运作管理第五章产品开发和自制外购决策.docx
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运作管理第五章产品开发和自制外购决策
第三篇生产运作系统设计3
第五章产品开发和自制外购决策3
第一节产品开发的技术风险和市场风险3
一、新产品的概念5
1、全新产品。
5
2、换代新产品。
6
3、改革新产品。
6
4、本企业新产品。
6
二、产品开发的技术风险与市场风险6
1、产品开发的技术风险与市场风险6
2、产品开发方式的选择7
①、独立开发方式7
②、委托开发方式8
③、共同研究开发方式8
3、产品开发的策略8
①、领先策略8
②、跟随策略9
③、低成本策略。
9
三、产品开发对产品成本的影响9
1、产品开发速度对产品成本的影响9
2、产品设计对产品成本的影响10
第二节传统的产品开发过程12
一、产品概念开发阶段13
1.市场调查13
2.技术调查13
二、前期开发阶段13
三、产品设计阶段13
1、总体设计13
2、技术设计14
3、工作图设计14
四、工艺设计阶段15
（一）、产品的工艺性分析和审查15
（二）、工艺方案制定16
1、工艺方案的内容16
2、工艺方案的制定16
（三）、工艺规程的制定17
1、工艺规程的作用17
2、制订工艺规程的原则：
17
1）、技术上的先进性17
2）、经济上的合理性18
3）、有良好的劳动条件18
3，制订工艺规程的原始资料18
4、制订工艺规程的步骤18
5、工艺规程文件的格式18
1）工艺路线卡18
2）工艺卡19
3）工序卡19
4）工艺守则19
6、典型工艺规程和成组工艺规程19
1）典型工艺规程20
2）成组工艺规程20
五、生产准备20
（一）工艺装备的准备20
（二）、产品试制与鉴定21
1、产品试制与鉴定的程序21
2、产品试制与鉴定的主要内容：
21
六、建立生产系统22
七、生产阶段22
八、服务业的产品设计和过程设计23
第三节设计方案的经济评价25
一、设计方案的经济评价25
二、工艺方案的经济评价26
第四节产品开发的新方法28
一、并行产品设计方法28
二、价值工程方法30
1、价值工程的定义和公式30
（1）价值工程的定义30
（2）价值工程的公式31
2、价值工程的工作程序31
3、价值工程的功能分析方法32
三、计算机辅助设计34
一、计算机辅助设计35
二、计算机辅助工艺过程设计38
四、产品开发的趋势40
一、面向可制造性与可装配性的产品设计40
二、虚拟制造42
第五节自制与外购决策43
一、自制与外购问题的产生44
二、自制与外购问题经济评价的准则44
三、自制与外购问题的综合评价44
四、自制与外购的变化趋势45
1、纵向一体化45
2、虚拟公司47
第三篇生产运作系统设计
前两篇内容介绍了现代生产运作的基本内容，生产运作战略及系统的概念及其分析方法。
本篇将按照生产系统建立的顺序讨论生产运作系统的设计。
生产运作系统是基于产品建立起来的。
首先根据市场需求进行产品设计，得到有竞争力的产品设计方案；然后还要解决产品由设计到制造的实现过程---工艺设计，确定制造工艺过程，所需设备、工装；当设计方案和工艺方案都签字确定后，则要建立具体的生产系统，选定厂址，布置设备；在生产系统开始运行之前还要解决作业设计和劳动标准的建立，以解决系统的人机关系，保证系统的生产效率。
第五章产品开发和自制外购决策
正如在前述企业竞争重点的研究中显示，产品开发速度越来越成为企业的订单赢得要素中重要的一项。
新开发的产品和服务往往有比老产品更吸引顾客的功能或价格，或者说这类产品迎合了顾客对高价值产品的追求，因而使企业获得了其它企业所没有的竞争优势。
这种竞争优势能够为企业带来相对持久的高额利润，这正是企业不断创新的原动力。
基础科学和应用科学的不断发展，为企业创新提供了条件。
