第三节 新产品开发的思想和技术

一、价值工程

价值工程（ValueEngineering, VE），也称价值分析（Value Analysis, VA）。价值工程起源于20世纪40年代的美国，它是第二次世界大战后出现的工业管理新技术之一，是一门技术与经济结合的边缘性系统管理技术，是指以产品或作业的功能分析为核心，以提高产品或作业的价值为目的，力求以最低寿命周期成本实现产品或作业使用所要求的必要功能的一项有组织的创造性活动，有些人也称其为功能成本分析。价值工程涉及价值、功能和生命周期成本三个基本要素。

1．价值

价值工程中所说的“价值”有其特定的含义，与哲学、政治经济学、经济学等学科关于价值的概念有所不同。价值工程中的“价值”就是一种“评价事物有益程度的尺度”。价值工程把“价值”定义为：“对象所具有的功能与获得该功能的全部费用之比。”用公式表示如下：

V=F/C

式中，V为“价值”, F为功能，C为成本。

2．功能概念

功能是指产品（系统）所具有的特定用途和使用价值，是构成产品本质的核心内容。人们购买产品是为了获得它的功能，而不是要获得产品本身。如购买电脑是要获得他们进行数据处理、娱乐的功能，而不是购买它的显示器、键盘等一系列部件，只要能实现人们对电脑功能的要求，电脑可以有多种技术结构及外在形态。

价值工程认为，功能对于不同的对象有着不同的含义：对于物品来说，功能就是它的用途或效用；对于作业或方法来说，功能就是它所起的作用或要达到的目的；对于人来说，功能就是他应该完成的任务；对于企业来说，功能就是它应为社会提供的产品和效用。总之，功能是对象满足某种需求的一种属性。

3．成本概念

价值工程所谓的成本是指产品在其生命周期中人力、物力和财力资源的耗费。它既包括前期的研发、设计、制造、实验、销售的费用，又包括后期的使用、保养、维修、能耗、保险等费用，基本上可以分为产品的设置费与维持费两大部分。生命周期成本与产品功能有着内在的联系，通常研制开发费用随着产品功能的提高而增加。而使用费用则随着功能的完善而下降。根据一般情况，较低的设置费会带来带来较高的维持费用，用户进行产品选择时要进行产品生命周期的系统思考。

价值工程作为一门现代管理技术具有很强的实用性和可操作性，但在更高层次上则研究不足，理论深度不够，思维空间狭窄，同时，面对各种不同的复杂事物，数学模式单一，不利于更好、更有力地发挥它在促进社会生产力中的作用。

事实上，许多非工程类社会系统同样希望以最少的代价来取得最大的功能效应，同样可以进行价值分析。以最少的代价获取最优的功能不仅是价值工程的基本思想，也是许多学科的基本思想。SAVE（美国价值工程师协会）在1996年6月9日的芝加哥年会上，更名为SAVE International（美国国际价值工程师协会），提出的口号是：The Value Society——价值的协会。新会号和新口号旨在面向世界、面向所有学科的价值领域，与所有以提高价值为目的的组织或个人团结协作，这标志着价值工程开始全面走向世界、全面走向其它学科领域。

二、质量功能展开

1．质量功能展开技术简介

质量功能展开（Quality Function Deployment，简称QFD），是一种在设计阶段应用的系统方法，它采用一定的方法保证将来自顾客或市场的需求转化为产品的设计和工程设计的特征，并配置到产品制造过程的各个工序和生产计划中，从而保证最终产品最大限度的满足用户的要求。这一技术产生于日本的造船工业，在美国得到进一步发展，并在全球得到广泛应用。

实施质量功能展开后，企业收到的效益是巨大的。日本丰田公司应用质量功能展开技术后，从1979年10月到1984年4月，开发新的集装箱车辆费用累积降低61%，产品开发周期减少1/3，而质量有较大的提高。

