第四章工业产品的全生命周期管理
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企业生产过程中的各个环节是一个不可分的整体，要以系统的观 点进行优化。此处的优化是指对企业生产过程各阶段活动中有关 人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流有机 集成并优化；
CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化 技术、系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、 设计自动化技术、制造自动化技术和管理自动化技术；
第四章工业产品的全生命周期管理
二、面向拆卸的设计(DFD)
面向拆卸的设计要求在产品设计阶段除了满足传统 设计的要求以外，将产品的可拆卸性作为结构设计 的一个目标，使产品的连接结构易于拆卸，维护方 便，制造工艺好，并在产品废弃后实现零件或材料 的再利用，达到节约资源、能源和保护环境的目的。 绿色设计中的拆卸被定义为从产品或部件上有规律 地拆卸下可用零部件的过程，同时保证不因拆卸而 造成该零部件的损伤。面向拆卸的设计就是使产品 易于实现上述拆卸过程的设计方法第四章。工业产品的全生命周期管理
第四章工业产品的全生 命周期管理
2020/11/28
第四章工业产品的全生命周期管理
4.1产品全生命周期及全生命周期管理
广义的产品全生命周期是指产品从市场需求分析、工程设 计、制造装配、包装运输、营销、使用到报废的整个生命 过程，是从产品整个生命周期内质量及可靠性、价值链等 角度出发提出的。
产品全生命周期管理（Product Lifecycle Management， PLM）是在WEB环境下，从市场的角度且以整个生命周期 内产品数据集成为基础，研究产品在其生命周期内从产品 规划、设计、制造到销售等过程的管理与协同，旨在尽量 缩短产品上市时间、降低费用，尽量满足用户的个性化需 求。它为企业提供支持产品快速设计和制造优化的集成化 产品协同与制造系统，是一种战略性的思想方法。
PDM 数字模型
第四章工业产品的全生命周期管理
CIM和CIMS的定义
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。它将传 统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等有机结合，借助计算机（硬、软件）， 使企业产品全生命周期——市场需求分析、产品定义、 研究开发、设计、制造、支持（包括质量、销售、采购、 发送、服务）以及产品最后报废、环境处理等各阶段活 动中有关人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、 物流和价值流有机集成并优化运行，实现企业制造活动 的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产品 上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企 业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。
CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息 化、智能化、集成优化的制造系统。
第四章工业产品的全生命周期管理
对CIM和CIMS的进一步说明
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到 产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的 柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此， CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手段之一；
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.1 面向功能的设计 功能设计有两种方式：一是对现有产品功能系统与用户需 要和产品定位之间的差异进行研究，即找出不足功能、不 必要的功能、过剩功能和必要但原有产品中缺乏的功能， 对原有功能系统进行改进，这是价值工程的传统方式，可 称为改进方式。二是按产品定位重新设计出新产品的完整 的、理想的功能系统，它是较新发展起来、应用前景更好 的方式，可称为创新方式，在产品重大改进、新产品开发、 新技术应用中十分重要。
第四章工业产品的全生命周期管理
现代制造企业环境的变化
大市场和大竞争； 产品生命周期缩短； 交货期成为主要竞争因素； 用户需求个性化, 多品种小批量生产 比例增大。
第四章工业产品的全生命周期管理
我国制造业的严峻形势
我国机械工业主导产品
90年代国际水平的占30% 80年代国际水平的占40% 2000多种主导产品的平均生命周期为10.5年是美国产品3.5倍 美国新产品贡献率已达到生产总值的52% 我国仅为5.9% 我国的技术来源主要依赖国外技术，企业技术创新能力低下
