运营研发系统设计

*,运营管理原理,第二篇,第三篇,第四篇,第一篇,运营系统设计,运营管理原理,Operations Management,Principle,1,第二篇、运营系统设计,第四章、产品、服务与工艺设计,第五章、运营系统选址,第六章、运营系统设施布置,第七章、流水生产组织,2,第四章、产品、服务与工艺设计,第一节、产品开发与企业R&D,第二节、产品与服务设计,第四节、并行工程,第三节、流程设计与选择,第五节、CAD、CAPP与PDM,3,第一节 现代企业中的R&D,一、R&D对企业未来的投保,1、企业面临着3C的环境,顾客（Customer）：需求多样化,竞争（Competition）：加剧,变化（Change）：政治、经济、社会环境发生变化,2、大量客户化生产（Mass Customization),大量生产的方式生产批量很小的产品，需要在设备、技术、生产组织方面予以保证。,企业要根据市场要求开发新产品，同时要根据市场情况主动开发产品，以求得竞争优势。,4,第一节 现代企业中的R&D,国家,日本,美国,法国,英国,韩国,中国,巴西,印度,R&D/GDP,2.72.9,2.62.7,2.42,2.08,2.0,0.50.7,1.1,0.9,表42 近年来各国R&DGDP比较值,第二篇、第四章、产品、服务与工艺设计,一、R&D对企业未来的投保,3、各国非常重视R&D,一般都占到销售收入的4以上。在美国，制药业达到15。,5,二、R&D的分类与特征,第一节 现代企业中的R&D,1、基础研究：指探索新的规律、创建基础性知识的工作。,2、应用研究：指将基础理论研究中开发的新知识、新理论应用于具体领域的科研工作，即运用通过基础研究所获得的知识，为创造新产品、新技术、新材料的技术基础而进行的研究。, 纯基础研究：以探索新的规律，创造学术性知识为使命，与特定的应用、用途无关。, 目的基础研究：指为取得特定的应用、用途所需的新知识或新规律而运用基础研究的方法所进行的研究。,3、技术开发研究：指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。,6,第一节 现代企业中的R&D,基础研究：目的就是寻求真理、扩展知识；成功率一般很低。所以自由度大，没有严格的指标限制。,应用研究：目的是探索新知识应用的可能性，进而发明新事物（如纳米技术、新材料的发明），成功率较高，这种研究在计划上有弹性，有战略方向，但期限较长。,技术开发研究：将研究成果用于实践，完成新产品、新工艺，使之实用化、商品花，成功率高，计划是硬性的，有明确的目标。,二、R&D的分类与特征,4、三者区别,7,第一节 现代企业中的R&D,三、企业R&D的性质、主要内容,1、企业R&D是经济活动，而企业外RD是非经济活动,2、内容：新产品开发、新技术开发,新产品开发：作为对未来竞争的一种投保，是运营管理和竞争策略的核心。,企业战略应从“制造产品”到“创造产品”，随产品寿命周期的缩短。产品开发决定着企业经营的基本特征。,新技术开发：新产品的竞争力除了产品本身的功能外，还需要有优异的质量和低廉的价格来保证，而后者与生产工艺技术密切相关。技术的寿命周期也在缩短。,两者相辅相成。R&D从以偶然发现为主转变到以计划为主。,8,第一节 现代企业中的R&D,三、企业R&D的性质、主要内容,3、产品生命周期与R&D,产品生命周期：开发期、成长期、成熟期、衰退期,开发期,成长期,成熟期,退出期,销售量,着重于改进产品的功能和特征，从多种新型号中选择,产品标准化、工艺合理化，从产品创新向技术创新过渡；,集中在工艺改进和技术服务方面,9,四、新产品的概念,第一节 现代企业中的R&D,1、全新产品：具有新原理、新技术、新结构、行哦能够以、新材料等特征，与现有任何产品毫无共同之处。,2、改进新产品：对现有产品改进性能，提高质量，或求得规格型号的扩展，款式花色的变化而产生的新品种。（同时单缸的，增加不同的功能。）,3、换代新产品：适合新用途、满足新需要、在原有产品的基础上，部分地采用新技术、新材料、新元件而制造出来的产品。（如洗衣机、单缸、双缸、全自动）,4、本企业新产品：对本企业新，对市场来说并不新，但企业不会完全仿照本市场已有产品，而是在造型、外观、零部件等方面作改动后推向市场。