质量功能展开是一种系统性的决策技术。在设计阶段，它可保证将顾客的要求准确无误地转换成产品定义（具有的功能、实现功能的机构和零件的形状、尺寸、公差等）；在生产准备阶段，它可以保证将反映顾客要求的产品定义准确无误地转换为产品制造工艺过程；在生产加工阶段，它可以保证制造出的产品完全满足顾客的需求。在正确应用的前提下，质量功能展开技术可以保证在整个产品寿命循环中，顾客的要求不会被曲解，也可以避免出现不必要的冗余功能，还可以使产品的工程修改量减至最少，也可以减少使用过程中的维修和运行消耗，追求零件的均衡寿命和再生回收。正是由于这些特点，质量功能展开真正成为一种可以使制造者以最短的时间、最低的成本生产出功能上满足顾客要求的高质量产品。

2．质量功能展开的原理和方法

质量功能展开是采用一定的规范化方法将顾客所需特性转化为一系列工程特性。所用的基本工具是“质量屋”。

质量屋（House of Quality, HOQ）的概念是由美国学者J. R．豪瑟（J. R. Hauser）和唐克劳辛（Don Clausing）在1998年提出的，质量屋矩阵是QFD方法中最重要的技术工具。它通过一个复杂的多元展开图将通过市场调查和基准数据得来的顾客需求转换为在新产品设计过程中所必需的一系列具有确定优先度等级的工程目标。这种质量屋矩阵在使用过程中要根据具体需求做出轻微的变化，以适应每一个特定的项目或主要使用者群体。但在QFD实施过程中通用的质量屋矩阵包括六个主要部分：顾客需求、技术需求、关系矩阵、竞争分析、屋顶和技术评估。如图2-4所示：

质量屋基本结构包括以下几个方面：

（1）顾客需求

各项顾客需求可以简单地采用图示列表的方式，将顾客需求1、顾客需求2……顾客需求n填入质量屋中。也可以采用分层调查表的方式，或采用系统图表示。KANO表示顾客需求的性质或类型，一般用字符B, O, E来分别表示基本型、期望型和兴奋型三种顾客需求类型。

（2）技术需求

技术需求可以采用简单的列表、树图、分层调查表或系统图的方式描述，技术需求是用以满足顾客需求的手段，是由顾客需求推演出的，必须用标准化的形式表述。技术需求可以是一个产品的特性或需求指标，也可以是指产品的零件特性或技术指标，或者是一个零件的关键工序及属性等。

（3）关系矩阵

描述技术需求和顾客需求之间的相关程度，是质量屋的本体部分，它用于描述技术需求（产品特性）对各个顾客需求的贡献和影响程度。图中所示的质量屋关系矩阵可采用数学表达式R= [rij]nc×np表示。rij是指第j个技术需求（产品特性）对第i顾客需求的贡献和影响程度，即两者的相关程度。

（4）竞争分析

竞争分析是站在顾客的角度，对本企业的产品和市场上其他竞争者的产品在满足顾客需求方面进行评估。

（5）技术需求相关关系矩阵——屋顶

技术需求相关关系矩阵主要用于反映一种技术需求，如一项产品特性对其他产品特性的影响。

（6）技术评估

对技术需求进行竞争性评估，确定技术需求的重要度和目标值等。

3．QFD过程的功效和其他应用

QFD方法具有很强的功效性，具体表现为：

（1）QFD有助于企业正确把握顾客的需求

QFD是一种简单的、合乎逻辑的方法，它包含一套矩阵，这些矩阵有助于确定顾客的需求特征，以便于更好地满足和开拓市场，也有助于决定公司是否有力量成功地开拓这些市场，什么是最低的标准，等等。

（2）QFD有助于优选方案

在实施QFD的整个阶段，人人都能按照顾客的要求评价方案。即使在第四阶段，包括生产设备的选用，所有的决定都是以最大限度地满足顾客要求为基础的。当做出一个决定后，该决定必须是有利于顾客的，而不是工程技术部门或生产部门，顾客的观点置于各部门的偏爱之上。QFD方法是建立在产品和服务应该按照顾客要求进行设计的观念基础之上，所以顾客是整个过程中最重要的环节。

