1、生产与运作管理Production&Operations Management中北大学经济与管理学院Business School，NUC中北大学经济与管理学院1第2章 产品设计开发 第一节 新产品设计与开发过程 第二节 产品设计与开发风险及管理中北大学经济与管理学院2学习目标 理解新产品开发的重要性；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。中北大学经济与管理学院3第一节 产品设计与开发过程第一部分 新产品开发原因第二部分 新产品设计与开发过程一、产品构思二、结构设计过程三、工艺设计过程四、产品设计的原则中北大学经济与
2、管理学院4中北大学经济与管理学院51 1 顾客（顾客（CustomerCustomer）需求需求3 3 变化（变化（ChangeChange）：）：政治、经济、社会环境政治、经济、社会环境发生变化发生变化 新技术新技术的产生的产生2 2 竞争（竞争（CompetitionCompetition）：）：加剧加剧新产品开发直接影响企业竞争力 1）R&D影响企业产品市场接受度影响企业产品市场接受度 2）R&D直接影响企业产品质量直接影响企业产品质量 3）R&D直接影响产品生产和上市时间直接影响产品生产和上市时间 4）R&D直接影响企业成本直接影响企业成本中北大学经济与管理学院6 动态管理：采取“以变
3、应变”的管理决策。市场是不断变化的，具有随机性和不确定性，有太多因素会造成市场的改变，而且变化的速度非常快，所以企业领导必须时刻留意外界环境的改变以及同行与非同行的竞争态势，做到“以变应变”。动态管理理论有三个要点：竞争优势是一面不断移动的靶子，不仅企业的领导者要有这个观念，所有员工都应该树立这个观念，成功所仰仗的是持续地开发一系列的短暂优势，是主动打破现状，并积极地转移到下一个优势。所以企业不能满足于维持现状，而应该不断探索新的发展途径，不断进步。没有永恒的企业，过去的优势可能已经不适合目前形势的要求，或者已成为劣势，竞争的一个策略重点就是不断寻求新的优势。中北大学经济与管理学院7第二部分
4、新产品设计与开发过程 一般由以下三阶段构成:产品构思结构设计（总体设计、技术设计、详细设计）工艺设计中北大学经济与管理学院8一 产品构思中北大学经济与管理学院9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图2:产品构思来源图产品构思来源图中北大学经济与管理学院101、新产品开发的动力模式、新产品开发的动力模式 1）技术导向型：技术导向型：指按照被称为指按照被称为Seed Theory的方式进行新产品开发，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。带动需求的
5、产生和变化。2）市场导向型市场导向型：是按照所谓是按照所谓Need Theory方式，从市场需求出发进方式，从市场需求出发进行新产品开发。行新产品开发。即通过市场调查来了解市场需要什么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。品商品化后的销售预测来决定是否开发。市场导向型市场导向型产品是以产品是以“市场市场研究开发研究开发生产生产市场市场”的模式出的模式出现的，现的，即把市场需求代入研究
6、。即把市场需求代入研究。中北大学经济与管理学院11从概念构思到产品选定的影响因素：用户对产品特性的需求；目标市场的需求量；目标消费者购买力水平；目标市场竞争对手产品情况；资源供应情况；销售渠道情况；目标市场的社会环境；企业本身的实力等。中北大学经济与管理学院122、新产品的分类中北大学经济与管理学院131 1）全新产品：具有新原理、新技术、新结构、行哦能够以、）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新材料等特征，与现有任何产品毫无共同之处。2 2）改进新产品：对现有产品改进性能，提高质量，或求得规）改进新产品：对现有产品改进性能，提高质量，或
7、求得规格型号的扩展，款式花色的变化而产生的新品格型号的扩展，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。）种。（同时单缸的，增加不同的功能。）3 3）换代新产品：适合新用途、满足新需要、在原有产品的）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、而制造出来的产品。（如洗衣机、单缸、双缸、全自动）全自动）中北大学经济与管理学院143 3、R&DR&D的分类与特征的分类与特征1 1）基础研究：）基础研究：指探索新的规律、创建基础性知识的工作。指探索新的规律、创
8、建基础性知识的工作。2 2）应用研究：）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。3 3）技术开发研究：）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。中北大学经济与管理学院15 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
