公司”的方式中，企业间、顾客和供应商之间以及竞争者之间
的界限都是模糊的。这些公司有着流动、变化的供求关系，这样能恰
到好处地发挥组织潜力，以获取竞争优势。
然而，虚拟公司也有其不足之处。“芯片和技术”(Chip＆
Technology)是一家设计新型半导体器件的公司，它依靠得州仪器公司
巨大的制造厂来生产它的产品。当制造厂有足够的生产能力及时交货
时，一切都运转良好。但是，当芯片和技术公司不得不等待 14 周才
从得州仪器拿到至关重要的产品时，它已丧失了市场时机。结果在
1991 年收入 1．41 亿美元情况下，亏损了 5，700 万美元。所以，那
些看起来完美而又低成本经营之道仍难免有缺陷。
引自[2]P262
