现代工业系统工程导论

1浙江大学现代制造工程研究所浙江大学现代制造工程研究所 顾新建顾新建 祁国宁祁国宁现代工业系统工程导论现代工业系统工程导论第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法2第五章车间层的现代工业系统第六章 企业层的现代工业系统第七章企业协同层的现代工业系统第一章现代工业系统概况第二章 现代工业系统的理论基础第三章现代工业系统建模理论和方法第四章产品优化理论和方法空间优化时间优化空间优化时间优化空间优化时间优化空间优化时间优化第八章环境和谐层的现代工业系统3本章的主要内容和关系本章的主要内容和关系 4第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题54.1 产品系统优化概述产品系统优化概述(4.1.1 几则小故事几则小故事)1.堆垛机的快速设计和制造堆垛机的快速设计和制造l2004年，某叉车制造企业接受了一份生产堆垛机的订单。堆垛机年，某叉车制造企业接受了一份生产堆垛机的订单。堆垛机的的主要功能是把集装箱一个个摞起来，每个集装箱高主要功能是把集装箱一个个摞起来，每个集装箱高2.44米，用户米，用户要求最高摞到要求最高摞到7层。层。l以前，该叉车制造企业从未生产过堆垛机，但利用三维以前，该叉车制造企业从未生产过堆垛机，但利用三维CAD、CAE、PDM等等“软装备软装备”系统系统，先从，先从PDM中挑选出符合条件的标中挑选出符合条件的标准件，然后再对个别部件进行研发，仅用几个月时间就将产品交准件，然后再对个别部件进行研发，仅用几个月时间就将产品交付给顾客，更重要的是在堆垛机设计制造过程中几乎没有发生错付给顾客，更重要的是在堆垛机设计制造过程中几乎没有发生错误，这在该叉车制造企业发展史上还是第一次。误，这在该叉车制造企业发展史上还是第一次。l客观地说，该叉车制造企业所作的原始创新并不多，其创新主要客观地说，该叉车制造企业所作的原始创新并不多，其创新主要是利用是利用CAD、CAE、PDM等等“软装备软装备”，把成熟的叉车技术集成、，把成熟的叉车技术集成、融合在一起，推出满足客户需求的高附加值产品。融合在一起，推出满足客户需求的高附加值产品。62.不同的设计理念不同的设计理念l某企业生产的某液压元件用于不同压力、温度和介质的液压控制某企业生产的某液压元件用于不同压力、温度和介质的液压控制系统。通常的做法是根据不同压力、温度和介质要求，分别采用系统。通常的做法是根据不同压力、温度和介质要求，分别采用铸铁、铸铜、铸钢和不锈钢材料的壳体。同时，该液压元件有右铸铁、铸铜、铸钢和不锈钢材料的壳体。同时，该液压元件有右侧和左侧两种安装位置。右侧和左侧两种规格的壳体除了侧和左侧两种安装位置。右侧和左侧两种规格的壳体除了5个孔的个孔的位置不同以外，其余尺寸完全一样。位置不同以外，其余尺寸完全一样。l传统的做法是生产传统的做法是生产8种规格的壳体（铸铁、铸铜、铸钢和不锈钢，种规格的壳体（铸铁、铸铜、铸钢和不锈钢，右侧和左侧）以满足各种不同的需要。但这对生产计划的制定、右侧和左侧）以满足各种不同的需要。但这对生产计划的制定、管理，库存的数量，维修备件的准备等都带来了很大的困难。简管理，库存的数量，维修备件的准备等都带来了很大的困难。简单的做法是：对所有压力、温度和介质要求，统一采用不锈钢材单的做法是：对所有压力、温度和介质要求，统一采用不锈钢材料的壳体（简化管理、降低维修备件的库存量）；右侧和左侧两料的壳体（简化管理、降低维修备件的库存量）；右侧和左侧两种规格所需要的所有孔用种规格所需要的所有孔用NC加工中心一次加工完成（降低加工成加工中心一次加工完成（降低加工成本），在总装时将不需要的孔用螺塞堵上。本），在总装时将不需要的孔用螺塞堵上。l采用这种方法，虽然材料成本有所增加，但是管理成本、维修备采用这种方法，虽然材料成本有所增加，但是管理成本、维修备件的库存量（成本）等间接成本大大降低，大幅度降低了产品的件的库存量（成本）等间接成本大大降低，大幅度降低了产品的全生命周期成本。全生命周期成本。7 不同的设计理念不同的设计理念一个降低产品全生命一个降低产品全生命周期成本的例子周期成本的例子 83.日本汽车和美国汽车微小差别的背后日本汽车和美国汽车微小差别的背后l价廉物美的日本汽车大举进军美国市场。为此，美国人对日本汽价廉物美的日本汽车大举进军美国市场。为此，美国人对日本汽车及其生产模式做了大量的研究，确实发现了许多与众不同的地车及其生产模式做了大量的研究，确实发现了许多与众不同的地方。方。l其中，底特律的一家汽车公司对日本汽车分解后发现，日本汽车其中，底特律的一家汽车公司对日本汽车分解后发现，日本汽车在引擎盖上的三处地方，使用相同规格的螺栓以连接不同的部件，在引擎盖上的三处地方，使用相同规格的螺栓以连接不同的部件，而美国汽车同样的装配，却使用了三种不同规格的螺栓，从而使而美国汽车同样的装配，却使用了三种不同规格的螺栓，从而使汽车的组装较慢和成本较高。汽车的组装较慢和成本较高。l为什么美国公司要使用三种不同的螺栓呢？因为美国汽车公司的为什么美国公司要使用三种不同的螺栓呢？