第二节 制造业产品的开发设计与工艺管理

一、新产品开发过程

制造业的产品活动主要包括市场管理、产品开发和生产制造三个功能。市场管理的职能是为新产品开发提供新的概念，为现有的产品线制定规范。产品开发的职能是将产品的技术概念实现为最终的设计的产品。生产制造的职能是选择和构造制造产品的工艺。

新产品开发（NPD）流程涉及了多个职能部门。营销部门识别市场目标，预测顾客需求；研发部门开发新技术并设计产品；生产与运营部门选择供应商，设计制造流程等。这三个主要的职能部门采用了串行的工作方式，前一项职能完成了，后一项职能才能开始。

一般来讲，一个完整的新产品开发过程包括产品创意、产品设计、工艺设计与流程选择，以及市场导入等一系列活动。

产品设计过程包括产品的需求分析、产品构思、可行性论证、结构设计。

工艺设计是指按产品设计要求，安排或规划出从原材料加工成产品所需要的一系列加工过程、工时消耗、设备和工艺装备要求等的说明。

市场导入则是将所开发的产品引入市场。

新产品创意的主要任务是识别客户需求，从市场需求中产生并评估一个或一系列概念产品，一般由产品创意与可行性研究两个阶段组成。产品创意不仅是一个创造性的过程，也是一个学习性的过程，它来源于不同的渠道。例如，企业的研究与开发部门的创新与变革，市场营销部门的市场调研，客户的抱怨或要求，生产运营管理人员的建议，销售代理、供应商甚至是竞争者的行为等都有可能催生新产品创意。市场营销部门通过与顾客交流，倾听顾客心声来挖掘创意并开发新产品，即需求拉动型，这意味着“顾客的心声”把新产品从企业中拉向市场。新产品创意的另一个来源是技术推动，当顾客还没有意识到对新产品的需求时，企业研发部门将其开发出来并推向市场。

产品创意的结果是构思出对产品外观、功能和特性的描述，即“产品概念”。通常，为了避免市场风险和过高的开发成本，只有2%的新产品概念可以转化为“概念产品”。根据Greg A. Stevens and James Burley的调查统计，3000个新产品概念中只有1个能够成功。所以，进一步筛选和评价新产品概念，对新产品概念的经济性、适用性和市场竞争能力进行可行性研究，对于企业来说是一个具有战略意义的决策过程。一般来说，需要从企业的市场条件、财务条件和生产运营条件三个方面考虑。

（1）市场条件包括产品的上市能力、预期销售增长的可能、对现有产品的影响、产品的竞争状况以及竞争力等。

（2）财务条件包括投资需求、投资回报率、对企业总获利能力的贡献率以及预计的现金流等。

（3）生产运营条件包括产品开发时间、质量、技术的可行性、组织生产或交付产品的能力、现有设施与管理状况、对相关规章与法律问题乃至伦理道德问题的考虑程度等。

在产品概念开发勾勒出新产品的骨架之后，就进入初步产品设计阶段。在这个阶段，要对概念产品进行全面的定义，初步确定产品的性能指标、总体结构和布局，并确定产品设计的基本原则。为了适应动态变化的环境，设计出具有市场竞争力的产品，企业应遵循以下产品设计的基本原则：

（1）设计顾客需要的产品（服务、体验），强调顾客的满意度。

（2）设计出可制造性强的产品，强调快速响应。

（3）设计出强壮性强的产品（服务），强调产品责任。

（4）设计绿色产品，强调商业道德。

经企业主管部门审核、认可了初步设计之后，就可以开始产品的定型设计了。对其中关键技术课题要进行原型设计、测试和试制。据统计，目前在100项新产品构思中平均只有6项能够进入样品原型设计。因此，为了评估和检验新产品的市场业绩和技术性能，以进一步确认产品构思的市场价值与竞争力，原型设计也是一个重要的筛选环节。汽车制造行业经常采用黏土原型设计新汽车。例如，1994年美国福特汽车公司通过原型设计推出全新的第二代RANGE ROVER，发动机设计成可选装4.0升和4.6升V8或2.5升六缸涡轮增压柴油发动机，车内空间布局得更加宽敞，车身造型也做了重新设计，并将多功能电子空气悬架（EAS）与电子牵引力（ETC）和H形导槽式自动变速器都进行了标准化设计。新型车一投入市场就备受消费者青睐，一年后被《WHAT CAR》杂志评为“最佳越野汽车”。又如在服务业中，著名的餐饮连锁企业麦当劳餐馆起初就是在加利福尼亚的圣巴纳迪诺建立了一个原型餐馆。它的特征是干净的门面、独特的红白两色的装饰、有限的菜单、低廉的价格等。当麦当劳开始连锁扩张时，复制了这些服务设施和服务理念，取得了成功。

