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2022年11月15日星期二第4章产品开发与生产技术准备4.1产品开发概述4.1.1新产品与产品开发4.1.1.1产品与新产品的概念现代产品的含义一般由实质产品、形式产品和延伸产品。实质产品：即构成产品概念最本质的部分，能够满

足用户的特定欲望和需要，如功能、利益等；形式产品：是指产品在市场上出现的物质实体外形，包括产品的品质、特征、造型、商标和包装等；延伸产品：是指产品在销售和服务过程中必须提供给顾客的一系列服务活动，包括运送、安装、使

用培训、维修等。所谓新产品，是指在结构、材质、工艺等一方面或几方面比老产品有明显改善，或采用新技术原理、新设计构思，从而显著提高产品性能或扩大使用功能的产品，也就是指在技术性能上和使用功能上有较大改变的产品。具体来说，

新产品应具备下列一个以上的特点：(1)具有新的原理、构思或设计；(2)采用了新材料，使产品的性能有较大幅度的提高；(3)产品的结构有了明显的改进；(4)扩大了产品的使用范围。新产品按其具备的新质程度

可分为以下几种：(1)全新产品。指在产品的工作原理、产品结构方面具有独创性，与老产品截然不同的产品。全新产品是科学技术上的新发明在生产上的新应用。(2)换代新产品。指产品的基本原理不变，部分地采用新技术、新材料、新元件

或新结构，从而使产品的功能、性能或经济指标有显著改变的产品。如计算机的基本运算原理没有变，但是已经更换了很多代了，其运行速度和处理能力大大提高，等等。(3)改进新产品。在同一代产品上添加或使用一些新技术，使产品在性能、结构、包装或款式花色等方面有所改进的产品。在以上三种

新产品中，换代新产品和改进新产品在市场上最为居多，也是企业进行新产品开发的重点。4.1.1.2产品开发的概念产品开发就是企业在开发新产品、改造老产品、采用新技术和改变生产组织时所进行的一系列技术活动。企业的研究开发分为产品开发（产品革新）、生产方法开发（工

艺革新）和生产手段开发（生产设备、设施革新）等。4.1.1.3研究与开发类别基础研究应用研究开发研究概念定义性质没有特定商业目的，以创新探索知识为目标的研究。运用基础研究成果和有关知识为创造新产品、新方法、新技术、新材料的技术基础所进行的研究利用基础研究

、应用研究成果和现有知识为创造新产品、新方法、新技术、新材料，以生产产品或完成工程任务而进行的技术研究活动典型事例说明1.法拉第发现电磁感应原理（发电原理）2.麦克斯韦提出电磁波理论1.西门子制成励磁电机,可以发电,原尚不能应用2.赫兹发现

电磁波,制成电磁波发生装置,使无线电通信成为可能1.爱迪生制成电机,建成电厂,建立电力技术体系,迎来电世界2.波波夫与马可尼进行无线电通信获得成功,实现跨越大洋的无线电通信,迎来电信时代4.1.2产品开发决策产品开发的

主要过程和内容如图4-1所示•图4-1产品开发的主要内容1.调查与预测分析产品开发的调查研究与预测分析包括市场和技术两个方面。2.产品开发的构思创意及其筛选新产品开发的构思创意主要来自以下4个方面：（1）研发人员。（2）用户。（3）本企业职工。（4）竞争者。•图4-2产

品构思创意至开发方案形成的过程•产品开发决策-13.产品寿命周期分析•0•销售额•时间•引入期•成长期•成熟期•衰退期•销售收入曲线•利润曲线•图4-3产品寿命周期曲线•产品开发决策-2•图4-4延长产品寿命周期的途径•产品开

发决策-3•产品开发决策-4•1、策略•领先型策略•追随型策略•2、产品开发的方式•独立开发•技术引进•独立开发与技术引进结合•联合开发•委托开发•仿制与逆向工程奇瑞QQ通用Spark：狭路相逢谁能胜•Spark•Matiz•QQ4.