,10,五、新产品开发的动力模式,第一节 现代企业中的R&D,1、技术导向型：指按照被称为Seed Theory的方式进行新产品开发，即从最初的科学探索出发开发新产品，以供给的变化带动需求的产生和变化。,2、市场导向型：是按照所谓Need Theory方式，从市场需求出发进行新产品开发。即通过市场调查来了解市场需要什么样的新产品，然后对其作为商品来说在生产技术、价格、性能等方面的特性进行研究，进而再通过该新产品商品化后的销售预测来决定是否开发。市场导向型产品是以“市场研究开发生产市场”的模式出现的，即把市场需求代入研究。,11,五、新产品开发的动力模式,第一节 现代企业中的R&D,1、技术导向型：,美国西屋公司发明了晶体管，日本索尼公司购买了晶体管，创造了世界范围的大市场，但在晶体管之前，市场根本不知道晶体管，这种需求是潜在的。自19世纪以来，前所未有的产品一个接一个地创造出来，从汽车、飞机、大炮到电影、电视、计算机、大哥大，技术导向型产品构成了众多企业的生产内容，每一种新产品都带起一串企业，甚至构成一个行业，创造大规模的市场需求，引发激烈的市场竞争。美国的英特尔、杜邦公司、P&G公司、日本索尼。,例子,12,五、新产品开发的动力模式,第一节 现代企业中的R&D,2、市场导向型,技术导向型虽可以先发制人，创造一个大市场。但是，市场一旦从前在转为现实，就开始分化，顾客在花色、性能、品种和价格上不断产生新的愿望，形成不同层次的市场，造成需求的差别化、细分化，谁能够满足不同层次的期望谁就能够“后发之人”。,例如：美国的奇尼恩公司开发了收音机、电视机、调频立体声系统等多个品种，在六十年代一直是收音机和电视机市场的最大供货商，但70年代末却不得不退出整个家用广播电视行业。,例如：日本汽车企业：小型、耗油量低。,当今市场导向型和技术导向型同样重要，一方面技术进步日新月异，另一方面市场需求日益多样化。企业要根据其特点以及内外部环境决定自己的策略。,13,一、企业技术系统的活动,1、,产品开发过程,第二节 产品设计,（1）产品开发过程：,（2）产品设计过程：, 产品设计, 产品制造, 产品装配, 概念设计, 技术设计, 工艺设计,14,2、 企业技术系统的构成,定货控制,成本估价（定价）,主生产计划,物料管理,能力调整,能力需求计划,任务投放,概念设计,产品设计,工艺设计,NC,编程,M,R,P,J,I,T,C,A,D,C,A,P,P,生产控制,NC，CNC,和,DNC,机床及机器人控制,工况数据收集,传递控制,库存控制,装配控制,生产数量、时间及成本检查,设备维修,作业分派,质量保证,O,P,T,C,A,Q,计划,执行,执行,计划,数据库,企业系统结构模型,第二节 产品设计,一、企业技术系统的活动,15,第二节 产品设计,一条工程链：前段是信息流，后段是物料流，前段是技术分系统，后段时制造分系统，技术分系统承担,R&D,活动，提供产品方案，确定制造分系统的活动。制造分系统是技术分系统的基础和依据，是技术分系统必须考虑的资源约束。,一条管理链：由产品构思到产品实施过程中的生产指挥活动，对应的是经营分系统为技术分系统确定了工作的目标和任务；而新产品开发直接影响着经营发展策略。,组织分系统贯穿于各个分系统之中，是技术系统有效运转的保障。,2、 企业技术系统的构成,一、企业技术系统的活动,16,3、 技术系统与其他系统的关系,市场需求导向,基础,、,资源,行为依据,保障,经营系统,技术系统,组织系统,制造系统,企业系统,一、企业技术系统的活动,第二节 产品设计,17,二、产品开发对生产过程成本的影响,第二节 产品设计,1、产品开发的时间构成（单件小批生产类型企业）,设计时间 55,制造时间 22,装配时间 23,产品开发时间 100%,18,二、产品开发对生产过程成本的影响,第二节 产品设计,2、企业技术活动影响着产品的开发周期、成本、质量和制造的效率,（1）产品生命周期在缩短，开发周期响应也在缩短。,（2）许多大企业（如福特、波音、Sun等）均认为设计阶段决定着产品成本的70以上，尽管设计阶段的成本不会超过10。根据ABC分类法的思想，应加强设计阶段的管理。,下面举例进一步说明,19,设计阶段,制造阶段,材料采购,其它阶段,费用,产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成示意图,70%,6%,20%,36%,7%,40%,3%,18%,成本的决定因素,实际成本消耗,第二节 产品设计,Boothroyd引用福特公司的报告表明，尽管产品设计和工艺费用只 占整个产品费用的6%，却影响了总费用的70%以上，见下图。