3-产品开发、工艺设计和技术选择

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,第,3,章,产品开发、工艺设计和技术选择,第一节,新产品开发与企业,R,&,D,第二节,R,&,D,与产品开发组织,第三节,生产流程设计与选择,第四节,并行工程产品开发组织的新方法,1,第一节,新产品开发与企业,R&D,个性化定制生产的出现,现代企业的研究与开发,产品生命周期与,R&D,新产品开发面临的压力,2,一、个性化定制生产的出现,随着全球化市场的形成，企业竞争的焦点已经集中于怎样才能更好地满足,多样化的、个性化,的客户需求。,为了赢得竞争，企业必须对其生产方式进行,变革,，以便其能生产出满足客户需求的,个性化产品,，因此，企业必须能组织,定制生产,。,3,一、个性化定制生产的出现,大规模生产时代，产品是标准化的，市场是统一的，产品生产周期和开发周期也比较长，一切都是有规律的，没有意外发生。,现在，一个新的管理模式,大规模定制模式,浮出水面，多样化和定制化的产品代替了标准化产品，多样化市场从统一的市场中迅速成长，产品生产周期和开发周期日益缩短。,4,20世纪90年代以后竞争形势的特征,基于时间的竞争,精益生产,产品品种急剧增加 周期缩短,及时生产 全面质量管理,区域经营 层次扁平化,持续改进 计算机集成制造,产品生命周期缩短 过程重组,市场驱动的质量 服务重要性的提高,全球化 分化的市场,网络组织 快速响应,微型市场 ,柔性制造系统,定制化的提高 数据资源经营,5,大规模定制模式与大规模生产模式的对照,6,三者的关系,顾客需求的个性化,个性化定制生产或服务,产品开发能力,顾客需求的多样化、个性化，要求企业提高,产品生产柔性,（如组合柔性、产量柔性、交货期柔性、质量柔性）和,产品设计柔性,。,7,二、现代企业的研究与开发,1、研究与开发的分类与特征,研究与开发,（,Research and Development,R,&,D,）,包括：,基础研究,应用研究,技术开发研究,8,1、研究与开发的分类与特征,基础研究,进行的是,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。,技术开发研究,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。,9,基础研究、应用研究技术开发研究的比较,10,各国对,R&D,的投入情况,2020,年中国研发投入目标,世界主要国家研发和教育投入占,GDP,的比重,11,三、产品生命周期与,R&D,产品生命周期,是指新产品从,开发成功,投放市场开始，直到被,市场淘汰,为止所经历的时间。,12,产品生命周期与,R&D,13,四、,新产品开发面临的压力,新产品开发面临的压力,:,费用高,、,成功率低,、,风险大,、,回报下降,新产品失败的主要原因：,没有潜在的,用户和需求,；,新产品,与当前的,需求,不匹配；,营销,不力。,新产品开发的动力：,技术推动、市场拉动、同行竞争。,14,第二节,R&D,与产品开发组织,企业技术系统的活动,产品开发对生产过程成本的影响,技术活动的过程,产品设计过程,工艺过程设计的基本内容,产品设计的原则和绩效评价,15,一、,企业技术系统的活动,1、产品开发的过程,一般产品开发过程，包括：,产品构思、产品设计、工艺设计,等一系列活动。,产品设计过程，包括：,总体设计、技术设计、详细设计,等。,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。,16,1、产品开发的过程,需求分析,工艺设计,结构设计,输入,产品功能,干预指令,协调结果,协调结果,协调,协调,产品规格,干预指令,工艺计划,中间结果,中间结果,中间结果,17,2、企业技术系统的构成,企业系统的结构可以用图所示的“,Y”,模型来描述。,18,企业系统结构模型,设计与制造的工程职能,计划与控制的管理职能,订货控制,成本估计(定价),主生产计划,物料管理,能力需求计划,能力调整,任务投放,NC,编程,设计,工艺计划,产品构思,生产控制,NC，CNC,和,DNC,机床及机器人控制,工况数据收集,传送控制,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,M,R,P,C,A,D,C,A,P,P,J,I,T,O,P,T,C,A,Q,计划,执行,计划,执行,数据库,企业内部的生产经营活动可分为两条链路：一条是,工程链,；一条是,管理链,。,工程链：,从事由产品构思到产品实施过程中的工程制造技术活动，是企业中技术构成的主要内容。,管理链：,从事由产品构思到产品实施过程中的生产指挥活动，是企业中组织构成的主要内容。,19,企业的技术活动,企业的技术活动属于,RD,中的技术开发范畴，由企业系统中的,技术子系统承担,。,其任务是：,在企业内部储备技术创新的潜力，并不失时机地将这种潜力转化为有竞争力的新产品。,企业的,RD,内容,包括：,新产品开发,与,新技术开发,（即新生产工艺技术开发）。