2产品设计4.2.1产品设计的重要性产品设计是指从确定产品设计任务开始，到确定产品的具体结构为止的一系列技术工作和管理活动。由于产品设计阶段要全面确定整个产品的具体结构和规格，从而也就确定了生产该产品的整个生产系统的构成，甚至售后的维修服务工作的构成和报废

后的处理工作构成。所以，产品的设计阶段决定了产品的前途和命运，一旦设计出了错误或设计不合理，将导致产品的先天不足，工艺和生产上的一切努力都将无济于事。产品设计的重要性具体体现在以下几个方面：第一，产品的性能、机能，主要取决于设计阶段。第二，产品成本的

主要责任在于设计阶段。一项研究表明，产品成本的80%取决于设计开发部门和生产技术部门。•图4-4设计开发中的产品成本责任第三，产品设计影响产品的制造工艺性。在规定的产量规模条件下，能采用经济的加工方法，制造出合乎质量要求的产品，通常称为产品结构的工艺性

。第四，设计阶段对控制产品质量有重要的意义。因为在设计阶段将具体确定产品及其零部件的各种技术参数，如材料型号、公差、配合精度、表面粗糙度等，这些技术参数的设置不仅影响产品的性能、加工工艺性，还影响产品加工质量的保证程度和使用过程中的可靠度。4.2.2产品设计的原则•（1）设计

创新性的产品（服务）。•（2）设计可制造性（Manufacturability）强的产品。•（3）设计可靠性强的产品（服务）。•（4）设计绿色产品。标准化程度——维修性（MRO）4.2.3产品设计的内容和程序（1）编制技术任务

书。（2）方案设计。（3）技术设计。（4）工作图设计。4.2.4.1价值工程价值工程（valueengineering，VE）是一种以提高产品附加价值为目的的定量分析方法，是一种现代管理技术。价值工程运用集体的智慧和有组织的活动，通过对产品（

或服务）进行功能成本分析，用最低的寿命周期成本，实现必要的功能。在新产品设计中应用价值工程的目的，是要设计出既能保证所需的特定功能，又能降低产品寿命周期成本的新产品。•4.2.4产品设计中的应用技术4.2.4.2成组技术成组技术（GroupTechnol

ogy，GT），是一种利用零件的相似性原理来组织零件的设计、生产的方法。从设计属性和工艺属性考虑，许多零件具有相似性，将相似零件归并为一族（组），就可以采用相同或相近的设计和工艺组织方法，从而减少重复工作，节省时间，提高效率。成组技术涉及企业

的产品设计、标准化、制造工艺、生产组织、计划管理、劳动定额、投资规划、设备选择和布置等许多方面。其基本内容包括以下几个方面：（1）对企业生产的所有零件，按照几何形状、尺寸大小、加工方法、精度和光洁度的要求，以及毛坯种类的相似性，进行分类编码并划分零件组。（2）零件组编制成组工艺规程，设计

制造成组工艺装备。（3）根据零件的划分情况，建立成组生产单元和成组流水线。（4）按照成组技术的分类编码进行产品设计与零件选择。•图4-5按成组技术进行零部件设计的过程4.2.4.3稳健性设计稳健设计（RobustDesign），通过产品的系统设计、参数设计和容

差设计三个阶段来提高质量的稳健性。稳健设计通过对所开发产品的分析，找出影响产品质量及其稳定性的主要因素，用先进的试验设计技术对产品开发研究所需进行的试验进行规划，通过试验或计算机模拟计算，来考察波动情况下各种不同配方或工艺参

数组合时的产品质量及其稳定性。用科学方法分析数据，找出主要因素及其对产品质量的影响规律，再对产品配方或工艺参数进行调整或优化，最后找出使产品的平均质量、稳定性、产品成本均令人满意的产品配方或工艺参数。4.2.4.4标准化设计标准化是

国家在产品设计方面的重要法规，要求产品设计贯彻“三化”(标准化，系列化，通用化)原则。标准化可以减少设计工作量，促进设计合理化。标准化基本原则是：统一、简化、最优。零部件的标准化是在不同类型、不同规格

的各种机器中，将相同的零部件加以标准化，并按尺寸不同加以系列化，设计者无须重复设计，可直接从有关于手册标准中选用。4.2.4.5模块化设计模块可以被定义为一组具有同一功能和接合要素(指连接方式和连接部分的结构、尺寸、配合等)

的，但性能、规格或结构不同的可以互换的单元。模块化设计可以定义为：在对产品进行功能分析的基础上，划分出一系列通用的功能模块，然后根据用户的要求，对这些模块进行选择组合，就可以构成不同功能或功能相同但性能不同、规格不同的产品。4.2.4.6