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2产品全生命周期的设计
全生命周期设计实际上是面向全生命周期所有环节、所有 方面的设计。产品的全生命周期包括产品的孕育期（产品 市场需求的形成、产品规划、设计）、生产期（材料选择 制备、产品制造、装配）、储运销售期（存储、包装、运 输、销售、安装调试）、服役期（产品运行、检修、待工） 和转化再生期（产品报废、零部件再用、废件的再生制造、 原材料回收再利用、废料降解处理等）的整个闭环周期。
第四章工业产品的全生命周期管理
设计在整个生产周期中所占的比重
设计开发
制造
开发设计工作的重要性
70 60 50 40 30 20 10
0 开发设计
生产准备与 加工
原材料与外 购件的采购
时间 百分比（%)
对成本的影响 所需的工时成本 管理和销售
第四章工业产品的全生命周期管理
将核心工作放在本企业
两头在内，中间在外
CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM 哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型 制造业；
CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP。
第四章工业产品的全生命周期管理
CIMS的集成
集成的内容
功能集成 组织集成 信息集成 过程集成
集成的范围
开发设计
制造
市场销售
第四章工业产品的全生命周期管理
成功企业的关键因素
上市时间 T
质量 Q
产品成本 C
服务 S
灵活性 Ｆ
环境
Ｅ
第四章工业产品的全生命周期管理
由于产品开发时，产品的性能及相关过程都要确定，为避免 和减少返工，在产品开发阶段必须全面考虑产品生命周期各 阶段的要求，为此出现了DFX技术，包括面向性能设计DFP （Design for Performance）、面向制造和装配的设计 DMFA(Design for manufacturing ability and assembly)、面 向测试设计（DFT）、面向环境的设计DFE (Design for Environment)、面向质量设计DFQ（Design for Qulity）、 面向成本设计DFC（Design for Cost）、面向服务和维修设 计DFS（Design for service）等。
个标准的内容进行分解，对实际情况进行分解，才能确保
产品的使用安全性。需要指出的是，安全是相对的，没有
绝对的安全，不同情况下产品的安全性会发生改变。因此
产品的安全性设计是尽最大可能提高产品的使用安全性而
不是保证产品的绝对安全。
第四章工业产品Leabharlann 全生命周期管理“快鱼”吃“慢鱼”
第四章工业产品的全生命周期管理
第四章工业产品的全生命周期管理
四、面向材料的设计 选择绿色材料是实现机电产品绿色制造的前提和关键 因素之一。 在全生命周期设计中，材料的选择应考虑的因素如下： （1）材料的产品性能 （2）材料的环保性能 （3）材料的加工性能 （4）材料的价格性能比
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.4 安全性设计
产品的安全性设计从策划阶段就应开始，通常包含符合产
品安全设计标准的要求。产品安全设计的标准包括以下内
容：产品的安全标准、产品的环境要求、产品的包装/标签
的要求、产品的专业标准的要求等。定义了产品的安全标
准的基础上，还要结合产品的实际情况(对环境的影响、使
用人群的定位等)，重视产品的各方面因素，并对产品的各
第四章工业产品的全生命周期管理
丰田汽车公司的并行工程系统
规划
车型设计 产品设计
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.2 面向制造与装配的设计
产品的设计应充分与各种制造工艺和制造技术相协调，才能 发挥各种制造技术的长处，方便制造并提高工效。 方便装配是全生命周期设计必须考虑的又一重要因素，就是 在产品设计过程中从产品的全生命周期考虑其制造、装配和 维护的工艺性问题，利用各种技术手段，充分考虑产品装配 环节及其相关的各种因素的影响，通过分析、评价、规划、 仿真等手段，在满足产品性能与功能的条件下改进产品装配 结构。
并行工程 产品数据管理 PDM 项目管理 快速原型技术 拟实制造 大规模定制生产
第四章工业产品的全生命周期管理
并行工程 (Concurrent Engineering，CE)
并行工程是集成地、并行地设计产品及其 相关的各种过程（包括制造过程和支持过 程）的系统方法。这种方法要求产品开发 人员在设计一开始就考虑产品整个生命周 期中从概念形成到产品报废处理的所有因 素，包括质量、成本、进度计划和用户要 求。
基本思想
• 企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理；
• 整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理
的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程
，而物流又是受信息流控制的。
第四章工业产品的全生命周期管理
“自动化孤岛”
第四章工业产品的全生命周期管理
1+1=2 ?
