产品开发与设计课程

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第二章,产品开发与设计,引例,学习目标,主要内容,案例讨论,引例,吉列新型女用剃刀重拳出击,维纳斯（Venus）吉列新型女用可水洗剃刀于2001年3月进入市场，在6个月内就占领了女用水洗剃刀45%的市场。吉列对维纳斯剃刀进行了众多的创新设计，以期给人们一个全新的女用剃刀的概念。维纳斯的开发采用了吉列的50多个专利。,虽然吉列采用了一些现有的流程来制造维纳斯，但吉列在研发和制造中还是又投入了3亿多美元。维纳斯成功的另一主要原因在于把一些供应商整合起来一起设计，并制造了可放在零售商店出售的独特的包装。,一直以来，吉列公司非常擅长于把新产品导入市场，在同行业中占有并维持着很大的市场分额。吉列公司剃刀的销售量是其他公司的5倍。在使用剃刀的美国女性中，大约71%使用吉列的维纳斯，而所有这些产品的利润率都接近40%。与其他日用品（例如，除臭剂的利润率仅为7%-9%）相比，吉列剃刀的,利润率之高令人震惊。这都归功于吉列对产品与流程的研发、制造和与供应商之间的良好的紧密合作，从而使新产品能够不断快速且经济地成功进入市场。吉列预计其女用剃刀地销售总额将达10亿美元，其中相当大一部分销售额将由维纳斯获得。,返回,学习目标,知识点,理解产品生命周期与产品开发的关系；,掌握产品设计和工艺设计的过程及基本内容；,掌握并行工程的含义和基本思想；,了解串行产品设计方法和并行产品设计方法的区别；,掌握生产流程分类和产品流程矩阵；,了解生产流程设计的主要影响因素。,返回,主要内容,第一节,产品开发与工艺设计,第二节,生产流程设计与选择,第三节,并行工程,返回,第一节 产品开发与工艺设计,一、,产品开发的积极意义,二、,产品开发过程,三、,产品开发对生产过程的影响,四、,产品生命周期与产品开发,返回,一、产品开发的积极意义,企业保持长期的竞争优势,开发企业新的生长点,实现结构调整的微观基础,康巴斯的兴与衰,80年代康巴斯开发石英钟，把老牌钟厂上海中国钟厂推上绝路,90年代不思进取，故步自封，企业重新陷入困境,乡企美的的长盛不衰,92年华南理工一名制冷专业博士生找遍华南没有一家空调厂对他的专利感兴趣，最后在美的受到热情欢迎，从此新产品不断，2000年空调销量上升到第一,企业保持长期的竞争优势,海尔的目标：,2006年世界500强,海尔的措施：,1984年 电冰箱,1992年空调机,1994年 洗衣机、冰柜,1995年 电视机、小家电,1996年 全面进入IT产业,2001年 保险业,海尔的年收入,2000年 400亿，2001年604亿 ，2002年720亿， 2003年800亿,开发企业新的生长点,实现结构调整的微观基础,企业产品结构调整,企业的产品结构调整导致,企业经营结构调整,企业的经营结构调整导致,中宏观产业结构调整,一系列的调整伴随着,投资结构调整,政府的责任在于制定规则而不是参与,返回,二、产品开发过程,客户,想法产生,（概念设计）,产品选择,产品初步设计,建立与测试原型,最终产品设计,生产,初步工艺设计,最终工艺设计,研发技术,（一）产品设计,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。,产品设计一般分为三个阶段：,1、,总体设计,：通过市场需求分析，确定产品的性能、设计原则和技术参数等；,2、,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，进一步确定产品结构；,3、,工作图设计,：进一步作结构的细节设计，逐步完善，绘制全套工作图样和编制必要的技术文件。,（二）工艺设计与选择,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说明。,零件图,决定加工毛坯,（,材料和尺寸）,选择,机床,制定加工,工艺,选定加工,条件,计算加工时间,选择工装,决定加工工序,内的操作顺序,工艺设计的程序,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,工艺（process）极其谨慎地或精巧地制作或建造某物的工作、方法或技术。