第三章產品開發(fā)、工藝設計和技術選擇

1、第三章 產品開發(fā)、工藝設計和技術選擇第一節(jié)第一節(jié) 產品開發(fā)與企業(yè)產品開發(fā)與企業(yè)R&D第二節(jié)第二節(jié) R&D與產品開發(fā)組織與產品開發(fā)組織第三節(jié)生產流程的設計與選擇第三節(jié)生產流程的設計與選擇第四節(jié)第四節(jié) 并行工程并行工程第五節(jié)第五節(jié) 計算機技術在產品設計中的運用計算機技術在產品設計中的運用第一節(jié)第一節(jié) 產品開發(fā)與企業(yè)產品開發(fā)與企業(yè)R&DR&D一、一、 新產品開發(fā)與企業(yè)新產品開發(fā)與企業(yè)R&D概念概念從不同角度，可以對新產品的概念做出不同的描述。一般來說，新產品應在產品的性能，材料和技術性能等方面具有先進性和獨創(chuàng)性，或優(yōu)于老產品。所謂先進性，指由于采用新技術、新材料產生的先進性，或已有的技術進行綜合產生

2、的先進性。所謂獨創(chuàng)性，一般是指產品由于采用了新技術，新材料或引進技術所產生的全新的產品，或在某一市場范圍內屬于全新產品。企業(yè)R&D（research and de velopment）是指科學技術的研究與開發(fā)，不同于產品開發(fā)，是一項基礎工作，包括基礎研究、應用研究和技術開發(fā)?；A研究進行的是探索新的規(guī)律，創(chuàng)建基礎性的知識工作。應用研究室將基礎理論研究中開發(fā)的新知識，新理論應用于具體領域。技術開發(fā)是將應用研究的成果經過設計、試驗而發(fā)展成為新產品、新系統(tǒng)和新工程的科研活動。 二、新產品分類二、新產品分類（一）（一） 全新產品全新產品（二）（二） 改進產品改進產品（三）換代產品（三）換代產品新產品的

3、發(fā)展方向可以有以下幾個方面：1多功能化多功能化擴大同一產品的功能和使用范圍。2復合化復合化把功能上相互有關聯(lián)的不同單體產品發(fā)展為復合產品。3小型化、輕便化小型化、輕便化縮小產品的體積，減輕其重量使之便于操作、攜帶、運輸以及安裝。這樣還可以節(jié)省材料，降低成本。4簡單化簡單化改革產品結構，減少產品的零部件，使產品的操作性能更好，更容易操作。同時也能降低產品的成本，提高生效率，增加產品可靠性。使用新技術、新材料是結構簡化的重要方法途徑。5智能化智能化把一般人需要經過學習培訓才能掌握的知識轉化為產品本身具有的功能，使產品的使用操作“傻瓜化”。這樣可以減少操作難度和技能，保證使用效果，從而大大擴大這些產

4、品的客戶群。6藝術化、品味化藝術化、品味化隨著人們生活水平和文化素養(yǎng)的提高，對產品藝術化、品位化的要求日益提高，追求時尚化、個性化成為趨勢。不僅像汽車、電視、家具等這些要求具有觀賞功能的產品，就連洗衣機、熱水瓶、垃圾桶等普通日常用品，具有良好的觀賞功能成為顧客重要選項。因此企業(yè)必須從產品的造型、色彩、質感和包裝等方面下功夫，使產品的款式新穎，風格獨特、體現(xiàn)特殊的藝術品味。對于服務業(yè)來說，人們越來越要求社會能提供多樣的服務，開發(fā)新的服務項目，以滿足自身的物質和精神的消費需求。我國正在以物質消費為主的消費結構向以精神消費為主的消費結構轉變，這就給服務業(yè)創(chuàng)造了大發(fā)展機遇，企業(yè)應抓住機遇提供更多的新的

5、精神食糧和文化產品。三、三、 新產品動力模式新產品動力模式新產品開發(fā)動力模式有：技術驅動型和市場驅動型。所謂技術驅動型，就是說從最初的科學探索出發(fā)開發(fā)新產品。市場導向型是從市場需求出發(fā)進行新產品的開發(fā)。即首先通過市場調查來了解需要具有什么樣技術內容的新產品，然后對其進行生產技術、價格、性能等方面特性的研究，進而再通過該產品商品化后的銷售預測來決定是否開發(fā)。四、四、 新產品的生命周期新產品的生命周期 產品在市場上作為商品有其生命周期。這一周期是指某一產品在一定的市場范圍內、從試制完成投放市場，直到逐步被淘汰出市場的整個過程所經歷的時間。如圖所示，產品生命周期一般可分為五個階段：新產品投入期，成長