第四章工业产品的全生命周期管理
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.3面向环境的设计
面向环境的设计(DFE)也可以叫做绿色设计(Green Design)，这是一种在产品的整个设计过程中全面 考虑环境影响的技术。面向环境的设计的核心是指 在产品的整个设计过程中，包括产品设计材料的提 取、制造、加工、运输、使用到最终废弃的各个步 骤中对环境(包括自然生态环境、社会系统和人类 健康等因素)产生或者造成的一定的影响。
功能集成 组织集成
第四章工业产品的全生命周期管理
传统的组织结构
面向功能的组织结构
销售部门
技术部门
制造部门
第四章工业产品的全生命周期管理
现代的组织结构
面向过程的组织结构 Teamwork
第四章工业产品的全生命周期管理
CIMS的发展
企业间集成
过程集成
信息集成
第四章工业产品的全生命周期管理
离散制造业CIMS的关键技术
第四章工业产品的全生命周期管理
一、产品结构设计 产品的结构设计是后续设计的基础，结构设计的优劣，对绿色制造 有深刻的影响。具体通过以下一些方面进行优化： (1) 简化产品的结构，尽量避免可有可无的零件； (2) 采用功能多样化与复合化的零件以及简单的连接的方法，使整体 装置的零件数减少，减少资源消耗； (3) 合理地设计产品中零件、支撑、载荷的布置，确定适当的整体尺 寸，提高材料利用率； (4) 设计结构符合工艺性与加工性，减少加工过程中的材料损耗与能 量消耗； (5) 设计结构便于回收，实现资源的重复利用； (6) 设计结构便于维修，延长产品使用寿命。
现代制造系统的模式和哲理
成组技术 (相似性)
CIM (集成)
T
并行工程 (同步)
JIT (准确)
Q
智能制造系统 (智能)
C
敏捷制造 (灵活)
精益生产 (简化)
S
合理化工程 (重组、标准化)
F
业务过程重组BPR(重组)
E
第四章工业产品的全生命周期管理
现代集成制造技术
J. Harringtong 博士 Computer Integrated Manufacturing 计算机集成制造 CIM
将“自动化孤岛”集成在一起
第四章工业产品的全生命周期管理
将“自动化孤岛”集成在一起
第四章工业产品的全生命周期管理
产品形成过程 昨天-今天-明天
昨天 过程序列
产品规划 概念设计 详细设计 生产准备
今天 过程链
产品规划
概念设计 详细设计 生产准备
PDM
明天 过程流
产品规划
过程管理
概念设计 详细设计 生产准备
三、面向回收的设计(DFR) 产品报废与回收是产品生命周期中的重要阶段，产品回收性能的好 坏对于环境保护和资源再利用具有重大影响。合理的产品回收会产 生巨大的社会和经济效益，然而目前报废产品的回收重用率并不理 想，其中一个主要的原因就是产品设计没有考虑其废弃后的回收和 重用，如果能够在设计时将回收和重用作为设计因素，那么就可大 大提高报废产品的回收率，由此产生了面向回收的设计思想。将可 回收设计定义为：一种在产品设计过程中充分考虑产品零部件及材 料回收的可能性、回收价值的大小、回收处理方法、回收处理结构 工艺性等与回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能 源的充分高效利用、环境污染最小的目标的设计思想和方法。
CIM技术是传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化 技术、系统工程技术等的有机结合，其包括总体技术、支撑技术、 设计自动化技术、制造自动化技术和管理自动化技术；
第四章工业产品的全生命周期管理
二、面向拆卸的设计(DFD)
面向拆卸的设计要求在产品设计阶段除了满足传统 设计的要求以外，将产品的可拆卸性作为结构设计 的一个目标，使产品的连接结构易于拆卸，维护方 便，制造工艺好，并在产品废弃后实现零件或材料 的再利用，达到节约资源、能源和保护环境的目的。 绿色设计中的拆卸被定义为从产品或部件上有规律 地拆卸下可用零部件的过程，同时保证不因拆卸而 造成该零部件的损伤。面向拆卸的设计就是使产品 易于实现上述拆卸过程的设计方法第四章。工业产品的全生命周期管理
第四章工业产品的全生 命周期管理
2020/11/28
第四章工业产品的全生命周期管理
4.1产品全生命周期及全生命周期管理
广义的产品全生命周期是指产品从市场需求分析、工程设 计、制造装配、包装运输、营销、使用到报废的整个生命 过程，是从产品整个生命周期内质量及可靠性、价值链等 角度出发提出的。
产品全生命周期管理（Product Lifecycle Management， PLM）是在WEB环境下，从市场的角度且以整个生命周期 内产品数据集成为基础，研究产品在其生命周期内从产品 规划、设计、制造到销售等过程的管理与协同，旨在尽量 缩短产品上市时间、降低费用，尽量满足用户的个性化需 求。它为企业提供支持产品快速设计和制造优化的集成化 产品协同与制造系统，是一种战略性的思想方法。
PDM 数字模型
第四章工业产品的全生命周期管理
CIM和CIMS的定义
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。它将传 统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等有机结合，借助计算机（硬、软件）， 使企业产品全生命周期——市场需求分析、产品定义、 研究开发、设计、制造、支持（包括质量、销售、采购、 发送、服务）以及产品最后报废、环境处理等各阶段活 动中有关人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、 物流和价值流有机集成并优化运行，实现企业制造活动 的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达到产品 上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企 业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。
CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息 化、智能化、集成优化的制造系统。
第四章工业产品的全生命周期管理
对CIM和CIMS的进一步说明