借助于计算机技术与互联网，可以在虚拟原型设计环境对产品与服务进行原型设计、测试。波音飞机公司采用虚拟原型技术在计算机上建立了波音777飞机的最终模型，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞都是在计算机上模拟进行的，这样使得开发的周期从过去的8年缩短为5年，从而抓住了宝贵的市场先机。

最终设计阶段的任务是绘出全套工作的图纸并给出说明书。在这一阶段，产品基本定型，紧接着就要进行工艺设计与流程选择。

阅读资料4－1 福特汽车公司开发“神童”项目

新产品开发部门有时候要按政府要求开发产品。1993年，美国政府要求美国汽车生产商在今后10年中大幅度提高汽车的节能性。到了2000年，福特汽车公司已经生产了一辆测试汽车，取名为“神童”，该车有着与金牛座轿车同样大的空间和方便性。金牛座轿车由于许多高科技的改进而达到使用1升汽油能行驶超过30千米。

“神童”是为新一代汽车合作项目开发的、由汽车生产商和联邦政府共同设计和生产可容纳5位乘客的汽车测试模型。1999年，美国政府在这个项目上花了240万美元，其中大部分花在了政府和大学实验室的研究上。福特估计同年它们与通用公司和戴姆勒－克莱斯勒公司一起在这个项目上花掉了980万美元。

为了使“神童”达到每升汽油行驶25千米，福特在它早期的测试模型中安装了一种小型增强内燃机引擎和一种带电池的电动发动机。为了达到每升汽油行驶30千米，福特的工程师设计了一种在后视镜、平滑的底部、特殊的轮胎盖子、只在引擎需要额外空气时才打开的前面的格栅上的通气孔等位置上使用摄像机的光滑的新外形。测试模型主要用铝制成，配以少量的镁和钛零件。总重量为1084千克，这大约比其他中型轿车轻了454千克。

虽然每升汽油行驶34千米的新愿望还没有实现，但福特公司将继续完善“神童”的设计，它们对达到此目标充满信心。

资料来源：NORMAN GAITHER, GREG FRAZIER. Operations Management［M］. Ed. 9th. South－Western Thomson Learning, USA,2002.

二、制造业产品的设计

按过程分析的方法，产品开发由许多过程组成。过程中存在两种类型的活动：一类是专业活动，如需求分析、结构设计、工艺设计；另一类是协调活动，通过协调顾客域、功能域、物理域、制造域的方案和建议，取得各方面一致认可的决策。

在产品设计时，通常有面向顾客和面向可制造性两种设计思想。

（一）面向顾客的产品设计

顾客的需求是市场拉动的最直接动力，因此从用户的观点来反映产品设计的问题是非常有用的。

1．质量功能展开（Duality Function Deployment, QFD）

质量功能展开是一种将顾客需求转换为产品设计标准的规范方法。这种方法采用来自于市场营销部门、设计工程部门、制造部门的跨职能团队的方式设计产品。丰田汽车集团曾经使用QFD的方法大幅度缩短设计时间，降低了60%的汽车成本，QFD也因此名声大噪。

QFD以研究和倾听顾客的想法，确定一个优良的产品特征为起点。通过市场研究，将顾客对产品的需求和偏好定义下来并进行分类，称之为顾客需求。以汽车制造业改进车门的设计为例，通过顾客调查得知，顾客的重要需求是“汽车在坡道上也能打开门”和“从外面关门很方便”；顾客的需求确定之后，根据这些需求对于顾客的相对重要程度，分别赋予它们权重。接下来，请顾客对公司的这一产品与其竞争者的产品进行比较，从而得出产品竞争性评价。这个过程有助于公司从顾客的角度，确定对顾客重要的产品特性，并能与其他公司产品的特性做出综合比较，因而能够帮助企业更好地理解与关注那些需要改进的产品特征。

