/第六章設計手段及自動化開發工具邁克爾·T·安東尼目錄TOC\o"2-9"\h\z1.1. 設計手段 11.1.1. 簡化的質量功能配置（S－QFD） 11.1.2. 優化設計（DFE） 21.1.2.1. 裝配設計 21.1.2.2. 可生產性設計 31.1.2.3. 可測試性設計 31.1.2.4. 可效勞性設計（DFS） 41.1.2.5. 國際化設計（DFI） 41.1.2.6. 環保設計（DFG） 51.1.3. 用戶導向型設計 51.1.4. 設計手段的時間安排 61.2. 產品開發所應用的自動化工具 71.2.1. 設計工具 71.2.1.1. 電氣設計工具 71.2.1.2. 電腦輔助軟件開發 81.2.1.3. 機械設計工具 81.2.2. 模擬工具 81.2.3. 開發工具 91.2.3.1. 集成電路或印刷電路板開發工具 91.2.3.2. 根本原型快速制作 91.2.4. 工程管理和執行工具 91.2.4.1. 工程調度工具 101.2.4.2. 財務分析工具 101.2.4.3. 會議電視 101.2.4.4. 群件 111.3. 應用自動化開發工具常見的問題 111.4. 為何有些公司在應用設計手段和自動化工具的過程中會失敗？ 12傳統上，產品開發過程的改進主要依賴于各種設計手段及自動化開發工具的應用。這些常被人譽為“銀彈〞的工具及設計手段，聲稱可顯著縮短產品投放市場的時間，改善產品質量，提高工程生產率。然而，不幸的是，許多公司投資購置了某個自動化開發工具或設計手段后，卻發現收效甚微。這些令人失望的結果常被歸咎于自動化開發工具或設計手段有缺陷，但事實上，真正的原因是使用不當。PACE認為產品開發是一個過程，需在多方面加以改進，不是靠應用個別自動化開發工具或手段就能搞好的。一些手段，如質量功能配置（QFD）以及優秀設計（DFE）包涵的各種手段，能對產品開發起到極大的改進作用，但前提是它們正確地按結構化的過程去實施。用自動設計工具提高核心小組效率的方法有兩個，一是改善特定功能領域的設計，二是綜合產品開發的各個技術層面。一個公司如果實施了PACE中的根本要素（核心小組、階段評估過程和一個結構化的開發過程），恰當地應用某些特定的自動化開發工具及設計手段，就能不斷縮短產品投放市場時間，降低產品生命周期本錢。如果在PACE的根本要素發揮作用前，就運用這些手段和工具，結果只能讓人失望。設計手段以提高專業設計人員的生產力和有效工作為目的的幾個主要設計手段已被開發出來。它們包括QFD，DFE包含的各種手段（裝配設計、可生產性性設計、可測性設計、可效勞性設計、國際化設計、環保設計）及用戶導向型設計。每種手段，如能按PACE的內容加以適當運用，可對產品開發過程起到很大的改進作用。簡化的質量功能配置（S－QFD）QFD是七十年代由日本的神戶船廠（KobeShipyard）開發出來的。它是種標準的方式，用于對客戶要求進行方案、交流并將其轉化成設計行為。有許多關于QFD的好書和好文章對這一概念進行了闡述。傳統的QFD著重于一個相對簡單產品的細節因素。對客戶要求的捕捉和設計的取舍很直接，不花很多時間就能做到。不過，當公司嘗試將這種設計手段應用到復雜的系統產品中去時，PRTM發現傳統的QFD非常麻煩而且費時。為使QFD對更為復雜的產品行之有效，我們花了差不多兩年時間來修正它。當有許多要素需考慮時，比方在一個系統產品中，要考慮大量的軟硬件子系統、不同的客戶的需求、產品的高度復雜性及其短暫的生命周期，運用QFD甚至會延長產品投放市場時間。如果產品要滿足更高層次的要求，而且要優先滿足這些要求時，QFD的價值就會很快降低。如果問題復雜，還容易在QFD的分析過程中迷失方向。例如，一家公司的設計小組發現，在處理他們的客戶需求清單及技術方案時，會產生一個巨大的矩陣，有成百上千的條條框框需要分析評估。很明顯，這需要另辟途徑。PRTM在1989年開發出了簡化的質量功能配置（S－QFD），并把精簡后的技術手段應用于許多技術型的復雜產品。優化設計（DFE）從客戶的角度來看，影響新產品的最重要的三大因素是：質量，價格及投放市場時間。新產品的質量要始終如一，高度可靠。客戶想知道的是，購置產品時他們無需擔憂產品質量。人們要的是高質量的產品。