1、 1 目录 1.说明现代产品设计在产品开发中的地位； . 1 2.说明现代机电产品的文化特点，并举例； . 2 3.现代产品设计中的数字化与并行化特征； . 4 4.说明精益生产系统的特点和关键技术； . 4 5.分析现代设计技术与制造技术的关联性； . 9 6.说明产品系统化设计方法中的“技术过程”与“技术系统”的内涵和关联性； . 11 7.阐述产品设计中 的 “功能分析法 ”，并结合实例表述其应用过程； . 13 8.简述创造技法中的 5w2h 法（提问法中的）和相似原理（针对类比法）的具体思路、方法，并举例； . 14 9.简述基于生命科学的产品创新原理，并说明 12 中具体方法； .
2、 15 10.说明新产品的“攻势战略”和“守势战略”的内涵与方法； . 15 11.说明新产品开发中的“ 阶段 门 ”方法及其应用； . 16 12.说明机械产品可靠性设计的特征、意义，以及可靠性指标； . 17 13.说明 可靠设计中 “系统可 靠性 ”分配的作用与方法； . 18 14.说明面向新产品开发的 企业技术开发能力及其评定问题。 . 20 2 1.说明现代产品设计在产品开发中的地位； 随着现代社会经济的飞速发展，科技的高速进步，人们的生活不仅在物质上有了很大的提高，在精神上也有了明显的改善。为满足人们的物质文化需求，丰富多样的工业产品日益增多。现代产品设计在产品开发过程中不仅要满
3、 足人们正常物质生活的需要，同时更加注重对人们精神层面的关怀，更加注重人与产品的互动与交流，倡导以用户为中心的设计，呈现出智能化、人性化的发展趋势。 现代产品设计是商业化竞争的必然产物 , 虽然它的历史很短 ,但其对人类社会的影响却是非常深远。在产品设计发展的过程中 , 它逐渐渗透到人类生活的各个角落 , 并在很大程度上改善了我们的生活方式 , 提高了人们的生活质量 , 从而为人类创造一个方便、舒适、快捷的生活环境做出了巨大的贡献。甚至可以说产品设计的出现推动了整个现代文明的进步 , 促进了世界经济的繁荣发展。产品设计是时 代特征最忠诚的体现者 , 不同的时代 , 不同的历史时期它都会通过自身
4、的变化来形成某些特有的设计理念。 因此现代产品设计是产品开发的重要环节，无论是制造新产品，还是改造老产品，产品设计都是一项复杂而又细致的工作。它是决定产品质量的关键，直接影响产品的制造成本、生产周期、工艺准备、物资供应、生产组织等。在技术上决定着产品的前途和命运。 2.说明现代机电产品的文化特点，并举例； 3 4 3.现代产品设计中的数字化与并行化特征； 并行化是现代设计方法的大趋势，并行化是指借助建模技术与仿真技术、让工艺，采购、销 售，使用等各个环节的代表都参加到设计中来，共同预见产品的全寿命，评估产品性能和有关过程的设计，及时改进设计，确保设计的一次成功。其技术特点有： （ 1）拥有网络
5、基础，符合国际标准和交换协议 ;满足产品开发全过程数据交换的要求，且具 有相当的传输速率； （ 2）具有可靠的安全保密特性； （ 3）能够建立一套能有效管理这些分布式数据的 PDM 系统。 产品在其生命周期内的数字化建模是现代设计方法的核心，包括 （ 1）全局产品的信息定义：要用计算机来支持产品生命周期的全过程，就必须用计算机能 理解的方式给出产品生命周期全 过程的数字化定义； （ 2）产品数字化工具 :即广义的计算机辅助工具，他能将成品信息自动数字化； （ 3）产品数据管理：即用计算机对产品开发与生产全过程中的大量数字化信息进行全面的 管理与控制。 4.说明精益生产系统的特点和关键技术； （