,20,3、技术系统与其它系统的关系,制造分系统,技术分系统,基础和依据,决定行为,经营分系统,技术分系统,目标和任务,经营策略,组织分系统,技术分系统,保障,调整方向,21,二、产品开发对生产过程成本的影响,产品开发时间,100%,设计时间,55%,制造,22%,装配,23%,产品开发时间构成图,22,产品生命周期的缩短,23,产品开发过程,-,成本曲线（波音）,成本,%,产品设计,过程设计,制造,0,20,40,100,80,60,装配与维护,产品生命周期,设计过程,原型制造阶段,决策成本,消耗成本,24,产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成示意图,25,三、技术活动的过程,技术活动包括,新产品开发中的产品设计阶段的,结构设计,和,工艺设计,活动,。,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,生产指令,生产过程,顾客域,功能域,物理域,制造域,技术活动,生产活动,需求,环境,FR,DP,PV,26,四、,产品设计过程,产品设计一般可分为三个阶段：,总体设计,技术设计,工作图设计,27,产品设计过程,开始,市场需求分析,总体设计,原型修改,初步设计,结构设计,工作图设计,原型产品,评估决策,Y,Y,N,N,资料和图形库,三维几何造型,优化设计,计算机绘图,有限元设计,CAD,28,总体设计,总体设计输出技术任务书(选型阶段),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分析。,29,技术设计,技术设计输出总图、系统图、材料明细表、设计说明书等,。,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。,30,工作图设计,主要内容：,绘制全部零件的工作图，详细注明尺寸、公差配合、材料和技术条件；,绘制产品总图、部件装配图、包装图和安装图；,编写零件一览表；,编制产品说明书、维护保养规程等。,31,五、工艺过程设计的基本内容,工艺设计,是指按产品设计要求，安排或规划出由原材料加工出产品所需要的一系列加工步骤和设备、工装需求的过程。,决定加工毛坯,(,材料和尺寸,),制定加工工艺,选择机床,选定加工条件,计算加工时间,选择工装,决定加工顺序内的操作顺序,零件图,32,工艺过程设计的程序,包括：,产品图纸的工艺分析和审查,拟定工艺方案,编制工艺规程,工艺装备的设计与制造,33,六、产品设计的原则和绩效评价,产品设计的,原则：,设计用户需要的产品适用原则,设计出制造性强的产品可制造性原则,设计强壮性强的产品,设计绿色产品环保原则,34,产品设计的绩效评价,产品开发绩效评价指标,绩效指标,度 量,对竞争力的影响,上市时间,新产品引入频率,从新产品构思到上市的时间,构思数量和最终成功数量,实际效果与计划效果的差异来自新产品的,销售比例,顾客/竞争对手的响应时间,设计的质量接近市场的程度,项目的频率模型的寿命,生产率,每一个项目的研究开发周期,每一个项目的材料及工具费用,实际与计划的差异,项目数量,新产品设计与开发的频率,项目的频率开发的经济性,质量,舒适度使用的可靠性,设计质量绩效和用户的满意度,生产质量工厂和车间的反映,信誉用户的忠诚度,对用户的相对吸引力市场份额,利润率,35,第三节 生产流程设计与选择,产品-流程矩阵（,Product-process matrix）,影响生产流程设计的主要因素,生产流程选择决策,36,一、生产流程分类,1,、按产品进行的生产流程,以产品或提供的服务为对象按照生产产品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。,如汽车装配线、电视机装配线及连续型生产企业。,也称为流水线生产、对象专业化生产、产品专业化生产。,37,一、生产流程分类,2,、,按加工路线进行的生产流程,以所要完成的加工工艺内容为依据来构成生产流程，不论是何种产品或服务对象。,这种生产流程，设备和人力按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工艺内容的加工任务。,也称为工艺专业化生产。,38,一、生产流程分类,、,按项目组织进行的生产流程,每一项任务都没有重复，所有的工序或作业环节都按一定秩序依次进行。,39,二、产品-流程矩阵,产品-流程矩阵最初由,Hayes,和,Wheelwright,提出。,生产流程设计的一个重要内容：就是要,使生产系统的组织与市场需求相适应,，即市场需求特征要与生产过程组织相匹配，产品-流程矩阵正好反映了这种匹配关系。,40,产品-流程矩阵,柔性及单位成本,低,连续生产,大生产,成批生产,单件生产,高,标准化产品,(大量生产),品种较多,(中批生产),多品种,(中低产量),顾客化,(低产量),生产流程,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,在产品-流程矩阵中,根据产品结构性质，沿对角线选择和配置生产流程，可以达到最好的技术经济性。