9、，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。4 4、三者区别、三者区别二、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43）中北大学经济与管理学院16中北大学经济与管理学院17市场需求分析市场需求分析工作图设计工作图设计技术设计技术设计优化设计优化设计三维几何造型三维几何造型计算机绘图计算机绘图有限元设计有限元设计资料和图形库资料和图形库原型修改原型修改总体设计总体设计开始开始初步设计初步设计原型产品原型产品评
10、估评估决策决策NNYYCAD图图43：结构设计过程：结构设计过程 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。中北大学经济与管理学院18 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。中北大学经济与管理学院19中北大学经济与管理学院
11、20三、工艺设计过程（一）工艺过程设计的要求 工艺过程劳动者按照产品设计图纸，利用劳动工具对各种原材料、半成品进行加工或处理使之成为产成品的生产运作程序和方法的总体安排 工艺过程是工艺路线和工艺方法的总和，前者解决原材料、半成品按照什么路线、经过哪些工序转变为产成品；后者解决用什么生产运作手段和操作方法来实现各工序的功能中北大学经济与管理学院21 产品设计是工艺过程设计的依据，但在产品设计时应密切结合工艺过程进行（DFM、DFA）多数情况下，不是设计不出来好的产品，而是生产运作不出来或生产运作成本过高 工艺过程设计应满足以下要求：H 优先采用先进的工艺H 从企业实际情况出发H 控制工艺路线倒流
12、H 突出经济性H 注意人机协调中北大学经济与管理学院22 总之：工艺设计是指按产品设计要求，安排或规划出把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。中北大学经济与管理学院23（二）工艺过程设计的程序 1、产品图纸的工艺分析和审查、产品图纸的工艺分析和审查从产品的装配图入手，明确产品的零部件组成及其相互关系，明确零部件何时、何地、以何种方式结合到整个产品中去。2、拟定工艺方案、拟定工艺方案3、编制工艺规程、编制工艺规程4、工艺装备的设计和制造、工艺装备的设计和制造中北大学经济与管理学院24中北大学经济与管理学院25决定加工毛坯决定加工毛坯（材料和尺寸）（材料和
13、尺寸）选定加工条件选定加工条件计算加工时间计算加工时间制定加制定加工工艺工工艺选择机床选择机床决定加工工序决定加工工序内的操作顺序内的操作顺序选择工装选择工装零件图零件图（四）工艺过程的选择与分析（四）工艺过程的选择与分析l 工艺成本实现工艺过程或个别工序的费用总额，可分为可变费用和不变费用两大类l 年度工艺成本计算公式：Ct=QDB Ct年度工艺成本 Q产品年产量 D单位产品的可变费用 B年度不变费用总额l 单位产品工艺成本C的计算公式：C=DB/Q中北大学经济与管理学院26l 当年产量很小时，固定费用B对单位产品工艺成本C的影响很大；当年产量很大时，固定费用B对单位产品工艺成本C的影响很小
14、l 单件小批生产运作条件下，应避免采用专用设备和工装，以免增大不变费用，提高成本；大批大量生产运作条件下，应尽量采用专用设备和工装，以降低单位产品的可变费用，降低成本l 当产量达到一定水平时，单位产品工艺成本中不变费用的比重已经很小，该产量可作为大批量的起点；而当产量低于一定水平时，单位产品工艺成本中不变费用的比重将急剧增长，意味着应按单件小批生产运作来选择工艺中北大学经济与管理学院27四 产品设计的原则 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）
15、。中北大学经济与管理学院28第二节 产品设计与开发的 风险及管理一、产品设计与开发过程的风险二、产品选择三、并行产品设计方法 中北大学经济与管理学院29中北大学经济与管理学院301、产品开发的时间构成、产品开发的时间构成（单件小批生产类型企业）中北大学经济与管理学院31中北大学经济与管理学院32Boothroyd引用福特公司的报告表明，尽管产品设计和工艺费用只引用福特公司的报告表明，尽管产品设计和工艺费用只 占整个产品费用的占整个产品费用的6%，却影响了总费用的，却影响了总费用的70%以上，见下图。以上，见下图。中北大学经济与管理学院33 Sohlenius G.以波音公司为例进行分析后指出：
16、一般产品成本的以波音公司为例进行分析后指出：一般产品成本的83%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产品全部成本的7%7%以下以下，见下图。，见下图。中北大学经济与管理学院34中北大学经济与管理学院35O概念设计概念设计设计开发设计开发设计使用设计使用制造装配制造装配新产品开新产品开发阶段发阶段改变设改变设计引起计引起的成本的成本 在不同的产品开发阶段改变设计对成本的影响示意图在不同的产品开发阶段改变设计对成本的影响示意图中北大学经济与管理学院36表表 近年来各国近年来各国R&DGDP比较值比较值一般都