2．构造质量屋矩阵

顾客的需求信息可用特定的矩阵形式表示出来，此矩阵称为质量屋（House Of Quality）矩阵，如图4.1所示。通过建立质量屋矩阵，跨职能的团队能够利用顾客反馈信息来进行工程设计、营销和运营的决策。矩阵帮助团队将顾客需求转换为具体运营或技术目标，要改进的重要的产品特征与目标在质量屋矩阵中得到认同与详细说明。这一过程鼓励各部门之间紧密合作，并且使各部门的目标和意见得到充分的理解。当然，质量屋矩阵最大的优点在于它帮助团队致力于设计出满足顾客需求的产品。

构造质量屋矩阵的第一步是列出顾客对产品的要求，这些要求应该按照重要性排序。接下来，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技术特征。这些技术特征应直接与顾客的要求相关，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”。

（二）面向可制造性设计

当今产品的市场寿命周期越来越短，产品开发设计周期的长短显得越来越重要。传统的产品设计结果往往导致图纸上设计的产品难以制造，或者即使能够制造，也会带来高昂的成本。鉴于对产品制造可行性和经济性的考虑，需要一种新的方法在产品的初始阶段从制造难度及成本的观点出发研究设计方案。面向可制造性设计（Design For Manufacturing, DFM）就是这样一种新概念、新方法。DFM从易于制造和经济性出发，把产品设计作为产品制造工艺设计的第一步；从易于装配的角度出发，进行零部件的设计。这样，就把产品设计和制造工艺设计有机地结合起来，不仅可以改进产品的设计质量，而且缩短了整个产品设计周期和制造工艺设计周期，同时赢得了时间，降低了成本。

（1）DFM的基本原则。DFM的基本原则给出了从制造角度出发进行产品设计的基本思想。这些基本原则是：把不可拆分的零部件数量降到最低，进行模块化设计，尽量使一种零件有多种用途，尽量使用标准件，尽量使操作简单化，使零件具有可替代性，尽量使装配流程简单化，使用可重复、易懂的工艺流程。在设计产品的时候，要有意识地把这些原则作为指导思想。事实证明，这些原则对于节省劳动时间、降低人工成本有着重大的作用。

（2）装配设计（Design For Assembly, DFA）。DFA是DFM的一个重要工具，它可以用来减少产品装配所需的零部件数量，评价装配方法，决定装配顺序。DFA提供了一种根据装配方法和所需装配时间来分类的通用零部件产品目录。例如，某一类部件的装配方法是推进去，另一类部件是边推边拧，还有一类部件可用自动螺丝刀等，这些产品目录可以帮助设计者在不妨碍产品性能的情况下尽量选用易于装配的通用零部件。DFA还给出了一些装配指导原则。例如，如何选择手动和自动装配；如何避免零部件运送工位时容易引起的混淆和错位运送；如何简化装配操作；如何选择不易出错的装配顺序等。此外，DFA还包括了一种装配线评价方法。这种方法用点数来评价装配中每一步操作的难易程度。例如，用螺丝刀拧两圈的操作难度大于直接推进去，因此前者的点数就高。运用这种方法，可以预先给定整个装配流程的最大点数，如果在现有产品设计下装配方式的点数超过了这个最大点数，就要重新设计。

（3）缺陷树分析（Fault Tree Analysis, FTA）。在产品设计中，如果在试制样品中发现了问题或缺陷，就需要有一种有效的方法分析这些缺陷，以便改正。FTA就是这样一种方法，它用一个树状图来表示产品的缺陷、引起产品缺陷的可能原因以及可能采取的措施，以从中找到最合适的改正缺陷的方法。

三、制造业产品的生产工艺管理

（一）生产工艺管理的内容及意义

产品的设计解决了生产什么样的产品（做什么）的问题，至于采用什么样的设备和工艺装备，按照怎样的加工顺序和方法来生产这种产品（怎样做），还有待于生产工艺管理工作来解决。生产工艺管理涉及的因素众多，包括的范围也很广，其包括的具体工作内容与生产类型、产品的产量及质量以及企业的具体生产条件等因素有关。一般来说，生产工艺管理的内容主要有：