6、 1）精益生产的概念： 精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好结果的一种生产管理方式。与传统的大生产方式不同，其特色是 “ 多品种 ”，“ 小批量 ”。 （ 2）精益生产的特点： 精益生产又称精良生产，其中 “精 ”表示精良、精确、精美； “益 ”表示利益、效益等等。精益生产就是及时制造，消灭故障，消除一切浪费，向零缺陷、零库存进军。 精益生产方式的 主要特征 表现为： （ 1）品质 寻找、纠正和解决问题； （ 2）柔性 小批量、单件流； 5
7、（ 3）投放市场时间 把开发时间减至最小； （ 4）产品多元化 缩短产品周期、减小规模效益影响； （ 5）效率 提高生产率、减少浪费； （ 6）适应性 标准尺寸总成、协调合作； （ 7）学习 不断改善。 精益生产方式综合了单件生产与大批量生产的优点，既避免了前者的高成本，又避免了后者的品种单一。 精益生产方式具有以下特点 ： 1)拉动式准时化生产 以最终用户的需求为生产起点，强调物流平衡，追求零库存，要求上一道工序加工完的零件立即可以进入下一道工序，从而达到生产系统中的在制品、产成品库存最少。组织生产运作是依“看板”进行拉动。即由看板传递工序间需求信息 (看板的形式不限，关键在于能够传递信息
8、)。生产中的节拍可由人工干预、控制，保证生产中的物流平衡 (对于每一道工序来说，即为保证对后工序供应的准时化 )。由于采 用 拉动式生产 ，生产中的计划与调度实质上是由各个生产单元自己完成，在形式上不采用集中计划，但操作过程中生产单元之间的协调则极为必要。 2)全面质量管理 精益生产对产品质量的追求是 零缺陷 ，强调质量是生产出来而非检验出来的，由过程质量管理来保证最终质量。生产过程中对质量的检验与控制在每一道工序都进行，检验是工序的一部分而不是独立岗位，重在培养每位员工的质量意识，保证及时发现质量问题。精益生产强调事先预防，把“防错 “的思想贯穿到整个生产过程，也就是说，从产品的设计、工艺过
9、程的设计开始，质量问题就已经考虑进去，保证每一种产品只能严格地按照正确的方式加工和安装，从而避免6 生产流程中可能发生的错误。同时实施 TPM，防止因设备精度下降而产生不合格品。如果在生产过程中发现质量问题，根据情况，可以立即停止生产，直至解决问题，从而保证不出现对不合格品的无效加工。对于出现的质量问题，一般是组织相关的技术与生产人员作为一个小组，一起协作，尽快解决。 3)团队工作和对人的重视 每位员工在工作中不仅是执行上级的命令，更重要的是积极地参与，起到决策与辅助决策的作用。组织团队的原则并不完全按行政职能来划分，而主要根据业务的关系来划分。团队成员在信任的基础上，强调一专多能，要求能够比
10、较熟悉团队 内其他工作人员的工作，保证工作协调顺利进行。团队的组织是变动的，针对不同的事物，建立不同的团队，同一个人可能属于不同的团队。精益生产强调灵活地建立高效的、具有强烈信任感的团队，团队工作法是精益生产方式人员组织方面的一个重要特征，通过灵活地根据工作需要随时组建团队，能充分利用企业的人力资源，最大限度地减少人员的使用。在团队管理方面，团队人员是团队的财富，其工作业绩的评定受团队内部的评价的影响，除团队工作方式、还通过提案制度、目标管理等一系列具体制度和激励的方法，调动和鼓励员工进行“创造性思考 “，并注重从多个方 面培养和训练工人以及各级管理人员，最大限度地发挥和利用企业中每一个人的潜
11、在能力，由此提高职工的工作热情和工作兴趣。 4)并行工程 在产品的设计开发期间，将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来，保证以最快的速度按要求的质量完成。各项工作由与此相关的项目小组完成，进程中小组成员各自安排自身的工作，但可以定期或随时反馈信息并对出现的问题协调解决依据适当的信息系统工具，反馈与协调整个项目的进行。利用现代 CIM 技术，在产品的研制与开发期间，辅助项目进程的并行化。 5)密切的供应商关系 精益生产 强调建立具有战略合作伙伴关系的供应商网络，强调和供应商的双赢关系，而不是传统的主机厂与协作厂的买卖关系。采购件的降价是通过提高企业的生产组织水平和供应商的内部管理来实