CIM是一种组织、管理与运行企业的哲理。其目的是使企业达到 产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，进而提高企业的 柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。因此， CIM/CIMS不是企业的目标，而是达到企业目标的手段之一；
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.1 面向功能的设计 功能设计有两种方式：一是对现有产品功能系统与用户需 要和产品定位之间的差异进行研究，即找出不足功能、不 必要的功能、过剩功能和必要但原有产品中缺乏的功能， 对原有功能系统进行改进，这是价值工程的传统方式，可 称为改进方式。二是按产品定位重新设计出新产品的完整 的、理想的功能系统，它是较新发展起来、应用前景更好 的方式，可称为创新方式，在产品重大改进、新产品开发、 新技术应用中十分重要。
第四章工业产品的全生命周期管理
现代制造企业环境的变化
大市场和大竞争； 产品生命周期缩短； 交货期成为主要竞争因素； 用户需求个性化, 多品种小批量生产 比例增大。
第四章工业产品的全生命周期管理
我国制造业的严峻形势
我国机械工业主导产品
90年代国际水平的占30% 80年代国际水平的占40% 2000多种主导产品的平均生命周期为10.5年是美国产品3.5倍 美国新产品贡献率已达到生产总值的52% 我国仅为5.9% 我国的技术来源主要依赖国外技术，企业技术创新能力低下
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2产品全生命周期的设计
全生命周期设计实际上是面向全生命周期所有环节、所有 方面的设计。产品的全生命周期包括产品的孕育期（产品 市场需求的形成、产品规划、设计）、生产期（材料选择 制备、产品制造、装配）、储运销售期（存储、包装、运 输、销售、安装调试）、服役期（产品运行、检修、待工） 和转化再生期（产品报废、零部件再用、废件的再生制造、 原材料回收再利用、废料降解处理等）的整个闭环周期。
第四章工业产品的全生命周期管理
设计在整个生产周期中所占的比重
设计开发
制造
开发设计工作的重要性
70 60 50 40 30 20 10
0 开发设计
生产准备与 加工
原材料与外 购件的采购
时间 百分比（%)
对成本的影响 所需的工时成本 管理和销售
第四章工业产品的全生命周期管理
将核心工作放在本企业
两头在内，中间在外
CIMS的主要特点是计算机化、信息化、智能化、集成优化，CIM 哲理和相关技术既可用于离散型制造业，也可用于流程和混合型 制造业；
CIM是生产力发展的必然结果；CIM不是排他的，如CIM与LP。
第四章工业产品的全生命周期管理
CIMS的集成
集成的内容
功能集成 组织集成 信息集成 过程集成
集成的范围
开发设计
制造
市场销售
第四章工业产品的全生命周期管理
成功企业的关键因素
上市时间 T
质量 Q
产品成本 C
服务 S
灵活性 Ｆ
环境
Ｅ
第四章工业产品的全生命周期管理
由于产品开发时，产品的性能及相关过程都要确定，为避免 和减少返工，在产品开发阶段必须全面考虑产品生命周期各 阶段的要求，为此出现了DFX技术，包括面向性能设计DFP （Design for Performance）、面向制造和装配的设计 DMFA(Design for manufacturing ability and assembly)、面 向测试设计（DFT）、面向环境的设计DFE (Design for Environment)、面向质量设计DFQ（Design for Qulity）、 面向成本设计DFC（Design for Cost）、面向服务和维修设 计DFS（Design for service）等。
个标准的内容进行分解，对实际情况进行分解，才能确保
产品的使用安全性。需要指出的是，安全是相对的，没有
绝对的安全，不同情况下产品的安全性会发生改变。因此
产品的安全性设计是尽最大可能提高产品的使用安全性而
不是保证产品的绝对安全。
第四章工业产品Leabharlann 全生命周期管理“快鱼”吃“慢鱼”
第四章工业产品的全生命周期管理
第四章工业产品的全生命周期管理
四、面向材料的设计 选择绿色材料是实现机电产品绿色制造的前提和关键 因素之一。 在全生命周期设计中，材料的选择应考虑的因素如下： （1）材料的产品性能 （2）材料的环保性能 （3）材料的加工性能 （4）材料的价格性能比
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.4 安全性设计
产品的安全性设计从策划阶段就应开始，通常包含符合产
品安全设计标准的要求。产品安全设计的标准包括以下内
容：产品的安全标准、产品的环境要求、产品的包装/标签
的要求、产品的专业标准的要求等。定义了产品的安全标
准的基础上，还要结合产品的实际情况(对环境的影响、使
用人群的定位等)，重视产品的各方面因素，并对产品的各
第四章工业产品的全生命周期管理
丰田汽车公司的并行工程系统
规划
车型设计 产品设计
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.2 面向制造与装配的设计
产品的设计应充分与各种制造工艺和制造技术相协调，才能 发挥各种制造技术的长处，方便制造并提高工效。 方便装配是全生命周期设计必须考虑的又一重要因素，就是 在产品设计过程中从产品的全生命周期考虑其制造、装配和 维护的工艺性问题，利用各种技术手段，充分考虑产品装配 环节及其相关的各种因素的影响，通过分析、评价、规划、 仿真等手段，在满足产品性能与功能的条件下改进产品装配 结构。
并行工程 产品数据管理 PDM 项目管理 快速原型技术 拟实制造 大规模定制生产
第四章工业产品的全生命周期管理
并行工程 (Concurrent Engineering，CE)
并行工程是集成地、并行地设计产品及其 相关的各种过程（包括制造过程和支持过 程）的系统方法。这种方法要求产品开发 人员在设计一开始就考虑产品整个生命周 期中从概念形成到产品报废处理的所有因 素，包括质量、成本、进度计划和用户要 求。
基本思想
• 企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理；
• 整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理
的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程
，而物流又是受信息流控制的。
第四章工业产品的全生命周期管理
“自动化孤岛”
第四章工业产品的全生命周期管理
1+1=2 ?