因为美国汽车公司的设计部门有三组工程师，每一组工程师只对自己的设计负责，而设计部门有三组工程师，每一组工程师只对自己的设计负责，而日本的汽车公司则由一位设计师负责整个引擎或范围更广的装配日本的汽车公司则由一位设计师负责整个引擎或范围更广的装配设计设计.94.Boeing 777 飞机客舱舱门飞机客舱舱门lBoeing 777 飞机的客舱共有飞机的客舱共有8个舱门，虽然每个舱门的结构都不个舱门，虽然每个舱门的结构都不一样，但是其一样，但是其98%的机械零件都是通用的，采用这种方法，较好的机械零件都是通用的，采用这种方法，较好地解决了内部多样化与外部多样化之间的矛盾。地解决了内部多样化与外部多样化之间的矛盾。10第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题114.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述l产品系统的优化是在产品开发过程和产品设计过程中完产品系统的优化是在产品开发过程和产品设计过程中完成的。产品开发设计过程是产品全生命周期的核心组成成的。产品开发设计过程是产品全生命周期的核心组成部分，其对于产品生产周期、产品成本和产品质量等具部分，其对于产品生产周期、产品成本和产品质量等具有决定性的影响。有决定性的影响。l产品开发设计过程中，在设计方法学和以产品开发设计过程中，在设计方法学和以CAD/PDM系系统为代表信息技术的支持下进行产品系统的优化，可以统为代表信息技术的支持下进行产品系统的优化，可以有效缩短产品生产周期、降低产品成本和提高产品质量。有效缩短产品生产周期、降低产品成本和提高产品质量。12（1）开发设计对产品交货周期的影响）开发设计对产品交货周期的影响l根据统计，由于订单生产型企业的产品必须按照顾客的根据统计，由于订单生产型企业的产品必须按照顾客的特殊需求进行开发或设计，所以产品的开发设计周期很特殊需求进行开发或设计，所以产品的开发设计周期很长，一些企业甚至超过整个产品交货期的长，一些企业甚至超过整个产品交货期的60%。l开发设计周期过长造成了两个严重的后果：开发设计周期过长造成了两个严重的后果：l一是产品交货期过长，从而使企业失去很多订单；一是产品交货期过长，从而使企业失去很多订单；l二是如果必须保证定制产品在比较短的周期内交货，那二是如果必须保证定制产品在比较短的周期内交货，那么只能压缩产品的制造时间，从而影响了产品的质量，么只能压缩产品的制造时间，从而影响了产品的质量，因为从某种程度上可以说，产品的质量是需要用时间来因为从某种程度上可以说，产品的质量是需要用时间来保证的。保证的。13产品形成过程在整个生产周期产品形成过程在整个生产周期中所占的比重中所占的比重 产品形成过程=产品开发和设计过程020406080100产品形成过程产品形成过程制造制造时间百分比（%)14（2）开发设计对产品总成本的影响）开发设计对产品总成本的影响l产品的开发设计阶段是降低产品总成本的重要环节。产品的开发设计阶段是降低产品总成本的重要环节。l为了了解产品的开发设计、生产准备与加工、原材料与外购件的为了了解产品的开发设计、生产准备与加工、原材料与外购件的采购、管理和销售等工作的工时成本对产品总成本的影响，德国采购、管理和销售等工作的工时成本对产品总成本的影响，德国工程师协会（工程师协会（VDI）曾经对一些企业做过调查。）曾经对一些企业做过调查。l调查结果表明：虽然产品的开发设计成本大约只占产品总成本的调查结果表明：虽然产品的开发设计成本大约只占产品总成本的6%7%，但对产品总成本的影响却占了，但对产品总成本的影响却占了70%左右。左右。l汽车业内有这么一句话：汽车业内有这么一句话：“成本的成本的90%是由设计决定的是由设计决定的”.l这是因为，产品的开发设计阶段决定了产品的工作原理、零部件这是因为，产品的开发设计阶段决定了产品的工作原理、零部件的数量、结构尺寸和材料选用等对加工和产品使用有重大影响的的数量、结构尺寸和材料选用等对加工和产品使用有重大影响的因素，因而对产品的总成本造成了很大的影响。因素，因而对产品的总成本造成了很大的影响。l做好对产品开发设计的管理，是降低产品总成本的重要切入点；做好对产品开发设计的管理，是降低产品总成本的重要切入点；做好对产品开发设计的管理，就抓住了降低产品总成本的源头。做好对产品开发设计的管理，就抓住了降低产品总成本的源头。15产品形成过程在成本上的重要性产品形成过程在成本上的重要性开发设计生产准备与加工原材料与外购件的采购管理和销售010203040506070开发设计生产准备与加工原材料与外购件的采购管理和销售对成本的影响所需的工时成本16（3）开发设计对产品质量的影响）开发设计对产品质量的影响l根据统计，产品的质量问题中有根据统计，产品的质量问题中有75%是由于产品开发设是由于产品开发设计阶段引起的，而计阶段引起的，而80%质量问题的处理是在产品制造阶质量问题的处理是在产品制造阶段或后续阶段完成的。处理质量问题的时间越是滞后，段或后续阶段完成的。处理质量问题的时间越是滞后，所引起的连带质量问题就越多，处理质量问题所需要的所引起的连带质量问题就越多，处理质量问题所需要的费用也就越高。费用也就越高。l如何尽可能少地发生质量问题，尽可能早地发现和处理如何尽可能少地发生质量问题，尽可能早地发现和处理问题，对产品系统的优化技术提出了更高的要求。问题，对产品系统的优化技术提出了更高的要求。