[管理学]生产与运作管理-产品开发与设计.ppt

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 产品开发与设计,第一节 产品开发过程,一.产品开发的涵义,产品开发指研究选择适应市场需要的产品、产品投入设计、工艺制造设计、投入正常生产的一系列决策过程。包括新产品的研制和老产品的改进和整顿。,产品开发主要目的：研究和开发满足市场需求的产品和服务，以保持企业在竞争中的优势，同时给企业创造良好的经济效益。,二.新产品开发的必要性,1.产品寿命周期规律的必然反映,2.科技进步和社会需求变化的要求,3.企业生存和发展的基本要求,(1)竟争地位的维持,(2)增加营业额和提高利润,(3)法令法规的约束,三.产品开发的程序和内容,1.调查研究阶段,提出新产构思和新产品的原理、结构、功能、材料、工艺方面的开发设想和总体方案。,2.设计试制阶段,进行产品的设计、试制和鉴定、评估,3.生产技术准备阶段,完成全部工作图的设计、确定各零部件的技术要求、完成所有工艺文件、完成工艺装备的设计与制造,4.正式生产和销售阶段,生产计划、劳动组织、物资供应、设备管理、财务管理、销售管理,四.产品生命周期与产品开发,1.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。,2.产品成长期,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。,3.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。,4.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。,五.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)产品设计和工艺费用只占整个产品费用的6%，却影响了总费用的70%以上；,(2)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；,(3)制造生产率的70%80%是在设计和工艺阶段决定的；,(4)所有质量问题的40%可以归因于低劣的设计和工艺。,第二节 新产品的研究与开发,一.新产品的概念,新产品在产品性能、结构、材质、用途或技术性能等方面具有先进性或独创性。原理、结构、技术、材料等。,先进性：由新技术、新材料产生的先进性，或由已有技术、经验技术和改进技术综合产生的先进性。,独创性：由于采用新技术、新材料或引进技术所产生的全新产品或在某一市场范围内属于全新产品。,1.全新产品,具有独创性,2.改进新产品,3.换代新产品,部分采用新技术,二.新产品的开发方向,1.高效化、多能化。,在提高产品的效率和精度的前提下，增加同一产品的功能和扩大其使用范围,2.复合化,把功能上相互关联的不同单体产品发展为复合产品。,3.小型化、轻便化,改进产品结构，减少产品的零部件，缩小产品的体积，减轻其重量，使之便于操作、携带、运输以及安装。,4.智能化、知识化,把一般人需要长期学习才能掌握的知识和技术转化到产品中去，使产品操作“傻瓜化”。这可使许多专业性产品发展成大众产品，从而大大扩大这些产品的市场。,5.艺术化、品位化,从产品的造型、色彩、质感和包装等方面使产品款式翻新，风格各异，体现独特的艺术品位。,三.新产品的动力模式,1.技术导向型,以技术为先导，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。技术、生产、市场的模式，将研究成果推向市场,2.市场导向型,从市场需求出发进行新产品开发。市场、研究与开发、生产、市场，将市场需求带入研究。,技术导向型创造市场，市场导向型适应市场。新产品开发的主流动力由技术导向型转变为市场导向型。,四.新产品创意,1.产品构思,产品构思是在市场调查和技术分析的基础上，提出新产品的构想或有关产品改良的建议。,(1)需求构思,充分掌握消费者潜在的和现实的需求以及市场消费需求的变化，准确规划和确定新产品开发的构思和设想，使新产品无论在技术上还是经济上都能满足用户的需求。,(2)技术转移构思,将新的技术发明、技术成果转化为能满足市场需求的新产品构思设想。