生产运作(同大)第3章产品设计与技术选择.ppt

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1、第三章 产品设计与过程选择,主要内容,3.1 引例3.2 产品研究与开发管理3.3 生产流程设计与选择3.4 并行工程：产品开发组织的新方法 3.5 计算机技术在产品设计中的运用,3.1引例：吉列公司在新产品开发上的失误,1962年，幸福杂志所列的美国00家最大工业公司的利润率中，吉列公司排在第四位；投资回收率高居首位，达0。核心、最高级、创利最大、最受消费者青睐 的产品：高级蓝色刀片,吉列公司,高级蓝色刀片,刀片表面覆盖有一层硅，防止因头发屑粘附刀片而妨碍剃须 高级蓝色刀片只卖约.美元，蓝色刀片卖美元，薄刀片卖.美元,威尔金森斯沃德有限公司,总部设在伦敦市郊，生产礼品刀剑，最主要的获利产品还

2、是昂贵的园林工具 一个偶然的机会，威尔金森才开始生产不锈钢剃须刀片高级剑刃刀片,产品特点,刀刃锋利，不被腐蚀并且使用寿命长有的人每只刀片使用1次之多，而一般的碳素刀片平均只能使用.次左右 原料、制作过程复杂，成本高，复杂的工艺也限制了常量，结果是威尔金森刀片每只售价1美元,引入市场,11年夏天，开始在美国出售刀片 开始打进市场很困难，说服了一些推销商与销售人员以寄售方式把这些刀片存放在园林商店中销售 11年10月，美国销售部第一次得到伦敦的不锈钢剃须刀片推销补助 到1年春季，推销商们嚷嚷要更多的刀片。有的推销商为了推销，有时就向顾客赠送刀片，有些推销商一领到刀片就马上销售一空。,销售势头不可抵

3、挡,刀片只供应给指定的推销商，而且被指定的推销商同时必须推销威尔金森的园林产品 顾客都被吸引到园林商店他们唯一能买到刀片的地方他们也购买到了园林工具,威尔金森生产了有巨大需求量的新产品，但还很难说它是个富于挑战性的竞争者，也不能把它描绘成是一次对吉列的重要的挑战 吉列的中小竞争者：方便之门大开,吉列的反应,工艺方面的原因 担忧利润“我们生产不锈钢刀片基本上只是一种反应，当其他公司生产这种产品的时候，我们也得生产，但是我们本来不打算这么做。”,犹豫之后,1963年秋天，在埃弗夏普刀片和美国安全剃须刀出现整整个月之后，吉列才在市场上销售自己的不锈钢刀片,总结,吉列在引进不锈钢刀片时耽搁的时间过长，

4、给了竞争者可乘之机，使其在刀片市场获得一席之地。要想重新获得失去的市场份额并非易事。吉列公司作为刀片行业的领先者，在开发很有前途的剃须工具上甘居下游，这就是错误。在任何行业，当垄断企业愿意处于次要地位，而让其他企业发挥创造力，很难说明它的管理是有效的。成功的管理就是善于捕捉时机，迅速做出反应。,教训,进行一项发明试验哪怕得到的是失败，也总比什么发明创造都不搞，只是眼巴巴地看着别的企业搞发明新产品获得巨大成功从而成为一种竞争优势而无可奈何要强得多。,3.2 产品研究与开发管理,产品寿命周期主要受四种因素的影响：即技术进步的推动、消费者需求和偏好的变化、市场竞争的压力和企业追求经济利益的驱动。,3

5、.2.1产品开发是企业可持续发展的必然选择,21世纪企业面临环境的主要特征,信息爆炸的压力 技术进步越来越快 高新技术的使用范围越来越大 市场和劳务竞争全球化 产品研制开发的难度越来越大 可持续发展的要求 全球性技术支持和售后服务 用户的要求越来越苛刻,经济发展、技术进步和需求多样化，要求企业能对不断变化的市场做出快速反应，源源不断地开发出满足用户需求的、定制的“个性化产品”去占领市场以赢得竞争，市场竞争也主要围绕新产品的竞争而展开。,新产品,不同角度对新产品概念的理解熊彼特：从未在市场上出现过的产品；制造商：从未生产过的产品；消费者：产品的各构成要素任何一项发生改变的产品；技术角度：采用了新