（3）QFD有利于打破组织机构中部门间的功能障碍

QFD主要是由不同专业、不同观点的人来实施的，所以它是解决复杂、多方面业务问题的最好方法。但是实施QPD要求有献身和勤奋精神，要有坚强的领导和一心一意的成员，QFD要求并勉励使用具有多种专业的小组，从而为打破功能障碍、改善相互交流提供了合理的方法。

（4）QFD容易激发员工们的工作热情

实施QDD，打破了不同部门间的隔阂，会使员工感到心满意足，因为他们更愿意在和谐的氛围中工作，而不是在矛盾的氛围中工作。另外，当他们看到高质量的产品时，他们会感到自豪并愿意献身于公司。

（5）QFD能够更有效地开发产品，提高产品质量和可信度，更大地满足顾客

为了产品开发而采用QFD的公司已经尝到了甜头，成本削减了50%，开发时间缩短了30%，生产率提高了200%。如，采用QFD的日本本田公司和丰田公司已经能够以每三年半时间投放一项新产品，与此相比，美国汽车公司却需要5年时间才能够把一项新产品推向市场。

QFD作为一种强有力的工具被广泛用于各领域。它带给我们的最直接的益处是缩短周期、降低成本、提高质量。更重要的是，它改变了传统的质量管理思想，即从后期的反应式的质量控制向早期的预防式质量控制的转变。你还会发现，他能帮助我们冲破部门间的壁垒，使公司上下成为团结协作的集体，因为开展QFD不是质量部门、开发部门或制造部门中某一个部门能够独立完成的，它需要集体的智慧和团队精神。

三、故障树分析技术

故障树分析技术（Fault Tree Analysis，简称FTA）就是在系统设计的过程中，通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出逻辑框图（即故障树），从而确定系统故障原因的各种可能组合及其发生概率，以计算系统故障概率，采取相应的纠正措施，提高系统可靠性的一种设计分析方法。

FTA是1961年由美国贝尔实验室的华生（H. A. Watson）和汉塞尔（D. F. Hansl）首先提出的，并用于“民兵”导弹的发射系统控制，取得了良好的效果。目前FTA是公认的对复杂系统进行安全性、可靠性分析的一种好方法，在航天、航空、核能、化工领域得到了广泛应用。

FTA的目的是通过FTA过程透彻地了解系统，找出薄弱环节，以便改进系统设计、运行和维修，从而提高系统的可靠性、维修性和安全性。其作用主要有以下几个方面：

（1）全面分析系统故障状态的原因。FTA具有很大的灵活性，不但可以对系统可靠性作一般分析，而且也可以分析系统的各种故障状态。不仅可以分析某些元器件、零部件故障对系统的影响，还可以对导致这些部件故障的特殊原因比如环境的、甚至是人为的原因，进行分析，予以统一考虑。

（2）FTA可表达系统内在联系，并指出元器件、零部件故障与系统故障之间的逻辑关系，找出系统的薄弱环节。

（3）FTA可弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析过程中就被发现和解决了，从而提高了系统的可靠性。

（4）通过故障树可以定量地计算复杂系统的故障与单元故障的关系，为检测、隔离及排除故障提供指导，对不曾参与系统设计的管理维修人员来说，故障树相当于一个形象的管理、维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。