具有明显的优越性。,(3)专利构思,用专利文献提供的技术知识和信息来构思新产品。,2.构思筛选,(1)是否符合企业的发展方向。,(2)市场前景、技术可行性、积极效益。,3.产品概念的形成,产品概念：构思基础上建立的、针对特定顾客的产品定义。,产品形象：顾客获得产品时的主观看法。,五.产品选定,在市场调查和预测的基础上，通过市场细分对所确定的目标市场，选择和确定满足市场用户需要的、具有一定竞争能力、能占领部分市场并获得盈利的产品。,1.用户对产品特性的要求,产品必须具有满足用户需要的使用价值。,2.目标市场的需求量,现实需求、潜在需求、基本需求、最高需求。,3.目标市场消费者的购买力水平,4.目标市场竞争对手的产品情况,选择有优势、特色的产品,5.资源供应状况,6.销售渠道,7.目标市场的社会环境,8.企业实力,第三节 产品设计的内容和方法,一.产品设计的程序和内容,1.总体设计,在调查研究、产品选定的基础上，具体确定产品的技术藏书、基本结构和使用范围，并论证开发改产品的依据，确定产品的总体设计方案，编写技术任务书。,2.技术设计,将批准的设计任务书所确定参数、结构进一步细化，绘制总图、编写明细表、说明书等文件。,(1)达到技术任务书的各项技术经济指标,(2)提高结构工艺性，贯彻系列化、通用化、标准化原则。,(3)进行功能成本分析,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。,二.产品设计方法,加快设计速度，提高设计质量。,1.模块化设计,2.可靠性设计,3.面向顾客的产品设计；,4.面向可制造性和可装配性的产品设计；,5.计算机辅助设计,6.计算机辅助工艺设计,三.现代设计技术在产品设计中的应用,产品开发新特点：产品寿命周期短、消费需求多样性、高技术、高投入、高风险、高投入。,1.成组技术,(1)成组技术产生的历史背景,20实际50年代，随着多品种中小批量生产在社会生产中的地位日益重要，如何提高运用通用装备的生产效率、降低成本。,(2)成组技术的概念,成组技术：为了提高多品种小批量生产效率，将具有工艺结构相似性的零件（形状相似、尺寸相似、加工过程相似），按照相似性原则进行分类编组，并以“组”为对象进行组织和管理生产。,利用相似性带来的“重复使用”手段，重复使用设计图纸和工艺文件、工艺设备、生产和作业计划。,成组工艺扩大到产品设计、生产计划、设备布置等整个生产系统。凡是存在有相似性的工作领域，都可以采用成组技术。,(3)成组技术的内容,a.按相似性原则划分零件组,几何形状、尺寸大小、加工工艺、精度和光洁度、毛坯种类的相似性,b.按零件组的形式建立成组生产单元和成组生产流水线,c.按照零件的分类编码进行产品设计和选用零件,按照通用化和标准化的原则进行产品设计与零件的选择；按照成组工艺编制工艺规程；按照成组工艺规程和成组生产单元安排零件的加工和产品装配。,(4)成组技术（零件的分类编码）的可能性,a.任何类型的零件都可以分为标准件、相似件和专用件,b.同类产品零件的结构、形状和尺寸分布具有相对稳定,(5)零件分类编码技术,零件编码反映零件的主要特征，按结构特征分类、按工艺特征分类、按零件结构和工艺特征分类。,a.Opitz（奥匹兹）分类系统,每个零件9位数表示，每位有09十个数。,第一位：零件的类别：05代表回转体零件；69代表非回转体零件；,第二位：外部主要形状结构；,第三位：内部形状和回转面加工；,第四位：平面加工；,第五位：辅助孔、齿形和成型面加工；,第六位：零件的最大外轮廓尺寸；,第七位：材料（种类、强度、热处理）；,第八位：毛坯；,第九位：加工精度。,b.我国的零件分类编码系统,(6)零件成组的方法,a.目测法,具有生产经验的人员通过对零件图纸的阅读和判断，把具有相同特征属性的零件分在一组。零件简单、效率差、质量差,b.分析法,分析全部加工零件的工艺路线，从工艺路线的相似性进行分类。不改变零件原有的工艺，只考虑制造方法，不考虑零件设计特征的相似性。,零件工艺路线表,分析整理后的零件工艺路线表,c.编码法,利用零件分类编码系统，对企业生产的零件进行编码，然后按照一定的准则，将代码相似的零件归并成组。,d.编码的分类方法,特征码位分类法,码域分类法,特征位码域分类法,码域分类法,特征位码域分类法,(7)成组技术的经济效果,a.