（1）产品设计的工艺性分析与审查；

（2）工艺方案的制订；

（3）工艺规程的编制；

（4）质量控制计划的制订；

（5）工艺装备的设计与制造；

（6）产品的材料消耗定额和工时定额的审订；

（7）旧工艺的改进和新工艺的推广；

（8）工艺管理制度的制定和工艺管理方法的完善；

（9）新产品试制的管理。

企业的生产工艺管理是企业生产管理中的重要内容，它与产品的设计有着紧密的联系，同时又对产品的生产起着指导作用，因此有人形象地把生产工艺管理比作设计和制造之间的一座桥梁。同时，生产工艺管理工作在企业生产管理中所占的工作量和时间也是很大的。因此，搞好企业生产工艺管理工作对提高生产效率及产品质量、缩短生产周期、降低生产成本和顺利组织生产有着十分重要的意义。良好的生产工艺管理工作能给企业带来诸多的效益：

（1）缩短产品生产周期，提高产品竞争力。工艺准备工作往往要占到生产技术准备工作所需时间的1/4～1/2，甚至达到2/3，完善的生产工艺管理不仅能缩短工艺准备工作本身所用时间，而且还能通过采用先进合理的工艺方法和手段缩短工艺流程，从而缩短整个产品的生产周期，提高产品的市场竞争力。

（2）提高产品质量。完善的工艺方案和合理的操作规程将使产品的质量得到良好保证，而且，许多情况下产品质量的提高正是通过产品制造工艺的不断改善获得的。

（3）降低物耗和能耗，节约生产费用，从而降低产品成本。大量的资料表明，通过采用先进的加工方法、选用代用材料、精确核定定额等工艺管理手段和方法能大幅度地降低产品的材料消耗和能源消耗、人工费用及其他生产费用，从而使生产成本下降。

（4）提高劳动生产率。制定完善、合理的工艺规程及详细合理的工艺管理制度可以使生产得以顺利进行，而且通过采用新的工艺、新的制造方法可以使劳动生产率成倍提高，如冷镦工艺就可使螺栓的加工效率提高几十倍。

（5）提高工艺设计工作质量，减轻劳动强度。工艺准备工作是企业技术准备工作中最复杂、最繁琐同时又最难以管理的，完善的生产工艺管理可以通过加强工艺文件的管理、制定相应的工作规范等来提高工作的质量，并减轻工艺设计人员的劳动强度。

（二）实施生产工艺管理的原则和程序

做好生产工艺管理工作，应注意遵循下列原则：

（1）重视搞好工艺情报资料工作，应尽一切可能收集和整理国内外有关的技术发展和先进工艺方法的情报资料并加以充分利用。

（2）重视对现有工艺方法和手段改进的研究，尽可能采用先进工艺和新工艺，要摒弃那种把工艺人员完全埋在日常工艺设计工作中的做法，应组织力量进行工艺方法的研究和改进工作。

（3）重视工艺典型化和标准化工作，减少工艺准备工作量，缩短工艺准备时间。实践证明，典型工艺和成组工艺在这方面可发挥重要作用。

（4）加强对工艺文件的管理，完整和统一的工艺文件对改进工艺准备工作的质量，提高工艺准备工作的质量和工艺准备工作的标准化都是大有益处的，而且工艺文件的完整和统一对指导生产、顺利组织生产的意义也十分重大，应对此予以重视。

（5）采用先进合理的工艺设计方法和管理手段，如采用计算机辅助工艺过程设计，这有利于提高工艺管理工作的水平。

（6）建立合理的工艺管理制度和技术责任制，以确保工艺管理工作的顺利进行。

实施生产工艺管理的程序如下：

（1）产品图纸的工艺分析和审查。在产品设计中除了要达到前节所述的要求外，也要考虑工艺上的经济性和可能性，因此产品的图纸要经过工艺分析和审查。其内容有：

①审查零部件的标准化和通用化程度以外，还应审查产品结构的继承性程度。其指标是：

②审查零件的部件装配程度，也就是产品结构的部件装配。其指标是：

③审查产品结构在企业现有设计与技术条件下制造的可能性。

④审查选用的材料的经济合理性。

⑤审查零件的结构、几何形状、尺寸、精度、公差等级的合理性。

（2）工艺方案的制订。工艺方案是工艺准备工作的总纲，其内容包括产品试制中的技术关键和解决方法，以及装配中的特殊要求，工艺方案制订的依据是产品的设计性能、产品的方向性以及生产类型和批量大小等。工艺方案的内容有以下几种：