在生命科学方面，基因科学的进展；在材料科学方面纳米技术和超导技术的应用性进展；在电子技术方面，数字技术对模拟技术的替代，新设备和新技术的不断发展,都为企业创新提供了广阔的空间。
经济和社会的发展对企业创新起了推动作用。
顾客对产品和服务的需求，已从基本功能的满足向高价值的获得方向转移，这促使企业不断创新。
第一节产品开发的技术风险和市场风险
例：
1981年，通用电气公司（GE）的家用电器部门的市场份额和利润都在下降。
与外国的竞争对手相比，该公司的技术已经过时。
例如，该公司制造电冰箱压缩机需要65分钟的工时，而在日本和意大利的竞争对手只需25分钟。
此外，GE的劳工成本也较高。
摆在面前的选择是明显的：
要么从日本或意大利购买压缩机，要么设计制造更好型号的压缩机。
到1983年，GE决定制造新型的室内用旋转压缩机，同时，也决定投资1.2亿美元建一新工厂。
GE并非旋转压缩机技术方面的新手，它发明了这项技术，多年来一直把这项技术应用在空调机上。
与普通的往复式压缩机相比，旋转压缩机质量较轻，零件减少了三分之一，而且更节省能源。
旋转压缩机占用的空间较少，所以给电冰箱里面提供更大的空间，更好地满足消费者的要求。
一些工程师持反对意见，他们指出旋转压缩机运转起来产生更多的热量，对大多数空调机来说这不是一个问题，因为冷却剂可以把压缩机冷却。
但是，在冰箱中，冷却剂流动的速度只有在空调中的十分之一，而且压缩机在一年内比空调运转的时间长四倍。
GE在空调中使用早期的旋转压缩机时遇到了困难。
尽管较小型的旋转压缩机消除了缺陷，GE在较大的设备中还是停止使用旋转压缩机，原因是这些旋转压缩机在相对较热的环境里经常失灵。
GE的经理们和设计工程师也很关心其他的一些问题。
旋转压缩机发出音调比较高的呜呜声，经理们担心这会严重影响顾客对产品的接受。
经理们和消费者调查小组的人员就整个问题讨论了许多个小时。
新的设计也要求关键的零件工作时能够吻合得相当好，只允许五千万分之一英寸的偏差。
以前从来没有大批量生产过如此精密的产品，但是制造工程师们确信他们能够生产出来。
他们最后设计出来的压缩机几乎和在空调中使用的一模一样，只有一处作了改动。
压缩机中的两个小零件是由粉末金属制成的，而不是像在空调中那样使用淬火钢和铸铁。
选择这种材料是因为它能够制成精密度很高的产品，并且降低机加工成本，十多年前，粉末金属就被试用于空调中，但是都失败了。
没有以前压缩机设计经验的设计工程师并没有很重视过去的失败。
一个顾问建议GE和一家在市场上已经推出冰箱压缩机的日本公司合资生产该产品，管理层拒绝了这一建议。
空调压缩机的原设计者现已离开GE，他提出愿意给GE当顾问。
GE没有同意他的请求，并写信告诉他GE由足够的技术能力开发这个产品。
1983年，GE测试了600个压缩机，没有一个失败。
这些压缩机在较高温度和较高压力的环境下不停地运转了两个月，GE认为这样可以模拟5年的运转。
GE通常对新产品进行长期的实地测试。
GE原来计划在实地对模型进行两年测试，由于要完成这一项目的时间很紧，测试时间减少为9个月。
拆下并检查零件的技术员认为这些零件不太正常。
马达的一些部位变色了，表明热量过大。
轴承被磨损了，看来过高的热量破坏了润滑油。
技术员的上司没有把这些发现放在心上，也没有报告给上一级的管理人员。
另一个评估测度结果的顾问认为检测可能有问题，因为在两年时间里只有一个产品失灵，并建议加重测试的环境强度。
这一建议也遭到管理层的拒绝。
到1986年，在获董事会批准之后只有两年半，新建的工厂就以每分钟10个的速度生产压缩机。
到该年年底，工厂就生产了一百多万个这样的产品。
产品的市场份额猛增，看来新推出的冰箱将大功告成。
但是在1987年7月，第一台压缩机坏了。
不久，从波多黎格也传来了产品失灵的报告。
到9月，家用电器部门知道他们出了大问题。
到12月，工厂停止制造这种压缩机。
