产品设计管理
出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第477页（10098字）
1．产品设计的种类和内容
(1)产品设计的内容
产品设计是从明确产品的设计任务起，到确定产品具体结构的一系列工作的统称。产品设计管理是企业技术管理的一项极为重要的内容。它是决定产品质量和影响企业生产经济效益的首要环节，是开展一切生产技术活动的基本依据。要生产出一种质量好、成本低和结构先进的新产品，首先就需要有一个好的产品设计。
建国以来，我国工业产品设计已由大部分仿制，开始走上了自行设计。随着国民经济的迅速发展，迫切需要增加产品品种、规格和成套地提供优良的技术装备，这就给企业的产品设计工作带来了艰巨任务。
一种新产品从开始提出设计要求直到投产使用，大本上包括：研究、试验、设计、制造、装配、使用和维修等过程。就广义的设计来讲，产品未正式使用之前，都可认为设计工作尚未最后完成。就狭义的设计来讲，它是上述七个阶段中的一个，即图纸设计阶段，工作进行到这个阶段的终点，就可认为设计工作完成了。实际上，上述七个阶段是一个完整的过程，互相之间有着密切的联系。其中最为关键的阶段是产品设计阶段。因为产品设计既要考虑使用的各种要求，又要考虑制造、安装、维修的可能；既要根据研究、试验所得的参数进行验证，又要根据理论计算资料加以综合平衡，从而使七个阶段有机地结合起来。
产品设计一般分为技术任务书、技术设计和工作图设计三个主要内容。设计资料来源一般分为企业设计、研究单位设计、组织联合设计和用户供图。
产品设计应符合下列要求：产品质量符合标准规定；产品成系列发展；用较少的品种规格满足较广泛的需要；同类产品的主要零部件，特别是易损件，能够最大限度的通用互换。
产品设计是一项非常复杂的工作。既要满足用户的需要，又要适应本企业的能力，保证产品的技术性能，符合产品的成本费用低的要求。产品设计必须遵循下述原则。
①设计先进性与生产现实性相结合的原则
在现实生产条件下，力求产品设计技术先进，但又不能盲目地追求先进而脱离企业的生产实际条件。要使设计先进性与生产现实性紧密地结合起来，就要广泛地进行调查研究，在理论方面多听取科研单位和高等院校专家们的意见；在制造工艺方面多征求工厂工艺人员和技术人员的意见；在产品使用方面多吸取现场操作人员和用户的意见，集思广益，满足产品设计既先进又适用的要求。
②设计可靠性与经济合理性相结合的原则
在使用可靠的前提下，要力求做到经济合理，但又不能单纯片面地追求经济性，而忽视安全生产和改善劳动条件。要从我国经济、科学技术发展水平出发，在每项具体产品设计中都要贯彻多快好省的方针，设计出合乎要求的“物美价廉”的新产品。
③设计创造性与科学继承性相结合的原则
为了加快新产品的设计和制造速度，促进产品的更新换代，在产品设计中，必须坚持设计创造性与科学继承性相结合的原则。要研究吸取外国先进技术，洋为中用，还要有创造性，发展我国独特风格的新产品。
④设计理论性与实践性相结合的原则
在正确设计理论指导下，应力求深入实际，研究设计的规律，使产品设计做到理论与实际相结合。
为了使产品设计符合上述各项原则，设计人员要努力学习新技术、新知识、不但要懂设计、工艺、还要懂经济、技术政策，要不断提高产品设计的能力与水平。
(2)产品设计的程序与内容
由于产品类型、结构及其复杂程度的不同，产品设计程序与内容也不尽相同，但一般可分为三阶段。
①)编制设计任务书
通用的新产品设计任务书一般由设计单位自行编制；重大的、专用的新产品任务书，一般由使用单位提出，再由设计单位编制相应的设计建议书。