.延迟差异化设计延迟差异化设计就是在设计产品和生产工艺时，将流程中形成多个产品的差异点尽可能向后延迟的一种设计技术。在这种技术下，生产产品或服务的程序直到了解到顾客的最终订单后才全部完成。4.2.4.7.计算机辅助设计计算机

辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）广泛用于机械、电子、电气、建筑、纺织等领域的产品设计和开发之中。计算机辅助设计涉及的范围很广，如概念设计、优化设计、计算机辅助绘图、工艺规划

、设计过程管理等。4.2.4.8.DFX设计方法•指适合于企业特点的设计。相关概念有：•DFM——面向制造的设计•DFA——面向装配的设计•DFD——面向可拆装的设计；•DFR——面向循环使用的设计；•DFT——面向测试的设计；•DFQ——面向质量检验的设计；4.2.4.9.拟

实产品开发拟实产品开发（Virtual-RealityProductDevelopment,VPD）是指以数字化方式在计算机上完成包含产品设计、分析、实验和测试各环节的开发过程，从而在实际原型制造出来之前就能对产品的各方面进行评价，减少了对物理模型的依赖，加速了设计

进程。•虚拟现实（VirtualReality，VR）技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。•虚拟现实系统就是要利用各种先进

的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。•过去美国的制造业在本土。美国是令人羡慕的创新者、无可辩驳的世界经济领导者，制造业引擎带来了进步，创造了稳定的、高收入的中产阶层和繁荣的经济。由于美国对制造

业的忽视（事实上，完全是敌视），美国正处于丧失这一切的边缘。•利伟诚在《美国制造》中用具有说服力的事实说明，本土制造业对整个美国经济的长远健康至关重要。他及时为重振美国制造业基础敲响了警钟，用来自全球的生动事例阐明了：•制造业的重要性超过以往任何时期。不是所有的部门都同等重要。一定程度上制

造业能创造服务业无法匹敌的就业、财富和增长。经济增长的关键是投入一笔较小的财富，并把它转化为一笔更大的财富。这正是制造业能够带来的。4.3工艺设计4.3.1工艺设计的重要性工艺设计是指根据产品设计要求，设计或规划出从原材料到产成品所需要的一系列加工过程、加工方法、材料消耗和工时消耗、

设备和工艺装备需求等技术文件。4.3.2工艺设计的内容和程序1.产品图样的工艺分析和审查对产品图样进行工艺性的分析与审查，是从工艺角度检查结构的合理性和经济性，以便使所设计的产品能制造、好制造，并符合本企业制造条件，力求达到最好经济效益。2.拟定工艺方案工艺方案是工艺设计的指导文件

，是工艺准备工作的总纲。工艺方案的内容一般包括：规定工艺制定的原则；规定新产品试制及过渡到成批或大量生产时应达到的生产指标，包括质量、生产率、材料利用率等方面的目标要求；规定工艺装备的设计原则及工艺装备

系数；确定工艺关键的解决方案和试验研究问题；确定工艺路线安排及生产组织形式；对工艺方案做经济效益分析。3.制定工艺文件，编制工艺规程工艺文件包括：工艺路线表（或车间分工明细表）、工艺规程、工艺程序图、工艺装备图、工时定额及原材料消耗定额等。工艺路线：

产品或零件要经过的车间或部门。工艺过程卡：一件一卡，列出零件的全部工序及其顺序；例如铸工、冷作、热处理、机械加工、装配等。工艺卡：零件在一个工艺阶段的全部工序及其顺序；工序卡：一序一卡，列出工序内部的全部工步及其加工参数等。大量生产的全部

零件、成批生产的重要零件均需编制工序卡片，在单件小批生产中，只对特别重要的工序编制工序卡片。机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页材料牌号毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数备注工序号工序名称工序内容车间工段设备

工艺装备工时准终单件描图描校底图号装订号设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期•表4-1工艺过程卡片机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称零件名称共页第页车间工

序号工序名称材料牌号毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制造件数每台件数设备名称设备型号设备编号同时加工件数夹具编号夹具名称切削液工位器具编号工位器具名称工序工时准终单件描图工步号工步内容工艺装备主轴转速r/min切削速度m/min进给量mm/r切

削深度mm进给次数工步工时机动辅助描校底图号装订号设计（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期•表4-2机械加工工序卡片（4）工艺守则。它规定了操作的要