直到1988年才诊断出问题在于两个粉末金属制件过分磨损，烧光了润滑油。
仅在1989年一年旋转压缩机带来的损失就达4.5亿美元。
到了1990年中，GE自愿给顾客替换了将近110万个压缩机，换上去的压缩机是从6个供应商那里购买的，其中5个供应商来自国外。
产品开发可以使企业得到相对持久的高额利润，但利益和风险是同在的，这反映了产品开发的投资性。
据估计，每研究500多个产品只有25项能推上市场，而这25项产品中只有1个可能获得经济上的成功，这一个成功开发的产品可能是近2000个设想中的一个（图5-1）。
我们可从每年的专利申报数和专利产品的成功开发中不难得到这样的结论。
由此可见，对于这样的一种高风险性的投资，必须深入研究，以规避投资风险，取得较大收益。
一、新产品的概念
产品开发包括两方面内容：
新产品开发和新技术开发。
由于市场的变化和技术的发展，企业老产品和旧的生产技术不断进入成熟期和衰退期，如果不能不断开发新产品或应用新技术，企业就无法适应市场得以生存。
新产品的开发和新技术的应用对生产运作带来的挑战是：
不断地设计新产品及适应新产品生产的生产运作系统。
如果生产运作系统不能以有竞争力的效率不断更新，企业的生命就会终结。
新产品的开发离不开技术的支持，而新技术往往可以为产品提供更高的质量和更低的成本保证。
随着技术进步速度的加快，技术和设备的寿命周期和产品的寿命周期一样，也在日益缩短。
因此，企业也需不断地开发、改进和采用新技术，以适应新产品开发和原产品提高质量、降低成本的需要。
可以说，新技术和新产品开发是相辅相成，缺一不可的。
产品开发中的新产品概念不只是指用新方法、新技术、新材料、新工艺所生产的市场上未有的产品，而是指所有能给消费者带来新的需求满足或能给企业带来新利益的产品（俗称形成卖点）。
根据新产品的技术革新程度可分为：
全新产品、换代新产、改革新产品、本企业新产品。
1、全新产品。
指采用新原理、新技术和新材料研制出来的市场上从未有过的产品。
一般是伴随着重大科技成果的出现而产生的，如首次推出的汽车、飞机、电子计算机等。
对于这一类型的新产品，消费者要根本改变原有的消费习惯，故接受相对困难；企业的投入要大、成功可能性却很小，但开发一旦成功，则能带来很大的经济收益。
2、换代新产品。
指基本功能不变，但采用了新材料，新技术，使产品的性能有较大的提高。
如黑白电视机到彩色电视机再到高清晰彩色电视机，半自动洗衣机到全自动洗衣机，这一类型的新产品，其技术含量较高，是在原有的产品基础上发展起来的，因此它是企业进行新产品开发、提高竞争力的重要形式。
3、改革新产品。
指在旧产品基础上，基本功能不变，但产品的辅助功能，或外观、或形状发生变化。
如给汽车配置空调，改变自行车的颜色或外观。
对于这种类型的新产品，消费者不需太大改变消费习惯、易接受；企业投入小、风险小，但效益也相对小。
4、本企业新产品。
即指对本企业来说是新的，但对市场来说并不新的产品。
但通常企业不会完全仿照市场上的已有产品，而是在造型、外观、零部件等方面作部分改动或改进后推出市场。
二、产品开发的技术风险与市场风险
一九九三年九月，留美学者姜万勐、孙燕生将MPEG（图象解压缩）技术应用到音像新产品上，制造出世界上第一台VCD，并斥资在安徽建立万燕电子系统有限公司。
为中国人开启了家庭影视的时代。
一九九四年，万燕批量生产VCD，初期由于片源不配套，使VCD在市场发展上停滞了很长的一段时间。
一九九五年，盗版CD和VCD大量在中国沿海城镇出现。
中国消费者开始接受并熟悉VCD这一新生事物。
一九九六年开始到一九九七年，中国的VCD市场每年以数倍的速度增长。
从一九九五年的六十万台猛增至一九九七年的一千万台，催生了爱多、步步高、新科等内地新名牌，并占据VCD大市场。
