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产品设计与流程选择——制造业

'产品设计与流程选择——制造业'
主讲教师:石 凤波 Tel : 020-84114619E-mail : s_fengbo88@hotmail.comn 第一部分 绪 论n 第二部分 业务流程分析及工作设计 n 第三部分 产品设计与流程选择——制造业n 第四部分 产品设计与流程选择——服务业n 第五部分 质量管理n 第六部分 库存管理n 第七部分 供应链管理n 第八部分 项目管理n 考 试 2 第五章制造业的产品设计与流程选择 Product Design and Process Selection ----Manufacturing 管 理 主 题n 在激烈竞争的环境下,大多数的企 业都面临着产品生命周期越来越短 的压力。为了能够在同行业中保持 竞争力并能够占有市场份额。管理 者们必须集中资源,不断地开发出 新产品,快速而有效地导入市场。 4n 从高尔夫运动鞋等时尚品到电脑 等高新技术产品,通常新产品都 占企业销售额的大部分份额,因 此,无法成功地使新产品打入市 场最终会使企业失去市场份额。 失去获利能力。 5 §5.1 新产品开发过程n 随着产品的生命周期越来越短,企业要 想获得成功必须: (1) 不断地推出新产品概念; (2) 把这些新产品概念转化为顾客需要的 可靠的功能设计; (3) 保证这些功能设计的可生产性; (4) 选择与顾客需求相匹配的流程。 6一、新产品串行开发模式 新产品开发(New product development, NPD)流程需要涉及多个职能部门的参 与,营销部门、研发部门和运营部门都 起着至关重要的作用。同时、财务、会 计和信息系统部门等也对NPD流程起着 重要的支持作用。 7 营销与销售 产品开发 制造 新产品 需求 营销 概念 前期 研究 技 术 概 促销 念客户市场 响应 产品规范 产品 设计 流程 产品 客户 规划 生产 市场 客户 订单 销售 生产订单 图5.1 NPD流程中涉及的主要商业职能 8二、新产品并行开发模式n 为了缩短NPD流程的完成周期,现在都实 行并行工作方式,如图5.2所示。 营销与销售 产品开发 客户市场 制造 图5.2 NPD的并行开发模式 9n 这种实现各职能部门协调工作的开发模 式被称为并行工程(Concurrent engineering, CE),也称为并行设计(Concurrent design) 或同步工程(Simultaneous engineering)。n 团队可以为CE计划提供了最基本的综合 机制,它有三种常见的形式: 计划管理 团队、技术团队和若干个“设计——建 造”团队。 10三、产品开发绩效的评价n 产品开发绩效的评价指标有如下几个方 面:推出新产品的速度和频率、实际开 发过程的效率、实际引入市场产品的质 量(如表5.1所示)。n 综合起来说,时间、质量和生产率确定 了开发水平,且与其他活动——销售、 制造、广告、客户服务——共同决定了 项目的市场影响和获利性。 11 表5.1 开发项目绩效评价绩效指标 评价标准 对竞争力的影响引入市场 引入新产品的频率;从最 对顾客和竞争对手的 的时间 初概念到引入市场的时间;响应;设计质量—贴 项目开发数量和完成数量;近市场;项目频率— 新产品的销售份额 模型寿命开发效率 每个项目的技术时间;每 项目数量—产品系列 个项目的原材料和工具成 新颖性与宽度;项目 本;实际与计划对比 频率—开发的经济性 质量 结构—使用可靠性; 商誉—顾客忠诚度; 设计—性能与顾客满意; 对顾客的相对吸引力 产量—工厂与行业 —市场份额;获利性 —连续服务成本 12 §5.2 新产品的设计一、面向顾客的产品设计1、产品创意n NPD流程开始于产品创意,新产品创意 的来源有多种渠道。一种主要来源被称 为市场拉动型;另一个主要来源被称为 技术推动型。 132、概念产品开发n 现在的企业已意识到有必要在NPD各方 面都把顾客考虑进去,如设计、制造、 产品和服务的交付,而过去并非如此。3、质量功能展开n 质量功能展开(Quality function deployment, QFD)是一种将顾客需求转化为产品设计 标准的相当规范、准确的方法。这种方 法运用跨职能部门的团队方式来实行。 14n 顾客心声通常是指听取顾客对产品特性 的反馈信息。n 顾客需求属性是指通过市场调查,找到 顾客对产品的需求与偏好并加以分类。n 如汽车制造业欲改进车门的设计,通过 顾客调查和访问,发现各类重要的有关 车门的顾客需求属性是“汽车在坡道上 也能打开门”和“从外面关门很方便”。 