设计任务书的主要内容(以机械产品为例)包括：产品用途、使用范围、技术规范、技术经济示标、简略总图、传动系统、电动系统略图和结构特点。如属系列产品，设计任务书还应包括本类产品的发展方向、产品系列型谱表，以及标准化和通用化程度。编制设计任务书的目的是正确解决新产品选型问题，并确定产品基本结构作技术设计的依据。
②技术设计
技术设计是依据产品设计任务书的要求，进行产品的全面设计工作。
技术设计要有详细的设计说明书，包括：各种计算数据和经济技术指标、产品总图、部件装备图、主要零件图、传动系统图和冷却系统图，还有产品技术规格、产品制造和验收的技术条件，产品附件、备件、工具和所需特殊材料的明细表等。
要通过技术设计，将产品基本定型，同时把零部件的结构、尺寸、技术条件确定下来，并决定对工艺、生产、供应的要求。
技术设计完成后，由设计部门负责人组织用户和本企业的工艺、生产、供销、质量管理等部门，对新产品的结构、性能、制造工艺，以及协作件、外购件和材料的供应问题进行审查，并做出结论，最后报总工程师批准。
③工作图设计
工作图设计是依据技术设计绘制全部工作图纸，并制订有关制造和使用所需要的技术文件。工作图设计包括：总图、零部件图、产品装配图和安装图；所需通用件、专用件、标准件、外购件、协作件的明细表；所需原材料明细表；产品使用说明书；产品样本等。工作图纸是编制工艺规程、进行试制和日常生产的技术依据。
上述三段制是产品设计的基本程序，不同行业又可根据产品设计的具体要求分为四段、五段和六段。目前，国外已有九段制的设计程序，包括技术调查、工程研究、原型机设计、原型机制造、原型机试验、试制品设计、试制品制造、试制品试验和生产设计。这对大型、复杂的基型产品或把握不大的重要新产品发展有重大的指导意义。
(3)产品设计的种类
产品设计工作，按其性质可以分为以下四类。
①自行设计
自行设计是指企业自己进行设计新产品的工作。自行设计的产品必须在广泛调查研究的基础上，提出几种设计方案，然后进行比较，选择出最优方案。对采用新原理和关键、复杂的零部件结构，还应进行必要的试验。
②实物测绘
实物测绘是进行仿制的一种方法。首先，要符合设计的基本要求，能够保证在制造时取得良好经济效果。要根据我国各地区的资源情况，并具体地贯彻国家各项技术政策，在尽可能提高产品的标准化、系列化、通用化水平的基础上，做好选型和选择样机工作。其次，要在充分了解原设计思路的基础上，把别人成功的经验学到手。对设计中一时还搞不清的，应照原设计；确实有把握认定或经试验证明原设计有缺陷的，要经过一定的审批手续后才做必要的修改。再次，在拆机测绘前，要弄清原样机的性能要求，测绘时要精确的测量，以保证测绘所得图纸和原样品一致，必要时还要进行理论计算。最后，要把测绘图纸进行复核，防止草率从事，以保证仿制成功。
③外来图纸
外来图纸指由专业设计单位、国内外用户等提供的产品设计图纸。对此，企业要组织有关人员详细研究、认真消化和严格审查，以弄清楚产品的用途、性能和结构。对别的企业已生产过的产品，还应了解其在制造中发生的问题，以便对图纸和技术文件进行必要的修改和补充，使其适应于企业的生产技术条件。
④老产品改进设计
老产品改进设计是指根据技术进展情况、制造和使用中的经验、问题和用户的意见而进行的设计。在改进时，要着重对改进部分作前后的分析比较，以证实其合理性与必要性。对没有把握的更改，应先进行试制和试验。在老产品进行轮番生产时，也需事先作必要的设计修改。
(4)技术任务书的编写
技术任务书又称技术建议书。它是指导产品设计工作的基础文件。它的主要任务是明确选型，说明设计该产品的必要性和现实意义，并确定该产品的主要规格、概括的总体布置和结构特征。对技术任务书的基本要求是：