12、现的。在精益生产系统中，由于结构紧凑，低质产品或供货不均衡都会中断平滑工作流。另外进货检验被认为是无效行为，不创造附加值。出于这些原因，保证质量的任务就交给供方，买方与卖方合作，帮助提高供方的质量水平。买方的最终目标是保证卖方是一个高质量的商品生产者。在精益生产系统中，供应商必 须愿意且能够进行多品种、小批量的有规则送货，理想情况下它也在精益系统下动作。如果不是，主机厂根据情况帮助他们逐步转换到精益生产系统，把它们看成自己精益生产系统的一部分，是利益相关的共同体。 （ 3）精益生产的关键技术 7 1、 6S 技术。 “6S”是整理 (Seiri) 、整顿 (Seiton) 、清扫 (Seiso
13、) 、清洁 (Seikeetsu)和素养(Shitsuke)、 安全 （ safety）这 6 个词的缩写 ”6S” ，起源于日本。 6S 是创建和保持组织化，整洁和高效工作场地的过程和方法，可以教育、启发和养成良好 “人性 ”习惯，目视管理可以在瞬间识别正常和异常状态，又能快速、正确的传递讯息。 2、视觉控制。 就工具而言，精益制造重视大量运用视觉控制以方便操作员的工作同时避免错误。视觉控制要求整个工作空间都要设立明显而直观的标志，让每个雇员都能立刻知道目前在进行什么，了解进 度，清楚看到什么做的对，哪里出了问题。 3、标准化工作。 知道要执行什么步骤和知道该步骤运行正常，两者都是同等重要的
14、。为了确保实现产品质量级别、一致性、有效性及效率，有必要采用写成文件的分步骤流程或者标准作业程序（ SOP）来减少错误和接触时间。尽管标准化工作建立了明确规定工人和机器操作的有用文档，标准化工作在精益制造工具中是最不受到重视的。这些明确规定的操作能帮助工人在制造流程中应用最佳实践。标准化工作同时还能为持续改善打好基础，因为记录成文件形式的流程更容易加以分析与改进。为了阐释标准化工作， SOP 应该 采用图片、文字、表格、标志、色彩及视觉指示器向不同的工作组沟通一致的直观的信息。这种图形指示，也被称为操作方法手册（ OMS），解释特定生产线范围内依照事件顺序（ SOE）的每个步骤，还能设计并制作
15、纸质或屏幕的视觉工作指导。 4、防差错。 正如持续改善是精益制造的主要概念之一，防差错或日语中的 poka-yoke，是减少浪费的重要工具。防差错是从根源上防止错误的关键措施。简而言之，防差错可以是任何装置、机制或技巧，它能防止错误产生或者让错误显露出来以避免产品缺陷。防差错的目标是防止制造缺陷的原因，或者确保经济有效 地检查每个产品以防止有缺陷的产品到达下游流程。例如，如果在组装作业中没有使用到每个正确零件，探测装置就会发现有个零件未安装并停车，从而防止装配工人将不完整的部件输送到下个位置或者开始另一项操作。 5、全员生产维护 （ TPM）。 精益制造更进一步要求制造商通过应用全员生产维护（
16、 TPM）来提高设备生产率， TPM 是一整套的技术，由日本丰田集团中的电装（ Denso）公司首先提倡，包括了修复性维护和预防性维护，加上不断适应、修改、改进设备来增强灵活性、减少物料搬运、促进连续流程。 TPM 是操作员导向的维护，全体有资 格的员工参与所有维护作业。其目标，是与上述的 5S 共同确保资源可用性，通过8 消除机械相关的事故、缺陷或故障，因为这些会逐渐侵蚀车间效率和生产力。包括准备与调整损失、闲置与小规模停工、运行速度下降、缺陷、返工及启动期产量损失。 6、单元式制造。 从维护到制造流程，精益哲学传统上依靠单元式制造。单元式制造是一种制造流程，利用单一生产线或机器单元及仅在该