①确定产品试制中的技术关键及其解决办法，确定关键件和关键工序及加工方法；

②确定产品的工艺路线和零部件的加工车间；

③确定工艺装备的配备原则和系数；

④进行工艺的经济效果分析比较。

对于自行设计、基型、通用产品的工艺方案的编制应尽可能详尽，对于仿制、变型、专用产品工艺方案的编制可适当简单；对于长期生产应尽可能详尽，短期生产可适当简单；对于大量连续生产应尽可能详尽，成批轮番生产可适当简单。

（3）工艺规程的编制。工艺规程的编制是工艺准备中的一个主要内容，是指导生产的重要工具，也是安排计划、进行调度、确定劳动组织、进行技术检查和材料供应等各项工作的主要技术依据。

工艺编定以后，应将有关内容分别填入各种不同的卡片以便执行，并作为生产前的技术准备工作的依据。各种卡片总称为工艺规程文件。

企业所用工艺规程的具体格式虽不统一，但内容大同小异。一般来说，工艺规程的形式按其内容详细程度，可分为以下几种：

①工艺过程卡。这是一种最简单和最基本的工艺规程形式，它对零件制造全过程做出粗略的描述。卡片按零件编写，标明零件加工路线、各工序采用的设备和主要工装以及工时定额。

②工艺卡。它一般是按零件的工艺阶段分车间、分零件编写，包括工艺过程卡的全部内容，只是更详细地说明了零件的加工步骤。卡片上对毛坯性质、加工顺序、各工序所需设备、工艺装备的要求、切削用量、检验工具及方法、工时定额都做出具体规定，有时还需附有零件草图。

③工序卡。这是一种最详细的工艺规程，它是以指导工人操作为目的进行编制的，一般按零件分工序编号。卡片上包括本工序的工序草图、装夹方式、切削用量、检验工具、工艺装备以及工时定额的详细说明。

实际生产中，应用什么样的工艺规程要视产品的生产类型和所加工的零部件具体情况而定。一般而言，单件小批生产的一般零件只编制工艺过程卡，内容比较简单，个别关键零件可编制工艺卡；成批生产的一般零件多采用工艺卡片，对关键零件则需编制工序卡片；在大批大量生产中的绝大多数零件，则要求有完整详细的工艺规程文件，往往需要为每一道工序编制工序卡片。

（4）工艺装备的设计和制造。工艺装备是指为实现工艺规程所需的各种刃具、夹具、量具、模具、辅具、工位器具等的总称。使用工艺装备的目的：有的是为了制造产品所必不可少的，有的是为了保证加工的质量，有的是为了提高劳动生产率，有的则是为了改善劳动条件。

工艺装备按它的使用范围，有专用的和通用的两种。专用的由企业自己设计和制造，而通用的则由专业厂制造。

工艺装备的准备，对通用工艺装备只需开列明细表，交采购部门外购即可。所以，工艺装备的大量准备工作主要是在专用工艺装备的设计和制造上。因为专用工艺装备的准备工作，类似企业产品的生产技术准备工作，它也需要一整套设计、制图、工艺规程、二类工装准备、材料、毛坯的准备加工与检验等一系列过程。

工艺装备数量的决定：一般而言，专用工艺装备的数量与企业的生产类型、产品结构以及产品在使用过程中要求的可靠性等因素有关，在大批大量生产中要求多用专用工艺装备，而单件小批生产则不宜多采用；产品结构越复杂、技术要求越高，出于加工质量的考虑，也应多采用；产品和工艺装备的系列化、标准化和通用化程度较高的工厂，专用工艺装备的数量就可以适当减少。此外，在不同的生产阶段对工艺装备数量的要求也不同，即使是在大批大量生产中，样品试制阶段也只对较复杂的零件设计和制造关键工艺装备；而到了正式生产阶段则应设计和制造工艺要求的全部工艺装备，包括保证质量、提高效率、安全生产以及减轻劳动强度等需用的工艺装备。