而一種新產品的質量主要依賴于產品設計。產品本錢主要取決于原材料和設計的可生產性。我們常看到設計出來的新產品不能投產，原因就是本錢太高，售價令人無法承受。設計時，就要考慮到本錢，因為本錢是客戶能否接受產品的一個關鍵因素。最后，客戶總是希望新產品能及時投放市場。當今社會，如果哪家公司還是沿用老一套，對外宣布其新產品下一個季度就能投放市場，而實際上市時間卻要再加半年，這種公司是很難再生存下去了。產品能否持續投放市場，很大程度上依賴于產品設計所規定的零部件和裝配過程。管理好上述諸多因素是DFE的目標。DFE意謂著將各種考慮納入到產品設計中去，而不僅僅是那些純粹的產品性能。只有這樣才能最大限度地降低產品生命周期本錢，提高利潤率。以下的產品設計考慮較為典型：裝配——產品要易于裝配，才能降低生產周期。可生產性——通過減少部件及相關技術手段，降低復雜程度，以降低生產難度。可測性——能進行快速有效的測試。可效勞性——最大限度地減少客戶的投訴次數和故障時間。國際化——設計的產品適合于投放國際市場環保化——產品設計要有環保意識。裝配設計裝配設計（DFA）著眼于簡化裝配過程，最終減少生產時間，提高產品質量。也就是說，設計的產品要盡可能讓傻瓜都能裝配，以防止在裝配過程的每個環節都可能發生的出錯或走樣。各部件裝配、子裝配、和整機裝配過程部必須盡可能清楚。零件應設計成只有一種裝配方法。需要進訂切割、挖槽、鉆不對稱孔及填塞的地方要設計得任何人都會操作。（可以舉成飛當年的油路電路設計，電線從油管中穿過。厲害吧）可生產性設計可生產性設計（DFM）是要通過減少部件數量，簡化設計，從而大限度地降低生產難度。減少部件數量很重要，一個產品的每個部件都有發生過錯及裝配錯誤的可能。由于部件數量的減少，生產高質量產品的概率就大大提高。產品部件越少，也代表產品質量的可靠性越高，產品生命周期的本錢越低，所需的設計工程人員越少（包括減少了重復設計），采購人員、質量控制人員以及倉儲及工作面積也都會減少。一次，某家美國公司就曾經猛然覺察采用DFM的必要性。當時，一家日本同行向市場推出了與這家美國公司的產品性能相同但部件更少的產品（見圖6-1）。美國公司不得不重新設計產品，以使其產品的本錢價格能與日本公公司抗衡。值得慶幸的是，該公司在損失太多的市場份額之前，能夠完成DFM分析并極大地改進了產品。執行DFM的另一個重要原因是要降低本錢。如果取消了產品的某個部件，其本錢自然為零，而與之有關的購置，庫存，銷售效勞等費用也隨之消失。在新產品的設計方案中，要確定一件新產品理論上需要的最少的部件數，需要答復以下問題：這個減少的部件與其它所有要減少的部件相關嗎？制造該部件所用的原材料一定與其他部件的原材料不同嗎？該部件一定要不同才能拆卸嗎？可測試性設計可測試性設計（DFT）的目的是要求產品能在盡可能短的時間里，有效地進行必要的測試。一個設計方案的可測試性是用測試點所覆蓋功能的百分比來表示的，但百分之百的覆蓋率通常是不可能到達的。試圖寫下額外的測試矢量，會受到產品的尺寸及其復雜性的制約。可測試性開發對產品開發小組來說是件昂貴而又令人頭痛的事。由于設計變得越來越復雜，開發測試方案需要越來越多的開發預算資金和時間。對一些公司來說，開發一項能有效測試產品的測試程序要花上半年到一年的時間。反之，如果測試結果不盡人意，將令客戶不滿，甚至損害公司或產品的形象。因此，DFT正變得越來越重要。另外，有個叫松散聯系設計的概念也包含在DFT中。根據這個概念，模塊可以單獨進行有效測試；檢查模塊的集成，也只要做幾個測試就行了。而在緊密聯系的設計中，有許多交互作用必須測試，所以不能采用一個有層次的方法，而且緊密聯系設計可能需要通過更多的組合和途徑來進行測試，這就使綜合測試極為耗時或者根本不可能。例如，近期在電視軟件開發中，運用松散聯系的設計，使測試周期從兩到三天減少到兩到二個小時。可效勞性設計（DFS）可效勞性設計（DFS）是指在設計期內考慮產品投放市場后需要哪些效勞。對低本錢產品，DFS很容易確定是進行維修還是以舊換新哪個更合算。然而，對大件而較顯貴的產品來說，售后效勞是個重要課題。客戶當然不希望自己購置的產品壞掉。如果產品真的出了問題，他們希望產品公司有維修部，使產品能得到維修，盡快正常工作。