6、期、成熟期、飽和期、最后進入衰退期。 銷 售 額 時間 投入期 成長期 成熟期 飽和期 衰退期 圖- 產品生命周期 第二節(jié)第二節(jié) R&D R&D與產品開發(fā)組織與產品開發(fā)組織一、一、 企業(yè)的企業(yè)的R&D戰(zhàn)略戰(zhàn)略（一）戰(zhàn)略目標的設定（一）戰(zhàn)略目標的設定企業(yè)的R&D戰(zhàn)略方針由企業(yè)的經營目標決定。通常企業(yè)的經營策略有兩種：一種是領先策略，另一種是跟隨策略。（二）（二）R&D方式的選擇方式的選擇一般來說，R&D可采用方式分以下幾種：.獨立研究開發(fā)方式獨立研究開發(fā)方式共同研究開發(fā)方式共同研究開發(fā)方式委托研究開發(fā)方式委托研究開發(fā)方式二、二、 企業(yè)企業(yè)R&D管理管理（一）研究費用管理（一）研究費用管理研究費用

7、的計劃與控制研究費用的計劃與控制研究費用的效益和效率分析研究費用的效益和效率分析（二）（二）R&D的組織的組織（三）研究人員的管理（三）研究人員的管理三、三、 新產品的開發(fā)步驟新產品的開發(fā)步驟無論是全新的產品開發(fā)，還是改良產品，換代產品的開發(fā)，都需要經過一定的階段和程序。一般來說，新產品的開發(fā)步驟可以分以下五個階段。（一）（一） 構思、計劃階段構思、計劃階段在這一階段首先提出新產品的構想方案，它應該包括對新產品的原理、構造、材料、工藝過程以及新產品的性能指標、功能、用途等多方面的設想。然后對構思方案進行分析、評價篩選，最后確定方案，制定開發(fā)計劃。（二）（二） 先行開發(fā)階段先行開發(fā)階段在這一階段

8、，對不確定的關鍵技術進行研究和試制，進一步確認和修改技術構思，形成比較完善的方案。（三）設計開發(fā)階段（三）設計開發(fā)階段進行樣機或樣品設計、試制或實驗，確定產品性能和基本規(guī)格參數。在這一階段，往往還要進行中小批量生產，檢驗生產工藝的可行性、進行市場需求確認等（四）生產準備階段（四）生產準備階段在這一階段對第三階段進行評價，如果決定投產，則開始進行生產準備，進行工藝設計、工裝設計和技術文件準備等，必要時還進行批量試生產和市場試銷。（五五）生產階段）生產階段，進入這一階段實際就意味著開發(fā)結束。四、四、 新產品的設計新產品的設計（一）新產品設計的重要性（一）新產品設計的重要性新產品設計的重要性主要體現(xiàn)

9、在三個方面：設計階段是控制產品性能的關鍵設計階段是控制產品性能的關鍵 當新產品在交到消費者手中時，能否在預定的使用環(huán)境中發(fā)揮預定的功能，即產品的可靠性主要取決于設計階段。在新產品的開發(fā)的設計階段，設計人員應該實現(xiàn)預先決定的有關產品的性能、機能、結構等目標值，還要有可靠性，可維修性等指標。設計階段是控制產品成本的關鍵設計階段是控制產品成本的關鍵 設計出的產品即使在性能、機能等方面充分實現(xiàn)了預定構思。如果在使用材料、制造方法上考慮不周，產品的制造成本就會很高，一般產品83%的成本是由這一階段決定的，控制成本必須從設計開始。設計階段是控制產品質量的關鍵設計階段是控制產品質量的關鍵 消滅不良產品是質量

10、管理的主要目標之一，如果設計階段稍有不慎或錯誤，其結果在其后的工序中累積下去，到產品完成時，產品質量可能嚴重不良。因此，設計階段對控制產品的質量也有重要意義。必須從設計階段起就樹立產品質量觀念，避免任何影響產品質量的因素摻雜進設計中去。（二）新產品設計的程序和內容（二）新產品設計的程序和內容新產品的設計工作必須按先后順序，分階段地進行。設計的程序一般分為三個階段，即總體設計、技術設計和工作圖設計，稱為“三段設計”，它從總體布局，零件結構，到工作圖紙完成，逐步加以具體化，前一階段是后一階段的基礎。三段設計是新產品設計應遵守的程序，它對提高產品的設計質量，順利發(fā)展新產品有很好作用。（三）設計工作中