17 75%的错误是由产品形成阶段引起的 80%的修改工作是在产品制造阶段或后续阶段完成的0102030405060产品定义产品定义产品开发产品开发工艺规划工艺规划制造制造检验检验应用应用发生错误修改错误75%成本成本%80%产品形成过程在质量上的重要性产品形成过程在质量上的重要性18修改的成本修改的成本美元概念概念设计设计详细详细设计设计生产生产准备准备测试测试生产生产时间100XX10XX=3500美元/每次修改190102030405060产品定义产品定义产品开发产品开发 工艺规划工艺规划制造制造检验检验应用应用成本成本%目标：避免错误或尽早修正错误目标：避免错误或尽早修正错误越晚修正错误，其造成的影响越大尽早发现错误，尽快修正错误尽早发现错误，尽快修正错误20采用产品系统优化技术的主要效益采用产品系统优化技术的主要效益 原理效益1产品主要由模块组成，标准模块的制造进度和成本比较容易确定在产品开发设计阶段就能大致确定产品的制造进度和产品成本2采用大量的标准模块组合产品，使设计工作量大为减少大幅度缩短企业的产品开发设计周期3由于采用批量生产方式，标准模块的成本较低；避免了为应付顾客各种可能的需求而形成的大量库存积压，从而降低了成本显著降低产品制造成本4标准模块是经过生产实践和使用考验的，具有可靠的质量显著提高产品质量，大大降低售后服务费用212.产品系统的优化目标产品系统的优化目标l产品系统优化的思路是：充分利用不同产品中的相似性，产品系统优化的思路是：充分利用不同产品中的相似性，加快设计和制造速度，降低成本，提高质量，满足顾客加快设计和制造速度，降低成本，提高质量，满足顾客多样化、个性化的需求。多样化、个性化的需求。l产品系统优化目标是：增加产品的新颖性、促进产品的产品系统优化目标是：增加产品的新颖性、促进产品的增值、降低产品的成本。增值、降低产品的成本。22按产品新颖性对产品的分类按产品新颖性对产品的分类 产品类型生产模式市场采用的主要技术特点例子多样化产品按预测生产细分市场，满足不同类型的需求可重构的制造技术根据不同的市场定位生产不同的产品牙刷、牙膏等日用品以及家用电器组合产品按订单装配生产顾客在有限的选项中选择自己需要的产品配置设计技术产品模块化和标准化程度高计算机、家用汽车变型产品按订单进行变型设计顾客在相似产品的基础提出个性化的需求变型设计技术要求产品变型模型的支持工业汽轮机、量体裁衣个性化产品按订单进行设计个性化需求的市场柔性制造技术需要在个性化和通用化之间平衡个性化程度高的服装跟随创新产品快速生产，推向市场正在出现的新市场产品开发技术；工业设计技术基于标杆学习的新产品开发时尚电子数码产品集成创新产品按预测或订单生产；注意上市时机的把握开辟全新的市场创新的理念，创新的设计集成现有技术的新产品开发神6载人飞船全新产品按预测或订单生产；注意上市时机的把握开发核心技术基于新原理和新技术的产品开发数码相机23l产品的新颖性要求提供大量的多样化产品满足日益细分产品的新颖性要求提供大量的多样化产品满足日益细分市场的需要，提供组合产品和不同变型的产品使顾客能市场的需要，提供组合产品和不同变型的产品使顾客能从中选出其理想的产品，或者直接按照顾客的需要定制从中选出其理想的产品，或者直接按照顾客的需要定制个性化的产品，适应顾客的多样化和个性化需要。个性化的产品，适应顾客的多样化和个性化需要。l人们不再满足根据企业已有的产品进行选择，需要在产人们不再满足根据企业已有的产品进行选择，需要在产品的设计与生产中不断融入顾客的个性化需要。而全新品的设计与生产中不断融入顾客的个性化需要。而全新产品的开发无疑将开辟一个全新的市场。产品的开发无疑将开辟一个全新的市场。l产品新颖性可以使企业进入产品新颖性可以使企业进入“蓝海蓝海”，即蕴含庞大需求，即蕴含庞大需求的新市场空间，使企业彻底甩脱竞争对手，并将新的市的新市场空间，使企业彻底甩脱竞争对手，并将新的市场需求释放出来。使企业将最先进的产品在竞争爆发之场需求释放出来。使企业将最先进的产品在竞争爆发之前就推向消费市场前就推向消费市场,通过更多的新品和高档的品牌定位通过更多的新品和高档的品牌定位获取比竞争对手高得多的利润获取比竞争对手高得多的利润.24“红海红海”和和“蓝海蓝海”的比较的比较“红海”“蓝海”已存在的行业未出现的行业已知的市场空间尚未开发的市场游戏规则已确立没有游戏规则竞争激烈没有竞争千军万马过独木桥天高海阔凭鱼跃过去的、老化的战略新时代、有活力的战略25产品创新的案例产品创新的案例 背景背景创新新豆腐中国豆腐千百年来总是一个老面孔，形、色、味、吃法无多大变化日本人将豆腐与天然果汁混合，生产出不同色彩、不同口味的豆腐新品种，同时改进了传统的包装方法，实行无菌包装，使豆腐的保存期达到10个月以上洗衣机相对于其他家电产品来说，近年来，洗衣机的市场竞争焦点一直不在价格而在技术创新，产品同质化的困境正在被各厂家努力突破小天鹅的“变频王”，荣事达的“网络水流”，海尔的“节水型”，上海日立的“无齿轮洗衣机”，松下等洗衣机的双瀑布水流，一些品牌洗衣机的“神经网络模糊控制”等家具家具一般是两种制造方法：家具工厂制造和木工师傅上门定制宜家给顾客提供了自己拼装家具的机会,消费者可以将全部物件带回与全家人一起动手安装。帮助消费者实现了内心的体验愿望,并使产品定制更容易贴近消费者需求。26促进产品增值的主要方法促进产品增值的主要方法（1）向服务业拓展，提高企业的个性化服务能力。）向服务业拓展，提高企业的个性化服务能力。买方市场发展的一个结果是有形产品盈利水平的微利化。