17、占到销售收入的一般都占到销售收入的4 4以上。在美国，制药业达到以上。在美国，制药业达到1515。3、新产品开发面临的压力费用高成功率低风险大回报下降中北大学经济与管理学院37二、并行产品设计方法 1、传统的串行产品设计方法 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：中北大学经济与管理学院38市场人员提产品构想市场人员提产品构想质量控制人员作质量控制人员作质量保证计划质量保证计划确定产品总费确定产品总费用和生产周期用和生产周期制造工程师确定工艺工程制造工程师确定工艺工程设计人员完成产品定义设计人员完成产品定义加工制造装配加工
18、制造装配中北大学经济与管理学院39顾客市顾客市 场系统场系统市场营销市场营销先进研究先进研究产品设计产品设计流程流程 规划规划生产生产顾客市顾客市场系统场系统销售销售响应响应新产品新产品 概念概念技术技术 概念概念生产订单生产订单产品产品顾客订单顾客订单需求需求营销与销售营销与销售产品开发产品开发制造制造新产品的串行开发模式新产品的串行开发模式关于串行产品开发过程 产品设计阶段，工艺、制造人员不能加入，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。不能及早发现缺陷，费用高。设计的产品不能满足顾客需求，制造性、装设计的产品不能满足顾客需求，制造性、装配性差、时间长。配性差、时间
19、长。部门之间缺乏协调、互相不理解。部门之间缺乏协调、互相不理解。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。中北大学经济与管理学院40中北大学经济与管理学院412、并行的产品设计方法、并行的产品设计方法（b）并行过程1 1）并行工程的定义）并行工程的定义 2）并行工程的主要思想A）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。42中北大学经济与管理学院 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
20、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。中北大学经济与管理学院43顾客满意并行设计可制造性可装配性质量保证可靠性环境保护功能资料：并行工程特征 1、并行工程强调设计的“可制造性”、“可装配性”和“可检测性”等2.并行工程强调产品的“可生产性”3.并行工程强调产品的“可使用性”、“可维修性”和“可报废性”并行工程强调面向过程（process-oriented）和面向对象；并行工程强调系统集成与整体优化。中北大学经济与管理学院44案例：最好的零部件设计是无零件设计 美国美国NCR公司成立于公司成立于1884年，是一家拥有一百多年历史的
21、年，是一家拥有一百多年历史的世界领先计算机公司。世界领先计算机公司。组装组装NCR集团新型集团新型2760电子现金出电子现金出纳机的速度是很快的。事实上，威廉纳机的速度是很快的。事实上，威廉 R斯普尔格闭住眼睛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，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。栓便可将零部件组装在一起的销售网点终端。整个终端仅包括整个终端仅包括15个供应商生产的零部件。它比公司以个供应商生产的零部件。它比公司以
22、前的低档的前的低档的2160型终端减少了型终端减少了65%的供应商和的供应商和85%的零部的零部件，而且仅用原来装配时间的件，而且仅用原来装配时间的25%便可组装完毕。安装和便可组装完毕。安装和维护也象风阵一样。斯普尔格说：维护也象风阵一样。斯普尔格说：“这完全归功于我们简这完全归功于我们简化了下游的业务活动，包括现场服务。化了下游的业务活动，包括现场服务。”中北大学经济与管理学院45 “面向制造设计面向制造设计”DFM（Design For Manufacturability)，是一种新的技术方法。，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产品是目前因该方法受益的最佳实例
23、之一。其他热衷一。其他热衷DFM的企业有福特、通用汽的企业有福特、通用汽车、车、IBM、摩托罗拉和惠而浦公司。从、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（齿轮箱，通用电器公司（GE）在）在100多个开多个开发项目中应用了发项目中应用了DFM。GE公司估计，从成公司估计，从成本节约或从市场分额增长中，它利用这一本节约或从市场分额增长中，它利用这一概念净赚了概念净赚了2亿美元。亿美元。中北大学经济与管理学院46中北大学经济与管理学院47B）产品设计过程中各活动并行交叉进行；）产品设计过程中各活动并行交叉进行；并行