一些公司正在將產品診斷能力加進他們的設計。例如，數字設備公司（DEC）在人工智能系統的診斷功能方面花費了幾億美元。理論上，這些系統非常先進，它們能預測到客戶系統的某一部件要出故障了；這樣，客戶可以訂購一個備件，并在故障沒有發生前得到該備件。國際化設計（DFI）國際化設計（DFI）是要尋找一種設計過程，通過它使設計的產品只需極小的工作量就能夠很快適合每個特別的國家或市場。最大程度地降低國際化產品的本錢就是DFI要做到的全部工作。DFI最好的一個例子是施樂5100型復印機。這種于1990年投放市場的復印機是日本富士施樂公司與美國施樂有限公司的工程師首次合作開發的產品。但在日本市場，復印機的技術要求與美國市場大相徑庭。如日本復印機的紙張重量較輕，外表光滑，日本的漢字很復雜，許多地方要藍色線條。這種情況要是在過去，就只好為不同的市場開發相應的獨特產品。當然，這樣就導致了每種這樣的產品要從頭設計，以滿足其它市場的需要。應用國際化設計，施樂在設計5100系列時，從概念到投放市場進行了整體考慮。設計的信息是從美國，歐洲和日本等地的客戶群收集來的。于1990年11月和1991年2月，這種型號的復印機分別投放日本及美國市場。這是施樂公司所有新產品中最快推向全球市場的一次。這項國際化設計的應用為施樂公司節省了超過一千萬美元的開發費用。（現在的微軟在國際化設計方面就走得比較前，一般產品都會全球同步出售）環保設計（DFG）環保設計（DFG）從環境保護的立場來考慮產品（以及生產過程）的設計。許多公司越來越意識到他們的產品和生產過程對環境的影響。環保設計通過在生產過程中剔除有害副產品或把副產品變害為益的過程來減少環境污染。環保設計同樣致力于產品在使用生命終結后的循環再利用，以及減少產品平安分解后對環境的不良影響。（電冰箱的氟利昂的應用。在這方面SONY走得比較前）一些公司在環保設計上取得了相當的進展。carrier公司1988年花費五十萬美元用于去除生產過程中產生的有毒潤滑油，結果每年節省一百二十萬美元的有害廢物處理費用。AT＆T公司去除了電路板生產過程中產生的臭氧損耗物質，可年節省三百萬美元。POLAROID公司在其電池生產過程中去除了有害物汞，使勞動生產環境更平安，同時，丟棄用完的電池也不會造成環境污染。上述例子說明，環保設計不僅是一個環保意識的問題，而且，通過抵消與有害健康的和有害廢物相關的隱形本錢常常會降低生產本錢。患上黑肺病的礦工和長期與石棉打交道的人的健康索賠高得驚人。同樣的問題擺在大量使用有害化學物品的電子公司面前，因為，如生產印刷電路板時，使用了大量的有害化學物質。環保設計還可以減少對有害廢物的處置；隨著廢物放置場的堆滿和公眾的警告，放置處理費用在持續上漲，同時導致政府不斷出臺新的管理規定。用戶導向型設計當今電子產品設計面臨的一個挑戰是讓用戶充分利用微處理機和軟件上的進步可能帶來的功能和特點。有多少次，我們注意到VCR的時鐘一直在十二點這個時間位置上閃爍？有多少次，我們坐在IBMPC前（當時WINDOWS3.0還沒有推出）強記那些神秘的命令去操作文件？這兩個例子不過是產品設計還沒有采用用戶導向型設計之前諸多例子中的九牛一毛罷了。用戶導向型設計、著重于人與產品的互動作用（即用戶界面）。現在，產品越來越復雜，功能越來越強大，以用戶為導向就顯得尤為重要。用戶導向型設計涵蓋人與產品互動作用各個方面：操作——產品每天的使用方法安裝——從拿到產品到產品完全運作的時間資料——技術功能的清晰簡明的描述用戶培訓——快捷輕松的產品使用指導客戶維修——用戶可以很容易地發現問題和維修產品的能力隨著產品越來越復雜，用戶導向型設計變得越來越重要。尤其是軟件公司發現，在更快為市場所接受和吸引更多用戶方面，用戶導向型設計很成功。有幾個因素推動了以用戶為導向的設計：與其他產品的兼容性（包括競爭者的產品），越來越多的綜合的工業標準（正式的和事實上的），以及用戶從技術型到“即插即用〞的轉化。換句話說，現在的用戶對產品的技術細節不再熱心，他們只關心產品是否有用。有關用戶導向型設計的一個最好的例子是蘋果公司的Macintosh電腦。它那友好的用戶界面使它別具一格。因此，該產品的利潤在同行業最高也就絕非偶然了。蘋果公司八十年代中期投放市場的產品，一直沒有作過任何重大的設計變化，但至今依然是市面上最好用的電腦。