6、技术、新工艺、新材料，使产品的某项属性发生了变化的产品。,现代企业对新产品概念的理解,一般而言，指在产品性能、结构、材质，用途或技术性能等一方面或几方面具有先进性或独创性的产品。新产品按照技术特性可以分为以下几种：,全新产品：产品的结构、物理性能、化学成分、功能、用途与老产品有着本质不同或显著差异的产品；如汽车、飞机、计算机、半导体、电视机、化学纤维、青霉素等的发明。换代新产品：采用新材料、新元件或新技术，使产品性能有重大突破的产品。如计算机问世五十年来，已从电子管、晶体管、集成电路进入到大规模集成电路的第四代产品，目前正在研制第五具有人工智能的新产品改进新产品：整体产品中任何一部分发生改变的

7、产品；如增加电视机遥控功能，增加电风扇定时功能。仿制新产品：企业新产品。,新产品开发,指企业为了适应消费者需求和环境条件的变化，对产品的构思、设计、筛选、试销到正式投产全过程的经营管理活动。新产品开发的特征：不确定性、变革性、机遇性和高费用性,产品和服务开发的趋势 更加强调顾客满意度和产品竞争力；强调减少开发与生产一项新产品或服务所需要的时间；创新性；更加关注环境；更加致力于减少原材料、辅助材料、燃料动力等资源的消耗。,产品开发呈现出的新特点 1)多能化：一机多能，一物多用。2)多样化：满足各种不同层次用户的需求。3)复合化：如集拍照、冲印为一体的一次成像照 相机，集办公、计算、娱乐为一体的

8、多媒体计算机。4)微型化：便于操作、携带、运输、安装和使用。5)智能化：把专业产品变成大众产品。6)艺术化。,成功的新产品可以给企业带来较高的经济回报，甚至可以提升企业的整体地位。但收益必然会伴随相应的风险；失败的新产品开发项目给企业带来了沉重的财务负担，甚至会导致企业破产。,研究开发（R&D）的三个基本环节,研发不再是费用，而是企业对未来的一项投资！,中国R&D活动面临的问题,1.基础研究比重持续下滑 2004年的62008年的4.8,原创性不足。2.R&D投入中人员费用支出过低 人均人员费用是发达国家的1/10，难以吸引国际创新型人才。3.缺乏世界级创新型企业 2008年世界500强企业中

9、，中国内地企业达34家。但世界R&D经费支出最多的1400家公司中，中国内地企业只有11家。4.高技术产业和服务业R&D偏低。5.核心专利与国际专利不足。,引论：新产品设计与开发风险与机遇并存,近五年里众多的工业领域依靠开发新产品来获得占年收入50%以上的效益 失误率很高，许多R&D项目无法获得商业化的产品，33%至60%的上市的新产品不能获得经济回报 产品开发的长周期、高成本是产品缺乏竞争力的症结所在,大趋势：产品寿命周期的缩短,产品的寿命周期越来越短，革新换代越来越快（如图）。实践证明：若产品寿命周期为5年，产品开发时间每延长6个月，利润就损失1/3。AT&T:电话2年 1年 HP公司：打

10、印机4.5年 22个月,0 5 10 15 20 25,行业,化妆品,玩具,机床,食品,药品,50年前,现在,时间(年),开发新产品：费用高、风险大、成功率低、回报下降等,产品开发的时间构成：,据统计，产品设计时间占产品开发时间的近60%（如图）。因此，为缩短产品上市时间，必须缩短产品设计时间，产品设计和工艺设计影响着产品的创新速度。,产品成本的决定,一般产品成本的70%以上由设计阶段决定,而这一阶段本身所占用的费用仅为产品成本的6%以下(如图)。,70%,6%,20%,36%,40%,3%,产品制造效率的70%80%是在设计和工艺阶段决定的所有质量问题的40%可以归因于低劣的设计和工艺。,总