①确定新产品的用途、使用范围、使用条件及要求，指出设计与制造该产品的根据和理由。
②根据对国内外同类产品的研究、分析与试验，保证新产品的基本结构及性能适应于现代科学技术水平。
③对社会、经济和生产进行综合考察，保证新产品具有较高的技术经济指标。
由于产品的性质、种类的不同，技术任务书的具体内容也不同，可分为：
①通用产品技术任务书
通用产品技术任务书的内容包括：产品用途及使用范围；必须试制新产品的理由及根据；详细分析国内外较好的同类产品的结构特征，以及技术和使用数据一览表；本产品的结构特征及技术规范；产品简略总图、传动系统图、电气系统图等；产品型式尺寸标准系列表，并以符号注明基本型及变型。
②通用产品系列设计的技术任务书
通用产品系列设计的技术任务书的内容包括：编制系列的理由及根据；对国内外同类产品系列、性能、结构、通用性的分析；本类产品的发展方向；本系列型式及主要参数的确定；本系列的主要技术特征；本系列的经济分析。
③专用产品订货技术任务书
专用产品订货技术任务书的内容包括：产品的用途、性能、规格等主要数据；产品使用的主要工艺过程及有关技术经济指标；用户使用本产品的使用条件及特殊要求；建议采用的结构型式及设计原则；新产品成套项目明细表及其车间布置图。
④专用产品的技术建议书
专用产品的技术建议书的内容包括：产品的结构特征；产品的技术规格；产品的技术经济指标；概述本建议书与用户所提任务书之不同处，以及采用本建议书的理由。
为了使产品技术任务书的内容具体化，要通过选型设计工作来完成。选型设计内容一般包括：绘制产品工作原理的示意图；主要结构及部件的草图，表明其作用原理及主要尺寸；结构上、运转上基本数据的计算和局部试验验证等技术资料；产品的总装图和主要零部件在规定尺寸限度内的位置图，产品中特殊配套零部件和外购件明细表等。
2．技术定型设计
是在已批准的技术任务书或已完成选型设计的基础上进行的。技术设计的目的是通过具体的结构设计，实现技术任务书和其他相应文件的要求，进一步发现该设计所存在的关键问题。
除测绘、仿造和简单的专用产品外，各类产品都要经过技术设计这个阶段。通常要求只编制出一个设计方案，其内容主要有：产品总图、部件装配图及主要零件图；产品的详细技术规格；传动、液压、电气和冷却等系统图；设计说明书，其中包括各种计算和技术经济指标，以及工艺性比较数据等；产品制造验收和交货技术条件；设计中已成功的采用新结构、新原理的试验记录及结论；产品的附件、备件及工具明细表；外购件、协作件及特殊材料明细表等。
技术设计往往是和个别部件、机构、零件模型样品的试验与制造同时进行的。
由于产品结构是否符合技术任务书的要求，设计产品的工艺性是否解决得好，都取决于技术设计阶段，所以，在这个阶段中，总工程师必须抓好企业有关设计、工艺、供应部门间的相互配合，正确处理三者之间的关系，为下段生产设计打下可靠的技术基础。工艺工程师应经常参与定型设计工作，进行工艺分析，以确定有关结构工艺性的问题。对于供应上的特殊要求，也要及早提交给供应部门加以解决。
产品的工艺性、结构的标准化和提高零部件的通用率，在进行技术设计时即应采取必要的措施。如实行零部件使用登记制度，把所有借用的、通用的、标准的零部件的使用情况进行登记，便于查阅和供改图时参考。产品品种多、零部件通用率高的企业还可实行图样的分类编号制度，便于有系统地找到具有类似用途、类似结构及工艺特性的零部件的图样。对数量大的同类型的零部件进行统一化，便于减少零部件的种类，提高通用率，并为这种零部件的规格化打下基础。
技术设计是整个产品设计成败的关键阶段，是供应、工艺、设计工作的结合点，必须协调好三者的关系，为生产技术准备工作合理组织平行交叉作业，为缩短新产品试制周期创造良好条件。
