工程设计中的产品开发流程
原文来自 George E. Dieter 的《Engineering Design》第二章序言。
Engineering Design George E. Dieter
摘要
工程设计是一项富有挑战性的活动，解决大量非结构化问题和社会重要需求。
产品开发流程意在创造一项从未存在过的事物，并在多种变量与参数中进行抉择，且需要平衡在多个需求间存在的矛盾与冲突。
产品设计被认为是世界范围内商业竞争的关键性因素。
即使很多人认为工程设计终于细节设计，仍然有许多问题在产品真正呈现给客户前亟待解决。
解决这些问题的额外流程常常被归入所谓的产品开发流程（Product Development Process）中。
一个被广为接受的产品开发流程模型如下：
- 0 阶段
计划 Planning - 1 阶段
概念设计 Concept Design - 2 阶段
系统层设计 System-Level Design - 3 阶段
细节设计 Detail Design - 4 阶段
测试和改进 Testing and Refinement - 5 阶段
产品提升 Production Ramp-Up
这六个阶段与 Morris Asimow 提出的设计流程基本一致，额外增加了 0 阶段。
需要注意的是，每个阶段都是对该阶段内容重点的概括。该模型也被称为阶段-关卡流程模型，每个关卡象征着在进入下一个阶段前必须通过的流程。这一模型被许多企业用于鼓励快速的产品开发与淘汰最不可能实现的产品，以节省可能消耗的大量资源。在阶段 0 ~ 5 ，所需的资源会以指数级增长的方式不断上升。然而，与沉没资本相比，产品设计流程的开销微乎其微，而因为缺陷产品导致的负面品牌效应与其所导致的市场召回将消耗更多的资源。因此，使用阶段-关卡流程进行开发与设计，是为了让一个产品快速的进入正轨（Get it right）。
第 0 阶段 计划
0 阶段计划解决在产品开发计划被正式批准前的问题。计划通常包括两步：
步骤一，进行快速的调研，确定产品的范围和可能的市场，判断产品是否处于企业的战略发展路线中。步骤一包含产品初期的工程评估，以确定生产和制造的可行性，工程评估通常在一个月内完成。如果该产品通过了评估，被认为有可行性，就进入步骤二。
步骤二，进行更为详细的调研，并构建商业案例。这一步骤可能持续数月，涉及人员和部门的范围包括：
- 市场营销
- 设计
- 生产制造
- 财务
- 法律
在构建商业案例中：
营销部门将完成一份详细的市场分析报告，并明确产品定位与盈利能力。
设计部门深入挖掘与评估技术能力，并进行概念分析和测试，用以验证一些初步的概念。
生产部门确定可能的生产限制因素，成本以及供应链战略。
财务部门将解决商业案例中的一个关键部分，财务分析。财务分析使得营销部门可以据此进行盈利能力的确认，。财务分析包括对现金流的分析以及敏感性分析，以确认可能的风险。
计划阶段这一关卡至关重要，决定产品是否能够进入下一阶段的决定必须得到理性和正式的考虑，一旦产品进入后续流程，成本将开始不断上升。产品审核委员会确保企业政策得以遵守，并评估产品是否达到或超过了制定的标准，其中最重要的标准是投资回报率（ROI）。
一旦审核通过，一个多功能小组便会建立，一名组长被指定，产品设计工作正式开始。
第 1 阶段 概念设计
概念设计阶段将从不同角度思考产品和其子系统的可行设计方案。
开发团队将 0 阶段中所确定的目标用户与团队自己的知识基础和风格，加入制作产品设计说明书（PDS）的制作过程中。
产品设计说明书相比市场调研进一步明确了面向的需求以及目标用户。为了进一步明确两者，团队将会建立焦点小组，使用基准化分析法（Benchmarking）和质量功能配置（QFD）。
随后，一系列可行的产品设计方案被提出。设计者的创造本能必须在设计过程中被激发，而设计工具则能提高设计可行且有保障的概念的效率。
在得到了一些可行的设计概念后，最适合的概念将通过选择方法 （Selection Methods）进行选择，并运用到下一阶段中。
概念设计是整个产品设计流程的心脏，没有杰出的概念将无法得到一个成功的产品。
第 2 阶段 系统层设计
系统层设计将检查产品的功能，并以此为依据将产品分为多个子系统。此外，还研究其他将各个子系统放入产品架构的方式，以及定义各个子系统间的接口。整个系统成功运行的关键就在于团队对于这些接口的仔细的理解。
2 阶段是产品的特征与形式成型的阶段，因此2 阶段也被称为具体化（Embodiment） 设计，完成对素材和生产步骤的选择以及零件的配置与尺寸方案的建立。在这一部分中，对质量最为重要的功能将被定义明确，并得到特别的分析，以此保证设计的稳健性。设计团队对产品的人机接口（人机工程学 Ergonomics）进行详细的考虑，并在有必要的时候改变设计形式。