第四章工业产品的全生命周期管理
第四章工业产品的全生命周期管理
4.2.3面向环境的设计
面向环境的设计(DFE)也可以叫做绿色设计(Green Design)，这是一种在产品的整个设计过程中全面 考虑环境影响的技术。面向环境的设计的核心是指 在产品的整个设计过程中，包括产品设计材料的提 取、制造、加工、运输、使用到最终废弃的各个步 骤中对环境(包括自然生态环境、社会系统和人类 健康等因素)产生或者造成的一定的影响。
功能集成 组织集成
第四章工业产品的全生命周期管理
传统的组织结构
面向功能的组织结构
销售部门
技术部门
制造部门
第四章工业产品的全生命周期管理
现代的组织结构
面向过程的组织结构 Teamwork
第四章工业产品的全生命周期管理
CIMS的发展
企业间集成
过程集成
信息集成
第四章工业产品的全生命周期管理
离散制造业CIMS的关键技术
第四章工业产品的全生命周期管理
一、产品结构设计 产品的结构设计是后续设计的基础，结构设计的优劣，对绿色制造 有深刻的影响。具体通过以下一些方面进行优化： (1) 简化产品的结构，尽量避免可有可无的零件； (2) 采用功能多样化与复合化的零件以及简单的连接的方法，使整体 装置的零件数减少，减少资源消耗； (3) 合理地设计产品中零件、支撑、载荷的布置，确定适当的整体尺 寸，提高材料利用率； (4) 设计结构符合工艺性与加工性，减少加工过程中的材料损耗与能 量消耗； (5) 设计结构便于回收，实现资源的重复利用； (6) 设计结构便于维修，延长产品使用寿命。
现代制造系统的模式和哲理
成组技术 (相似性)
CIM (集成)
T
并行工程 (同步)
JIT (准确)
Q
智能制造系统 (智能)
C
敏捷制造 (灵活)
精益生产 (简化)
S
合理化工程 (重组、标准化)
F
业务过程重组BPR(重组)
E
第四章工业产品的全生命周期管理
现代集成制造技术
J. Harringtong 博士 Computer Integrated Manufacturing 计算机集成制造 CIM
将“自动化孤岛”集成在一起
第四章工业产品的全生命周期管理
将“自动化孤岛”集成在一起
第四章工业产品的全生命周期管理
产品形成过程 昨天-今天-明天
昨天 过程序列
产品规划 概念设计 详细设计 生产准备
今天 过程链
产品规划
概念设计 详细设计 生产准备
PDM
明天 过程流
产品规划
过程管理
概念设计 详细设计 生产准备
三、面向回收的设计(DFR) 产品报废与回收是产品生命周期中的重要阶段，产品回收性能的好 坏对于环境保护和资源再利用具有重大影响。合理的产品回收会产 生巨大的社会和经济效益，然而目前报废产品的回收重用率并不理 想，其中一个主要的原因就是产品设计没有考虑其废弃后的回收和 重用，如果能够在设计时将回收和重用作为设计因素，那么就可大 大提高报废产品的回收率，由此产生了面向回收的设计思想。将可 回收设计定义为：一种在产品设计过程中充分考虑产品零部件及材 料回收的可能性、回收价值的大小、回收处理方法、回收处理结构 工艺性等与回收有关的一系列问题，以达到零部件及材料资源和能 源的充分高效利用、环境污染最小的目标的设计思想和方法。