,举例：,20, Sohlenius G.以波音公司为例进行分析后指出：一般产品成本的83%以上由产品设计阶段决定，而这一阶段本身所占有的费用仅为产品全部成本的7%一系以下，见下图。,决策成本,消耗成本,产品设计,过程设计,制造,装配与维护,O,20,40,60,80,100,产品生命周期,设计阶段,原形制造阶段,产品开发过程成本曲线（波音）,第二节 产品设计,举例：,21, Sun认为制造生产率的70%80%是在设计和工艺阶段决定的。,O,概念设计,设计开发,设计使用,制造装配,新产品开发阶段,改变设计引起的成本,在不同的产品开发阶段改变设计对成本的影响示意图,第二节 产品设计,举例：,22,需求,环境,生产指令,生产过程,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,FR,DP,PV,技 术 活 动,顾客域,功能域,物理域,制造域,生产活动,设计过程模型,第二节 产品设计,三、设计理论,1、公理性设计理论,23,三、设计理论,第二节 产品设计,2、TRIZ：发明问题解决理论,TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）是俄文中发明问题解决理论的词头。该理论是前苏联G. S. Altshuller及其领导的一批研究人员，自1946年开始，花费1500人年的时间，在分析研究世界各国250万件专利的基础上所提出的发明问题解决理论。80年代中期前，该理论对其它国家保密, 80年代中期，随一批科学家移居美国等西方国家，逐渐把该理论介绍给世界产品开发领域，对该领域已产生了重要的影响。,G.S.Altshuller始终坚信发明问题的基本原理是客观存在的，这些原理不仅能被确认也能被整理而形成一种理论，掌握该理论的人不仅能提高发明的成功率、缩短发明的周期，也使发明问题具有可预见性。正是出于这种考虑，Altshuller开始了其对发明问题规律的研究，取得了丰硕成果。,24,第二节 产品设计,三、设计理论,2、TRIZ：发明问题解决理论,发明问题解决理论的核心是技术系统进化理论。这一理论提出：技术系统一直处于进化之中；解决冲突是其进化的推动力，进化速度随技术系统一般冲突的解决而降低，使其产生突变的唯一方法是解决阻碍其进化的深层次冲突；解决问题的发明是分等级的，按照产生发明所需要的反复尝试的次数把发明分为五个等级（5级发明等级最高，一般都是基于新的科学发现，1级发明最低，只是对产品的一般改进），在技术发展的不同阶段产生的发明级别是不同的。,Altshuller依据世界上著名的发明，研究了消除冲突的方法，提出了消除冲突的发明原理，建立了消除冲突的基于知识的逻辑方法，这些方法包括发明原理（Inventive Principles）、发明问题解决算法（ARIZ，Algorithm for Inventive Problem Solving）及标准解（TRIZ Standard Techniques）。图2.1是应用TRIZ解决问题的一般过程。,25,第二节 产品设计,三、设计理论,2、TRIZ：发明问题解决理论,TRIZ中的,一般问题,工程中的特定问题,TRIZ中的,普适解,特定问题的领域解,图2.1 TRIZ解决问题的一般过程,Fig.2.1 The general process of problem solving by TRIZ,26,第二节 产品设计,三、设计理论,2、TRIZ：发明问题解决理论,如图2.1所示，在利用TRIZ解决问题的过程中，设计者首先将待设计产品的特定问题（Specific Problem）表达成为TRIZ的一般问题（General Problem），然后利用TRIZ中的工具，如发明原理、标准解等，求出该TRIZ问题的普适解（General Problem）或称模拟解（Analogous solution）；最后设计者再把该解转化为领域解或特解（Specific Problem）。,TRIZ认为技术创新产生于技术的概念设计阶段，即必须在概念设计阶段产生新的原理解。