一个市场从无到有的开发，万燕研发和广告投入将近两千万美元，同当时中国大多数民营企业的艰难创业经历一样，融资困难，没有知识产权保护的意识，面对开发出来的市场，却只有拱手让给后来者。
万燕VCD从“先驱”成为“先烈”，市场份额从百分之一百跌到百分之二。
1、产品开发的技术风险与市场风险
从产品开发的成功率和产品开发失败损失的巨大可见，虽然产品开发是企业取得订单赢得要素的一项重要内容，也是企业长久持续发展的必之路，但它也很可能是毁掉一个企业的原因。
因此，在企业进入产品开发领域时，必须根据自身条件选择适合企业能力的领域，而且要认识到，产品开发虽然建立在生产运作能力基础上，但它实际上和企业管理水平、人力、财力和市场营销多方面能力的支持密不可分的。
当这些方面的能力不足以支持企业进入某以层次的产品开发领域时，放弃进入也许是最好的选择。
从技术和市场两个因素分析，产品开发可分为四个领域。
表5-1
技术
市场
现有技术
新技术
现有市场
依靠企业现有技术开发多种改革新产品以扩大现有市场
依靠新技术开发换代新产品以扩大现有市场
新市场
以现有技术生产本企业新产品以改进产品进入新市场
以新技术开发全新产品进入新市场
在以上四种产品开发领域中，同时存在着技术风险和市场风险，但以现有技术进入现有市场的风险最小，为大部分企业所采用；以现有技术生产本企业新产品进入新市场，市场风险较大，要考虑企业市场的竞争能力和市场的潜力；以新技术开发换代新产品具有很大的技术风险；而以新技术开发全新产品进入新市场同时要冒技术和市场两大风险。
企业要根据自身的生产系统特点和新产品所需的竞争优势，综合企业能力确定本企业可进入的产品开发领域。
这里还应强调的是从事生产运作技术领域的管理者往往注重技术风险而忽略市场风险。
从有100项市场需求且产品开发成功，但最终只有一项获得经济上的成功的产品统计中可见市场风险的残酷。
以为市场需求且技术可行产品就能成功的想法起码是不现实的。
2、产品开发方式的选择
根据企业能力和生产运作系统的竞争优势的不同，不同企业采用的产品开发方式也应不同。
针对不同的企业和不同的产品，只有适合的产品开发方式而没有最佳的方式。
产品开发可以以三种方式进行。
1、独立开发方式
独立开发方式即企业完全依靠自身的力量独立进行产品设计、制造和市场开发的方式。
为企业新产品开发成功可能带来的高额利润所吸引，每个企业都有独占开发新产品利润的冲动。
但若没有技术上的绝对优势，专利上的可靠保护，充沛的资金支持和足够的市场开发能力。
即使产品开发成功，独占利润的愿望也不可能实现。
因此，企业在采用这种开发方式时，必须首先忘掉将会独占利润的喜悦，而充分考虑不利因素可能产生的风险大小，特别是开发失败时企业的承受能力。
通常有相当开发经验，技术能力和市场条件的企业才可采用此种方式。
②、委托开发方式
委托开发方式即部分或全部借助外来技术、研究机构进行开发。
很多中、小企业自身没有足够的研究、开发能力，但是有可能对市场需求变化有敏锐的捕捉能力，对新产品有基本的构想。
它们往往会借助研发机构来把这种构想变成产品，或改造现有生产系统的技术能力，以生产新产品。
③、共同研究开发方式
共同研究开发方式是通过契约关系将多个企业或研究机构组合在一起进行研究开发、生产甚至销售的方式。
这种开发方式是在优势互补的基础上形成的，以实现系统总体的优化。
如在产品构思（市场需求的捕捉）产品设计，产品生产方面的组合。
采取这种方式有多方面的原因：
一是本企业可形成的产品竞争优势有限，二是可以缩短开发周期，三是可以取得开发成果之外的其它经营利益。
如生产、销售的本地化可以减少运输成本，贸易限制，与先进企业合作可以获得经营、管理经验等。
共同研究开发实际是利用社会分工理论产生效益和效率的形式，它较适应技术、制造复杂，市场范围广泛的产品。
例：