促进产品结构及其零部件的系列化、标准化和通用化。,b.减少工艺过程设计和工艺装备设计与制造所需的时间和费用,c.减少设备调整所需的时间和费用,d.有利于发挥人员和设备的潜力,e.简化生产管理工作,2.计算机辅助设计,(1)CAD的概念,CAD泛指设计者以计算机为主要工具，对产品进行设计、绘图、工程分析与编撰技术文档等设计工作的总称，是一项综合性技术。,工程分析泛指包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、优化设计及产品的常规分析计算等内容，亦称计算机辅助工程分析。,(2)CAD的功能,a.几何建模,b.工程分析,c.模拟仿真,d.自动绘图,在进行产品概念设计的基础上从事产品的几何造型分析，完成产品几何模型的建立，然后抽取模型中的有关数据进行工程分析、计算和模拟，根据计算结果决定是否对设计结果进行修改，修改满意后编辑全部设计文档，输出工程图。,(3)CAD系统组成,a.科学计算系统,科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、优化设计以及产品的常规计算分析等内容,b.图形系统,几何造型、自动绘图(二维工程图、三维实体图)、动态仿真等设计过程,c.工程数据库,对设计过程中使用或产生的数据、图形、文档等信息进行存储和管理。,3.并行设计,(1)并行设计的概念,对产品及其相关过程进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。开发者从一开始就考虑产品全生命周期（从概念形成到产品报废）中的所有因素。把产品设计作为制造工艺设计的第一步，产品设计必须从“易于制造”、“经济地制造”的角度出发。,(2)并行设计的特点,a.设计的出发点是产品的整个生命周期；,制造部门的人员在设计中，他们能够给出在材料和流程等方面的深刻见解，有助于生产系统的选择；能够及早地进行关键装备的设计或采购，以缩短产品开发周期；能较早考虑某种特殊设计或设计中某一关键技术的可行性，以避免生产可能遇到的问题。,b.设计组织是一个包括设计、制造、装配、市场销售、安装及维护等各方面人员在内的多功能设计组。,c.设计手段是一套具有CAD、CAM、仿真、测试功能的计算机系统。既能实现信息集成，又能实现功能集成。,d.与用户保持密切联系，充分满足用户要求；,e.缩短新产品投放市场的周期，实现最优的产品质量、成本和可靠性,f.可以将重点放在解决问题而不是解决矛盾。,(3)并行工程的理论基础,“以空间换取时间”，在数据共享的技术下，多学科、多层次协同工作。,(4)并行工程的运行机制,集成性、并行性、交互性,4.模块化设计,(1)维修和更换变得更加容易,(2)模块组件的制造和装配比较简洁，生产过程更加容易组织,(3)生产的产品种类有所减少,(4)维修成本高,第四节 产品的工艺设计,一.产品工艺设计的内容,根据产品的设计要求，采用先进的生产方法和技术，使产品达到规定的技术标准和质量要求。,1.产品设计的工艺性分析和审查,从工艺角度，分析评价产品和零部件结构设计的合理性、生产制造的可行性以及使用维修的难易程度，提出修改的建议和意见。,(1)产品结构的继承性,(2)结构的标准化程度,(3)制造的可能性,(4)技术标准的适宜性,(5)原材料和外协件的审查,2.拟定工艺方案,(1)工艺方案的基本原则；,(2)技术关键和应采取的方法；,(3)规定加工质量要求等各种技术经济指标；,(4)确定工艺路线；,(5)确定工艺规程；,(6)制定产品试制进度表；,(7)拟定技术改造方案；,(8)工艺方案的经济效果分析,3.编制工艺技术文件,(1)工艺过程卡,规定每个零件在整个制造过程中的路线。,(2)工艺卡,在工艺过程卡的基础上，更详细说明零件的加工步骤。,(3)工序卡,分工序单独编写最详细的工艺规程。,(5)检验规程,(6)工艺装配图,4.工艺装备的设计与制造,(1)工艺装备系数,a.生产批量,b.产品结构特点,c.标准化程度,d.工人的技术水平,(2)提高工艺路线的继承性,简单化、标准化和专业化,(3)抓好关键工艺装备的设计制造,二.