第四章工業(yè)產品的全生命周期管理

第四章工業(yè)產品的全生命周期管理產品全生命周期及全生命周期管理廣義的產品全生命周期是指產品從市場需求分析、工程設計、制造裝配、包裝運輸、營銷、使用到報廢的整個生命過程，是從產品整個生命周期內質量及可靠性、價值鏈等角度出發(fā)提出的。產品全生命周期管理（ProductLifecycleManagement，PLM）是在WEB環(huán)境下，從市場的角度且以整個生命周期內產品數(shù)據(jù)集成為基礎，研究產品在其生命周期內從產品規(guī)劃、設計、制造到銷售等過程的管理與協(xié)同，旨在盡量縮短產品上市時間、降低費用，盡量滿足用戶的個性化需求。它為企業(yè)提供支持產品快速設計和制造優(yōu)化的集成化產品協(xié)同與制造系統(tǒng)，是一種戰(zhàn)略性的思想方法。產品全生命周期的設計全生命周期設計實際上是面向全生命周期所有環(huán)節(jié)、所有方面的設計。產品的全生命周期包括產品的孕育期（產品市場需求的形成、產品規(guī)劃、設計）、生產期（材料選擇制備、產品制造、裝配）、儲運銷售期（存儲、包裝、運輸、銷售、安裝調試）、服役期（產品運行、檢修、待工）和轉化再生期（產品報廢、零部件再用、廢件的再生制造、原材料回收再利用、廢料降解處理等）的整個閉環(huán)周期。現(xiàn)代制造企業(yè)環(huán)境的變化大市場和大競爭；產品生命周期縮短；交貨期成為主要競爭因素；用戶需求個性化,多品種小批量生產比例增大。90年代國際水平的占30%80年代國際水平的占40%2000多種主導產品的平均生命周期為年是美國產品倍美國新產品貢獻率已達到生產總值的52%我國僅為5.9%

我國的技術來源主要依賴國外技術，企業(yè)技術創(chuàng)新能力低下我國制造業(yè)的嚴峻形勢我國機械工業(yè)主導產品設計在整個生產周期中所占的比重設計開發(fā)制造時間百分比（%)開發(fā)設計工作的重要性開發(fā)設計生產準備與加工原材料與外購件的采購管理和銷售010203040506070開發(fā)設計生產準備與加工原材料與外購件的采購管理和銷售對成本的影響所需的工時成本將核心工作放在本企業(yè)