买方市场发展的一个结果是有形产品盈利水平的微利化。在这种情况下，制造企业发展的一个重要战略是从服务在这种情况下，制造企业发展的一个重要战略是从服务上拓宽生存和发展的空间。上拓宽生存和发展的空间。研究和调查表明：服务较好的企业商品价格比服务较差研究和调查表明：服务较好的企业商品价格比服务较差企业的商品价格要高企业的商品价格要高9%；企业的市场占有率每年增加；企业的市场占有率每年增加6%，而服务较差企业的市场占有率每年下降，而服务较差企业的市场占有率每年下降2%；服务；服务质量最好的企业的产品销售利润率可以达到质量最好的企业的产品销售利润率可以达到12%，而服，而服务较差的企业仅仅只有务较差的企业仅仅只有1%。27促进产品增值的主要方法促进产品增值的主要方法（2）提高产品品质。在买方市场中，产品品质是企业的）提高产品品质。在买方市场中，产品品质是企业的生命线。提高产品品质，可使企业在激烈的竞争中得到生命线。提高产品品质，可使企业在激烈的竞争中得到发展。发展。（3）提高企业产品的形象和品牌知名度。面对买方市场）提高企业产品的形象和品牌知名度。面对买方市场中成千上万的产品，顾客不知如何从中选择，品牌的出中成千上万的产品，顾客不知如何从中选择，品牌的出现解决了这一问题。现解决了这一问题。一个知名品牌能将产品本身的价格提高一个知名品牌能将产品本身的价格提高2040甚至甚至更高。例如，在中高档服装市场中，没有品牌或是品牌更高。例如，在中高档服装市场中，没有品牌或是品牌知名度较低的企业面临着被市场淘汰的威胁。如何提高知名度较低的企业面临着被市场淘汰的威胁。如何提高产品品牌、企业品牌和区域品牌的知名度，是现代企业产品品牌、企业品牌和区域品牌的知名度，是现代企业品牌战略的核心。品牌战略的核心。28产品总成本的构成产品总成本的构成 l产品总成本产品总成本=研发成本研发成本+设计成本设计成本+生生产成本产成本+采购成本采购成本+装配成本装配成本+库存成库存成本本+运输成本运输成本+过期损耗成本过期损耗成本+销售成销售成本本+使用成本使用成本+质量成本质量成本+服务成本服务成本+报废后的回收成本报废后的回收成本+29产品全生命周期成本思想产品全生命周期成本思想 30使产品全生命周期成本最低，而不是单项使产品全生命周期成本最低，而不是单项成本最低成本最低（1）将尽可能少的个性化零部件与尽可能多的标准化、）将尽可能少的个性化零部件与尽可能多的标准化、通用化零部件进行组合，最大程度满足顾客的个性化需通用化零部件进行组合，最大程度满足顾客的个性化需求，同时，减少产品设计和生产所需人力并提高制造的求，同时，减少产品设计和生产所需人力并提高制造的经济性。当然，必要时也需要生产特殊的零部件来增加经济性。当然，必要时也需要生产特殊的零部件来增加产品的差异性。产品中的通用部分与不同个性化部分的产品的差异性。产品中的通用部分与不同个性化部分的比例要选得合适，使企业所获利益最大化。比例要选得合适，使企业所获利益最大化。（2）企业通过专业化分工，发展自己的核心能力，将部）企业通过专业化分工，发展自己的核心能力，将部分工作内容转移给更有竞争力的企业，在细分的市场找分工作内容转移给更有竞争力的企业，在细分的市场找到自己的有利位置。到自己的有利位置。（3）使过程合理化，既满足顾客的特殊需要，又尽可能）使过程合理化，既满足顾客的特殊需要，又尽可能采用大批量生产方式。采用大批量生产方式。31产品系统优化对企业员工的要求产品系统优化对企业员工的要求（1）拓宽知识面。在传统的制造企业中，开发设计人员）拓宽知识面。在传统的制造企业中，开发设计人员所负责的工作范围很窄，仅限于个别专业。所负责的工作范围很窄，仅限于个别专业。例如在机床设计中，机械部分、液压部分或电气部分是例如在机床设计中，机械部分、液压部分或电气部分是严格地被加以区分的，分别由受过不同专业培训的开发严格地被加以区分的，分别由受过不同专业培训的开发设计人员负责。设计人员负责。在产品系统优化中，为了适应项目组工作，开发设计人在产品系统优化中，为了适应项目组工作，开发设计人员必须是一个多面手，是一两个领域的专家，同时又熟员必须是一个多面手，是一两个领域的专家，同时又熟悉其它领域的工作，这样才能有效地进行协同工作。悉其它领域的工作，这样才能有效地进行协同工作。32产品系统优化对企业员工的要求产品系统优化对企业员工的要求（2）扩展考虑问题的思路。在产品系统优化中，要求开）扩展考虑问题的思路。在产品系统优化中，要求开发设计人员将其考虑问题的范围从原先的产品开发设计发设计人员将其考虑问题的范围从原先的产品开发设计扩大到生产技术准备、加工、销售、使用和产品用后处扩大到生产技术准备、加工、销售、使用和产品用后处置，即产品的整个生命周期。置，即产品的整个生命周期。（3）提高协同工作能力。产品系统优化强调项目组协同）提高协同工作能力。产品系统优化强调项目组协同工作，而不是个人独立工作。在这种情况下，开发设计工作，而不是个人独立工作。在这种情况下，开发设计人员必须从原先的个人工作方式转变到团队工作方式。人员必须从原先的个人工作方式转变到团队工作方式。这也需要经过较长时间的培训，有一段很长的适应过程这也需要经过较长时间的培训，有一段很长的适应过程或项目组内部的磨合过程。在这个阶段中，项目组长起或项目组内部的磨合过程。在这个阶段中，项目组长起了十分重要的作用。了十分重要的作用。