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物流在并行工程中的作用

S.Dowlashahi*

abstract概要

本文论述了关于物流参与产品的早期设计和开发阶段以及当前的并行工程环境的问题。本文详细解释了并行工程开发环境和并行工程开发的好处。然后，本文着重于促进设计师和物流师之间的沟通与协作。沟通协作被分为四个方面：（一）物流工程，（二）制造物流，（三）设计包装，（四）设计的可移植性。首先在每个领域都需要有一套约定俗成的设计规则和建议。这些规则和建议的目的是有效地完成物流的设计问题。设计规则和建议需要具有广泛性和整体性以允许设计师和物流人员分别能够满足自己领域的设计要求。总之，本文提供了一些在此领域中的总结，论述和分析。

关键词：为物流设计；并行工程；运输；包装；制造：产品设计

1简介

并行工程中的产品设计环境偏向于一种包括利用方法、步骤和计划规则，分析，选择和优化产品设计的跨学科的方式。在产品设计的早期阶段并行工程考虑包括各种产品设计属性如美学、耐久性、人机工程学，互换性，物流，维修性，市场化、可制造性、可获得性，可靠性；再制造性，安全性，可调度性、适用性、简单性、可测试性，和可移植性等属性。并行工程最大的影响和益处在于产品开发的设计阶段。在产品的早期开发设计过程中，产品的早期设计决定对未来的生产和物流活动有明显的影响。下面的例子就说明了其重要性：

（1）劳斯莱斯公司的一项研究表明：设计决定了2000个组分中80%的最终生产成本[1]；

（2）据通用汽车高管所言，制造卡车成本中的70%是在设计阶段确定的[2]；

（3）福特汽车公司估计在四个制造要素：设计，材料，劳动力和间接费用中，70%的所有生产成本节约源于改设计改进[3]；

（4）一项研究表明，产品设计成本可能只占到产品成本的5%；然而，他却确定了75%-100%的制造成本并且确定了80%的产品质量[4]；

（5）另一项研究表明，70%的产品生命周期成本在产品的设计阶段就决定了。这里的生命周期成本指材料成本，制造成本，使用成本，维护成本和产品报废成本[5]。

图1描述了系统的产品设计方法。

图1 并行工程环境中的产品设计

1.1并行工程系统方法

成功地实现并行工程的有两个核心问题：

（1）所有关于产品的发展的活动都应当在产品的早期开发过程中着重进行，这样一体化进程才能获得最大的收益。

（2)关于多种功能的影响与约束应及时、准确并且有根据地传达给设计师。

图2表示一个涉及到产品设计的集成的物流系统。

如图2所示的一个有效的对于多个功能模块的物流划分，这些活动集中于产品设计并作为未来活动的具现。

图2 产品设计在一体化物流系统中

2文献回顾

回顾文献显示，在产品设计和物流的接口方面很少有新的成果出现。在产品的早期，产品和系统设计的很重要的沟通和协作被在很大程度上无视了。

接下来展示的是一些与物流设计有关的文献。

1.Fooetal.[6]从多种方面讨论了物料物流的产品设计。作者认为一个理想的产品设计应该考虑以下的事项：

注意事项：最少的部件数量，标准的或者更优的部件，模块化的可循环使用的物理工艺，较少的最终布局，模块化的产品，一个建设的材料清单。

2.Starsmore[7]描述了关于腐败抑制的设计决策是如何明显地影响物流运作的。这些设计决策从产品的开始到报废都是很重要的。

3.Colling[8]指出失败的选材可能导致产品设计的失败。制造商需要了解材料在生产安全中的作用并且必须将这些信息运用在整个产品生产过程中-从产品设计到质量管控再到包装运输。

4.Kyng[9]解决了一体化物流中的信息问题。他进一步指出，设计过程必须在早期测试中持续地解决用户的信息需求和用户需求问题。一个设计工具不能使材料不能为其它设计工具所用，这样才使互相协同成为可能。

5.马瑟[10]表示，一个公司给客户所需的产品的能力是物流设计的基础。不仅企业的生产经验积累很重要，生产环境转变也能够使生产更有效率。

6.福塞特和克劳斯[11]文章讨论了在全球化的生产环境中物流生产所起到的作用。文章探讨了一种关于公司的经济全球化程度影响公司物流和生产的程度的分析调查的方法。

3物流在并行工程中的作用

无论物流设计是否已经完成，设计师和物流人员都应该在产品的发展过程中在交流，信息共享等领域解决冲突环节。

图3表示设计观点与物流及其接口和协作.