（一个祖师将输入品转化为输出品的过程中的任何一个环节）使产品增值甚至产生高附加值,基本工艺形成产品主要功能,平炉炼钢 转炉炼钢 电炉炼钢,改性工艺改变材料性能,羊毛经改性处理后具有羊绒特性,后处理工艺改进使用效果,服装的后处理，免烫，挺刮,加工工艺的作用,工艺选择的意义,加工工艺是技术范畴,是工程技术人员考虑的事情,工艺选择是技术选择也是效益选择甚至是战略选择,有谁还会选择平炉炼钢工艺？,加工工艺的作用,基本工艺形成产品主要功能,平炉炼钢 转炉炼钢 电炉炼钢,改性工艺改变材料性能,羊毛经改性处理后具有羊绒特性,后处理工艺改进使用效果,服装的后处理，免烫，挺刮,使产品增值甚至产生高附加值,服务业中的工艺问题,零售业方式的变迁,传统的店铺销售方式,邮购,连锁超市,连锁仓储式销售,连锁便利店,B TO C 电子商务,新的方式具有明显低成本优势与便利特点,银行贷款方式,信贷员一揽子包干制,项目审查贷款发放与回收一人负责,滋生腐败 呆帐坏帐多,贷审分离制,贷款员接受项目 负责调查发放回收,审查员查资料风险估风险,互相监督 降低风险 呆帐坏帐少,农牧业中的工艺如何养羊？,沙尘暴原因：草原沙漠化，发菜、羊绒、羊肉,少吃点发菜、羊肉，少穿点羊绒衫,如何解决过度放牧？,以养羊为例,传统工艺：肉羊3-5年出栏，一年出一次栏，越冬保膘生长慢，枯草放牧，对草原破坏大,草原兴发提出新工艺：,观念更新 羔羊出栏，6个月宰杀,新饲养方法 4个月放牧，2个月圈养；同时种草，人工牧草,结果,出肉率相当于1.52年的成年羊,肉质嫩；,牧民羊群变小，一年四季随时出栏，收入提高；,草原兴发99年的收入11.7亿，利润1.23亿。,思考题：,在平时的学校生活中有没有可以通过工艺方法或流程改进，进而提高工作效率或质量？,返回,三、产品开发对生产过程的影响,影响产品的开发周期、成本、质量和制造的效率。,1、产品设计和工艺设计几乎占用了60%的开发时间，决定了70%的成本。,2、制造生产率的70%80%是在设计和工艺阶段决定的。,3、所有质量问题的40%可以归因于低劣的设计和工艺。,（1）（福特公司）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；,（2）（波音公司）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%以下。,返回,四、产品生命周期与产品开发,产品生命周期的不同阶段，产品开发的重点和策略不同。,销售额,时间,引入期,成长期,成熟期,衰退期,产品引入期：市场需求与有关技术尚不明确,产品开发着重于改进产品的功能和特征,1、对产品进行创新设计，确定最有竞争力的型号；,2、消除设计中的缺陷；,3、缩短生产周期；,4、完善性能。,产品成长期：,是从产品创新向工艺创新过渡的阶段。,1、产品工艺改进；,2、降低成本；,3、产品结构标准化与合理化；,4、稳定质量。,产品成熟期：,成本竞争力是关键,产品开发工作集中在技术服务和工艺改进方面。,1、产品系列化与标准化；,2、提高工艺稳定性；,3、创新服务与质量创新；,4、产品局部改革。,衰退期：,1、很少进行产品的细分；,2、精简产品系列；,3、决定淘汰旧产品。,返回,注意以下几个概念：,模块化设计；,可靠性设计；,质量功能展开QFD（Quality Function Deployment）；,面向顾客的产品设计；,面向可制造性和可装配性的产品设计；,计算机辅助设计（Computer-aided design，CAD）,计算机辅助工艺设计（ Computer-aided process planning，CAPP）,返回,案例：最好的零部件设计是无零件设计,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销售网点终端。,整个终端仅包括15个供应商生产的零部件。