兩頭在內，中間在外開發(fā)設計市場銷售制造成功企業(yè)的關鍵因素上市時間 T

質量 Q

產品成本 C

服務 S

靈活性Ｆ環(huán)境Ｅ由于產品開發(fā)時，產品的性能及相關過程都要確定，為避免和減少返工，在產品開發(fā)階段必須全面考慮產品生命周期各階段的要求，為此出現(xiàn)了DFX技術，包括面向性能設計DFP（DesignforPerformance）、面向制造和裝配的設計DMFA(Designformanufacturingabilityandassembly)、面向測試設計（DFT）、面向環(huán)境的設計DFE(DesignforEnvironment)、面向質量設計DFQ（DesignforQulity）、面向成本設計DFC（DesignforCost）、面向服務和維修設計DFS（Designforservice）等。4.2.1面向功能的設計功能設計有兩種方式：一是對現(xiàn)有產品功能系統(tǒng)與用戶需要和產品定位之間的差異進行研究，即找出不足功能、不必要的功能、過剩功能和必要但原有產品中缺乏的功能，對原有功能系統(tǒng)進行改進，這是價值工程的傳統(tǒng)方式，可稱為改進方式。二是按產品定位重新設計出新產品的完整的、理想的功能系統(tǒng)，它是較新發(fā)展起來、應用前景更好的方式，可稱為創(chuàng)新方式，在產品重大改進、新產品開發(fā)、新技術應用中十分重要。面向制造與裝配的設計產品的設計應充分與各種制造工藝和制造技術相協(xié)調，才能發(fā)揮各種制造技術的長處，方便制造并提高工效。方便裝配是全生命周期設計必須考慮的又一重要因素，就是在產品設計過程中從產品的全生命周期考慮其制造、裝配和維護的工藝性問題，利用各種技術手段，充分考慮產品裝配環(huán)節(jié)及其相關的各種因素的影響，通過分析、評價、規(guī)劃、仿真等手段，在滿足產品性能與功能的條件下改進產品裝配結構。面向環(huán)境的設計面向環(huán)境的設計(DFE)也可以叫做綠色設計(GreenDesign)，這是一種在產品的整個設計過程中全面考慮環(huán)境影響的技術。面向環(huán)境的設計的核心是指在產品的整個設計過程中，包括產品設計材料的提取、制造、加工、運輸、使用到最終廢棄的各個步驟中對環(huán)境(包括自然生態(tài)環(huán)境、社會系統(tǒng)和人類健康等因素)產生或者造成的一定的影響。一、產品結構設計產品的結構設計是后續(xù)設計的基礎，結構設計的優(yōu)劣，對綠色制造有深刻的影響。具體通過以下一些方面進行優(yōu)化：(1)簡化產品的結構，盡量避免可有可無的零件；(2)采用功能多樣化與復合化的零件以及簡單的連接的方法，使整體裝置的零件數(shù)減少，減少資源消耗；(3)合理地設計產品中零件、支撐、載荷的布置，確定適當?shù)恼w尺寸，提高材料利用率；(4)設計結構符合工藝性與加工性，減少加工過程中的材料損耗與能量消耗；(5)設計結構便于回收，實現(xiàn)資源的重復利用；(6)設計結構便于維修，延長產品使用壽命。二、面向拆卸的設計(DFD)面向拆卸的設計要求在產品設計階段除了滿足傳統(tǒng)設計的要求以外，將產品的可拆卸性作為結構設計的一個目標，使產品的連接結構易于拆卸，維護方便，制造工藝好，并在產品廢棄后實現(xiàn)零件或材料的再利用，達到節(jié)約資源、能源和保護環(huán)境的目的。綠色設計中的拆卸被定義為從產品或部件上有規(guī)律地拆卸下可用零部件的過程，同時保證不因拆卸而造成該零部件的損傷。面向拆卸的設計就是使產品易于實現(xiàn)上述拆卸過程的設計方法。三、面向回收的設計(DFR)產品報廢與回收是產品生命周期中的重要階段，產品回收性能的好壞對于環(huán)境保護和資源再利用具有重大影響。合理的產品回收會產生巨大的社會和經(jīng)濟效益，然而目前報廢產品的回收重用率并不理想，其中一個主要的原因就是產品設計沒有考慮其廢棄后的回收和重用，如果能夠在設計時將回收和重用作為設計因素，那么就可大大提高報廢產品的回收率，由此產生了面向回收的設計思想。將可回收設計定義為：一種在產品設計過程中充分考慮產品零部件及材料回收的可能性、回收價值的大小、回收處理方法、回收處理結構工藝性等與回收有關的一系列問題，以達到零部件及材料資源和能源的充分高效利用、環(huán)境污染最小的目標的設計思想和方法。四、面向材料的設計選擇綠色材料是實現(xiàn)機電產品綠色制造的前提和關鍵因素之一。在全生命周期設計中，材料的選擇應考慮的因素如下：（1）材料的產品性能（2）材料的環(huán)保性能（3）材料的加工性能（4）材料的價格性能比安全性設計產品的安全性設計從策劃階段就應開始，通常包含符合產品安全設計標準的要求。產品安全設計的標準包括以下內容：產品的安全標準、產品的環(huán)境要求、產品的包裝/標簽的要求、產品的專業(yè)標準的要求等。定義了產品的安全標準的基礎上，還要結合產品的實際情況(對環(huán)境的影響、使用人群的定位等)，重視產品的各方面因素，并對產品的各個標準的內容進行分解，對實際情況進行分解，才能確保產品的使用安全性。需要指出的是，安全是相對的，沒有絕對的安全，不同情況下產品的安全性會發(fā)生改變。因此產品的安全性設計是盡最大可能提高產品的使用安全性而不是保證產品的絕對安全?！翱祠~”吃“慢魚”現(xiàn)代制造系統(tǒng)的模式和哲理

成組技術(相似性)CIM(集成)

并行工程(同步)JIT(準確)

智能制造系統(tǒng)(智能)

敏捷制造

(靈活)

精益生產(簡化)

合理化工程(重組、標準化)

業(yè)務過程重組BPR(重組)TQCSFE現(xiàn)代集成制造技術

J.Harringtong博士

ComputerIntegratedManufacturing

計算機集成制造CIM

基本思想企業(yè)的各個生產環(huán)節(jié)是不可分割的，應該加以統(tǒng)一處理；整個生產過程實質上也是對信息的采集、傳遞和加工處理的過程，在企業(yè)中主要存在信息流和物流這兩種運動過程，而物流又是受信息流控制的。“自動化孤島”1+1=2?