11、结:开发与设计对产品竞争力具有重要影响,1.开发设计质量直接影响企业的产品质量40%的质量问题可以归因于低劣的设计与工艺2.开发设计效率直接影响企业在时间上的竞争能力产品生命周期越来越短设计时间占据产品开发时间的主要位置3、产品开发设计对生产过程成本的影响大产品设计与工艺费用只占整个产品的费用之6%，但影响总费用70%及以上7%的产品设计阶段成本决定着83%的产品成本70%80%的制造生产率由设计和工艺阶段决定4.开发与设计直接影响顾客满意度,结论,因此，根据管理学中的ABC分类思想，企业技术活动，尤其是企业的产品设计和工艺设计是企业快速响应客户要求的瓶颈，是提高企业竞争力的关键。,3.3 产

12、品设计过程,一、产品构思,新产品失败可归纳为三个关键原因：（1）没有潜在的用户和需求（2）新产品与当前的需求不匹配（3）营销工作不得力,技术推动市场牵引同行竞争,新产品开发的动力,（1）技术推动方式技术推动方式是指首先进行研究开发，经过技术创新后，再批量生产投入市场。,（2）市场拉动方式市场拉动方式是指首先进行需求分析，再进行研究开发，将开发成功的产品批量投入市场。,（3）竞争驱动方式竞争驱动方式是指创新设想来源于竞争对手，通过随竞争对手的新产品进行模仿或改进而开发出有竞争力新产品的方式。,新产品开发的三种构思模式比较,了解和确定人们的需求，将这种需求用技术实现，提高产品在研究与开发过程中的管

13、理水平，是新产品开发的关键。,小米手机是小米公司（全称北京小米科技有限责任公司）研发的一款高性能发烧级智能手机。手机2011年8月发布，售价1999元，主要针对手机发烧友，采用线上销售模式，是世界上首款双核1.5GHz的智能手机。并宣称其搭载的Scorpion双核引擎比其它单核1GHz处理器手机的性能提升了200%，和双核智能手机相比也提升了25%。经过系统优化后还能提高30%的性能。小米手机在2012年1月第二轮放购时遭受疯抢，10万台手机4小时卖光。,手机操作系统采用小米自主研发的MIUI操作系统。手机于2011年11月份正式上市。小米公司创始人雷军在谈及为何做小米手机时说，就目前发展趋势

14、看，未来中国是移动互联网的世界，智能手机和应用会承载用户大部分需求。虽然过去的很多年，花了很多钱买手机，从诺基亚，摩托罗拉，三星，到现在的IPhone，但在使用过程中都有很多诸如信号不好，大白天断线等不满意的地方。作为一个资深的手机发烧友，深知只有软硬件的高度结合才能出好的效果，才有能力提升移动互联网的用户体验，基于有这个想法和理想，又有一帮有激情有梦想的创业伙伴，促成了做小米手机的原动力。,小米手机特点,外观：外观设计走的简约内敛路线，直板加圆润的边角让其显得简单清爽 屏幕：尺寸为4英寸854480分辨率，可兼顾上网、娱乐等使用体验同时照顾到多数人的握持感受 大电池：1930mAh电池，与摩

15、托罗拉ME860同样级别，官方数据称可联网待机450小时，连续通话15个小时，播放歌曲45个小时，观看视频12小时，大型游戏6个小时 手机信号：小米手机支持GSM+WCDMA等7个频段；支持美国GPS和俄罗斯GLONASS两套卫星定位系统，支持A-GPS；也支持 WiFi和蓝牙等 价格：性价比超高。与其他产品双核CPU手机比，价格便宜2000左右 系统：自主研发AndroidMIUI操作系统，优化改进功能近100处 应用：符合中国用户习惯的人性化应用 创新：专为手机玩家，手机发烧友发布的一款极致智能手机。最有特色的是底部的“米键”，该键为自定义多功能键，可设置为拍照、返回桌面，甚至可以一键微博

