第3章+产品设计和技术选择

N
图4-5
产品结构设计过程图
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三、工艺设计过程
n 工艺设计是指按产品设计要求，安排或规
工成产品所需要的一系列 艺装备需求等的说明。 另一方法作为生产的依据。
n 作用：
划出从原材料加 加工过程、工时消耗、设备和工
n 工艺过程的结果一方面反馈给产品设计用 以改进产品设计；
– 确定制造工艺及相应的后勤支持活动。 – 设计加工产品所需加工步骤、方法和设备、工具 – 是结构设计过程和制造过程之间的桥梁。
制造过程中生产率的70%-80%是在设计和工艺阶段决定的。
所有质量问题的40%可以归因于低劣的设计和工艺。
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பைடு நூலகம் 结论：
• 企业的技术活动影响着产品的成本、质量和制造的效率。尤 其产品设计和工艺设计在产品开发中作用重大，它几乎占用 了60%的开发时间，决定了70%的成本。
• 因此，根据管理学中的 ABC 分类思想，企业技术活动，尤其 是企业的产品设计和工艺设计是企业快速响应客户要求的瓶 颈，是提高企业竞争力的关键。




可持续发展的要求 环境保护问题、政策法规约束、社会效益
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二、新产品/服务开发的重要性

有利于增强企业市场竞争力 赢得竞争保证、决定产品竞争力重要因素
有利于扩大市场份额 新产品推迟2-3个月，丧失50%-75%销售额 适应个性化定制生产的需要 产品开发能力支持个性化定制的有效实施 产品更新换代需要 产品生命周期缩短，研发设计影响成本、质量和制造效率
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双环CEO——宝马X5
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飞碟UFO——丰田RAV4
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二、结构设计过程
对不同企业有不同内容：
（1）制造型企业：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。 （2）服务型企业：服务内容和服务过程设计。
产品结构设计阶段决定了产品或服务的特征、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
• 了解：
– 新产品开发背景特征及面临的压力 – 串行产品设计方法和并行产品设计方法的区别 – 生产流程设计的主要影响因素
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第一节 引言
• 经济发展、技术进步和需求多样化 ，要求企业能对不断变 化的市场做出快速反应，源源不断地开发出满足用户需求的 、定制的“个性化产品”去占领市场以赢得竞争，市场竞争 也主要围绕新产品的竞争而展开。
创 新 低，功能、性能、 中 等 ， 产 品 性 能 有 最高 程度 质量、外观上有一 重大突破 定改进提高 生 产 稍微改变生产制造 需 引 进 新 技 术 ， 采 对 产 品 设 计 和 生 产 变动 流程 用新设备 流程进行重大改动 作用 改进和延伸产品线， 扩宽产品族，延长 成功推向市场将成 在短期内保持市场 生 命 周 期 ， 保 持 市 为 核 心 优 势 业 务 ， 份额 场和利润增长 带来高额回报
（２）目标基础研究。是指为取得特定的应用、用途所需的新知识或 新规律而运用基础研究的方法所进行的研究。
２ . 应用研究。也称产业化研究，是将基础理论研究中开发的新知识、 新理论应用于具体领域。 3.技术开发研究。又叫企业化研究，是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。
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新产品开发面临的压力
• 新产品开发面临着费用高、成功率低、风险大、回报下降 等压力 。 • 格雷格 A. 史蒂文斯（Greg A. Stevens）和詹姆斯·伯利 （James Burley）调查统计后提出：3 000个新产品的原始 想法，只有1个能成功。 • 阿尔巴拉（ Albala ）在总结以往研究的基础上，指出新产 品开发的死亡率为98.2%。初期项目中只有2%可以进入市场
产品规格 干预指令 工艺计划
中间结果
干预指令
协调
协调
协调结果
协调结果
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图4－4 产品设计过程描述
一、产品构思
产 品 开 发 过 程
构
开始
来源于
•对市场需求的分析 •技术的推动 •竞争对手的产品和服务
思
来源于
R&D
图4－5
产品构思来源图
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比亚迪F3——丰田花冠
21
双环小贵族——奔驰smart
制。
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4.设计工艺装备
• 工艺装备：
– 按工艺规程制造产品所需的各种工具、夹具、卡具、模具、
量具等的总称。
• 按使用范围分为标准的和专用。 – 标准工艺装备：适用于制造各种产品，可订购；
– 专用工艺装备：适用于一定产品，需自制，需一系列的生产
技术准备；
• 推行产品三化：通用化、系列化、组合化
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个阶段。
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结构设计过程——三个阶段