11、系列化、標準化、通用（三）設計工作中系列化、標準化、通用化管理化管理產品設計系列化和零件標準化、通用化是國家一項重要技術經濟政策，對節(jié)約設計力量，縮短設計周期，減輕設計工作量，擴大產品結構繼承性，提高可維修性等方面起著重要作用。所以在產品設計的各個階段中，必須認真貫徹“三化”，嚴格執(zhí)行國家標準和部門標準。1系列化系列化系列化是標準化的高級形式。它通過對同一類產品發(fā)展規(guī)律的分析研究，經過全面的技術經濟比較，將產品的主要技術參數、型式、尺寸、基本結構等做出合理的安排與計劃，建立系列型譜，以減少產品品種，簡化設計、適應各類需求，同時可以有效協(xié)調同類產品與配套產品間的關系。2標準化標準化標準化的范圍很

12、廣，在我國，根據標準適應領域和有效范圍，可把標準分成三組；國家標準（代號“GB”）、專業(yè)標準（代號“ZB”）和企業(yè)標準（代號“Q”為分子，分母表示企業(yè)或地區(qū)）。國際上一般通用的如國際標準化組織（ISO）和國家愛電工委員會（IEO）標準也包括在國家標準內。 標準化對設計工作來說，主要是指產品標準和零部件標準。產品標準是為某一類產品或某一種產品的形式、尺寸、主要參數、質量指標、檢驗方法，以及包裝、儲存、運輸、使用、維修等方面制定的標準。零件標準是對于通用程度高，或需要大量的零件規(guī)定的標準。3通用化通用化 所謂通用化是指在同類型不同規(guī)格，或不同類型的產品和裝備中，用途相同、結構相似的零件，經過統(tǒng)一以

13、后，可以彼此互換的標準形式。顯然，通用化要以互換性為前提，互換性有兩個含義，即尺寸互換性和功能互換性。功能互換性問題在設計中非常重要。例如所設計的柴油機，既可用于拖拉機，又可用于汽車、裝運機、推土機和挖掘機等。產品的通用性越強，銷路就越廣，生產的機動性越大，對市場的適應性就越強。 通用化和專用化是一對矛盾，如果一味追求通用化和兼容，必然增加某些功能的冗余，增加成本，因此設計時要加強對產品市場前景預測，對專用和通用策略進行經濟性評估。三、三、 生產工藝管理生產工藝管理工藝設計是指按產品設計要求，安排或規(guī)劃從原材料加工成產品所需要的一系列加工過程、工時消耗、工藝裝備需求等說明。企業(yè)的生產工藝是與產

14、品設計有著密切的聯(lián)系，一方面先進合理的工藝和裝備可以促進產品設計改進，同時對產品的生產可行性、提高產品質量、降低生產成本也有重要影響。（一）產品圖紙的工藝分析和審查（一）產品圖紙的工藝分析和審查工藝分析審查的目的是為了提高產品工藝性，具體有：產品結構是否符合產品的生產特點；產品結構標準化程度；零件的幾何形狀、尺寸公差、配合要求、表面粗糙度及技術要求是否合理；選用材料是否經濟；產品是否便于制造和裝配；產品是否適合用本企業(yè)現(xiàn)有的生產設備和生產條件加工，企業(yè)是否具備產品測試條件等。（二）制定工藝方案（二）制定工藝方案在工藝方案中，要要明確產品制造過程中會存在哪些主要問題，確定關鍵零部件、關鍵工序以及

15、加工方法；確定工藝路線和工藝裝備的原則和工藝系數。如規(guī)定生產時應達到的質量要求、設備利用率、勞動量和制造成本等技術經濟指標；列出需要的專用設備、工藝裝備、專用車間廠房等。（三）編織工藝規(guī)程（三）編織工藝規(guī)程工藝規(guī)程是指導工人技術操作的最主要的工藝文件，它是安排生產作業(yè)計劃、生產調度、質量控制、原材料控制、原材料和工具供應、勞動組織的依據。編制工藝規(guī)程包括：產品和零件制造方法和制造順序的確定、設備的選擇、切削規(guī)范的選擇、工藝裝備的確定、設備調整方法的選擇、產品裝配與零件加工的技術條件確定，產品調試規(guī)程，工時定額，材料消耗定額等等。（四）工藝裝備的設計與制造（四）工藝裝備的設計與制造工藝裝備是為實