33第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题344.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型1.产品系统优化的社会产品系统优化的社会-技术层次模型技术层次模型352.产品系统的空间模型产品系统的空间模型(1）零部件的分布模型）零部件的分布模型)36标准化和规范化标准化和规范化建立完善的编码体系建立完善的编码体系 识别码与分类码ABC分析分析 了解零件的分布零件分类零件分类 系统地进行零件的管理零件名称分析零件名称分析 建立数据字典几何形状分析几何形状分析 有效的变型设计参数分析参数分析 使零件批量增大建立事物特性表建立事物特性表 建立可变型的积木块系统37建立完善的编码体系建立完善的编码体系 识别码与分类码识别码与分类码 1.识别码识别码l 识别码/物号 OPITZl 用于数据处理的顺序编号(例如：47110815)；对于所有对象和过程的唯一标识。2.分类码分类码l 几何形状分类（DIN FB 14）l 标准号（国家标准、企业标准）l 事物特性码(如：DIN4000.2_1_1 六角螺钉)l 视图编码（DIN FB 14）382457361视图13D几何图形2主视图3俯视图4左视图5右视图6仰视图7后视图几何图形种类G部件K零件B特定形状元素A通用形状元素A1A2B1A3K2K1G1显示等级M符号显示S标准显示E扩展显示视图变型1不透视2透视3剖视4截断n局部剖面m特殊剖面安装状态变型Z1安装前状态Z2安装后状态 Z3.状态G iK iB iA i1234567MSE1234jZ1Z2Zk显示方式索引键视图编码视图编码 来源：Josef Schoettner 39对编码系统的主要技术要求对编码系统的主要技术要求1.应能分别进行识别和分类处理；2.编码系统应具有良好的开放性，以便在需要时进行扩充；3.应符合数据处理技术的要求，便于用计算机进行处理。4.编码系统应简洁明了，易于各类人员理解，编码长度一般不超过15位。影响编码系统的主要因素：产品的类型和产品的复杂性；生产的批量(如大量生产或单件、小批量生产)；生产类型(合同生产型，预测生产型)；编码的目的，编码的应用范围(如仅用于设计，用于设计和工艺，用于产品的整个生产过程)。40识别码和分类码识别码和分类码1.识识别别码码 根据特性标志能明确地、无二义地识别一个对象物，通常可以采用由计算机自动产生的顺序编号。2.分分类类码码 根据确定的概念能对各对象物或对象物的特定特性进行归类。注意，分类编码只能确定各对象物在指定特性方面的一致性，而不能说明对象物在各方面完全相同。41分类码分类码 事事 物物 特特 性性 码码 事 物 特 性 码(事 物 特 性 表 编 码，SML码，Sach-Merkleisten-Code)：按照DIN4000的规定对产品对象组的事物特性和关系特性进行描述和排列的表格编号。零件族事物特征码(SML)标准编号分标准编号分表编号分图编号42标准编号标准编号 两位数字，用来区分不同的标准，如：00DIN4000（GB10091）01DIN4001（GB/T15049）08，09备用1098企业标准99备用。零件族事物特征码(SML)标准编号分标准编号分表编号分图编号43单纯式分图编号单纯式分图编号0 0 3-1-1分图编号（单纯式）分表编号分标准编号标准编号，00说明是DIN4000AB环状垫片的简图C例如：DIN4000第3部分第1分表第1分图环状垫片：零件族事物特征码(SML)标准编号分标准编号分表编号分图编号44ABC零件分析零件分析 每一个产品和装置都是由每一个产品和装置都是由A、B、C三类零件组成三类零件组成A类件：专用件类件：专用件B类件：企业标准件类件：企业标准件C类件：标准件和外购件类件：标准件和外购件10080604020204060801000ABC数量百分比成本百分比 了解零件的分布情况了解零件的分布情况 A B,B C 降低产品成本降低产品成本目标目标效益效益 来源：Josef Schoettner 45零件分类零件分类 基于基于SML零件分类的零件树零件分类的零件树系统地进行零件管理用层次结构来表达分类零件缩短查找零件文档的时间增加重复件的使用目标目标效益效益基于SML技术的零件管理(DIN4000和DIN4001)固定腭板活动腭板及动腭固定点固定点标准件部件机架资源属性层族对象类层组对象类层对象类层 13 01 04 零件 00 10 汽缸总成颚式破碎机机架 01 锤式破碎机机架反击式破碎机机架 02 03 类一类二类三 01 02 03.轴 01 02 齿轮.偏心轴 01 阶梯轴两端带锥度 01 02.02.两端不带锥度产品 15.46零件名称分析零件名称分析建立统一的、无冗余零件名称的数据字典按照几何形状命名而不按功能命名支持PDM系统的有效应用目标目标效益效益数据字典数据字典六角螺钉沉头螺钉半元头螺钉十字头螺钉内六角螺钉.