3．生产设计
是在技术设计经审核和修正的前提下所进行的详细设计，具体化为生产用的工作图。这个阶段的主要任务是：绘制全套施工图纸，有关制造与使用所需要的技术和各种明细表，为企业提供可靠的生产依据。一般情况下，生产设计必须在承制企业进行，并要考虑承制企业的具体条件及生产上的要求。工作图设计的内容主要包括：总图、部件图及零件图；各部件的零件明细表；通用件综合明细表、标准件综合明细表、外购件及协作件综合明细表、材料综合明细表；产品包装图、安装图及说明；成品验收的技术标准和方法规定；各项计算、验证等有关技术资料；产品使用维护说明书；产品样本和产品说明书。
产品是否采用标准化、规格化或早已掌握的规格统一的零件，在生产设计阶段中作最后的决定。生产设计阶段所设计的各类工作图、明细表及有关技术文件，经严格审查后，企业方可作为依据，组织样品生产、小批试制生产和大批量生产。
结构简单、有充分可靠的参考资料的一般新产品，或只局部改制的、原有零件比重很大的老产品，可将技术设计和生产设计合并成一个阶段进行。
工作图是指导技术人员和工人进行加工、装配和调试的技术文件，是生产用的图纸。因此，工作图设计，要符合图样管理制度和标准化的要求。图中要详细标注各种尺寸、加工精度以及所用的材料和元器件的型号、规格、数量。工作图设计完成后，再经过工艺会签和标准化审查，即可进入新产品试制阶段。
4．设计审查和工艺性要求
为使产品设计有良好的工艺性，应进行工艺审查；为贯彻执行有关标准，应进行标准化审查。同时，还要对产品设计的技术美学质量予以足够重视。
(1)产品设计的工艺性审查
评价零件、部件乃至整个产品结构工艺性的基本尺度，是制造和修理的劳动量和成本。因此，在正式进行工艺设计之前，应根据下列内容审查产品的结构设计：产品结构应便于采用高效工艺，如压铸、模锻等；装配部件应同时是可以独立装配的工艺单元；任何结构部分均应便于在制造、装配、调整和修理过程中进行操作；各结构部分要有方便的基准面，安装基准和测量基准应合而为一；各结构部分应保证在加工过程中具有足够的刚度和强度；产品结构应有保证各组成部分相对位置精度的定中心部位和定位部位；材料的选用应能保证零件尺寸和形状在使用过程中的稳定性；零部件的精度和表面光洁度等级应达到技术经济上的最佳化；还要注意加工过程的劳动保护问题和生产过程中的环境保护问题。
(2)产品设计的标准化审查
标准化、系列化和通用化是一项重要的技术经济政策，在提高产品设计质量方面起着重要的作用。因此，标准化审查是设计工作中的一项重要工作和必要程序。其检查内容主要是：成套性检查，以满足加工过程的要求；总图、装配图检查，检查标准化程度，是否最大限度地应用了标准件、通用件和外购件；技术文件检查，检查主要技术内容是否简明扼要，技术要求、试验方法等是否符合有关标准的规定。
(3)产品设计中的技术美学问题
现代产品除了先进性、经济性、耐用性的基本要求外，还要对技术美学质量给予足够的重视，否则会不同程度地影响产品的竞争能力。所以，对产品设计中技术美学的审查具有重要意义。在产品设计中，技术美学一般应注意下列问题：产品的设计与造型应该适合使用对象的要求和特点；从视感出发，产品的造型应是平衡的、稳定的、美观的，能反映出产品的功能及主要使用范围；产品色度方案应与造型相符合，与使用条件相一致，与功能作用相吻合，产品商标的形状、色度和图案应完善，位置正确，并能反映产品的结构特征；欲进入国际市场的产品，还应当考虑使用国的色度习惯，合理安排“人－机”之间的关系。
产品的美观取决于设计水平、工艺水平、设备水平、安装技术水平、各种材料的应用水平及测试、测量技术水平，因此它也是审查设计工作的一项重要内容。