（5）故障树建成后，可以清晰地反应系统故障和单元故障之间的关系。

FTA在系统生命周期的任何阶段都可采用。然而，在下面三种情况下采用最为有效：

①设计早期阶段。这时用FTA的目的是判明故障模式，并在设计中进行改进。

②详细设计和样机生产后，批生产前的阶段。这时用FTA法的目的是要证明所要制造的系统是否满足可靠性和安全性的要求。

③使用阶段。分析、研究和改进故障检测、隔离及修复措施和软硬件时。

四、网络化制造

1．网络化制造的背景和内涵

20世纪90年代以来，随着信息技术与计算机网络技术的发展以及市场竞争环境向全球化方向发展，世界经济正经历着一场深刻的革命。面向21世纪的先进制造模式如并行工程、虚拟制造、精益制造、敏捷制造等不断涌现。为了适应网络经济时代的变化，需要建立一种具有快速响应机制的网络化制造模式和系统。1991年美国里海大学在研究和总结美国制造业的现状和潜力后，发表了具有划时代意义的报告《21世纪制造业企业发展战略》，提出了敏捷制造、虚拟企业的企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在一起，利用信息技术对千变万化的市场机遇做出快速响应，最大限度地满足顾客的需求。敏捷制造的提出大大推动了制造哲理和生产模式及制造系统工程的研究，新理论不断出现。

网络化制造技术是将网络技术与制造技术相结合的所有相关技术与研究领域的总称，是经济全球化和信息时代的产物。它的具体内涵是企业利用网络技术（包括Internet, VPN，无线网络等）进行市场开拓、产品设计、生产制造、产品销售、零件采购、企业管理等一系列活动的总称。

网络化制造系统的内涵：在一定区域内（如国家、省、市、地、县），采用政府调控，产、学、研相结合的组织模式，在计算机网络（包括因特网和区域网）和数据库的支撑下，动态集成区域内的企业、高校、研究所及其制造资源和科技资源，形成一个包括网络化的制造信息系统、网络化的制造资源系统、虚拟仓库、网络化的销售系统、网络化的产品协同开发系统、虚拟供应链及其网络化的供应系统等分系统和网络化的分级技术支持中心及服务中心的开放性的现代集成系统。

网络化制造是下一代制造系统的模式，美国国家制造科学研究中心（NCMS）提出了美国下一代制造（NGM）的定义，启动了相关的研究项目。为了开发下一代制造与流程技术，由多个国家研究机构与企业参与的智能制造系统（IMS）项目截至2000年11月29日已经启动了18项课题研究，已有3项完成。其中日本、澳大利亚、欧盟、加拿大、美国的25家企业和21家科研机构参与的21世纪全球制造项目GLOBE-MAN21 （1999年3月完成）以帮助制造企业应对全球制造环境，建立扩展企业的方法论、模型与技术，传播全球制造的新进展为主要目标。作为GLOBE-MAN21的继续，1999年10月启动GLOBEMAN（企业网络中的全球制造与工程）项目。具有数字化、敏捷化、柔性化特征的网络化制造是适应全球动态环境的21世纪的制造模式。建立这一模式将是当前乃至今后较长一段时期内制造业所面临的最紧迫的任务之一，是制造业赢得市场、快速发展、获得竞争优势的关键。

2．网络化制造系统的相关技术

网络化制造系统涉及的技术大致可以分为总体技术、基础技术、集成技术与应用实施技术。

（1）总体技术：总体技术主要是指从系统的角度研究网络化制造系统的结构、组织与运行等方面的技术，包括网络化制造的模式、网络化制造系统的体系结构、网络化制造系统的构建与组织实施方法、网络化制造系统的运行管理、产品生命周期管理和协同产品商务技术等。网络化制造系统相关的总体技术主要包括产品生命周期管理（Product Life-Cycle Management，简称PLM）、协同产品商务（Collaborative Product Commerce，简称CPC）、大批量定制（Mass Customization，简称MC）和并行工程（Concurrent Engineering，简称CE）等。

（2）基础技术：基础技术是指网络化制造中应用的共性与基础性技术，这些技术不完全是网络化制造所特有的技术，包括网络化制造的基础理论与方法、网络化制造系统的协议与规范技术、网络化制造系统的标准化技术、产品建模和企业建模技术、工作流技术、多代理系统技术、虚拟企业与动态联盟技术、知识管理与知识集成技术等。