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、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。
3
章节内容
第一节 引言
第二节 产品设计与开发阶段
第三节 生产流程设计与选择
第四节 并行工程：产品开发组织的新方法
第五节 计算机技术辅助产品设计
案例
4
本章要点
• 掌握： – 产品设计和工艺设计的过程及基本内容 – 并行工程的含义和基本思想 – 生产流程分类和产品—流程矩阵 • 理解： – 典型的R ＆ D类型及其特征 – 新产品的类型
• 材料选择是否合适、经济、标准规格
• 精度、光洁度及技术要求是否合适 • 是否适合本企业生产设备，便于高效率加工
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2.拟定工艺方案
• 同一零件有不同的加工方法； • 据各项技术经济指标确定工艺路线，评价工艺效果 • 关键问题：
– 制造过程中会存在哪些问题； – 关键件用什么方法、设备加工； – 工艺装备系数的确定： • 为制造某种产品而设计的专用工艺装备的种类与所制造产品的



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二、新产品/服务开发的重要性（续1）
产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成
成本的决定因素
70%
实际成本消耗
36% 20%
40% 18%
6%
7%
3%
设计阶段
制造阶段
材料采购
其他阶段
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二、新产品/服务开发的重要性（续2）
不同产品阶段改变设计对成本的影响
改变设 计引起 的成本
新产品开发阶段 概念设计 设计开发 设计使用 制造装配
专用零件种类之比。
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3.编制工艺规程
• 工艺规程的内容
– 产品及各个部分的制造方法与顺序、设备的选择、切削用量
的选择、工艺装备的确定、劳动量及工作等级的确定，设备 的调整方法、产品装配与零件加工的技术条件
• 工艺规程的形式
– 工艺路线卡（工艺过程卡）： • 零件经过的车间、工序的名称，使用的设备和工艺装备等； • 车间分工、生产调度的工具；
自由度大,没有严格的指 弹性,有战略方向,期限较长 标和期限 政府部门和科技界 政府部门和科技界
硬性,有明确目标,较短期限 企业
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新产品的分类
• 按产品的新颖程度可分为三类
– 改进型产品
– 换代产品
– 创新产品
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新产品分类 改进型产品 特点 对老产品的改进 换代产品 创新产品
基本原理不变，部 采用学技术的新发 分采用新技术 明所开发出的产品
第二篇
生产运作系统的设计
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生产运作系统设计
概念生成
运作网络设计
概念筛选
原始设计 评价改进
原型化与最终 设计
工艺技术 工作设计
布置与流 程
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第三章
产品/服务设计和技术选择
引导案例：新激光打印机推迟上市
• 一家国际知名的激光打印机设计制造公司生产的激光打印机
的产品生命周期约为16个月。有一次因研发数据管理的混乱 及遗失，某一新款打印机比预计晚上市了 4个月，结果整个 生命周期缩短为12个月（因为竞争对手在预期时间内推出更 新的产品），总销货收入比预期减少少了 33%，并影响了该 产品线年度收入及利润目标的达成。
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工艺过程设计——程序和内容