16、現(xiàn)工藝過程所需要的工具、夾具、卡具、量具、模具等總稱。工藝裝備的設計與制造對貫徹工藝規(guī)程，保證加工質量，提高效率，具有重要作用。工藝裝備的設計制造與生產批量密切相關，對于單件小批生產盡可能利用萬能設備或數控加工中心加工，或外協(xié)加工，盡可能少制作工藝裝備；對于一般批量生產的產品盡可能采用普通專機組成的生產線生產；對于大量生產的產品可以考慮采用自動流水線。第三節(jié)生產流程的設計與選擇第三節(jié)生產流程的設計與選擇一、一、 按生產流程的特性進行設計按生產流程的特性進行設計根據生產類型的不同，生產流程有三種基本類型：按產品導向原則進行的生產流程、按工藝導向原則進行的生產流程和按項目或模塊方式進行的生產流程。

17、（一）按產品導向原則進行的生產流程（一）按產品導向原則進行的生產流程按產品導向原則進行的生產流程就是以產品或提供的服務為對象、按照生產產品或提供服務的生產要求，組織相應的生產設備或設施，使生產單元里配備了加工某種產品（零件）所需要的全套設備、工藝裝備和有關工種的工人，使該產品或（零件）的全部（或大部分）工藝過程能在該生產單位內完成。像離散型制造企業(yè)的汽車裝配線、電視機裝配線就都是按產品導向原則組織的。部件生產單元如發(fā)動機分廠、底盤分廠；零件生產單元如，曲軸工段、連桿工段等等也是。連續(xù)流程型企業(yè)的生產一般都是按產品組織的生產流程，如食品、煉油、化工等等，這些液態(tài)或粉末的原材料在生產過程中按單向無

18、間斷的流動。按產品導向原則組織生產流程又叫對象專業(yè)化形式。這種形式適用于大批量生產類型。（二）按工藝導向原則的生產流程按工藝導向原則的生產流程就是根據不同的生產工藝特征來分別建立不同的生產單位，這種分工原則也叫工藝專業(yè)化原則。因為每個生產單元只完成相同或相似工藝內容的加工任務，因此在按工藝專業(yè)化原則建立的生產單元里，集中了相同類型的設備和相同工種的工人，如工廠：鑄造廠、鍛造廠、電鍍廠、熱處理廠、電裝廠。車間：鈑金車間、鑄造車間、鍛造車間、電鍍車間、焊接車間。工段：鑄造工段、鍛造工段、車工段、銑工段，電子廠的貼片焊接工段。這種形式適合多品種小批量或單件生產類型。（三）模塊式生產（三）模塊式生產對

19、于有些任務，如拍攝一部電影、組織一場音樂會、或生產一件產品、蓋一座大樓等，每一項任務都沒有重復，所有的工序或作業(yè)環(huán)節(jié)都按一定秩序依次進行，有些工序可以并行作業(yè)，有些工序又必須順序作業(yè)，同時工序數目也不同，有多有的少。在機械制造業(yè)通常的采用對象專業(yè)化和工藝專業(yè)化相結合的組織形式即模塊生產或重復生產，這種方式主要利用成組技術，將具有相似特性的零件歸并為一組，形成零件族，一個零件族可以在同一機器上使用相同或相似工具和工序來完成，相應的加工設備和工藝路線形成一個模塊或制造單元，比如由銑床，滾齒機、車床組成一個生產單元，生產各種帶不同鍵槽和不帶鍵槽的齒輪。二、二、 按產品和服務需求特性和本企業(yè)經營戰(zhàn)按產

20、品和服務需求特性和本企業(yè)經營戰(zhàn)略進行設計略進行設計影響生產系統(tǒng)生產流程設計的因素很多，其中最主要的是產品/服務的構成特征。因為生產系統(tǒng)就是為生產產品或提供服務而存在的，離開了用戶對產品的需求，生產系統(tǒng)也就失去了存在的意義，而用戶的要求無非是品種款式、質量、數量、價格、交貨期、服務、環(huán)保與安全七項。但是不同企業(yè)對同一產品的要求往往有很大差異。有的注重服務，有的注重價格，有的強調交貨期，也有的要求批量大等等。沒有一個企業(yè)可以滿足所有要求，或者說七項指標都是優(yōu)秀。（一）生產流程的設計與選擇應支持企業(yè)（一）生產流程的設計與選擇應支持企業(yè)經營戰(zhàn)略經營戰(zhàn)略（二）產品（二）產品/服務的需求性質服務的需求性質產品具有通用性產品具有通用性產品產品/服務可保存性服務可保存性產品市場需求量產品市場需求量產品服務搬運難易程度產品服務搬運難易程度（三）按接觸顧客的程度（三）按接觸顧客的程度三、三、 生產流程的選擇決策生產流程的選擇決策 圖 3-3 不同生產過程方案的成本變化 單位 產品 成本 110 000 50 00