美国电话电报公司为开发膝上型486电脑而发起的虚拟企业，由美国电话电报公司提出产品的概念设计，包括外型尺寸、性能要求、重量等内容；而新加坡的某个擅长生产磁盘驱动器的企业设计并制造了硬盘和软盘驱动器；日本NEC公司设计供应内存，等等。
最后，由美国电话电报公司组装并销售。
这种型号的电脑，从提出创意到成批上市只用了不到20个月的时间。
由于电脑内部的每个主要部件，都是由世界上最有竞争力的专业化工厂设计制造的，因而，整机的性能价格比具有极强的竞争力。
3、产品开发的策略
由于产品开发的风险性，不同企业要根据自身的企业能力制定适合本企业的产品开发策略，根据企业能力的不同，产品开发策略可分为领先策略、跟随策略和低成本策略。
①、领先策略
企业新产品开发的领先策略即企业不断开发全新产品，领先于其它企业将其投入市场，以期获得高额利润。
在这种策略下的开发方式又有两种，技术导向型和市场导向型。
技术导向型开发的产品是以新技术为引导，开发生产有潜在需求的产品来引导市场消费。
在此类新产品开发出来之前，对这类产品的需求是想象中的，而不是现实存在的。
（千里眼，顺风耳）电视、电话、火车、汽车都属于此类产品；市场导向型的产品是以市场现实需求为引导，开发生产新产品来满足市场需求，洗衣机、电冰箱、空调都是典型的市场导向型产品。
由于采用领先策略是以全新产品进入新市场，它同时要承担技术和市场两方面风险。
因此，只有技术、市场、资金实力和产品开发经验的企业才可独立实行这种策略，而其它企业在独具某方面竞争优势的前提下，可以共同研究开发方式采用这种策略。
②、跟随策略
为数众多的企业采用跟随策略同样也获得了很大的成功，这是因为每当采用领先策略的企业开发新产品并创造出一个大市场后，市场的分化就开始了。
顾客在产品的质量，性能、价格、品种等诸多方面不断产生新的期望，不同的期望形成了不同的市场层次，造成了市场需求的细分化。
而一个企业同时能满足所有细分市场的需求几乎是不可能的。
采用跟随策略的企业不必投入大量资金去开发全新产品，和市场、而将资金集中在新产品的改进和更新换代上。
由可能生产出比采用领先企业开发的新产品更好的产品而形成“后发制”人的优势。
采用跟随策略的企业也要具有相当的产品开发能力。
只是这类企业更加注重信息的收集（产品、市场），功能的开发及适应市场需求变化的生产运作系统。
③、低成本策略。
采用此策略的企业虽然没有真正意义上的产品开发，但是它在企业的生产运作系统上进行了创新。
因而创造了低成本的同种产品，因此这类企业也要具有较高的生产运作竞争能力。
三、产品开发对产品成本的影响
1、产品开发速度对产品成本的影响
据统计，产品设计和工艺设计时间占产品总开发时间的近60%，如图5-2所示。
而产品的寿命周期却越来越短了（图5-3）。
加快产品开发的速度，意味着产品寿命周期的相对延长。
企业可以把产品开发的成本摊入较长的获利期内，降低了单位产品的成本增加了获利。
实践证明：
若产品寿命周期为五年，产品开发时间每延长6个月，利润就损失1/3。
2、产品设计对产品成本的影响
产品设计影响到产品寿命期内整个成本的发生，产品寿命期分为设计期、制造期、销售期和使用期。
各期发生的成本如图5-4所示：
设计费用
采购费用、库存费用
设备费用、制造费用
工装费用、检验费用
包装费用、管理费用
运输费用、库存费用
销售费用（销售、广
告、售后服务）
使用费用
维修费用
报废费用
就制造阶段而言，制造成本不仅包括与生产直接有关的直接成本，还包括比较隐蔽的间接成本。
如计划、工、卡、量具制造订购、材料采购、储存、车间和生产线加工单的填写、材料、工具、零部件的发送、订货控制、厂内运输、检验等等。
在产品的设计阶段就必须考虑应采用的生产模式（生产批量、设备、工艺等）。
一旦设计定型后，产品的可能最低成本就已经基本确定了。
在制造阶段，只能在已有的设计范围内使生产成本最低，而无法大幅度地降低产品成本。
这种情况同样产生在销售和使用阶段。
传统的产品设计方法的弊端是：
