生产与运作管理Production & Operations Management

4.1 引言 4.2 产品设计与开发过程 4.3 产品设计与开发的组织方法

第 4 章 产品 / 服务设计和 技术选择

4.1 引言 4.1.1 产品设计的背景特征 4.1.2 新产品 / 服务开发的重要性 4.1.3 现代企业的研究与开发

4.1.1 产品设计的背景特征20 世纪 90 年代以来，企业所处的市场竞争环境日趋严峻，正面临着前所未有的压力： 新产品 / 服务开发是实现企业竞争战略的需要。 技术进步越来越快。 用户的要求越来越苛刻，用户需求呈现出多样

化、个性化的特点。 产品研制开发的难度越来越大。 可持续发展的要求。

4.1.2 新产品 / 服务开发的 重要性

重要性 产品更新换代的需要 有利于增强企业的市场竞争力工业 有利于扩大市场份额 适应个性化定制生产的需要

4.1.3 现代企业的研究与方法 研究与方法的分类

研究与方法（ Research and Development ，简称R&D ）包括基础研究、应用研究和技术开发。 基础研究进行的是探索新的规律、创建基础性只是

的工作。 应用研究是将基础理论研究中开发的新知识、新理

论应用与具体领域。 技术开发研究是将应用研究的成果经设计、试验而

发展成为新产品、新系统和新工程的科研活动。

4.1.3 现代企业的研究 与方法（续）

新产品的分类 新产品是指在技术、性能、功能、结 构、材

质等一方面或几方面具有先进性或独创性的产品。

改进型产品 （对老产品的改进与完善，创新程度最小的一类新产品）

换代产品 （产品基本原理不变，因部分采用新技术使 产品性能有重大突破）

创新产品 （ 采用科学技术的新发明所开发的产品，它是创新程度最高的一类新产品）

4.2 产品设计与开发过程 4.2.1 产品构思 4.2.2 结构设计过程 4.2.3 工艺设计过程 4.2.4 产品设计的原则和绩效评价

4.2.1 产品构思

一般产品开发过程由以下三阶段构成 : 产品构思 结构设计（总体设计、技术设计、详

细设计） 工艺设计

需求分析

结构设计

协调

工艺设计

协调

输入

产品功能

中间结果

协调结果

产品规格

干预指令

协调结果

工艺计划

协调结果

中间结果

中间结果

干预指令

图 4－ 1：产品设计过程描述

4.2.1 产品构思（续）

产品开发过程

构

思R&D

•对市场需求 的分析•技术的推动•竞争对手的 产品和服务

来源于

来源于

开始

图 4－ 2:产品构思来源图

4.2.1 产品构思（续）

4.2.2 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，（见图 4 － 3 ）

4.2.2 结构设计过程（续）

市场需求分析

工作图设计

结构设计

优化设计

三维几何造型

计算机绘图

有限元设计

资料和图形库

原型修改

总体设计

开始

初步设计 原型产品

评估决策N

N

Y

Y

CAD

图 4－ 3：结构设计过程

4.2.2 结构设计过程（续）

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和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。

4.2 结构设计过程（续）

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。

4.2.3 工艺设计过程

工艺过程设计 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。

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。

4.2.3 工艺设计过程（续）工艺过程设计的程序包括：

产品图纸的工艺分析和审查 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

决定加工毛坯（材料和尺寸）

选定加工条件 计算加工时间

制定加工工艺选择机床

决定加工工序内的操作顺序选择工装

零件图

4.2.4 产品设计的原则 和绩效评价

产品设计和选择应该遵循的原则：设计用户需要的产品（服务）。设计可制造性（ Manufacturability ）强的

产品。设计鲁棒性（ Robustness ）强的产品。设计绿色产品（考虑环保要求）。

4.2.4 产品设计的原则 和绩效评价

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 •每一个项目的研究发展周期•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－工产和车间的反映

•信誉－用户的忠诚度•对用户的相对吸引力－市场份额•利润率

表4－ 1：产品开发绩效评价指标

4.3 产品设计与开发的 组织方法

4.3.1 串行的产品设计方法 4.3.2 并行的产品设计方法 4.3.3 并行工程技术

4.3.1串行的产品设计方法

需求 结构设计

工艺设计 制造

b)并行过程

a)串行过程

图 3－ 8：产品开发的两种方式

串行的产品设计方法 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

4.3.1串行的产品 设计方法（续）

4.3.1串行的产品 设计方法（续）

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。

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。

4.3.2 并行的产品设计方法并行的产品设计方法

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。

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。

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

减低成本提高效率

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

4.3.2 并行的产品 设计方法（续）

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。

并行设计

可制造性

可装配性

质量保证 顾客满意

可靠性

环境保护

功能

4.3.2 并行的产品 设计方法（续）

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。 设计结果产生产品设计规格和相应的制造工艺和生

产准备文件。 设计过程中各活动并行交叉进行。 不同领域技术人员的全面参与和协同工作。 高效率的组织机构。

4.3.2 并行的产品 设计方法（续）

并行产品开发的流程特点 产品设计的各阶段是一个递阶渐进的连续过

程，注意粒度和清晰度。 产品设计过程和产品信息模型经历从定性到

定量、从模糊到清晰的演化。 产品设计过程和工艺设计过程是并行展开，同时进行。

概念设计

初步设计

详细设计

产品详细方案

工艺初步方案

产品初步方案

工艺详细方案

结构概念方案

工艺概念方案

4.3.3 并行工程技术

虚拟技术 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

4.3.3 并行工程技术（续）

产品数据管理（ Product Data Management ） PDM 。 产品系列化、零部件标准化、通用化。 成组技术（ Group Technology, GT ）。 减少变化的方案（ Variety Reduction Program ， VRP ）。

4.3.3 并行工程技术（续）

企业实施并行工程技术给企业带来的好处： 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。 降低了开发周期，提高响应速度。

在产品设计不同阶段所采用的不同措施需求阶段

设计阶段 制造阶段

营销阶段

使用阶段

终止阶段

采取的措施

顾客参与质量功能部署

CAD/CAPPVRP 、 GT

DFM,

DFA

价值工程 CE

工业工程IE

绿色制造

4.3.3 并行工程技术（续） 并行工程的人员构成

开发小组

质量人员

环保人员

供应商

顾客营销人员

设计人员

制造人员