领及其注意事项，它一般是根据同类工艺操作制定的，不受工厂具体条件限制，通常只对关键工序制定工艺守则。•表4-3工艺规程卡片编制的一般情况工艺文件产品生产类型单件小批成批大批大量过程卡○○⊙○工艺卡—△○工序卡—▽△○•说明：○表示全部零件都编制；△表示重要和复杂的零件需编制；▽表示最重

要和复杂的零件需编制；⊙表示只编简单零件。4.工艺装备的设计与制造工艺装备是工具、夹具、量具、刀具、模具和工位器具等的总称，简称工装。工装分通用和专用两类，通用工装可用来加工不同的产品，专用工装只能用于特定的产品。工装设计和制造是新产品开发中工作

量最大、周期最长的阶段。4.3.3工艺设计中的先进思想和方法1.成组工艺成组工艺是把分布在不同或相同产品中的零件，按其特征（包括结构特征、工艺特征及管理特征等）的相似性，归类成一个个零件族（组），按零件组设计工艺过程，这样就扩大了批量（成

组批量），以便采用高效率的生产方法，为多品种、小批量生产提高经济效益开辟了一条途径。零件分组后，为零件组所设计的综合工艺，就是该零件组的成组工艺。2.典型工艺最早的工艺设计标准化思想是典型工艺，其原理是以结构特征进行分

类的基础上，将结构形状、尺寸和精度等分类标志相同的零件构成典型零件，然后为每一类典型零件编制一套通用的工艺规程3.计算机辅助工艺过程规划计算机辅助工艺过程规划（ComputerAidedProcessP

lanning,CAPP）是连接计算机辅助设计（CAD）与计算机辅助制造（CAM）的桥梁。同时，CAPP系统的输出结果也是管理信息系统（MIS）的重要信息来源和生产计划与调度部门的重要依据。CAPP是企业信息集成中的一个重要

环节。在设计方法上，CAPP经历了检索式、派生式和创成式等主要模式。由于创成法至今仍不成熟，因而出现许多半创成式系统，这类系统显得比较实用。DELMIA(DigitalEnterpriseLeanManufacturingInteractiveApplic

ation4.工艺知识管理对于制造企业来讲，知识中最为重要的当属工艺知识。工艺知识就是在企业产品的设计、生产准备、制造和经营管理活动中，贯穿产品全生命周期的与工艺有关的事实、规则、诀窍、各种经验等。4.3.4材料消耗定额1.材料消耗定额的组成材料消耗定额是指在一定的

生产和技术条件下，生产单位产品或完成单位工作量所必须消耗材料的数量和质量标准。机械产品或零件的材料消耗定额通常是由各种消耗和损耗构成。消耗：是指在产品的制造过程中，材料有效利用的部分；损耗：是指在产品制造过程中损失

的部分。损耗一般分为工艺性损耗和非工艺性损耗。2.材料消耗定额的制定工艺消耗定额（工艺定额W）是指产品净重与工艺性消耗量之和。W=W有效+W工艺3.不同毛坯种类的材料消耗定额的制定主要原材料消耗定额是按毛坯的种类分别计算的。常见的毛坯种

类有以下几种：型材、棒材材料、板材材料、锻件材料、铸件材料等。4.4新产品的试制与鉴定4.4.1新产品试制新产品试制一般分为样品试制和小批试制两个阶段。样品试制的主要目的是：检验产品结构、性能及主要工艺，验证和修正设计图样、结构工艺性，根据暴露的问题修改图样和技术文件。小批试制的目的是：考验

产品的结构、工艺，验证全部工艺文件和全部工作，并对涉及图样再一次进行审查与修改。4.4.2新产品鉴定样品鉴定的主要内容包括：（1）检查产品设计的完整及样品是否符合标准的技术任务书。（2）检查样品精度是否符合精度标准。（3）检查外观质

量。（4）检查零件的制造质量，装配质量，磨损情况和材料选用情况。（5）检查空运转试验和负荷试验情况。（6）对样品的结构、性能、工艺性、可靠性（包括安全和寿命）、经济合理性等做出总评价。（7）对样品的优缺点做出总评价。4.5服务设计4.5.1服务设计概述服务系统设计与制造业存在如下的差别：(