16、，这也很大程度上给予了用户更高的自由度。雷军介绍称，小米手机将开放刷机设置，官网提供MIUI和Android原生系统，未来MIUI还将支持其他品牌手机。,成功的秘密：,技术与市场匹配,二、结构设计,结构设计过程,产品结构设计过程包括从明确设计任务开 始，到确定产品的具体结构为止的一系列 活动。设计阶段决定了产品的性能、质量、成 本。产品设计一般分为总体设计、技术设计、工作图设计三个阶段。,总体设计 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、进行产品设计方案的经济效果的分析。,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，根据技术任务书所规定的原

17、则，进一步确定产品结构和技术经济指标，以总图、系统图、明细表、说明书等总括形式表现出来。,工作图设计 根据技术设计阶段确定的结构布置和主要尺寸，进一步作结构的细节设计，逐步修改和完善，绘制全套工作图样和编制必要的技术文件，为产品制造和装配提供确定的依据。,三、工艺设计,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。工艺设计过程是结构设计过程和制造过程之间的桥梁。工艺过程的结果一方面反馈给产品设计用 以改进产品设计；另一方法作为生产的依据。,工艺设计过程,工艺过程设计的内容,产品开发绩效评价,如何提高产品开发成功率,费

18、用高、成功率低、风险大、回报下降,据调查产品开发失败的原因，大致归纳为以下几点：新产品开发投入不足：资金、人员没有潜在的用户与需求:市场调查不细致，预测发生错误新产品与当前需求不匹配:上市时机不对、成本过高设计和制造方面存在缺陷在营销方面，特别是将产品介绍给顾客的相互沟通方面的工作不得力,一、产品开发失败的原因,1、正确选择新产品开发策略（1）领先型开发策略 1）特点：追求产品技术的先进性和最终用途的新颖性，把技术重大突破作为开发工作的中心；2）优点：能使企业争取技术优势和垄断利润；3）条件：要求企业具有独立的研究和开发机构、较强的 技术研究开发能力和雄厚的资金；4）不足：风险大。,二、提高产

19、品开发成功率的几点建议,（2)追随型开发策略 1）特点：当市场上出现成功的新产品后，立即进行研究开发，对产 品进行改进，并迅速推向市场；2）优点：投资的风险小，能通过改进新产品而后来居上；3）条件：第一，企业要有较强的获取技术情报的能力；第二，要 有较强的研究与开发条件以及消化、吸收和创新的能力；4）不足：容易受到专利的限制以及市场局限性的制约.,2、正确选择产品开发与上市时机 企业要保持良好的经营状况，要“生产第一代，试制第二代、研制第三代、构思第四代新产品”，使企业不断地有新产品投放市场。全新产品的开发时机不同于改进新产品，研制难度大，投资大，风险大，开发时机取决于市场需求和企业开发的条件

20、。开发与上市时机可参考下图。,开发新产品与改进现有产品之争,袁之隆先生是南机公司的总裁。这是一家生产和销售农业机械的企业。前年产品销售额为5000万元，去年达到7500万元，今年预计销售可达9500万元。每当坐在办公桌前翻看那些数字、报表时，袁先生都会感到踌躇满志。这天下午又是业务会议时间，袁先生召集了公司在各地的经销负责人，分析目前和今后的销售形势。在会议上，有些经销负责人指出，农业机械产品虽有市场潜力，但消费者的需求趋向已有所改变，公司应针对新的需求，增加新的产品种类，来适应这些消费者的新需求。身为机械工程师的袁先生，对新产品研制、开发工作非常内行。因此，他听完了各经销负责人的意见之后，心

21、里便很快算了一下，新产品的开发首先要增加研究与开发投资，然后需要花钱改造公司现有的自动化生产线，这两项工作约耗时3-6个月。增加生产品种同时意味着必须储备更多的备用零件，并根据需要对工人进行新技术的培训，投资又进一步增加。,袁先生认为，从事经销工作的人总是喜欢以自己业务方便来考虑，不断提出各种新产品的要求，却全然不顾品种更新必须投入的成本情况，而事实上公司目前的这几种产品，经营效果还很不错。结果，他决定仍不考虑新品种的建议，目前的策略仍是改进现有的品种，以进一步降低成本和销售价格。他相信，改进产品成本、提高产品质量并开出具吸引力的价格，将是提高公司产品竞争力最有效的法宝。尽管他已做出了决策，但