17、线或单元工作的操作员生产出系列零件族。制造单元，按照人类工程学原理重新设计工作环境，将工人为获取完成工序所需的零件、补给或工具所付出的努力降到最小，这常常取代传统的 线性生产线，使得公司能以更小的批量更连续的流程生产出更高质量的产品。 7、单数换装时间。 因为精益制造要求制造商仅仅按照客户的需求进行生产，这就要以越来越小的批次生产。这与传统的想法正好相反，那种认为基于经济订单批量（ EOQ）的大批量比起包括设备切换的少量多批次更有效率的想法其实是种错误的见解。长运行周期意味大库存，大库存会占用大量资金，并让客户为成品和服务等待更长时间。这种小批量的趋势要求缩减整个制造流程上的换装和切换时间。单
18、数换装时间（ SDS）想法体现为在不到 10 分钟的时间内完成换装作业（例如敏捷筛分、对内部和外部流程作业的优化排序、给工作台或传送装置加装轮子、液压夹具、把手与快速闭锁装置等等）。 8、拉式系统。 拉式系统是精益、需求驱动制造的另一个关键特征，因为其最终目标是控制物料流仅补充被实际消耗的那部分。拉式系统，也被称为 kanban（来自日语 kan，意为“板”， ban 意为“信号”），确保生产和物料需求是基于实际的客户需求而非基于必定不精确的预测工具。一个 kanban 信号，可以是张卡片、供摆放箱子的空的方形场地、灯或者计算机软件生成的信号，该信号会触发搬运、生产或物料组件供应（通常装在一个
19、大小固 定的箱子里）。目的是改善库存控制，通过控制库存水平和根据系统中 kanban 数量进行工作，从而缩短生产周期时间。随着时间流逝及流程改善， kanban 箱中的组件数量会逐渐减少或按照要求动态地调整。拉式系统和拉式信号（即拉式补给系统中指示什么时候生产或运送物品的任何信号）可以应用于许多运营部门。 9、排序与混合模式生产。 另一项精益工具是排序，或决定一条生产线上执行不同作业的次序，以达成目标（例如每日需要的数量）。这也叫做混合模式生产，该模式生产不同批量的几种零件或产品，这些零件或产品的量接近于当天将销售的相 同的产品组合。混合模式计划或排序决定组件的制造和交付，包括那些由外部供应商
20、提供的组件。 10、作业成本法。 9 另一种削减浪费的作法是将企业一般管理费用按照更现实的基础进行分摊而非按照直接劳动工时或机械工时。达成该目标的工具是作业成本法（ ABC）会计系统，首先基于实施的作业累加成本，然后按成本动因分摊成本到产品或其他要素，如客户、市场或项目。作业管理法（ ABM）利用作业成本法关于成本集与成本动因、作业分析及业务流程的信息确定业务战略，改进产品设计、制造与分销，最终消除作业浪费。人们认为，该系统较传统的成本会计更 为真实地反映了实际收入与成本，传统的成本会计的注意力通常是在全部的不同帐目下削减成本，利用传统全部成本计算法评估库存，这种成本计算法将可变成本与部分固定
21、成本分摊到每个生产单元（然而固定成本通常按照直接劳动工时、机械工时或者物料成本分摊到生产单元）。 11、均衡化生产。 均衡化生产，日语 heijunka，是按照特定的均衡的周期生产产品来解决与传统制造相关的排队及停线问题，以匹配最终产品销售的计划速度。均衡化生产意味者基于客户需求在单个工作站或生产单元内协调生产周期时间，从而使工作得以在整个制造流程上连续平顺地 进行。 12、混流制造。 实际上传统的精益制造总是记得这样一个连续的物料流。恰当设计的制造线或制造单元是按照 takt 时间来计划和分担工作，并应用前面提到的视觉控制和防差错程序平顺运行。混流制造从外部供应商或者内部供应作业获取物料，经