它比公司以前的低档的2160型终端减少了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。安装和维护也象风阵一样。斯普尔格说：“这完全归功于我们简化了下游的业务活动，包括现场服务。”,“面向制造设计”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。其他热衷DFM的企业有福特、通用汽车、IBM、摩托罗拉和惠而浦公司。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。GE公司估计，从成本节约或从市场分额增长中，它利用这一概念净赚了2亿美元。,第二节,生产流程设计与选择,一、,生产流程分类,二、,产品-流程矩阵,三、,流程设计的定义及常用工具,四、,影响生产流程设计的因素,五、,生产流程选择决策,返回,一、生产流程分类,1、按产品或服务进行的生产流程（装配线生产或连续流程）,采用线型运作顺序组织产品或服务的生产。产品必须高度标准化并且按照预定的顺序从一个运作中心或工位到下一个运作中心或工位。,大量生产方式和连续生产方式,2、按加工路线进行的生产流程（批量生产或工作中心）,生产按批量间歇式进行。把功能相近的设备和技能相同的工人组织成若干工作中心。产品或工作只是流入那些需要进入的工作中心，而跳过其他各种中心。,3、按项目进行的生产流程（项目型流程）,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。,返回,生产流程：,单件生产（Job shop）,成批生产（Batch shop）,流水线作业（Assembly Line）,连续生产（Continuous Flow）,返回,二、产品-流程矩阵（Product-process matrix),生产流程,产 品 生 命 周 期 阶 段,顾客化（单件订货）,多品种产量不大,几个主要品种产量大,大量标准化产品,项目型,批量生产,装配线生产,连续型,A 无,B,C,无,D,工厂往往处在矩阵的对角线上：A-商务印刷；B-食品加工；C-汽车装配；D-炼糖（面粉）,1、沿对角线选择和配置生产流程，可达到最好的技术经济性；,2、并不是一个行业的所以企业都必须同时沿对角线下移；,3、符合左下角和右上角特点的企业几乎没有；,4、从矩阵的左上角演变到右下角时，其效率成本优势逐渐凸现，而定制能力和市场反应柔性逐渐损失；,5、新的灵活的自动化技术可能会使产品流程矩阵产生一些变化；,6、反映了生产流程战略与产品战略的相互关系。,流程类型,产品销售量,导入期,成长期,成熟期,衰退期,项目型,批量生产,流程型,产品变化频率,（设计、材料、,特征等）,产品变化,流程变化频率,（工艺路线、,技术、加工,设备、工具等）,流程变化,返回,三、流程设计的定义及常用工具,流程设计（process flow design）,对企业生产中的原材料、零件、部件在整个企业的特定流动过程的整体映射、计划与优化。,流程设计常用的工具,：流程图、流程从至表、系统布置设计法,引例：汉堡快餐店的运营流程,在快餐时代来临之前，汉堡包像其他餐馆中的三明治食品一样，通常是根据顾客的订单来进行定制的。当餐馆接到顾客订单后，就根据顾客的要求开始将汉堡包肉片从冰箱里拿出来并放在烤架上。顾客可以选择肉饼的烤熟程度（如偏生、半熟或完全熟透），并加入顾客选择的调味品。肉饼可以选择烘烤或不烘烤。然而，用这样传统的方法制作的汉堡包的质量很大程度上取决于厨师的技术。因此，即使在同一家餐馆的不同厨师制作的汉堡包，也是质量各异。此外，由于汉堡包都是在接到顾客订单后才开始制作的，因此，用这种传统方式制作汉堡包需要一个相对较长的交付期。,20世纪50年代，美国三大快餐连锁店汉堡王、麦当劳以及随后的温迪的出现，彻底改变了汉堡包烹饪和交付的方式。,汉堡王和麦当劳不象大多数传统餐馆那样根据顾客的订单提供多样的食品，而只专供几个特色品种。然而，这两家快餐店虽然都有向顾客快速提供低成本食品的能力，却采取了不同的运营流程来为企业特定的目标市场服务。