22、他还是愿意听一听顾问专家的意见。思考题：1你认为该企业的外部环境中有哪些机会与威胁?2你认为该厂长的决策是否有错误？理由？3.如果你是该厂厂长，你在决策过程中应如何去做？,(1)独立研制 要求具备较强的科研能力、雄厚的技术力量和保持一定的技术储备。(2)技术引进 利用这种方式可以节省企业的科研经费、减少开发风险，争取时间，加速企业技术水平的提高，较快地把新产品研制生产出来。这种方式主要用于研究开发能力较弱的企业。(3)独立研制与技术引进相结合 这种方式适用于企业已有一定的科研技术基础，外界又具有开发这类新产品比较成熟的一部分或几种新技术可以借鉴。,3、正确选择新产品开发的基本方式,日本大公司的

23、产品开发 日本的许多大型工业公司不象它们所应表现的那样，它们既不开发它们自己的全部生产线，也不开发它们制造的产品。实际上，这些大的企业更象“贸易公司”。不去设计和制造自己的商品，而实际上是将成千上万个小公司的复杂设计和制造工艺加以协调。你所买到的在货箱上标有著名商标的商品很少是该公司所属工厂的产品甚至常常不是它们自己研究的产品。这些产品由别的企业设计、别的企业安装，再将其装入冠有著名商标的箱子，然后装船发运至批发商。这种运作似乎不需要什么复杂的工作，显然，这些大公司有它自己的工厂和工人，那么它们为什么不采用自己的资源来生产它们销售的商品呢？当然，它们也做，但只是部分地做，例如，象松下这样大的电

24、子设备公司在设计、制造和装配冰箱和微波炉方面都发挥着很大的影响。实际上，这些产品适应于在这种大的、高自动化的工厂里进行批量生产，这种工厂只有大的公司才能承担，它们的工厂一年要生产出成千上万套这种产品。,这些公司本身也不会不断地重新设计产品，全新设计意味着重新装备生产线，这意味着要拥有新的零件和许多别的东西，对于一个典型的产品来说，一个公司也许期望在几个月内销售3万件产品，经过设备改造再销售5万件，重新设计一些基础元件，再进行设备改造，视竞争产生的新情况，再进行设备改造，如此这样地进行，直至整个生产线的完成。虽然一些大的制造商目前采用了最新的柔性制造系统，以便更加自如地进行生产，这种更新设备的方

25、法是许多大公司要消除的作法。于是，大公司把许多业务转给子承包商一些它们靠得住的小公司（一年要面临三、四次重新设计和生产一种产品），依次将十几个关键零件的设计和制造转包给更小的公司。问题：日本大公司进行产品开发的优势和弱点是什么？,4、对技术人员进行培训，树立正确的产品设计原则设计用户需要的产品：“适用、够用、好用”，避免追求技术完美，并非技术越新功能越多越好设计可制造性强的产品设计鲁棒性强的产品设计绿色产品,3.4 生产过程设计与选择,一、分类按产品（product-focused）进行的生产流程：对象专业化按加工路线（process-focused）进行的生产流程：工艺专业化按项目（proj

26、ect）进行的生产流程,对象专业化（对象原则）,就是以产品（零件、部件）为对象设置生产单位。优点：产品在生产过程中的停放、等待时间少，运输路线短，便于采用先进的生产组织形式和进行生产管理。劣势：设备利用率低，需较多的设备，投资费用大，适应产品品种变化的能力差。,毛坯车间,齿轮车间,轴类车间,箱体车间,丝杠车间,弹簧车间,总装配车间,对象原则下的生产单位和物料,工艺专业化（工艺原则）,按照生产工艺的特点设置生产单位。优点：充分利用生产设备，便于进行专业化的技术管理和技术指导。劣势：产品运输路线长，停放、等待时间多，生产单位之间协作联系频繁，管理复杂,锻工车间,铸工车间,下料车间,大金工车间,小金