TRIZ已建立了一系列的普适性工具帮助设计者尽快获得满意的领域解，不仅在前苏联得到广泛应用、在美国的很多企业特别是大企业，如波音、通用、克莱斯勒、摩托罗拉等的新产品开发得到了应用，创造了可观的经济效益。,27,第二节 产品设计,三、设计理论,2、TRIZ：发明问题解决理论,由于TRIZ将产品创新的核心产生新的工作原理过程具体化，并提出了规则、算法与发明原理供设计人员使用，已是一种较完善的创新设计理论。图2.2是运用TRIZ提供的工具和方法工程解决实际问题的一个流程。,28,第二节 产品设计,三、设计理论,2、TRIZ：发明问题解决理论,问题分析,*功能分析,*理想解,*可用资源,*确定冲突区域,选择工具,如何做,存在冲突,需要改进,原理,进化,效应,解的评价,*理想解,*QFD,*特性,实施,解导致新问题,图 应用TRIZ中一些工具和方法的流程图,29,一、生产流程分类,第三节 生产流程设计与选择,1、按产品（Productfocused）进行的生产流程,2、按加工路线（Processfocused）进行的生产流程,3、按项目（Project）进行的生产流程,以产品或提供的服务为对象，按照生产或提供服务的生产要求，组织相应的生产设备或设施，形成流水般的连续生产，有时又称为流水线。,汽车装配线、电视机装配线,对象专业化,以所要完成的加工内容为依据，构成生产流程，设备与人力按照工艺内容组织成一个生产单位，每一个生产单位只完成相同或相似的工艺内容的加工任务。,适用于多品种中小批量生产或单件生产,工艺专业化,30,二、,产品流程矩阵,产 品,生产流程,单件生产,成批生产,大量生产,连续生产,顾客化,（低产量）,多品种,（中低产量）,品种较多（中批生产）,标准化生产（大量生产）,柔性单位成本,高,低,广告,重型机器,中型机器,食品加工,汽车装配,电视机,食糖,面粉,第三节 生产流程设计与选择,31,三、影响生产流程设计的主要因素,第三节 生产流程设计与选择, 产品/服务需求性质, 自制外购决策, 生产柔性, 产品/服务质量, 接触顾客的程度,32,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,A,B,C,D,O,品种,批量,第三节 生产流程设计与选择,四、,生产流程选择决策生产单位形式的选择,1、分析品种、产量选择方案,品种产量变化与生产单位形式的关系,33,2、 对选择的方案进行经济上的分析,10,25,产量（万件）,O,50,111,225,对象（产品）式,成组生产单元,工艺式,费用（万元）,不同生产过程方案的费用变化,第三节 生产流程设计与选择,四、,生产流程选择决策生产单位形式的选择,34,3,、 运用“经营杠杆”进行经济分析,EP,2,产量,对象式,成组生产单元,销售收入,费用,不同生产流程方案的经营杠杆,EP,EP,1,第三节 生产流程设计与选择,四、,生产流程选择决策生产单位形式的选择,35,一、串行的产品设计方法,需求,结构设计,工艺设计,制造,（a） 串行过程,第四节 并行工程,2、串行设计的弊端,1、串行开发流程,（4）产品设计阶段，工艺、制造人员不能加入，不能及早发现缺陷，费用高,（1）部门之间缺乏协调、互相不理解。,（2）时间长。,（3）设计的产品不能满足顾客需求，制造性、装配性差。,36,二、并行的产品设计方法,第四节 并行工程,（b） 并行过程,1、并行工程的定义,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。,并行过程见图b：,37,2、产品设计时要考虑的因素,并行工程力图从一开始就考虑到从概念形成到产品报废的所有因素。,各因素见下表：,第四节 并行工程,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,应考虑的因素,顾客需求,降低成本,易制造,竞争力（低成本、标新立异）,可靠性,环境保护,可维护性,产品功能,提高效率,易装配,操作简便,二、并行的产品设计方法,38,3、并行工程的主要思想,第四节 并行工程,二、并行的产品设计方法,（1）设计的同时考虑产品生命周期的所有因素，作为设计结果，同时产生产品设计规格和相应的制造工艺及生产准备文件。,（2）产品设计过程中各活动并行交叉进行。,（3）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。