同时，对整个产品最终式样（styling）的润色会交给工业设计师完成。除了完成一个产品的完整计算机几何模型外，重要的部分也可以通过快速成型法制造并进行实际测试。
在开发过程中，营销团队将很可能获得到足够的信息来为产品制定最终盈利目标。制造部门开始签订长期供给合约，并开始定义生产过程。此时，法律部门将发挥作用，明确并解决各种知识产权相关问题。
第 3 阶段 细节设计
细节设计对一个经过测试并是可生产的产品进行完整的工程描述。各种在之前阶段所缺失的细节信息会被添加到产品的：
- 布置 Arrangement
- 范围 Dimension
- 容差 Tolerance
- 表面特性 Surface Properties
- 材料 Materials
- 生产 Manufacturing
当这些信息被明确后，各个部分会根据实际情况交给第一方和外包给第三方进行生产。
同时，设计工程师开始总结细节，制造工程师确定各个部分的最终生产计划，并设计装配流程。制造工程师也与设计工程师一同合作，确定将会影响产品稳健性的因素，明确用于提高产品质量的有质量保障的生产流程。
细节设计的最终成品是产品的控制文档 Control Document。产品控制文档通常是计算机辅助设计（CAD） 文件，用于说各个部分的装配。控制文档也包括详细的生产计划和质量保障，以及以合同与知识产权保护文件为形式出现的法律文档。
在 3 阶段的结束部分，将对产品进行一次主要审核，以确定产品是否适合签订生产合同并制定相应的生产流程。一些拥有长交付周期的产品（如聚合物注塑模具）可能会在审核结束前就签订合同。
第 4 阶段 测试和改进
测试和改进阶段进行多个预生产版本 Preproduction Version的产品。
最初的产品原型（Alpha）通常是一些具有生产目的性的功能部分。Alpha的各个部分与最终生产版本同范围，并使用相同的素材，但不一定需要像最终产品那样经过实际的制造与组装过程。Alpha原型的作用是快速的完成产品的各个组成部分，同时减少成本。此外，Alpha还被用于确定实际产品是否像先前所设计般的运作，是否满足了用户的需求。
而Beta 测试，则是将Alpha中产品各个已进行初步完善的部分进行组合，按照产品实际生产流程进行装配。Beta测试的产品在选定的用户内部和其实际使用环境下，进行广泛的测试。测试的目的是打消开发团队和用户对产品表现和可靠性的各种疑虑，并在产品正式发布到市场前进行必要的工程改进。
通常来说，只有一个彻底糟糕的设计（Botched Design）才会使产品在Beta测试时期遭遇失败，但产品依旧可能在Beta阶段因为一个重大修复而导致发布期的推迟。
在4 阶段中，营销人员为产品最终的发布准备宣传资料，制造团队负责对产品制造和装配流程进行微调，并培训参与生产过程的人员。最终，销售人员将完成对销售计划的最后润色。
在4 阶段的结尾，另一次主要审核将确认产品是否高效地运行，最终成品是否坚持原有的设计意图。在将大量资金投入生产前，应该仔细地更新财务预算与市场前景预测。
第 5 阶段 产品提升
在产品提升阶段，生产行动按照预期的生产系统进行产品的组合。开发团队极有可能在该过程中通过学习曲线（Learning Curve） 来解决任何可能遇到的产量与质量问题。
早期生产的产品会被提供给首选用户，并在仔细的调查中发现任何可能的缺陷。产品的产量逐渐增加，并达到预期完成产量，同时产品发布，开始进行一般分销。对于主要产品，必然会有与之对应的广告的发布与对用户的诱导。
在产品最终发布的6到12个月间，将会有一个最终主要审核，评估：
- 销售额
- 成本
- 收益
- 开发成本
- 发布时间
- 产品开发过程的优缺点
其中，产品开发过程中所存在的优缺点是评估的重点。总结这些经验与教训，将会使下一个开发团队达成更好的绩效。
总结
阶段-关卡模型是成功的，它所引入的时间表和各种标准通常是为一些特别、专门的临时（ad hoc）流程所准备的。该流程简单明了，易于管理人员和工程师理解各个关卡的需求。但它不是一个僵硬的系统，大多数企业都会根据实际情况对其进行修改。虽然阶段-关卡模型给出了基本流程，但它并不是一个严格的串行流程。
由于产品开发流程（PDP）团队是多功能的，各种活动会尽可能同步地进行。因此，营销团队与设计团队同时开工，而制造业也忙于其职责范围。不过，随着设计阶段的进行，设计工作将会逐渐减少，生产工作将会逐渐增加。