1)在服务系统中，服务的过程本身是作为产品出现的，而制造业并非如此。(2)服务不受到知识产权法保护。(3)一般说来，服务必须获得提供某些服务的资质。(4)由于服务业组织的投入资金小，设施占用少，受顾客需求影响比较大。(5)许多服务业组织提供服务的时间很长，有些甚

至是全天的。（6）服务是可变的。4.5.2服务系统及其设计4.5.2.1服务系统的分类将服务创造过程中与顾客接触的程度作为服务系统分类的标志：(1)高接触度服务系统:音乐会、银行、戏剧(2)低接触度服务系统：广播、电影、自动柜员机(3)混合型服务系统4.5.2.2服务系统

设计的指导原则(1)服务系统的一致性。(2)服务系统的便利性。(3)服务系统的稳定性。(4)服务系统的结构化。4.5.2.3服务系统设计矩阵•图4-11服务系统矩阵4.5.3服务蓝图的设计1.服务蓝图的概念服务系统是

指服务组织向顾客提供服务的整个过程和完成这个过程所需要的组合方式。服务蓝图就是以简洁明确的方式将服务理念和设计思路转化为服务系统的图示方法。2.服务蓝图的绘制服务必须将“流程”与“结构”联系起来考虑，同时也应将顾客的参与和服务

提供的系统结合起来。服务的“流程”是由水平方向上的从左至右按时间先后顺序排列起来的行为框表示，服务的“结构”在蓝图的垂直方向上表示出来。蓝图的结构层次刚好是传统组织机构图的倒置，一线员工在上，而管理者在下。•图4-12某汽车修理厂的服务蓝图

在服务接触层，有一条“相互影响线”将顾客的行为和一线服务员的服务行为联系起来。—条“可视部分线”将服务系统的前台和后台分开。“内部相互影响线”将服务系统的后台和组织内的其他支持性功能部门分开。

“管理实施线”将管理职能活动与业务活动区分开来。服务蓝图生动详细地向服务组织展示了服务是如何组成的，有多少人多少部门参与到服务提供的活动中来。4.6产品开发的组织管理4.6.1产品开发组织模式4.6.1.1传统的产品开发组织模式（1）手工作坊模式。（2）部门制模式。（3）矩阵式

组织模式。4.6.1.2项目式的组织方式项目管理就是以项目为对象的系统管理方法，通过一个临时性的专门的柔性组织，对项目进行高效率的计划、组织、指导和控制，以实现项目全过程的动态管理和项目目标的综合协调与优化。4.6.1.3并行工程并行工程是对产品及其相关的各种过

程（包括制造过程、服务过程、维修过程等支持过程）进行并行地、集成地设计的一种系统工程方法。并行工程的本质特征是在任务开始进行的早期规划（规划设计阶段）时就要考虑到任务全生命周期内可能出现的各种问题。并行工程强调系统集

成和整体优化，使得产品开发一次成功，避免反复多次。并行工程作为一种哲理和工作模式，其特点是：（1）分布式的组织结构，将组织结构从层次式转变为平面式。（2）集成化的产品设计、制造、经销过程。（3）强调人的作用的管理体制。4.6.2产品数据管理/产

品生命周期管理PDM/PLM是一个管理产品信息和所有与产品有关的过程信息的系统。它提供产品全生命周期的信息管理。可为产品设计、制造、销售、售后服务、回收再利用等全生命周期建立一个并行化的产品开发协作环境，是支持企业重构、并行工程、虚拟制造、计算机集成制造系统的主要技术之一。企业信息化系统总

体框架PDM的基本功能：1、产品电子文档管理以电子仓库方式2、产品结构与配置产品在不同阶段的视图3、过程管理产品设计和更改流程管理4、产品开发项目管理等……4.6.2.3产品生命周期管理随着并行工程提出，PLM研究开始从经济管理领域扩展到工程领域，提出了覆盖产

品需求分析、概念设计、详细设计、制造、销售服务直至产品回收全过程的产品全生命周期概念。一般认为PLM是一项企业信息化战略，是一种管理模式，它从生命周期的角度来控制产品。4.6.3产品开发的计划与控制产品开发计划包括产品开发的长远规划、中期计划、年度计划和生

产技术准备计划等。产品开发计划的内容包括：计划目标、计划依据、计划措施、开发方式和计划进度等。生产技术准备计划的种类有以下三种：（1）年度生产技术准备综合计划。（2）产品生产技术准备计划。（3）科室年度生产技术准备计划。