产品结构的工艺性，是指设计产品的结构应符合工艺原则，就是在规定的产量规模条件下，能采用最经济的加工方法来制造产品，同时又能保证设计所规定的质量要求。提高产品结构的工艺性，对降低劳动工时、减少材料消耗、缩短生产周期、降低制造成本等都具有很大的经济意义。
产品结构的工艺性并没有完全固定的标准。随着先进技术的不断出现，企业技术装备水平的不断提高和完善，对产品结构的工艺性必然有所影响。不同的生产类型对产品结构也有着直接的影响。因此，只有综合考虑对产品结构工艺性的影响，才能获得良好的经济效果。对产品结构的工艺性要求主要有如下几点。
(1)对零件结构的工艺要求
在产品设计时，应先了解此产品的产量，拟订制造工艺方案，从而选择产品及零件的最合适结构。在符合设计所规定的技术条件的基础上，使产品的每个零件的结构在生产准备及制造上都能达到既经济又简单，这就是对零件结构的工艺要求。零件所应满足于工艺结构上的具体要求是各种各样的，是由不同形式生产的工艺要求所组成的。
(2)装配工艺对产品结构的要求
零件最后要装配成产品，因此，在产品设计时，必须考虑如何对装配有利的问题。为满足装配工艺对产品结构的要求，必须考虑，设计复杂、大型产品时，要考虑能否分拆成装配单元，以简化装配工作；选用合适的接合方式，以使零件从加工到装配的综合劳动量能够缩减；进行产品结构设计时，必须考虑到装配与拆卸的便利性等。
(3)产品结构工艺性审查
从产品选型、定型到生产设计的各阶段，都要开展产品的结构工艺性审查工作，其目的是为了保证每个工作图纸都符合企业的生产条件和各项工艺要求。对产品结构进行工艺性审查的基本内容有：所选用的零件材料是否适宜，能否满足产品的加工、功能上的要求；加工的方式是否合理，是否能保证产品物理性质；是否合乎工艺规程上的要求等。
衡量产品结构工艺性的优劣程度，通常直接由产品总图及产品零件特征得到的总数指标来决定。产品结构组成的零件总数越少，则生产技术准备、计划及核算工作就越简单，制造零件和装配成品的费用就越低。
5．设计－生产－管理一体化
最优化技术是一项新技术，它主要包括：最优化设计、最优生产控制、最优管理等几部分。
最优设计是近十几年来在计算机广泛应用的基础上发展起来的。最优设计，简单地讲，就是在现有的工程技术条件下，选出最符合多快好省的方案。
最优设计的数学描述，可归纳如下：
目标函数 maxf(χ)
约束条件 gi(χ)≥0i=1，2，3，……m
hj(χ)=0j=1，2，3，……P
其中，f(χ)为评价设计方案好坏的目标函数；而χ(χ1，χ2，χ3，……χn)为某一项设计的变量；gi(χ)，hj(χ)为设计变量的约束方程，即设计的允许变动范围。所谓最优设计，就是在设计变量允许范围内，找出一组参数
，使maxf(χ)成立。我们称又为最优设计方案。
应用计算机进行设计，到目前为止已经历了几个阶段，早期是用计算机进行辅助设计，现已进入最优、自动化设计系统阶段。
最优化、自动化系统的研制和应用，深刻地影响和改变产品设计领域的面貌，改变了随之而来的设计、生产、管理的分工和组织机构。
用计算机进行最优设计的过程，大体上如图3．2．3－1所示。用计算机进行最优设计比传统人工设计有如下优点。
图3．2．3－1
(1)不仅能满足设计技术上的要求，还能达到最佳的要求。
(2)比传统设计方法的效率大大提高。
(3)与传统方法相比，在调整设计方案的参数中所使用的最小偏差方法要科学和快速，它是用数学方法，由计算机沿着改革方案方向自动进行，可从大量方案中选出最优方案。
(4)最优化设计是以理论分析为主，选出有代表性的方案，再用试验验证，比传统方法减少试验次数和盲目性，能节约大量的人力、财力和物力。