图3 设计—物流接口界面

在并行工程开发环境中不同观点的分歧是可能存在的。因此应当调节设计者的功能要求和物流人员的可用性需求，支持能力，花费，质量，体积变化，配送时间，订单频率以及偏好等。

现在设计师与物流人员之间的沟通和协作的重要性显而易见了，一个具有明确的管理条例和规范的合作平台也被构建了。这些规则和模板适用于图三中的除了物料运输设计和环境设计之外的所有接口。

Dowlatshahi[12]讨论了物料处理和物料搬运在广义物流框架上的涵义。环境设计是一个需要更加长远的研究和值得注意的重要主题。物流的目的，因为其涉及到环境，所以应当通过最小化运输路径和最大化处理可降解包装材料来减少物流活动对环境的负面影响。环保生产和环保设计也是很重要的。

Sohlenius[13]认为环境保护会是并行工程在1990-2000年期间研究和实践的主要问题。他还认为并行工程是环境保护获取关注的平台。

图4显示了接口是一体化物流的一部分。

图4 一体化物流系统

为了容纳界面和管理规则与模板，每个界面区域都被当成子系统，每个子系统都被分成各个模块。

图5表现了一个等级的图形表示。

图5 物流设计层次分解图

在图5，每个子系统由四个模块组成。下面为每个模块进行说明。模块是物流设计的基础。每个模块都有几个相应的设计因素，这些因素必须在该特定模块的设计中考虑。设计因素是物流总体设计中最小的功能要求。物流设计中的设计因素是产品设计中的“零件”的同义词。本文设计的因素在每一个模块下都被归结为物流设计中的规则和建议。

3.1物流工程

物流工程是一个工程领域，处理产品和系统在整个生命周期中的可支持性。物流工程涉及设计过程，因为它确定了最终设计配置必须符合的要求。物流必须直观地是设计过程的一个组成部分，以及性能，尺寸和重量，可靠性，安全性，可制造性，成本等也是设计过程的一部分。

物流工程也需要考虑到环境影响，节能，固体废物的运输和处置。设计者和物流工程师应通过健全完整的设计规范，定期访问，有效和持续的沟通和对话，制定有效的规划文件以进行合作。

该领域涉及系统，产品设计和开发。物流工程标准支持产品设计的生命周期设计（产品可支持性设计）。在设计完成之前，重点仍然是影响和整合产品设计中的变化以满足产品可支持性要求。

3.1.1设计支持性

零件/产品的设计应使其在整个计划生命周期内为产品提供持续的物流支持能力。应收集和分析有关物流业绩的相关数据。产品设计特点和制约因素应支持物流系统的运行和设施要求。产品的物理尺寸显着影响后勤活动。物流在产品设计中必须考虑产品的物理尺寸的输入端。这些输入端包括存储和移动系统所需的设备，运营商的选择等。在设计过程中包含物流问题的部分应当在最后通过测试并对现场的最终产品进行评估。设计和物流工程师应作为决定人员。

客户或用户是否接受终端产品（需求），是物流的各种要素如何时何地以及如何进行的首要条件。因此，应该设立一个正式的机制，在配置管理，设计审查和最终设计方面可以评估设计后勤的要求。应当建立有效的物流信息系统，为产品工程和物流活动的整合提供规划和管控。

3.1.2可制造性设计

物流工程应适应和考虑到设计变更对物流活动的影响，产品应设计为最小化将来的重新设计风险或制造分销系统中的产品变化率。这些变化往往会对后勤效能造成不利影响。零件设计需要考虑到这些：应尽可能使用标准化或现成的部件;应尽可能减少零件数量;应鼓励使用可互换部件，以减少产品互异性。

3.1.3产品线

当企业的生产线需要进行变化时，必须要对其对整个产品线的影响进行评估。产品的性质（例如重量，价值，体积和市场特征）影响物流系统设计。产品线数量越大，物流系统面临的问题越复杂。在设计时间和生产时间方面，也应考虑需求变异性，预测误差和产品季节性市场。这些因素对物流系统的设计倾向有很大的影响。