22、过同步制造流程来满足客户需求。混流制造（ Flow manufacturing）一词与其他需求驱动的制造战略密切相关，因此也容易与之混淆，这些战略简化流程并使其更有效率，消除浪费，例如敏捷制造， JIT，精益制造，所有这些都使用拉式信号来补充供货并且要求不断改善。然而，混流制造利用 某些额外的算法可帮助制造商在任意某天生产任意数量的任何产品，包括“一个”（即 EOQ=1），同时保持库存最小，缩短周期时间更快地履行客户订单。 5.分析现代设计技术与制造技术的关联性； 现代设计 的理论与方法研究内容不仅包括对产品功能、结构、材料、制造工艺以及产品的形态、色彩、表面处理、装饰工艺等，同时还包括与产品
23、有关的社会的、经济的以及人的生理、心理等各方面因素。它综合运用现代设计的基本理论与手段，使现代工业产品尽可能地给使用者带来高效、舒适、美观的感受，最充分地满足人们的物质和精神需要。 制造技术 是把原 料和信息转化为各种物品以满足人类需求的过程。在这个定义上可以看到，制造业不仅仅要转化原料，还要把很多信息转化为大家需要的物10 品，特别是从 20 世纪 90 年代初网络高速发展以来，信息在制造业中的作用越来越重要。 由于制造系统的来源是从用户的需求开始，从用户的需求到功能再到整个产品的物理领域，产品的制造流程基本上分为四个领域： 第一个是用户领域，就是从了解用户的需求开始；第二个是功能领域，就是
24、从用户的需求到产品需要提供什么样的功能；第三个是物理领域，就是产品的功能怎么通过一些软件和硬件来实现；最后是流程，就是怎样 通过生产制造把软件硬件装配到一起后提供一个比较完美的产品。 现代设计与工业制造 是相辅相成的，不可分割的，首先，现代设计是制造业发展的先导行业。现代设计是为制造工业产品所进行的设计，它包含产品外部和内部设计的整个过程，对产品的外观和性能，生产技术的发挥，以及品牌建设产生最直接的影响。发达国家发展的实践表明，现代设计已成为制造业竞争的源泉和核心动力之一。尤其是在经济全球化日趋深入、国际市场竞争激烈的情况下，产品的国际竞争力将首先取决于产品的设计开发能力。 现代设计创新水平直
25、接影响技术创新水平，好的设计创意能 极大地推动企业技术创新的发展；现代设计是制造业发展的龙头。由于现代设计在制造业中的核心地位和关键性作用，世界各国在发展制造业的过程中往往把它作为龙头，通过加速现代设计的发展带动整个制造业的发展。 好的设计创意虽然能推动企业技术创新的发展，但是没有发达的制造业，也就没有优秀的现代设计。因为工业制造技术是设计的功能基础，好的现代设计要依托功能技术来实现。以汽车为例，进口的汽车就比国产汽车漂亮很多，为什么？就是因为国内的生产工艺达不到，设计师可以做出漂亮的设计方案，但没技术，一切都是空谈，比如 A 面的光顺要求，一 体成模，一些漂亮的渐消面等。 现代设计对产品制造
26、有指导作用，可以引导制造技术更贴合人机关怀，向能生产出更美好的产品的方向发展。 现在制造工厂除了设计产品以外，还要对生产流程进行设计，以前的情况往往是设计产品的人跟设计流程的人并不在一起工作，这通常会导致生产制造出现严重 问题，现在比较流行的趋势是把产品的设计和工艺流程的设计整合起来，在产品设计的时候，不仅仅要想到顾客，而且要想到制造的难易程度，如果一个非常优秀的产品在制造过程中非常困难，就会使得制造成本大大增加，产品推出后不一定能满足市场的需求。产品的设计和工艺的设计相结合，其结果就使得产品制造比较容易，也比较经济。 因此，产品设计与工艺设计的结合 (DFM)，应把产品设计作为制造工艺设计的第一步，产品设计必须从“易于制造”、“经济地制造”的角度出发。