,41,二、影响生产流程设计的主要因素,主要因素：,产品/服务需求性质,自制、外购决策,生产柔性 主要包括品种柔性和产量柔性。,产品/服务质量水平,接触顾客的程度,42,生产流程设计的输入/输出信息,输入,生产流程设计,输出,1、,产品/服务信息,产品/报务要求,价格/数量,竞争环境,用户要求,所期望的产品,特点,2、生产系统信息,资源供给,生产经济分,制造技术,优势与劣势,3、生产战略,战略定位,竞争武器,工厂设置,资源配置,1,、选择生产流程,与生产战略相适应,2,、自制、外购研究,自制、外购决策,3、生产流程研究,主要技术路线,标准化和系列化设计,产品设计的可加工性,4、设备研究,自动化水平,机器之间的连接方式,设备选择,工艺装备,5,、布局研究,厂址选择与厂房设计,设备与设施布置,1生产技术流程,工艺设计方案,工艺流程之间的联系,2布置方案,厂房设计方案,设备、设施布置方案,设备选购方案,3人力资源,技术水平要求,人员数量,培训计划,管理制度,43,三、生产流程选择决策,1、定性分析方法,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,批量,品种,A,B,C,D,品种,-,产量变化与生产单位形式的关系,44,2、定量分析方法,不同生产过程方案的费用变化分析,经营杠杆分析,经营杠杆,是成本函数和销售收入之间的夹角。它反映年总费用在一定的情况下和销售收入的关系。总费用在销售收入中所占比重越高，则经营杠杆的作用越大。,45,定量分析方法,费用,(万元),产量(万件),225,111,50,0,10,25,工艺式,成组生,产单元,对象,(产品)式,费用,销售收入,成组生,产单元,对象式,产量,0,EP,2,EP,1,EP,不同生产过程方案的费用变化,不同生产流程方案的经营杠杆,46,第四节 并行工程 产品开发组织的新方法,串行的产品设计方法,并行的产品设计方法,并行工程技术,并行工程的人员构成,47,一、串行的产品设计方法,串行设计方法,设计活动从需求分析、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。,需求分析,结构设计,工艺设计,制 造,48,串行的产品开发方式存在的主要问题,各下游开发部门所具有的知识难以加入早期设计。,各部门对其它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。,49,并行过程,需求分析,结构设计,工艺设计,制 造,50,二、并行的产品设计方法,1、并行工程的概念,并行工程也称同步工程，是相对于传统的“串行工程”而言。,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,。这种方法力图使产品开发者从一开始就考虑到产品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。,51,产品设计时要考虑的因素,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,降低成本提高效率,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,52,并行工程,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，其,目的,在于将产品的设计和产品的可制造性、可维护性、质量控制等问题加以考虑，以减少产品早期设计阶段的盲目性，尽可能早地避免因产品设计阶段不合理因素对产品生命周期后续阶段的影响，缩短研制周期。,因此，并行工程明确将其,目标,放在,缩短提前期,以及,提高质量,方面。,53,2、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；,产品设计过程中各活动并行交叉进行；,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。,54,3、产品设计的并行方法的特点,产品设计的各阶段是一个递阶渐进的连续过程；,产品设计过程和产品信息模型经历着从定性到定量、从模糊到清晰渐进深化；,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。,55,4、并行工程组织,由各专业、各部门的人员联合组成。各专业的工程师一起工作，相互配合，相互交流，取长补短。,56,5、并行工程的功能,缩短产品开发至投入市场的时间；,提高产品质量；,降低成本；,确保用户满意。,57,三、并行工程技术,虚拟设计,产品数据管理（,PDM）,产品系列化、零部件标准化、通用化,成组技术（,GT）,减少变化的方案（,VRP）,58,四、并行工程的人员构成,工作小组人员组成见下图,开发小组,制造人员,质量人员,装配人员,顾客,设计人员,环保人员,供应人员,59,