,原料库存,烹饪,组装,顾客订单,传统方式,原料库存,烹饪,组装,顾客订单,成品库存,麦当劳方式,原料库存,烹饪,组装,顾客订单,成品库存,WIP,“标准”还是“定,制”,组装,标准的,定制的,汉堡王方式,返回,四、影响生产流程设计的因素,1、产品/服务的需求性质,2、自制外购决策,3、生产柔性,4、产品/服务质量水平,5、接触顾客的程度,返回,五、生产流程选择决策,定性分析：分析品种数的多少和每种产品产量的大小。,经济分析：盈亏分析法、经营杠杆,返回,第三节 并行工程,一、,并行工程的概念,二、,并行工程的主要思想,三、,并行工程的特点,四、,并行工程的功能,五、我国并行工程的发展与应用,返回,一、并行工程的概念,并行工程（Concurrent Engineering,CE） ：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。,要求产品开发在设计阶段就考虑到产品生命周期中的所有因素。,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,可靠性，可维护性，操作简便,环境保护,顾客市,场系统,市场营销,先进研究,产品设计,流程,规划,生产,顾客市场系统,销售,响应,促销,新产品,概念,技术,概念,生产订单,产品,顾客订单,需求,营销与销售,产品开发,制造,新产品的串行开发模式,营销与销售,产品开发,制 造,客户市场,新产品的并行开发模式,串行工程,：,反馈信息,需求分析,结构,设计,工艺,设计,装配,设计,检验,设计,产品,概念,设计,需求分析,概念设计,结构设计,工艺设计,检验设计,装配设计,分析 评估,正式投入,并行工程：,串行工程方法存在的主要问题如下,：,1、各下游开发部门所具有的知识难以加入早期设计；,2、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。,返回,二、并行工程的主要思想,1、设计时同时考虑产品生命周期的所有因素;,2、产品设计过程中各活动并行交叉进行；,并行工作圆桌,制造人员,设备人员,市场人员,财务人员,设计人员,分析人员,信息人员,其 他,顾客,供应商,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。,返回,三、并行工程的特点,1、产品设计的各阶段是一个递阶渐进的领先过程；,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；,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。,返回,四、并行工程的功能,1、缩短产品开发至投入市场的时间；,2、提高产品质量；,3、降低成本；,4、确保用户满意。,返回,五、我国并行工程的发展与应用,我国制造业要想进入世界竞争，必须增强自身的产品开发能力，并行工程是一个非常重要的选择。 CE 在中国的研究与应用分为以下几个阶段：,1、1992 年前是并行工程的预研阶段， 863/CIMS 年度计划和国家自然科学基金资助了一些并行工程相关技术的研究课题，如面向产品设计的智能 DFM ，并行设计方法研究，产品开发过程建模与仿真技术研究等。,2、1993 年， 863/CIMS 主题组织清华大学、北航、上海交大、华工和航天 204 所等单位，组成 CE 可行性论证小组，提出在 CIMS 实验工程的基础上开展 CE 的攻关研究。,3、1995 年 5 月， 863/CIMS 主题重大关键技术攻关项目“并行工程”正式立项，投入大量资金开展 CE 方法、关键技术和应用实施的研究。,4、1995 年 5 月 -1997 年 12 月，进行了“并行工程”项目的攻关研究。,5、1998 年至今，“并行工程”已有攻关成果并进一步深入研究，应用于航天等领域。,案例：飞机制造公司采用并行工程,航空武器装备的研制长期以来一直采用传统的串行工作方法，遵循“方案设计初步设计详细初步设计详细设计试制生产试飞鉴定设计修改”的流程。