,39,4、并行的产品开发流程,见图：,概念设计,结构概念方案,工艺概念方案,初步设计,产品初步方案,工艺初步方案,详细设计,产品详细方案,工艺详细方案,第四节 并行工程,二、并行的产品设计方法,40,5、并行设计的特点,第四节 并行工程,二、并行的产品设计方法,（1）各设计阶段的划分只标志着产品和设计的粒度和清晰度。, 粒度-指设计人员在设计过程中所考虑和处理问题要素的大小；, 清晰度-指表明设计对象在相应粒度水平上的确定程度的度量。,（2）产品设计过程和产品信息模型经历着从定性到定量、从模糊到清晰渐进演化。设计向前循环一次，粒度减少，信息清晰度增加。,（3）产品设计过程和工艺设计过程不是顺序进行，而是并行展开，同时进行。,41,（1）过程重构，建立集成的、并行的产品开发过程。,（2）组织的重构，建立跨部门、跨专业的开发小组。,（3）采取必要的措施。见表：,阶段,需求阶段,设计阶段,制造阶段,营销阶段,使用阶段,终止阶段,措施,顾客参与,质量功能部署,CAD/CAPP,VRP、GT,DFM/DFA,价值工程,工业工程,绿色制造,第四节 并行工程,二、并行的产品设计方法,6、实施并行工程需要做的变革,42,三、,并行工程技术,第四节 并行工程,1、虚拟设计,面向并行工程的设计模式体现了开发过程的集成。,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标准作为设计开发的标准接口。,2、产品数据管理（PDM）,基于Internet/Intranet平台的PDM系统，支持全球化虚拟企业的,信息管理。,面向对象技术的应用及信息模型的标准化。,PDM与MRP的相互渗透。,流程管理、项目管理和配置管理的功能越来越强。,43,3、 产品系列化、零件标准化、通用化,第四节 并行工程,三、,并行工程技术, 产品 系列化是对相同的设计依据、相同的结构性和相同使用条件的产品，将其基本尺寸和参数按一定的规律编排，建立产品系列型谱，以减少产品品种，简化设计。, 零件标准化是在产品系列化的基础上，在企业内不同型号的产品之间扩大相同的通用零部件。, 零件通用化是按国家标准生产零部件。,4、成组技术,成组技术是一种利用零件的相似形来组织生产的原理和方法。,5、减少变化方案（VRP）,将产品成本分为功能成本、变化成本和控制成本，通过寻求三种成本间的均衡来达到控制产品成本、生产多样化产品的目的。,44,三、并行工程技术,VRP以产品系列为研究对象，系统地归纳了减少变化的五项技术：,（1）固定/可变技术,（2）模块化技术,（3）功能复合和集成技术,（4）范围划分技术,（5）趋势分析技术,第四节 并行工程,5、减少变化方案（VRP）,将产品成本分为功能成本、变化成本和控制成本，通过寻求三种成本间的均衡来达到控制产品成本、生产多样化产品的目的。,45,四、并行工程的人员构成,开发小组,质量人员,设计人员,装配人员,营销人员,环保人员,供应人员,顾客,创造人员,第四节 并行工程,46,一、CAD,第五节 计算机辅助设计与PDM,CAD的主要机能是设计计算（机械设计计算、性能参数和优化计算）和制图（利用人机对话图形处理系统进行绘图、缩放图、组合图、储存图、三维立体化等），附带机能是管理零件和成本估算。,二、CAE（两种解释）,1、广义：指对开发、设计、制造等全部生产过程的辅助。,2、狭义：指在计算机上应用有限元素法等方法进行强度解析、,流体力学解析、振动解析、热解析等力学或机械工程,学的数值计算或模拟计算。,47,三、CAD/CAM/CAE的全过程,产品要求,总体与结构设计,解析与模拟计算,主要零部件设计,零部件解析与模拟计算,零件图、部件图、装配图,工艺设计,制造,作业设计,检查,广义CAE,CAD,CAM,狭义,CAE,第五节 计算机辅助设计与PDM,48,四、计算机支撑技术：,第五节 计算机辅助设计,与PDM,安全、高速、易于使用和群件解决方案是网络技术发展的四大方面,数据库数据仓库,局域网Internet 、Intranet、Extranet,高性能的网络协议,49,五、拟实产品开发：,第五节 计算机辅助设计与PDM,是指以数字方式在计算机上完成包含产品设计、分析、实验和测试各环节的整个开发过程，从而在实际原型制造出来之前就能对产品的各个方面进行评价，减少了对物理模型的依赖，加速了设计进程。,50,