来源：Josef Schoettner 47几何形状分析几何形状分析用尽量少的零件组成部件和产品成本优化检索功能相似的替代零件减少零件种类建立变型设计系统目标目标效益效益方案方案 1替代方案替代方案方案方案 6方案方案 5方案方案 4方案方案 3方案方案 2 来源：Josef Schoettner 48参数分析参数分析减少零件参数减少工具夹具种类通过增大批量降低成本得到经过价值分析的零件目标目标效益效益建立变型设计系统D5D6D3D2L4L2L1D4D1L3D7R1W1 来源：Josef Schoettner 49建立事物特性表建立事物特性表 建立能进行尺寸变型的积木块系统确定尺寸变型支持有效的检索系统支持有效的变型设计系统目标目标效益效益ID-Nr.ABCDAA=DAC/2.6DAB=A-65.5DAC=C-15DAD=C+(B-C)/2000100020003100.0101.565.5100.065.3 125.0105.865.1 85.0DADBDACCDABDAAA 来源：Josef Schoettner 50建立面向结构单元的产品模型建立面向结构单元的产品模型选择关系型CAD系统基于已标准化和规范化的零部件，建立变型设计系统借助于事物特性表（SML）技术，进行交互式部件建模51关系型关系型CAD系统系统用户自定义元素尺寸关联外部或内部表的参数驱动可采用原始模型的变型方法Id123ABCDABDC 来源：Josef Schoettner 525354552）产品的层次模型）产品的层次模型563）零件的层次模型）零件的层次模型57零件功能特征的层次模型零件功能特征的层次模型 58零件形状特征的层次模型零件形状特征的层次模型 59零件形状特征值性质的层次模型零件形状特征值性质的层次模型 60产品生命周期模型（产品生命周期模型（IDEF0）61产品形成过程的集成产品形成过程的集成62开发与设计过程中存在的主要问题开发与设计过程中存在的主要问题CAD系统仅仅被作为绘图工具，缺乏设计方法学的支持系统仅仅被作为绘图工具，缺乏设计方法学的支持没有可变型的产品模型，不能充分利用已有的零部件资源没有可变型的产品模型，不能充分利用已有的零部件资源对数据和文档缺乏完善的编码，特别是缺乏有效的分类系统对数据和文档缺乏完善的编码，特别是缺乏有效的分类系统缺乏完善的数据管理和过程管理系统缺乏完善的数据管理和过程管理系统63零件种类的多样性零件种类的多样性直径直径 d mm使用数量使用数量 z64“慢过程慢过程”和和“快过程快过程”的关系的关系 65产品系统空间与时间的二维优化模型产品系统空间与时间的二维优化模型 66“被动的被动的”定制设计和面向大规模定制的设定制设计和面向大规模定制的设计计新设计适应性设计变型设计标准件新设计适应性设计变型设计标准件“被动的”定制设计面向大规模定制设计67用尽可能少的零部件组合成尽可能多的产品用尽可能少的零部件组合成尽可能多的产品 68产品知识流模型产品知识流模型 69第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题704.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化 l产品系统优化与制造系统优化密切相关。产品系统优化与制造系统优化密切相关。l产品系统优化促进了制造系统优化，而制造系产品系统优化促进了制造系统优化，而制造系统优化又为产品系统优化创造了必要的条件。统优化又为产品系统优化创造了必要的条件。711产品系统优化促进了制造系统优化产品系统优化促进了制造系统优化 l机械制造的对象是机械产品。一个企业往往生产多种产机械制造的对象是机械产品。一个企业往往生产多种产品，一种机械产品通常由成千上万个不同的零部件组成。品，一种机械产品通常由成千上万个不同的零部件组成。l机械产品中的许多零件具有复杂的结构特征，其加工往机械产品中的许多零件具有复杂的结构特征，其加工往往需要经过十几道甚至几十道工序。往需要经过十几道甚至几十道工序。l这是机械产品不同于电子产品的主要之处，电子产品的这是机械产品不同于电子产品的主要之处，电子产品的绝大部分元件是大批量生产的，并可以外购得到。绝大部分元件是大批量生产的，并可以外购得到。l正是产品系统的这种复杂性造成了机械制造系统的复杂正是产品系统的这种复杂性造成了机械制造系统的复杂性，使机械制造系统的自动化有较大的难度。性，使机械制造系统的自动化有较大的难度。72产品系统的复杂性直接导致了制造系统的产品系统的复杂性直接导致了制造系统的复杂性复杂性 l通过产品的模块化可以帮助实现制造系统的模通过产品的模块化可以帮助实现制造系统的模块化，通过减少产品结构层次可以帮助压缩企块化，通过减少产品结构层次可以帮助压缩企业组织结构的层次，通过产品信息的条理化可业组织结构的层次，通过产品信息的条理化可以帮助实现企业流程的条理化。以帮助实现企业流程的条理化。73产品的模块化、标准化的作用产品的模块化、标准化的作用 742制造系统优化为产品系统优化创造必要制造系统优化为产品系统优化创造必要的条件的条件 l产品系统优化需要相应的组织和过程保证。产品系统优化需要相应的组织和过程保证。l这种组织和过程的主要特征是：面向产品全生这种组织和过程的主要特征是：面向产品全生命周期、扁平化等。命周期、扁平化等。75案例案例 l某企业在前某企业在前10年开展年开展CAD/CAM应用时，需要对产品进行特征建模。应用时，需要对产品进行特征建模。但当时企业的设计处和工艺处是两个不同的部门，位于两座办公但当时企业的设计处和工艺处是两个不同的部门，位于两座办公楼里。企业买来了楼里。企业买来了CAD/CAM软件，但应该由谁来负责该软件的实软件，但应该由谁来负责该软件的实施，却成了一个难题。施，却成了一个难题。