27、工车间,冲压车间,总装配车间,热处理车间,工艺原则下的生产单位和物料,不同生产流程的特征比较,二、生产过程选择决策（产品过程矩阵）,产品结构,生产流程,单一项目,重型机器食品加工,自动装配流水线,化工、造纸制糖、面粉,高,低,损失应变能力,丧失高效率,影响生产流程设计的主要因素,产品/服务需求性质 自制-外购决策 生产柔性 产品/服务质量水平 接触顾客的程度,品种-产量变化与生产单位形式的形式,对象专业化，大量生产,对象专业化，批量生产,成组生产单元和工艺专业化混合形式,工艺专业化,批量,品种,生产过程决策与竞争优势,以图中的数字为例，生产同一种产品的对象式系统投资额为225万元，成组生产单元

28、为111万元，工艺式为50万元。当产量在10万件以下时，选择工艺式最经济，当产量在10万25万件之间时，成组生产单元最经济，当产量在25万件以上时，对象式最经济。当然还有一种选择，如果以上几种方案都不能得到满意的投资回报时，则应放弃该产品的生产。,工艺式,成组生产单元,对象（产品）式,费用,产量,100000,250000,50000,1110000,2250000,3.5 并行工程（Concurrent Engineering，CE）,串行设计：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。产品开发工作流程：,市场人员提产品构想,质量控制人员作质量保证计

29、划,确定产品总费用和生产周期,制造工程师确定工艺工程,设计人员完成产品定义,串行的产品设计方法,关于串行产品开发过程,存在的首要问题是以部门为基础的组织机构严重地妨碍了产品开发的速度和质量。存在的问题主要有：各下游开发部门所具有的知识难以加入早期设计，加入设计的阶段越早，降低费用的机会越大。而发现问题的时间越晚，修改费用越大，费用随时间呈指数增加。各部门 对其他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。,并行工程 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方法。,1988年美国国家防御分析研究所（IDA）提出了并行工程（C

30、EConcurrent Engineering）的概念，即“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。,并行工程：产品开发组织的新方法,需求,结构设计,工艺设计,制造,并行过程,串行过程,产品开发的两种方式,并行工程的基本思想,设计过程同时考虑产品生命周期的所有因素,产品设计的各活动并行交叉进行,1,2,并行的产品设计方法,该方法力图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。,顾客满意,可靠性,并行设计时要考虑的因素,并行工程的基本思想,工作小组的人员组成,并行工程的基本思想,并行工程,并行

31、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、质量控制等问题同时加以考虑，以减少产品早期设计阶段的盲目性，进可能早地避免不合理因素的影响，缩短研制周期。,*设计质量改进使早期生产中工程变更次数减少50以上*产品设计及其相关过程并行使产品开发周期缩短40-60*产品设计及其制造过程一体化使制造成本降低30-40。,并行工程在实现上述目标中，主要通过以下方法：,显赫的战绩：并行工程在美国、德国、日本等一些国家中已得到广泛应用，其领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业。,并行工程的实现过程,1）过程重构：将传统的串行开发方法变成集成

32、的并行的产品开发过程。2）组织重构：打破功能部门制的组织结构，建立由制造、装配、质量、营销人员加入开发小组的跨部门、跨专业的开发项目团队。,并行工程技术,1.虚拟设计面向并行工程的DFx设计模式体现了开发的集成过程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标准作为设计开发集成的标准接口,2.产品数据管理（Product Data Management）PDM3.产品系列化、零部件标准化、通用化4.成组技术（Group Technology,GT）5.减少变化的方案（Variety Reduction Program，VRP）,应用并行工程的思想，在产品设计的不同阶段采取不同的措施，如下表所示，可以减少产品设计中出现的错误的概率，节省了修补失误所消耗的时间，从而降低了开发周期，提高响应速度。,3.5 计算机技术在产品设计中的运用,CAD/CAPP系统 计算机支撑技术（多媒体、网络与通信、分布式处理等）产品生命周期管理（product lifecycle management，PLM）,并行工程技术支持系统,阅读教材：p83-p89 重点注意：零部件标准化、通用化；成组技术；模块化,