具体的专用工艺装备的数量可在工艺方案制订时，根据各行业生产和产品的特点、企业的实际情况，参考经验数据，采用专用工艺装备系数来计算确定，即：

专用工艺装备套数＝专用工艺装备系数×专用零件种数

专用工艺装备系数随着生产类型的不同和产品的不同差别是极大的，读者可参考表4.1和表4.2。

（三）生产运营工艺设计工具——产品－工艺矩阵

生产运营工艺（Process）是指能够把企业从外部获得各种资源的投入（包括资金、人才、技术、物资、设备以及房屋土地等）转换成为企业一定的产出（包括产品和服务）的一系列任务，这些任务通过物流和信息流有机地组织在一起。企业再将这些产品和服务投入市场获得相应的收入，然后再将部分收入转化为资源，开始新的一轮生产运营工艺。由此可见，生产运营工艺创造了价值（包括产品和服务），但这些产品和服务只有通过市场进入流通渠道才能实现其价值。因此，生产运营工艺的组织必须与其产出的产品和服务的市场需求相适应，什么样的市场需求特征，就应该配置什么样的生产运营工艺。为了解决这个问题，海斯（Robert H. Hayes）和惠尔莱特（Steven C. Wheelwright）于1979年提出了一个战略分析工具——产品－工艺矩阵（Product－Process Matrix, PPM），如图4.2所示。

产品－工艺矩阵是一个两维矩阵，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发展（由导入期到成长期到成熟期），市场需求特性渐趋同一化，产品的产量增加而产品结构（水平方向）变窄，纵坐标表示工艺结构与工艺生命周期，随着工艺生命周期的发展（由导入期到成长期到成熟期），生产运营工艺由单件生产（Job Shop）到成批生产（Batch Production）到大量生产（Mass Prodution），乃至连续流程式（Continuous Process），生产运营工艺的规模效应与学习效应逐渐突显，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。因此，企业可以根据产品－工艺矩阵进行生产运营工艺的设计与选择决策。

传统的根据市场需求变化仅仅调整产品结构的策略，就会把企业的决策限定在矩阵的一个维度上，往往不能达到预期目标，因为它忽视了同步调整生产运营工艺的重要性，使企业生产运营不知不觉地偏离对角线，从而遇到竞争障碍。魏克汉姆·斯金纳（Wickham Skinner）把这个现象称为“运营重点缺乏症”。

理论上，根据市场需求特性即产品结构与产品生命周期特征，沿着PPM矩阵对角线选择和配置生产运营工艺，可以达到最好的技术经济性。换言之，偏离对角线的匹配策略，不能获得最佳的效益。因为若选择往对角线以下的策略，显然具有一定的效率与成本优势，但同时往往损失了企业的定制能力与市场反应的灵活性。如果市场需求发生变化，生产运营工艺的转换成本可能会很高；反之，若选择往对角线以上的策略，企业虽然改善了定制能力与市场反应的灵活性，但同时也失去了一定的效率与成本优势。

随着互联网技术与自动化技术的发展，企业有可能恰当地利用偏离对角线的匹配策略，提升自身的竞争优势，以出奇制胜。如DELL公司就是采用这种“以奇制胜”的偏离策略成功的典范。一般来说，个人电脑（PC机）的装配应选择大量生产方式，但DELL公司在创业之初就采取了往对角线以上的偏离策略——即按照顾客的需要定制PC机，从而使DELL公司获得了巨大成功，从一家几个人的小公司发展成世界前三位的PC制造商。DELL公司的成功依赖于两个条件：一是虽然DELL公司的PC机的顾客需求差异较大，但其产品零部件标准化程度高，因为PC机行业的产品标准是公开的，为DELL公司低成本生产个性化PC机提供了条件；二是PC机市场保持了长期高速增长，同时互联网的出现和应用大大提高了与顾客沟通的效率。

（四）计算机辅助生产工艺管理

1．传统工艺管理存在的问题

如前所述，生产工艺管理是生产技术准备管理乃至生产管理中涉及因素较多、内容比较繁琐、复杂程度较高、需要大量时间和经验的工作。然而，在传统工艺管理中，绝大部分工作需依靠工艺人员手工或半手工完成，其工作的质量亦多依赖于工艺管理人员和有关技术人员的经验和努力程度。综合来看，这样的传统工艺管理存在下列主要问题：