l设计处的人认为他们只要完成产品设计就可以，零件的工艺和设计处的人认为他们只要完成产品设计就可以，零件的工艺和NC编程并不是他们的份内的工作；工艺处的人认为要他们来进行产编程并不是他们的份内的工作；工艺处的人认为要他们来进行产品设计，建立产品特征模型，这实在太困难了，因为他们不懂得品设计，建立产品特征模型，这实在太困难了，因为他们不懂得产品的设计。最后，由工艺处的一位富有经验的老工艺人员针对产品的设计。最后，由工艺处的一位富有经验的老工艺人员针对一个老产品的设计图纸，建立了产品特征模型，实现了一个老产品的设计图纸，建立了产品特征模型，实现了CAD/CAM一体化。但是走通了技术路线后，还是没有办法在实际工作中应一体化。但是走通了技术路线后，还是没有办法在实际工作中应用该系统。用该系统。l显然，只有当企业将设计处和工艺处合二为一，共同对产品设计显然，只有当企业将设计处和工艺处合二为一，共同对产品设计和工艺的全过程负责，对缩短产品开发设计周期和降低产品成本和工艺的全过程负责，对缩短产品开发设计周期和降低产品成本负责，该软件系统才有真正应用的可能。负责，该软件系统才有真正应用的可能。763.产品系统与价值链过程的集成优化产品系统与价值链过程的集成优化 77（1）产品模块化导致新产品开发中的）产品模块化导致新产品开发中的“以以零部件厂为主导零部件厂为主导”的模式的模式 l多少年来，汽车新产品的开发都是以整车厂为主导。多少年来，汽车新产品的开发都是以整车厂为主导。20世纪世纪90年年代，西方国家大型汽车零部件厂推行了一种利用电子技术和多领代，西方国家大型汽车零部件厂推行了一种利用电子技术和多领域的高新技术进行系统集成的模块化技术，简化汽车零部件产品域的高新技术进行系统集成的模块化技术，简化汽车零部件产品的构成，不仅便于国际化采购，而且改变了传统的汽车零部件厂的构成，不仅便于国际化采购，而且改变了传统的汽车零部件厂从属于整车厂的地位，出现了汽车新产品开发中的从属于整车厂的地位，出现了汽车新产品开发中的“以零部件厂以零部件厂为主导为主导”的模式。的模式。l在模块化生产方式下，汽车技术创新的重点转移到零部件的技术在模块化生产方式下，汽车技术创新的重点转移到零部件的技术创新，零部件厂掌握了专业化产品核心技术，有能力实现与汽车创新，零部件厂掌握了专业化产品核心技术，有能力实现与汽车整车的同步开发和超前开发，为整车厂推出的新车提供某一完整整车的同步开发和超前开发，为整车厂推出的新车提供某一完整功能部件或子系统。功能部件或子系统。l在整车厂高水平的平台基础上，形成以汽车零部件厂为主导，以在整车厂高水平的平台基础上，形成以汽车零部件厂为主导，以零部件为基础的新产品开发的新格局，使得零部件厂在与整车厂零部件为基础的新产品开发的新格局，使得零部件厂在与整车厂的的“整零整零”支配权游戏中更具有主动性支配权游戏中更具有主动性 78（2）平台化战略促进整车厂的大联合化和）平台化战略促进整车厂的大联合化和大集团化大集团化 79大众汽车公司的产品平台大众汽车公司的产品平台A 80（3）产品模块化促使竞争模式的转变）产品模块化促使竞争模式的转变 l过去，汽车行业是以企业间的竞争模式为主，企业过去，汽车行业是以企业间的竞争模式为主，企业“大而全大而全”、“小而全小而全”，什么都自己干。现在汽车行业的竞争向供应链间的，什么都自己干。现在汽车行业的竞争向供应链间的竞争模式转变。在供应链间的竞争模式中，谁的供应链高效、敏竞争模式转变。在供应链间的竞争模式中，谁的供应链高效、敏捷、富有创新精神，谁就能在竞争中胜出。不仅需要供应链中的捷、富有创新精神，谁就能在竞争中胜出。不仅需要供应链中的每一家企业都是最好的，并要求供应链中的各家企业的合作是最每一家企业都是最好的，并要求供应链中的各家企业的合作是最好的。好的。l显然，如果一家企业所提供的某种零部件能做到全球最好，全球显然，如果一家企业所提供的某种零部件能做到全球最好，全球整车企业都可能会与其合作，因此具有很高的规模经济效应。而整车企业都可能会与其合作，因此具有很高的规模经济效应。而大量的订单将使该企业成为生产该种零部件的巨人企业，具有很大量的订单将使该企业成为生产该种零部件的巨人企业，具有很高的专业化水平和很大的规模。高的专业化水平和很大的规模。l此外，产品模块化可以简化供应链中各企业的合作，按照模块的此外，产品模块化可以简化供应链中各企业的合作，按照模块的标准进行设计和制造，最后的装配就不会出现问题。标准进行设计和制造，最后的装配就不会出现问题。81第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题824.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法 l产品系统的空间优化方向是面向产品族，产品系统的空间优化方向是面向产品族，对整个产品族进行优化。所优化的产品族对整个产品族进行优化。所优化的产品族范围越大，效果就越明显。范围越大，效果就越明显。l产品系统的空间优化方法的范围非常广泛，产品系统的空间优化方法的范围非常广泛，本节仅对其中两种方法，即系列产品和组本节仅对其中两种方法，即系列产品和组合产品的开发方法进行简单讨论。合产品的开发方法进行简单讨论。83第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题844.