15n 顾客的需求信息可用特定的矩阵形式表 示出来,此矩阵被称为质量屋(House of quality)矩阵(如图5.3所示)。n 通过构造—个质量屋矩阵,交叉职能的 QFD团队能够利用顾客反馈信息来进行 工程、营销和设计的决策。n 质量屋矩阵使得团队把顾客需求属性信 息转化为具体运营或技术设计的目标。 16 相 强相关 关 相关 性 × × 不程相度关 × × 竞争性评价 要 重 强不相关 × × 所 水 声 顾客 关 门 需 开 X=自己对 * 需 阻 刹 平 音 水 技术特征 车 密 车 能 门 窗 A(B)=竞争者A(B) 能 力 路 户 传 阻 门 封 量 所 (5分最优) 量 力 面 播 力顾客需求 1 2 3 4 5 易关 7 × AB 停在坡道仍保持打开状态 5 ×AB 易关 3 A ×B 不漏雨 3 × b b 1 1 × 无路面噪声 2 / / A B t t f f 5 5 权重 . 10 6 6 . 9 2 3 b 7 能 在 维 力 7 能 在 维 在 维 1 重要度 量 水 持 9 降 量 水 持 水 持 目标价值 减 平 现 至 减 平 现 平 现 至 至 强=9 中等=3 5 BA BA 小=1 技术评价 4 B × B B B×A × × ( 分制) 3 A A 5 2 × × A 1 图5.3 汽车门改进的完整的质量屋矩阵 17n 构造质量屋的第一步是列出顾客对产 品的要求,并按照重要性将这些要求 排序;第二步是请顾客将本公司的产 品与竞争者的产品进行比较,最后确 定开发产品的一系列与顾客的要求直 接相关的技术特征。n 对这些特征的评价应该是符合或不符 合顾客对产品的要求。 18二、面向可制造与可装配性设计n 把一个功能性的产品设计转化为可制造 的产品,产品设计师们必须考虑许多方 面。他们可以选择不同的方法和不同的 材料。n 面向可制造与可装配性设计(DFMA)还 要求把不可拆分的零部件数降到最低。 19n 最终设计阶段要拿出产品的全套工作图 纸和说明书。在这一阶段,产品基本定 型,紧接着就要开始进行工艺设计与流 程选择。n 最终设计阶段还要拿出产品详细设计说 明书。产品详细设计说明书是与产品生 产相关决策的基础,如物料的采购,设 备的选择、员工的分配以及生产设施的 规模及其布置。 20 §5.3 流程选择n 流程选择则是指选择何种生产工序的战 略决策。一、流程类型1、项目型(Project process)n 项目型通常是指单件产品的生产组织过 程,如电影的制作或摩天大楼的建造。n 项目型的优势是以其强大的柔性能充分 满足顾客定制化的需求。 21n 项目型通常运用互联网解决问题的方式 进行分析。n 项目型的可变成本相对而言非常高;反 过来说,固定成本可以忽略甚至不存在。n 项目型需要技能熟练的员工,因为他们 必须在最少的引导和监督下独立工作。 此外,针对不同的定制化工作员工需要 接受专门的培训。 222、离散加工型(Intermittent process)n 离散加工型还可以进一步细分为工艺专 业化生产与批量生产。Ø 工艺专业化生产是指多品种小批量产品 的生产组织过程。一幅画的限量仿制、 音乐会的组织等都是工艺专业化生产方 式的好例子。Ø 批量生产是指重复生产同一品种产品, 通常批量比较大,其实质上是标准的工 艺专业化生产。 233、流水线(Line-flowprocess)n 流水线也可以进一步细分为两种:装配线 生产方式与流程式生产。Ø 装配线生产方式是指按照一定速率,零部 件按装配顺序从一个工作地到另一个工作 地进行装配生产。如录像机等电子产品、 汽车、厨房用品等等。Ø 流程式生产是按照预先确定的步骤连续进 行产品的生产。石油精炼与化工企业正是 采用了流程式生产。 24二、产品——流程矩阵n 产品产出流程组织方式与产品结构性质 之间的匹配关系通常用海斯(Hayes)和惠 尔莱特(Wheelwright)提出的 产品——流 程矩阵(Product-process matrix,PPM)来 表示,如图5.4所示。 25 流程类型 产品结构;产品生命周期阶段(流程结构; I II III IV 流程生命 低标准化; 多品种; 主要产品品种 高标准化;商品 周期) 单件定制 小批量 少;中等批量 化产品;大批量 柔 单 I 高机会成本 性 件 电影制片厂 项目型 (高可变成本) 高 成 本 II 高 工艺专业 商业印刷厂 化生产 III 批量生产 快餐店 柔单 IV 装配线生产 自动装配线 性件 低成 本 V 高现金支付成本 石化企业 低 流程式生产 (高固定成本) 图5.4 产品——流程矩阵 26n 矩阵中的横坐标表示产品结构与产品生命 周期。