（1）生产工艺准备周期过长。由于工艺准备工作和工艺管理工作绝大部分依靠手工完成，而生产工艺准备工作又较为复杂和繁琐，所以往往造成生产工艺准备工作周期过长，有时甚至占到整个生产技术准备周期的60%～80%，导致企业产品生产周期过长，市场竞争能力减弱。

（2）工艺准备管理工作质量低。这里所说的质量包括两方面的内容：一是工艺准备工作本身的质量，由于工艺准备管理所采用的方法和手段较为落后，所以其工作质量亦难以保证；二是工艺准备工作的成果——最主要的就是工艺规程的质量。由于工艺准备工作本身的质量较低，工艺管理水平较低，因而工艺规程的质量也较差，主要表现在工艺设计的稳定性、一致性差，标准化程度低，很难做到工艺设计的优化。

（3）工艺设计人员日常忙于简单、重复、繁杂的日常工艺设计工作中，无法集中力量去解决诸如新产品开发、工艺方法和技术的改进等重大问题，因而影响了生产工艺技术水平和管理水平的提高。

（4）采用常规手工管理工艺文件，使得工艺文件的保管和查阅工作十分麻烦和费时，工艺文件的规范化和标准化工作也十分困难，从而造成作为企业重要技术和管理依据的工艺文件资料无法有效利用，影响了工艺设计工作和其他工作的进行。

（5）传统的工艺设计一般均以单个具体零件的单独工艺为主，有多少个零件就设计多少个工艺规程和相应数量的工艺装备，每一个工艺文件及有关工艺装备都为该零件工序所专用，因而缺乏系统性，容易造成人力、物力和财力的浪费。

（6）传统的工艺设计往往过分依赖工艺设计人员的个人经验，随意性大，所以造成工艺设计的多样性，设计出来的工艺规程往往因人、因时、因地而很不一致，这与现代化生产的基本要求很不协调。

2．计算机辅助工艺过程设计

计算机在生产管理领域的应用日益广泛，其在生产工艺管理方面的应用也越来越受到重视。工艺管理人员和工艺设计人员在利用计算机来帮助提高工艺管理工作的效率和质量方面倾注了极大的努力，目前已取得了许多成果，计算机辅助工艺过程设计（Computer Aided Process Planning, CAPP）就是其中的一个重要方面。

（1）CAPP的基本原理。简单地说，计算机辅助工艺过程设计就是“在工艺过程设计中使用计算机”，它是在工艺过程设计中应用计算机以帮助提高其标准化和自动化的一种技术，目的是将产品的设计信息和企业的生产数据归并到一个计算机系统中，使该系统能产生可用的工艺规程。

CAPP的研究开发相对于计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助生产管理（CAPM）这些领域内的计算机应用来说，起步较晚。直至1960年，世界上第一个CAPP系统AUTOPROS才在挪威问世，但由于CAPP的重要性和所能带来的巨大效益，因而在其起步后的短短的时间内，许多国家已投入了大量的人力、物力和财力进行了研究和开发，取得了很大的成果。我国的CAPP研究和开发在20世纪60年代末即已起步，但由于种种原因，直至80年代以后才相继取得了一定成果。

由于工艺准备工作的复杂性，因而在应用自动化的工艺准备管理技术方面还存在许多人为的和技术上的困难，CAPP的发展仍然存在着许多亟待解决的问题。可以预见，高水平的CAPP必然是未来工艺过程设计自动化的一个发展方向，其在生产管理自动化中占有重要地位。

（2）CAPP的主要构成形式。CAPP系统各种各样，使用目的、服务对象、采用的技术都不尽相同。从结构上看，现有的CAPP系统大致可分为以下三种基本形式：

①检索式（Retrial Method System）或派生式（Variant System）。它是应用成组技术的原理，对现有零件进行编码、分类、按照工艺相似性组成不同的零件族（组），然后为每一族（组）编制一份族（组）内所有零件通用的标准工艺规程，将标准工艺规程存入计算机中。在编制新零件的加工工艺时，首先将新零件编码，依据编码找到其所属的零件族（组）并检索出该零件（组）对应的标准工工艺规程，然后由工艺设计人员根据该零件的设计要求对标准工艺规程进行修改和调整，即得该零件的工艺规程。