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品 l按照产品构成的情况，可以将产品开发过程分为系列产按照产品构成的情况，可以将产品开发过程分为系列产品开发过程和组合产品开发过程。品开发过程和组合产品开发过程。l产品系列化和组合化是产品系统空间优化的重要手段。产品系列化和组合化是产品系统空间优化的重要手段。851.系列产品系列产品 l所谓系列产品，是指在某个确定的应用范围内按照一定所谓系列产品，是指在某个确定的应用范围内按照一定的规律划分其参数等级，用相同的方法实现相同功能的的规律划分其参数等级，用相同的方法实现相同功能的技术对象（整机、部件或零件），这些技术对象应该用技术对象（整机、部件或零件），这些技术对象应该用尽可能相同的制造方法进行制造。尽可能相同的制造方法进行制造。l由此可见，系列产品的特点是具有多种参数和性能指标，由此可见，系列产品的特点是具有多种参数和性能指标，以满足不同用户的需要，这些参数和性能指标间具有一以满足不同用户的需要，这些参数和性能指标间具有一定的公比级差。而且系列产品具有相同的功能、工作原定的公比级差。而且系列产品具有相同的功能、工作原理和尽可能相同的制造方法。理和尽可能相同的制造方法。862.组合产品组合产品 l所谓组合产品，是指用不同的结构块（或称积木块）通所谓组合产品，是指用不同的结构块（或称积木块）通过合理的组合而实现不同功能的技术对象（整机、部件过合理的组合而实现不同功能的技术对象（整机、部件或零件）。组合产品是系列产品的进一步细化。或零件）。组合产品是系列产品的进一步细化。l实际上，组合产品中的结构块也被划分成不同的参数等实际上，组合产品中的结构块也被划分成不同的参数等级，因而其结构块也是一个产品系列。与系列产品最大级，因而其结构块也是一个产品系列。与系列产品最大的区别是，组合产品是为了满足各种不同的功能需求的区别是，组合产品是为了满足各种不同的功能需求（请注意，系列产品具有相同的功能！）而用确定的结（请注意，系列产品具有相同的功能！）而用确定的结构块组合而成的功能变型产品。构块组合而成的功能变型产品。l工业汽轮机可以设计成组合产品，因为不同的用户有不工业汽轮机可以设计成组合产品，因为不同的用户有不同的需求，例如有的用户需要冷凝式且不带中间抽汽，同的需求，例如有的用户需要冷凝式且不带中间抽汽，有的用户又要求背压式且带中间抽汽，而且进汽和排汽有的用户又要求背压式且带中间抽汽，而且进汽和排汽参数各不相同。这种情况下，采用组合产品设计法是十参数各不相同。这种情况下，采用组合产品设计法是十分有利的。分有利的。87第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题884.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法 基型设计；基型设计；确定相似类型；确定相似类型；确定参数和尺寸的级比；确定参数和尺寸的级比；计算导出产品的参数和尺寸；计算导出产品的参数和尺寸；调整理论计算所得的结果，确定结构尺寸和参调整理论计算所得的结果，确定结构尺寸和参数；数；编制主文档、设计主结构，制定各类技术文件。编制主文档、设计主结构，制定各类技术文件。89第四章第四章 产品系统优化理论和方法产品系统优化理论和方法4.1 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.1 几则小故事几则小故事4.1.2 产品系统优化概述产品系统优化概述4.1.3 产品系统优化模型产品系统优化模型4.1.4 产品系统与制造系统的集成优化产品系统与制造系统的集成优化4.2 产品系统的空间优化方法产品系统的空间优化方法4.2.1 系列产品和组合产品系列产品和组合产品4.2.2 系列产品的开发方法系列产品的开发方法4.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法4.3 产品系统的时间优化方法产品系统的时间优化方法4.3.1 客户订单分离点及其后移客户订单分离点及其后移4.3.2 基于基于PDM/ERP的过程优化的过程优化4.3.3 并行工程和并行工程和DFX技术技术思考题思考题904.2.3 组合产品的开发方法组合产品的开发方法 l组合产品系统由结构块（或称积木块）构成，结构块可组合产品系统由结构块（或称积木块）构成，结构块可拆或不可拆地组合成一体。拆或不可拆地组合成一体。l结构块可以分成功能结构块和制造结构块两种类型。功结构块可以分成功能结构块和制造结构块两种类型。功能结构块是从功能的角度来确定的，因而它能独立地或能结构块是从功能的角度来确定的，因而它能独立地或通过与其它功能结构块的组合来实现某一功能。制造结通过与其它功能结构块的组合来实现某一功能。制造结构块则是按照制造技术观点加以确定的。构块则是按照制造技术观点加以确定的。l为了对功能结构块进行分类，必须了解在组合产品系统为了对功能结构块进行分类，必须了解在组合产品系统中的各种功能种类，并对其加以定义，这些功能种类相中的各种功能种类，并对其加以定义，这些功能种类相互组合可以实现多种总功能。互组合可以实现多种总功能。91功能种类和功能结构块的种类功能种类和功能结构块的种类 92组合产品的开发步骤组合产品的开发步骤