由于在研制设计的早期不能很好地考虑下游可制造性、可装配性、可维护性、质量保证等多种因素，使所研制地产品存在很多缺陷，就必然会要求对设计进行反复更改，造成设计改动量大，研制周期长、成本高，不能快速形成批量生产能力，不能满足国防建设地需要。如果以飞行整个设计过程中改善工艺性所获得的总效果为100%计，根据俄罗斯实验设计局以前的工作经验，各个设计阶段对改善构造工艺性的作用分别为：初步设计阶段可达35%，详细初步设计阶段可达40%，详细设计阶段约为20%。美国波音公司的研究也表明，在飞机设计阶段改善飞机构造的工艺性，能够减少工程更改、错误和返工，从而极大地降低了飞机研制成本，缩短研制周期。,波音公司在波音777机型的研制过程中成立了238个协同工作小组实施并行工程，采用了全新的“并行产品定义”的概念，并采用全球广域的异地无纸设计和制造技术（全数字化定义和数字化预装配），其结果是使飞机设计制造周期大大缩短，从波音757、767的910年，缩短到波音777的4.5年，并实现了从设计到试飞一次成功的目标。,返回,案例：日本的产品开发,日本巨大的工业团体“表里不一”，它们并不开发自己所有的系列产品，也不自己生产。事实上，这些大型企业更像“贸易企业”。即，不自己设计、生产产品，它们实际上在协调一个包括成百上千个小企业在内的复杂设计和制造过程系统。你所购买的盒上印有著名企业名字的产品很少是该公司工厂的产品甚至也不是它们开发的产品。这些产品差不多都是由他人设计，他人组装，他人把产品装入印有企业名字的盒子内，再运给分销商。,这种过程是不是有些不必要的复杂？显然，这些大型集团有自己的工厂与工人，那么它们为什么不利用自己的资源生产其销售的产品呢？,它们当然也生产但仅是部分而已。例如，对于像松下公司这样的电器业巨人来说，外包冰箱或微波炉的设计、生产和组装,但为得到公众的认可，企业必须不断重复设计一些产品如立体声耳机、小型唱片机或个人电脑。重新设计意味着重新安排生产线工具、设备，意味着需要新部件和许多其他物件。某公司预计一产品在几年内能销售30000件；重新安排工具、设备，再卖出50000件；重新设计一些基本零部件，再次安排工具、设备；观察竞争后果，又重新安排工具、设备等等。所有这些在整个产品系列的生命周期中不停地循环。虽然一些巨型制造商现在使用最新的柔性制造系统（FMS），从而在生产时有更多自由，但这个重新安排工具、设备的过程仍是大企业希望删去的。,工作是不可思议的。这些产品非常适合在这种巨型公司的高度自动化的大型工厂中大批量地生产。它们的工厂每年生产上百万这样的产品。,因此，它们将许多这种工作承包给承包商可信赖的小企业。这些一年面临三或四次重新设计以生产一种产品的小企业，依次将一些关键零部件的设计和制造分包给更小的企业。,这种分包金字塔会有多大呢？有一个电子公司在其工业组内有超过6000个外包商，大部分微小工厂仅为上层企业执行一点点任务。,问题：日本产品开发方法的优、缺点是什么？,返回,演讲完毕，谢谢观看！,内容总结,第二章 产品开发与设计。吉列预计其女用剃刀地销售总额将达10亿美元，其中相当大一部分销售额将由维纳斯获得。1、总体设计：通过市场需求分析，确定产品的性能、设计原则和技术参数等。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说明。审查员查资料风险估风险。草原兴发99年的收入11.7亿，利润1.23亿。在平时的学校生活中有没有可以通过工艺方法或流程改进，进而提高工作效率或质量。3、创新服务与质量创新。面向可制造性和可装配性的产品设计。1、按产品或服务进行的生产流程（装配线生产或连续流程）。产品必须高度标准化并且按照预定的顺序从一个运作中心或工位到下一个运作中心或工位。产品或工作只是流入那些需要进入的工作中心，而跳过其他各种中心。3、按项目进行的生产流程（项目型流程）。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。“标准”还是“定。演讲完毕，谢谢观看,