（3）集成技术：集成技术主要是指网络化制造系统设计、开发与实施中需要的系统集成与使能技术，包括设计制造资源库与知识库开发技术、企业应用集成技术、ASP服务平台技术、集成平台与集成框架技术、电子商务与EDI技术、Web Service技术以及COM+、J2EE技术、XML、PDML技术、信息智能搜索技术等。

（4）应用实施技术：应用实施技术是支持网络化制造系统应用的技术，包括网络化制造实施途径、资源共享与优化配置技术、区域动态联盟与企业协同技术、资源（设备）封装与接口技术、数据中心与数据管理（安全）技术和网络安全技术等。

3．网络化制造中的重要过程

网络化制造可跨越地域的限制，扩展至全球制造。网络化制造应包括如下几个重要的过程：

（1）全球并行工程

并行工程在全球层次上，没有边界与时间迟滞。全球并行工程是全天候的工程。将敏捷企业的各个组织及需求、技术与能力进行优化设计，并通过不同的虚拟企业组织管理起来，实行以产品、过程及虚拟供应链为核心的全球三维并行工程。

（2）全球分布制造管理

全球分布制造管理是指全球制造公司中所有事情的管理、监督与控制，包括供应商管理、制造管理、装配管理、后勤管理及经销商和客户管理。

（3）全球柔性生产系统

在某些程度上，企业正尝试获得柔性可编程系统，可在任意特定的时刻生产不断增加的产品组合。

（4）产品生命周期管理

产品生命周期管理联结产品生命周期内的所有活动：从获得订单到生产、运输、客户支持，然后到不同生命周期阶段产生的信息返回公司。产品生命周期管理的关键是遍布产品生命周期各阶段的信息流及在不同的生命周期阶段不同组织间的数据和知识的无缝转换。

（5）全球项目管理

管理新产品项目，需要支持投标过程、概念设计过程及启动后项目管理过程的工具，项目管理成为有效组织、管理网络化制造的过程与技术。

（6）协同产品制造过程

企业通过ERP软件实现了企业内部信息化管理，提高了企业内部管理效率，联盟企业通过供应链管理（SCM）软件规划供应链，提高整个供应网络的效率，企业通过客户关系管理（CRM）软件赢得和改善顾客满意度，但是为支持产品协同制造过程，有必要将产品设计、工程、分销、营销及客户服务，紧密地联系起来，形成一个全球知识网，使分布于价值链环节的不同角色在产品的全部生命周期内互相协同地对产品进行设计开发、制造与管理，并让客户参与系统。因此，产品协同商务（CPC）应运而生。CPC涉及产品数据管理（PDM）、CAD/CAM/CAE/CAPP、生产规划、可视化过程建模等。

产品异地协同设计制造包括异地协同设计加工、异地协同产品设计制造集成平台、异地协同过程管理及Web技术应用等。产品异地协同制造运用集成化产品工艺开发方法、集成化产品团队和集成化的计算机环境，以并行工程为基础，快速实现产品设计和工艺过程设计。

4．动态联盟

动态联盟又称虚拟企业和虚拟组织，是基于盟主企业核心能力的一种外部优化整合，即盟主企业将投资和管理的注意力集中于自身核心能力上，而一些非核心能力或自己短时间内尚不具备的能力则依靠外部盟员企业来提供。企业的这种组织形式可以帮助企业获取、利用全球资源，可以避免环境的剧烈变动给组织带来的冲击。

网络化制造的动态联盟充分利用网络技术，将各伙伴企业的核心能力和资源集成在一起，形成一个临时的经营实体——基于网络的动态联盟，以共同完成某项任务，完成任务后动态联盟随即解散，各个伙伴企业又分别去参与其他市场竞争。网络化制造动态联盟的所有成员可以根据市场需要和产品特点，通过各种不同的方式进行组合。由于网络化制造动态联盟的主要支撑技术是因特网，所以其运作空间可以根据具体需要扩展到区域，甚至是跨国界和全球性的动态联盟。