將“自動化孤島”集成在一起將“自動化孤島”集成在一起產品形成過程昨天-今天-明天

產品規(guī)劃概念設計生產準備詳細設計昨天過程序列產品規(guī)劃概念設計詳細設計生產準備PDM數(shù)字模型過程管理明天過程流產品規(guī)劃概念設計詳細設計生產準備PDM今天過程鏈CIM是一種組織、管理與運行企業(yè)的哲理。它將傳統(tǒng)的制造技術與現(xiàn)代信息技術、管理技術、自動化技術、系統(tǒng)工程技術等有機結合，借助計算機（硬、軟件），使企業(yè)產品全生命周期——市場需求分析、產品定義、研究開發(fā)、設計、制造、支持（包括質量、銷售、采購、發(fā)送、服務）以及產品最后報廢、環(huán)境處理等各階段活動中有關人/組織、經(jīng)營管理和技術三要素及其信息流、物流和價值流有機集成并優(yōu)化運行，實現(xiàn)企業(yè)制造活動的計算機化、信息化、智能化、集成優(yōu)化，以達到產品上市快、高質、低耗、服務好、環(huán)境清潔，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性、敏捷性，使企業(yè)贏得市場競爭。CIMS是一種基于CIM哲理構成的計算機化、信息化、智能化、集成優(yōu)化的制造系統(tǒng)。CIM和CIMS的定義CIM是一種組織、管理與運行企業(yè)的哲理。其目的是使企業(yè)達到產品上市快、高質、低耗、服務好、環(huán)境清潔，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性、敏捷性，使企業(yè)贏得市場競爭。因此，CIM/CIMS不是企業(yè)的目標，而是達到企業(yè)目標的手段之一；企業(yè)生產過程中的各個環(huán)節(jié)是一個不可分的整體，要以系統(tǒng)的觀點進行優(yōu)化。此處的優(yōu)化是指對企業(yè)生產過程各階段活動中有關人/組織、經(jīng)營管理和技術三要素及其信息流、物流和價值流有機集成并優(yōu)化；CIM技術是傳統(tǒng)的制造技術與現(xiàn)代信息技術、管理技術、自動化技術、系統(tǒng)工程技術等的有機結合，其包括總體技術、支撐技術、設計自動化技術、制造自動化技術和管理自動化技術；CIMS的主要特點是計算機化、信息化、智能化、集成優(yōu)化，CIM哲理和相關技術既可用于離散型制造業(yè)，也可用于流程和混合型制造業(yè)；CIM是生產力發(fā)展的必然結果；CIM不是排他的，如CIM與LP。對CIM和CIMS的進一步說明CIMS的集成集成的內容

功能集成組織集成信息集成過程集成集成的范圍

功能集成組織集成銷售部門制造部門技術部門傳統(tǒng)的組織結構面向功能的組織結構現(xiàn)代的組織結構面向過程的組織結構TeamworkCIMS的發(fā)展信息集成過程集成企業(yè)間集成離散制造業(yè)CIMS的關鍵技術并行工程產品數(shù)據(jù)管理PDM項目管理快速原型技術擬實制造大規(guī)模定制生產并行工程

(ConcurrentEngineering，CE)并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關的各種過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。這種方法要求產品開發(fā)人員在設計一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。豐田汽車公司的并行工程系統(tǒng)規(guī)劃車型設計產品設計生產準備生產財務.會計Finance/Accounting開發(fā)期LengthofDevelopmentTime規(guī)劃Planning

車形設計

Stylingdesign

Engineering產品設計DesignPrototypeFabrication&Testing試制評價

Productionengineering生產準備生產

Production零部件廠家Partssuppliers

ProductionengineeringProduction規(guī)劃Planning車形設計Stylingdesign產品設計EngineeringDesign試制.評價PrototypeFabrication&Testing生產準備生產試制評價在開發(fā)和設計的工作中，正確的文檔應該在正確的時候送到正確的地方需求功能圖計算資料產品目錄標準圖紙零件表準則規(guī)格說明書材料表工具單DINISO

重要工作查找通知檢查歸檔分類設計計算繪圖建立零件表修改利用PDM可以大大簡化開發(fā)和設計工作圖紙管理文檔管理