设计工程师往往只是掌握其专业的技术部分（如飞机设计师需掌握空气动力学、结构力学；工业自动化设备设计师需掌握自动控制理论和机械设计理论）。
他们不可能是制造工艺、质量管理、成本控制、生产管理、产品营销各方面的全才。
因此，仅由他们设计的产品虽然能够满足性能、质量、可靠性上的要求，但由于对制造工艺知识的欠缺，会导致产品的制造性不好（制造质量难以控制、制造设备要求高、装配过程复杂,使制造成本加大），甚至无法制造；由于对成本控制和生产管理知识的欠缺，会导致产品生产过程复杂、生产管理困难、计划、采购、库存、运输、检验等间接生产成本的上升；由于对营销理论的欠缺，会导致产品外观、包装、适用性、维修性、运输性的低劣，而增大销售难度和销售费用。
所有上述问题，究其根源都在于不良的产品设计。
Boothroyd引用福特汽车公司的报告表明，尽管产品和工艺设计费用制占整个产品费用的6%，却影响了总费用的70%以上（图5-5）。
Sun认为制造生产率的70%-80%是在产品和工艺设计阶段决定的。
所有的质量问题的40%可以归因于低劣的设计和工艺。
图5-6是一种锁具的主体零件。
初始设计为黄铜件，零件上的所有孔系都要通过冷加工形成，加工设备、工装要求多、加工工时长，质量难以保证。
修改后的设计为锌合金压铸件，仅材料费就降低3/4，所有孔系通过铸造一次成型，生产效率高、加工成本低、质量易保证。
该零件槽体部设计较薄。
因此，在零件电镀时不能采用滚镀法，而只能挂镀，挂镀的成本是滚镀同一零件成本的3倍。
经修改设计，在槽底外沿设置了加强筋，避免了滚镀中可能对槽体薄底的碰撞损坏，使零件可以采用滚镀法加工，因而降低了成本。
虽然在制造和销售过程中，可以不断地发现设计问题，通过反馈，对原设计重新修改，使成本降低。
但是，在不同的产品开发阶段修改设计会引起不同量的设计变更成本（图5-7）
由图5-7可见，最好是在设计阶段就能发现问题。
在设计期做出修改，比修改生产系统和产品引起的设计变更成本低得多。
第二节传统的产品开发过程
正如上节所述的产品开发的风险和产品开发对产品成本的影响，产品开发过程对企业的生产系统形成及企业核心竞争力的形成都是至关重要的。
因此，有必要对产品开发的过程作深入地讨论。
下面以典型的机械制造业为例，说明产品的开发过程。
传统的产品开发过程是一个串行过程，开发过程依次通过各个开发阶段，最后形成商品化的产品（图5-8）。
一、产品概念开发阶段
产品概念开发阶段主要有以下两方面工作：
1.市场调查
主要是掌握市场对产品品种、规格、质量、数量、价格的要求，以及同类产品的市场细分情况、销售趋势、用户反映等，预测市场变化和产品的开发前景。
2.技术调查
主要是收集技术情报和专利情报;了解有关产品的技术现状和发展趋势；调查用户的需要（包括潜在需要）；调查本企业的开发能力、技术状况，预测本企业产品开发可能达到的技术水平等。
在调查研究的基础上，提出产品的构思方案，它包括对产品的原理、构造、材料、工艺过程以及产品的性能指标、功能、用途等多方面的初步设想。
通常，会形成多种构思方案。
需要对多方案进一步进行分析、评价，以选择满意方案。
二、前期开发阶段
对于较大的投资项目及较复杂的产品，需要进行前期开发研究，也称可行性研究。
在此阶段，通过进一步调查研究，根据产品开发目标的要求，对未来产品的基本特征和开发条件进行必要的描述。
并对不同方案进行技术经济论证，选出技术可行、经济合理的产品开发方案。
三、产品设计阶段
这一阶段一般包括总体设计、技术设计、工作图设计三个步骤，同时掌握性能和成本指标。
1、总体设计
总体设计阶段即编制设计任务书阶段。
设计任务书是指导产品设计的基础性文件，一般包括以下内容：
1）产品设计的理由和依据。
2）产品
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