3.1.4设计属性

设计产品时就应该考虑产品的生命周期，以提高早期阶段的产品增值[14]。物流系统设计指南可以根据设计过程的价值在产品的哪一阶段表现最为突出进行建立。为了在设计过程中提供必要的帮助，可以定量或定性地指定设计标准。这些可以是最低级别，最大级别，一系列值，一些约束等。产品和部件规则应该相对于，尺寸，重量等进行合理要求，而不是满足不灵活或不可实现的设计规范。

3.2制造物流

制造过程活动是物流活动和物流系统设计的主要的决定因素。制造过程和活动经常为物流系统创造了一些限制和机会。可制造性为产品的首要要求，制造物流是物流设计的重要影响者。

3.2.1制造工艺

通过灵活的制造系统和JIT制造，制造过程和操作的性质发生了重大变化。这些变化又会影响交通运输的成本，偏向和方式。产品种类的输入增加了成本和复杂性，这是物流的本质问题。必须适当考虑物流效益，制造过程的效率通常受到产品设计的稳定性和鲁棒性的影响。物流又受制造业运作效率和时间表的影响。

制造特性包括：缩短生产时间，使生产时间可预测和稳定的交货时间，更高的吞吐效率等。

物流特点包括：更好的物料交付时间表，更好的运输方式，降低库存水平，更好的空间利用率等。制造过程和活动应该能够快速有效地运动和处理材料。制造物流应有助于提高产量，降低物流成本。

物流系统可以大大受益于可预测，有序，稳定的制造操作。不可靠的生产计划，交货期波动和制造业绩差是物流的主要决定因素。应考虑到物流条件和要求来制定制造活动。另一方面，关于物流，订单执行等的信息将影响制造操作。制造过程和活动应能够快速高效的运输和处理材料。制造物流应有助于提高产量，降低物流成本。

3.2.2生产和规划控制

制造物流应考虑和评估生产链的长度和规模对物流活动的影响。应确定和比较整体物流成本对长期或短期生产的影响。在季节性需求和季节性库存方面，制造和物流之间必须有一个有效的交互沟通。应制定制造业和后勤部门可接受的明确的策略。国际采购与生产共享作为制造策略其重要性已经凸显出来。它们对物流活动的影响（例如生产时间表，交通运输，仓储，物料搬运，库存控制，订单处理，配送通讯，厂房及仓库位置等）都必须进行探索和评估，因为这些倾向影响生产和规划活动。

3.2.3材料

制造和物流功能在原材料供应方面的交互有以下问题。后勤应确保原材料和生产投入足以满足生产计划。必须进行协调，尽量减少材料控制和管理的总成本。应采用可制造性设计，关键流程和特殊制造工具，应当专事专办，尽量减少关键材料的使用。这些生产效率的降低往往会对物流系统的效率产生不利影响，而后会影响到生产成本和上市时间。产品应设计为尽可能小巧轻便的尺寸，重量和蓬松度。在制品和成品的生产计划将会对物流系统的有效性产生重大影响。

3.2.4设施规划

设施规划定位决策通常由营销和制造功能主导。材料供应和物流配送运输成本，运输方式可行性，物流能力（提供快速可靠的运输和服务）以及供应商提供及时供应原料的能力等物流考虑因素都必须在工厂地点考虑决定。考虑在各种规模的分布式制造设施中生产零件，体积和设计考虑分配和运输成本并取加权值进行权衡。应加强企业在合理的时间内将产品推向市场的能力。将使用集中式规模制造获得的利益与多个工厂/仓库的成本和收益进行比较，从而分析得出降低总体配送成本的方式。整体容量，灵活性和需求计划对整个物流系统的绩效具有重要意义。工厂的数量和位置也影响物流系统。

3.3包装设计

该领域解决与产品设计过程中的包装要求有关的问题。包装是产品创建或增强产品形象的重要特征。产品包装是重要的营销工具，对整体产品成本、易于使用，以及客户对产品的的印像有重大影响。包装也保护产品免受破损，溢出等。物流工作需求的包装必须在设计阶段就与营销和制造相结合。过去，设计人员试图仅将营销和制造业纳入其中设计要求而不是包括物流要求。这导致了整体产品和系统性能低下，也造成了更高的运营和使用成本。包装不良会导致销售下降，内容受损，客户不满意和物料搬运，仓储和运输成本较高。包装影响到约12％的物流成本[15]。

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