检索式或派生式的CAPP系统的开发较为容易，比较实用，但开发工作量大且系统一般没有决策功能，基本上还依赖于系统操作人员的工艺知识和经验，计算机所起的作用仅仅是帮助人提高工作效率。早期的CAPP系统大部分属于这种结构形式，其代表性的系统有国际计算机辅助生产协会（CAM－I）于1976年研制成功的CAPP系统和工业研究组织（OIR）同年开发的MIPL. AN系统等。

②生成式（Generative System）。这种形式的CAPP系统，既不检索已有的单个零件的工艺，也不检索零件族（组）的标准工艺，而是根据零件的几何、物理特性以及现有的工艺手段，综合技术性与经济性等因素，根据一系列的加工制造决策逻辑，自动地从有关数据库中得到信息，在没有人工干预的条件下创造出一个新零件的优化的工艺规程。

生成式系统比较先进，它能较快地生成一致性好的工艺规程，计算机在这里完全替代了一个熟练的工艺设计人员的工作，从而使工艺过程设计工作对于非熟练工艺设计人员来说也是容易而且可保证质量的。然而由于工艺信息的识别和工艺决策信息的获取以及其他若干技术上难点的存在，这种系统的开发也是十分困难的。严格地说，号称完全生成式的CAPP系统还没有一个真正达到在生产中实用的程度。也正是由于这个原因，人们放宽了对生成式系统条件的限制，而把一些具有一定决策逻辑功能但仍需人工干预的系统也归入了生成式系统中。

③混合式或半生成式（Semi Generative System）。它是采取一种折中的办法，综合了检索式和生成式CAPP系统的特点。它不存储也不检索任何单件零件的工艺或零件族（组）的复合工艺，但是，它要考虑工艺上的一系列必然的、基本的、公认的原则。计算机根据零件的形状及加工要素等一系列原始设计信息进行逻辑判断，依据由已有零件分类归组之后总结出来的典型的优化的工艺路线及典型的优化的工艺手段编辑成一个新零件的工艺规程。这种形式的系统的开发工作量不如检索式大，难度也没有生成式高，还有一定的决策能力，是一种较易推广和人们比较乐于接受的CAPP形式。目前，国内外大部分的CAPP系统均属于这种半生成式的。

（3）CAPP的效益及发展。研究和开发CAPP将给工艺准备管理工作带来诸多好处：

①可以降低对工艺设计人员技巧和经验的要求，相应地可使部分熟练的工艺设计人员解脱出来，以进行改进和优化现行工艺设计性能的研究，从而提高工艺设计的技术水平和工艺管理水平。

②可以减少工艺过程设计的时间。计算机处理的速度较快，减少了工艺设计的重复性工作，从而使得工艺过程设计所需的时间大为减少（据统计，利用CAPP系统编制工艺规程甚至可比用手工编制少花95%以上的时间），相应地缩短了生产技术准备周期。这对于工艺准备工作占整个生产技术准备工作很大部分工作量的多品种小批量制造企业来说意义十分重大。

③可以减少工艺过程设计的费用和零件制造的费用，从而降低了产品的成本，提高了产品的竞争力。

④可以设计出比手工设计更准确、质量更高、标准化更好的工艺规程，大大提高了工艺设计工作本身的质量并因此而使产品的制造质量得到了更充分的保证。

⑤可以使CAD、CAPP、CAM有效地结合起来，从而使计算机集成制造（CIM）得以实现。有研究表明，CIM是未来制造业中占主导地位的生产方式，作为其中间环节的CAPP如能得到高水平的实现，并与CAD、CAM有机集成，必然使CIM的发展更为顺利。

可以预见，未来CAPP的发展将向着自动化程度更高、人工决策和准备数据的工作更少、集成化程度更高的方向发展。

总之，无论是在工艺过程设计还是在工艺管理工作的其他方面，计算机技术必将会越来越多地介入其中，从而使原来烦琐、复杂、耗费时日的工艺管理工作变得更加简单、迅捷和优化。