随着产品生命周期的演变,市场需 求特性渐趋同一化,产品的产出量增加而 产品结构(水平方向)变窄。n 纵坐标表示流程结构与流程生命周期。随 着流程生命周期的发展,生产运营流程的 规模效应与学习效应逐渐凸现,自动化程 度很高的专用设备与标准物流(垂直方向) 变得经济可行。 27n 由矩阵的右上角演变到左下角往往是企 业匹配策略的“雷区”。n 处于右上角的企业对市场的变化反应很 慢。因此,如果企业又想在需要高产量、 低成本的行业中竞争,而运用的却是高 可变成本、定制化的项目型组织方式, 那么一定会使企业损失市场的机会成本 相当高(因为在项目型组织方式下的高 价会让顾客流失而另谋他所)。 28n 处于左下角的企业能够生产出比实际需 求还要多的产品。然而企业的现金支付 成本很高(因为固定成本过高,这与流 程式生产需要投入大型的资本密集型设 备密切相关)。n 如果把产品——流程矩阵拆分开来,如 图5.5所示,就比较容易理解其逻辑原理。 29 产品生命周期产品销售量 (a) 创意期 导入期 成长期 成熟期 衰退期 时间产品变化频率(设计、材料、 (b) 特征等) 产品变化 时间流程变化频率(工艺路线、技术、加工设 流程变化 (c)备、工具等) 时间 图5.5 产品与流程的生命周期 30n 图5.5(a)显示的是传统的产品生命周期曲 线,从产品创意(产品概念的产生)期 到产品衰退期。n 图5.5(b)显示的是产品生命周期的不同阶 段的产品变化频率。 Ø 从逻辑上说,大多数产品的变化产生于 正式投产开始前的那段产品生命初期, 也就是说项目型比较适合这一阶段。 31n 图5.5(c)所表示的是产出流程变化频率。Ø 在正式投产初期,产出流程变化频繁, 因为这一阶段需做出许多有关生产布局、 设备和工具等方面的调整改进。Ø 进入成熟期后,即开始全面生产时,产 品产出流程及产量都能保持稳定。Ø 但到了衰退期又要进行一些改动,主要 是为了适应产量的减少而采用不同的设 施设备。 32三、盈亏平衡分析n 选择流程或设备的标准方法是盈亏平衡分 析。一张盈亏平衡图实际上表示了基于不 同生产或销售数量的收益与损失。n 流程与设备的选择当然要依赖于预测的需 求量。当流程或设备占用了大量初始投资 和固定成本,并且可变成本与生产产品数 量比率合理时,采用这种方法最为适宜。 33例5.1 盈亏平衡分析 假定一个制造商获得某一机加工零部件, 有三种方案可以选择:以每件200美元的 价格购买(包括材料);在数控半自动车床 上加工,每件75美元(包括材料);在加工 中心加工,每件15美元(包括材料)。若采 用购买方式,固定资产损耗可以忽略不计; 半自动车床价值8万美元;加工中心的成 本为20万美元。 34每项选择的总成本为:购买成本=200美元×需求量;数控车床加工成本=80000美元+75美元 ×需求量;加工中心加工成本=200000美元+15美元 ×需求量。解:图5.6列示了每个工艺的盈亏平衡点。 35 成本 以200美元/件(千美元) 的价格购入 以15美元/件的成 300 300美元/件 ?C 本在加工中心制造 的收益 ? A 200 ? ? D 以75美元/件的成本 100 B 在半自动机床上制造 500 1000 1500 2000 2500 产品数量 图5.6 替代流程盈亏平衡图 36l 盈亏平衡点A的计算: 80000美元+75美元×需求量 =200000美元+15美元×需求量; 需求量(点A)=120000美元÷60美元/件 =2000件。l 盈亏平衡点B的计算: 200美元/件×需求量 =80000美元+75美元/件×需求量; 需求量(点B)=80000美元÷125美元/件 =640件。 37n 考虑收入因素,假定每件产品卖300美元, 收益(或损失)是收入与替代流程成本间的 差值。例如1000件时,最大收益是收入30 万美元(点C)和数控车床成本16万美元(点 D)间的差值。在这种需求量下,半自动化 车床是收益最大的备选方案。n 按成本最小化或收益最大化原则选择,最 优方案都是图线的最低部分:从原点至B, 到A,再到图5.6的右侧的这条折线。 38 §5.4 制造流程设计一、常用的设计工具n 制造流程的设计是重点考虑原材料、零 部件和半成品在工厂中移动的特定流程。 流程计划中最常用的生产管理工具有装 配图、装配程序图、加工路线单、装配 流程图。 39n 装配图是一种简单的组成产品各个部分 的零部件分解示意图;n 装配程序图利用装配图提供的信息确定 装配零部件的方法和装配顺序,它也经 常用于确定总的物流模式;n 加工路线单是用来详细描述某一零部件 的作业和流程路线,传递加工零部件所 需的设备、工具和完成作业的有关信息。 