计算机辅助工艺设计,1.CAPP的概念,将产品的设计信息和企业的生产数据归并到一个计算机系统中，由计算机完成工艺过程设计，输出工艺规程。,向上扩展为生产规划最佳化及作业计划最佳化，作为MRP(制造资源规划)的一个重要组成部分，并为MRP提供所需的技术资料。,向下扩展为形成NC控制指令。,2.CAPP的基本构成,(1)控制模块,主要任务是协调各模块的运行，是人机交互窗口，实现人机之间的信息交流，控制零件信息获取方式。,(2)零件信息输入模块,当零件信息不能从CAD系统直接获取时，用此模块实现零件信息的输入。,(3)工艺过程设计模块,进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工及生产管理部门使用。,(4)工序决策模块,生成工序卡，对工序间尺寸进行计算，生成工序图。,(5)工步决策模块,对工步内容进行设计，确定切削用量，提供形成NC加工控制指令所需的刀位文件。,(6)NC加工指令生成模块,依据工步决策模块所提供的刀位文件，调用NC代码库中适应于具体机床的NC指令系统代码，产生NC加工控制指令。,(7)输出模块,可输出工艺流程卡、工序、工步卡、工序图及其它文档，输出亦可从现有工艺文件库中调出各类工艺文件，利用编辑工具对现有工艺文件进行修改得到所需的工艺文件。,(8)加工过程动态仿真模块,对所产生的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。,3.CAPP的基本类型,(1)检索式CAPP系统,检索式CAPP系统不需要进行零件的编码，在建立系统时，只需要将各类零件的工艺规程输入计算机。,如果需要编制新零件的工艺规程，将同类零件的工艺规程调出并进行修改即可。,(2)变异型CAPP系统(派生式CAPP),利用成组技术原理将零件按几何形状及工艺相似性分类、归族，每一族有一个典型样件，并为此样件设计出相应的典型工艺文件，存入在工艺文件库中。,当需要设计一个零件工艺规程时，输入零件信息，对零件进行分类编码，按此编码由计算机检索出相应的零件族的典型工艺，并根据零件结构及工艺要求，对典型工艺进行修改，从而得到所需的工艺规程。,(3)创成型CAPP系统(生成式CAPP),创成式CAPP系统中不存在标准工艺规程，但是有一个收集有大量工艺数据的数据库和一个存贮工艺专家知识的知识库。,当输入零件的有关信息后，借助人工智能、专家系统，系统可以模仿工艺专家，应用各种工艺决策规则，在没有人工干预的条件下，从无到有，自动生成该零件的工艺规程。,(4)混合式CAPP系统(半创成式CAPP),半创成式CAPP系统是派生式和创成式CAPP原理的综合。在派生式CAPP的基础上，增加若干创成功能而形成的系统。,这种系统既有派生式的可靠成熟、结构简单、便于使用和维护的优点，又有创成式的能够存贮、积累、应用工艺专家知识的优点。,(5)交互型CAPP系统,以人机对话的方式完成工艺规程的设计，工艺规程设计的质量对人的依赖性很大。,4.CAPP的基础技术,(1)成组技术,(2)零件信息的描述与获取,(3)工艺知识的获取及表示,(4)工艺设计决策机制,核心为特征型面加工方法的选择、零件加工工序及工步的安排及组合：,a.工艺流程的决策。,b.工序决策。,c.工步决策。,d.工艺参数决策。,(5)工序图及其它文档的自动生成,(6)NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真,(7)工艺数据库的建立,三.工艺方案的经济效果评价,1.工艺方案的经济分析指标,(1)产量指标与质量指标,劳动生产率、合格品率、优等品率、废品率,(2)投资指标,投资额、投资回收期,(3)工艺成本指标,试验研究费、工装设计成本费,(4)周期指标,工艺准备周期、生产周期；,(5)其它经济指标,安全性、环境保护、劳动条件。,2.工艺方案的经济评价方法,固定工艺成本C：设备的折旧费、维修费、管理人员工资、场地租金等；,单件产品变动工艺成本V：记件工人工资、材料费、能源费用等。,例,一家企业欲获得某一种机加工零件，有三种可选方案：,以每件,200,元的价格购买；,半自动数控机床加工，单件产品变动工艺,75,元，固定工艺成本,80000,元；,在加工中心加工，单件产品变动工艺,15,元，固定工艺成本,200000,元。,