产品图纸的工艺分析和审查 拟订工艺方案
编制工艺规程
工艺装备的设计与制造
零件图
决定加工毛坯 （材料和尺寸）
选择机床
制定加 工工艺
选定加工条件
计算加工时间
选择工装
决定加工工序 内的操作顺序
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图4-6 工艺过程设计的内容
1.产品图纸的工艺分析和审查
• 产品结构的继承性、工艺性、标准化程度 • 工艺基准面选择是否方便、可靠
第二节 产品设计与开发阶段
产品开发过程
产品设计过程包括新产品的需求分析、产品构思、结构 设计过程（总体设计、技术设计、详细设计），工艺设计 过程。
装配23% 制造22% 设计时间55%
产品开发时间100%
产品开发时间构成示意图
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产品开发过程
输 入
中间结果
中间结果
需求分析
产品功能
结构设计 工艺设计
麦当劳的新产品
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麦当劳的结构设计
• 肉饼的原料必须由83％的肩肉与17％的五花肉混制而成； • 面包的规格在 17 厘米（指直径），面包中的气泡全部为 5 厘 米；
• 汉堡包从制作到出炉必须有5秒钟；
• 一个汉堡包净重1.8盎司，其中洋葱的重量为0.25盎司； • 产品制作超过一定的期限（其中汉堡包出炉后的时限为12分 钟，薯条炸好后是7分钟），一律不准再卖给顾客； • 汉堡包饼面上若有人工手压的轻微凹痕，必须丢弃； • 与汉堡包一起卖出的 可口可乐必须是4℃。
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• 新产品失败可归纳为三个关键原因：
（1）没有潜在的用户和需求
（2）新产品与当前的需求不匹配 （3）营销工作不得力
• 新产品开发的动力：
（1）技术推动 （2）市场牵引 （3）同行竞争
• 了解和确定人们的需求，将这种需求用技术实现，提高产品 在研究与开发过程中的管理水平，是新产品开发的关键。
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四、产品设计的原则和绩效评价
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）
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产品开发绩效评价指标
绩效指标 上市时间 度量
•新产品引入频率 •从新产品构思到上市的时间 •构思数量和最终成功数量 •实际效果与计划效果的差异 •来自新产品的销售比例

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。
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开始 市场需求分析 资料和图形库
总体设计
初步设计 原型产品 三维几何造型
Y
原型修改 N 结构设计 评估决策 Y 工作图设计 有限元设计 优化设计 计算机绘图 CAD
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3.编制工艺规程（续）
• 工艺规程的形式
– 工艺卡（零件卡） • 各工序所用设备、工艺装备、切削用量、工时定额及材料规
格；
• 指导车间生产活动。 – 操作卡（工序卡） • 各工序详细操作方法、技术要求和注意事项； • 指导工人操作。
– 工艺守则（操作规程）
• 对重点和关键工序制定； • 同类工艺的操作要领和基本注意事项，不受工厂具体条件限
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三、现代企业的研究与开发
研究与开发（Research and Development，简称R&D），是指企 业所做的新产品和产品生产技术的研究和开发。
• 研究与开发的三种类型
1.基础研究。进行的是探索新的规律、创建基础性知识的工作。
（１）纯基础研究。是以探索新的自然规律、创造学术性知识为使命， 与特定的应用、用途无关。
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研究与开发的分类和特征
基础研究 目的 性质 内容 成果 成功 经费 人员 寻求真理,扩广知识 探求发现新事物,新规律 发现新事物,新现象 论文 成功率低 较少 理论水平高, 基础雄厚的科学家 管理 原则 计划 关注 对象 尊重科学家意见,支持 个人成果,采用同行评议 应用研究 探讨新知识应用的可能性 发明新事物 探求基础研究应用的可能 性 论文或专利 成功率较高 费用较大,控制松 创造能力强, 应用能力强的发明家 尊重集体意见,支持研究组 织在适当事作出评价 技术开发 将研究成果应用于生产实践 完成新产品,新工艺,使之实用化,商 品化 运用基础研究,应用研究成果从事 产品设计,产品试制,工艺改进 专利设计书,图纸,样品 成功率大 费用大,控制严 知识和经验丰富, 动手能力强的技术专家 尊重和支持团体合作
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一、21世纪企业产品/服务设计的背景特征

新产品/服务开发是企业竞争的战略需要 产品寿命周期缩短、市场快速响应要求、顾客定制化需求
技术进步越来越快 新技术迅速应用、产品更新换代加速、获得成本时间优势 用户需求呈现出多样化、个性化特点 需求结构向高层次发展、不确定性增多、用户设计 产品研制开发的难度越来越大 资金利用率和投入产出比低、多学科交叉