40n 装配流程图说明了当产品经过生产设备 时所发生的变化。n 回顾第三章所讲过的流程图;分析生产 运作的焦点应该是确认各种生产活动的 最小化与最优化。例如,把运输和储存 作为流程的一部分。通常而言,运输与 延迟的次数和在制品存储越少,则流程 越好。 41二、制造流程分析 回顾第三章,我们引入一个工序通常包 括:(1) 一系列任务;(2) 联接任务的物 流和信息流;(3) 物料、信息的存储。(1) 任务:工序中的每项活动在一定程度 上完成输入向期望输出的转换。 42(2) 流:工序中的流由物流与信息流构成。 物流指产品从一项任务到下一项任务的 转换。信息流帮助确定在前项工作中做 了多少转换,和当前任务究竟还剩下什 么需要完成。(3) 存储:当既无任务正在执行,又无零部 件转移时,零部件必须存储。等待下一 任务处理的存储物品常称为在制品。 43流程分析包括调整生产能力和均衡流程中的不同环节,用现有资源实现产出最大化或成本最小化。 44例5.2 制造流程分析n 假设一家公司为几家大型汽车厂提供部 件。这种部件由15名工人在生产线上进 行生产,他们每班工作8小时,生产线的 速率为每小时150件。n 以团体计件制支付工人工资,每件合格 的零部件报酬是30美分。工人均分报酬。 管理者若认为有必要,要再雇佣15名工 人,增加第二个班次。 45n 用于最后装配的零件有两个来源,铸造 部制造一种非常关键的零件,其余由外 部供应商提供。有11台机器能铸造部件 内的零件,但根据过去的经验,必须假 定任何既定时间内都有一台机器在进行 维修。 46n 每台机器需要一名全职操作工进行操作, 每小时可生产25个零件,每名操作工加 工每件合格品的报酬为20美分。加班则 增加50%的工资,即加工每个合格品的 工资为30美分。n 铸造工人数不固定,目前仅有6名工人从 事这项工作。另外4名可从公司内部挑选。 铸造每个零件的原材料成本是10美分。 47n 经过财务部的详细分析,制造每个零 件的电力成本为2美分。从外部供应商 购买每个零件的成本是每件30美分。n 整个生产场地租金为每周100美元。管 理人员、维修人员和办事员工资为每周 1000美元。财务部确定设备折旧费为每 周50美元。 48解: (1) 确定整个流程的生产能力(每周生产零 部件数量),并确定所有流程能力是否 均衡。Ø 铸造工序生产能力: 仅有6名工人从事铸造工作,每名工人都 是一台机器的专职操作员。故目前11台 机器中只有6台在运转。 49铸造生产能力=6台机器×25件/小时·台 ×8小时/天×5天/周 =6000件/周Ø 装配工序生产能力: 装配生产能力=150件/小时×8小时/天 ×5天/周 =6000件/周 因为两项任务的生产能力都是6000件/周, 所以它们是均衡的。 50(2) 如果铸造工序用10台机器而不是6台, 最终装配任务不变,整个流程的生产能 力是多少? 10台机器的铸造能力: 铸造能力=10台机器×25件/台·小时 ×8小时/天×5天/周 =10000件/周 51n 既然最终装配任务没有变化,装配流程 生产能力仍然保持在6000件/周,这样, 即使铸造工序的生产能力是10000件/周, 整个流程生产能力仍仅是6000件/周。因 为在长期运行的过程中,整体生产能力 不可能超过速度最慢的工序的作业能力。 52(3) 如果公司在装配任务中启动第二个8小 时的班次,新的生产能力多少? 装配任务的第二个班次: 装配能力=150件/小时×16小时/天 ×5天/周 =12000件/周 53n 这样,即使装配能力是12000件/周,整 个流程生产能力也仍然是10000件/周。 因此,我们可以看出,流程能力并不是 固定不变的,它取决于要素的可用性和 作业的顺序。事实上,它还取决于这里 未提到的其他一些因素。 54(4) 确定每件产出品的成本: (i) 当周产量为6000时,确定每件产出品 的成本(见表5.2); (ii) 当周产量10000件时,确定每件产出 品的成本(见表5.3)。 55 表5.2 周产量为6000时的单件成本 项目 计算 成本(美元)铸造原材料 0.10美元/件×6000= 600 外购零件 0.30美元/件×6000= 1800 电 0.02美元/件×6000= 120 铸造工人 0.20美元/件×6000= 1200 装配工人 0.30美元/件×6000= 1800 租金 100美元/周 100 管理费 1000美元/周 1000 折旧 50美元/周 50 总成本 6670 单位成本=每周总成本/每周生产件数 =6670/600
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