24、交叉并行交叉；尽早开始工作；尽早开始工作并行工作圆桌并行工作圆桌制造人员制造人员设备人员设备人员市场人员市场人员财务人员财务人员设计人员设计人员分析人员分析人员信息人员信息人员 其其 他他 顾客顾客供应商供应商C）与产品生命周期有关的不同领域技术人员的全）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。面参与和协同工作。返回 3、并行产品开发流程中北大学经济与管理学院48中北大学经济与管理学院49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 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
25、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。中北大学经济与管理学院50 4、并行工程的功能、并行工程的功能 1）缩短产品开发至投入市场的时间；）缩短产品开发至投入市场的时间；2）提高产品质量；）提高产品质量；3）降低成本；）降低成本；4）确保用户满意。）确保用户满意。中北大学经济与管理学院51中北大学经济与管理学院52案例：飞机制造公司采用并行工程案例：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，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，遵循遵循“方案设计方案设计初步设计初步设计详细初步设计详细初步设计详细设计
26、详细设计试制试制生产生产试飞鉴定试飞鉴定设计修改设计修改”的流程。由于在研制设计的早期不的流程。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。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如果以飞行整
27、个设计过程中改善工艺性所获得的总效果为总效果为100%计，根据俄罗斯实验设计局以前的计，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：初步设计阶段可达用分别为：初步设计阶段可达35%，详细初步设，详细初步设计阶段可达计阶段可达40%，详细设计阶段约为，详细设计阶段约为20%。美国波。美国波音公司的研究也表明，在飞机设计阶段改善飞机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，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。从而极大地降低了飞机
28、研制成本，缩短研制周期。中北大学经济与管理学院53 波音公司在波音波音公司在波音777机型的研制过程中成立机型的研制过程中成立了了238个协同工作小组实施并行工程，采用个协同工作小组实施并行工程，采用了全新的了全新的“并行产品定义并行产品定义”的概念，并采的概念，并采用全球广域的异地无纸设计和制造技术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（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，从波果是使飞机设计制造周期大大缩短，从波音音757、767的的910年，缩短到波音年，缩短到波音777的的4.5年，并实现了从设计到试飞一次成功的年，并实现了从
29、设计到试飞一次成功的目标。目标。中北大学经济与管理学院54不定项选择题：1、组织创造价值的主要环节是()A.营销环节 B.生产运作环节 C.财务环节 D.组织环节 2、按产品对象专业化原则组织生产单位有很多优点，你认为（）说法错误。A.生产设备可按加工对象的工艺过程布置 B.便于使用高效设备和工艺装备 C.对产品的品种变化有较强的适应能力 D.可以减少产品在加工过程中的停放、等候时间，缩短生产周期。中北大学经济与管理学院55 3、单件小批生产的主要特征是（）.生产批量稳定在较高水平.单件小批地生产某种固定产品 .企业一般按订单组织生产 .工作地设备通用性强 4.关于新产品开发动力模式不正确的说
30、法是().技术导向型具有先发制人的特点 B.市场导向型具有后发制人的特点 C.在服务产品的开发中,同样存在市场导向和技术导向两种动力模式 D.对当今企业来说,市场导向型比技术导向型更加重要 中北大学经济与管理学院56 5.并行工程的主要目标是()A.降低生产成本 B.提高生产作业计划的编制效率和效果 C.缩短产品投放市场的周期 中北大学经济与管理学院57判断题：1.生产运作是使一定的原材料转化为一定的有形产品。()2.制造性生产多是资本密集型的，而服务性运作相对来说通常是劳动密集型的。()3.生产运作管理目标是要在“在需要的时候，以适宜的价格，向顾客提供具有适当质量的产品和服务”。()中北大学经济与管理学院58填空题：1.产品的“三化”是指、。2.柔性有两方面的含义：一是；二是。中北大学经济与管理学院59