你只要插上插座，翻開開關，馬上，MAC的“桌面電腦〞就呈現在你面前了。直觀明了的圖標代替了神秘莫測的操作命令。一個鼠標能讓用戶任意在顯示屏上移動而不再受方向鍵的限制。所有的應用程序都相當直觀，那些下拉式菜單，滾動條，關鍵詞仿佛能讓你摸到一樣。用戶只要學會一個程序，再學其它程序就非常簡單了。過去幾年里，所有的大電腦公司和軟件商都試圖模仿MAC的易用性。易用性已經為圖形用戶界面設定了事實上的工業標準。設計手段的時間安排雖然優秀設計（DFE）很強大，但它還有賴于在結構化開發過程中作出正確安排，才能發揮其效力，見圖6-2。S-QFD收集用戶信息（零階段），將其轉換成技術規格（第一階段），然后再把它們融入產品設計（第二階段）。但具體設計開始后，S-QFD就失去其重要性了。用戶界面通常是產品概念必不可少的，所以開發早期就應執行用戶導向型設計。國際化設計的考慮常常影響到產品設計的基礎，因此國際化設計必須在產品規格最終敲定前開始。環境上的考慮帶來DFG決策，它將影響第一階段確定的根本物料和產品結構。只有當大體的標準形成后，DFA,DFM和DFS等手段才能開始，這樣就允許在產品設計的具體方面進行權衡。可測試性設計（DFT）手段在開發后期運用，當設計工作根本完成時，才優化具體的測試要求。最后，這些手段應切實融入該公司的PACE過程指導精神中去。產品開發所應用的自動化工具一旦產品開發過程的框架確定下來，它就能從自動化產品開發工具的應用中大大受益。這些工具能加快工作，在某些情況下，甚至可以獨立完成一些開發任務。有大量的開發工具可以加速開發工作的進展。為方便說明其應用，我們把它們分成四類加以說明：設計工具、模擬工具、開發工具、工程管理與執行工具。設計工具自動化設計工具對加快產品設計過程的前期工作有重要作用。以主要輸入數據和預定輸出結果為基礎，自動化設計工具主要集中解決產品或子系統的工程和操作設計。應用這些工具使工程師們可以作出假設，或對要求的功能作出實際的分析，并節省優選方案所需的時間。這種能力還允許工程師在進入下一設計階段前，用自動設計工作站檢測各種設計方案的限度。我們通過對下面幾種設計工具的考察，來說明這一點。電氣設計工具電氣設計工具可以把電路板開發的一個設計規格轉化為一個輸出方案。大多數硬件設計過程中的工作可以運用設計工具來完成。它們的用處在于：編制設計規格、控制文件、實現操作層的模型、對部件的分析、創立圖表、模擬設計、開列清單，以及生成部件清單等。使用這些自動化工具可以節省大量時間，另外，自動化過程能防止許多對以后的步驟產生影響的典型錯誤。電腦輔助軟件開發電腦輔助軟件工程（CASE）工具有利于將工程工作方法運用到軟件開發過程。簡單地說，電腦輔助軟件工程工具就是軟件規劃、分析和設計的自動化工具。它們可以消除許多低級的、一般性勞動（如數據庫定義，屏幕生成），使戶在編碼前集中精力進行軟件設計。CASE將大局部低級的細節隱藏在自己內部的一套生成的程序中，這樣一來用戶就看不到它們。設計時，也就能夠更專心于他們要做的工作，而不是忙于如何實現一些操作。CASE讓軟件專業人員可以把更多的時間用于保證各項要求都清楚明白地確定下來，保證系統的設計正確完成；而不是直接進入編碼工作。機械設計工具機械設計工具在工業領域正越來越重要。如消費性電子產品，其外觀每半年到一年時間就要翻新。這些工具確實能加快機械設計過程。每種設計都能做成模型化并將其儲存在機械設計部件庫里。需要開發一種新產品時，機械師或工業設計工程師就能從數據庫中把需要的模型調出來并修改成新產品。這比從頭開始好得多。機械和工業設計工具的開發比電氣設計工具的開發要滯后八到十年。近來，由于工作站和個人電腦功能的增強，機械設計工具己取得長足開展。它們己不再僅僅停留在二維電子繪圖板的水平上了。有些工具甚至已能為產品生成模具樣式。這些模具樣式可以用電子手段轉給工具制造商，供其在工具開發周期內進行評估和修正。模擬工具設計人員模擬一項設計的機械或電子局部，以分析和評估設計的操作特性，檢查其是否象預期一樣運行。設計工具通過執行一個軟件模型進行模擬，這個軟件模型代表將要制造的具體的產品子系統。通過快速檢驗一個設計方案是否可行，模擬能大大縮短設計周期。對設計方案進行模擬能夠降低對大量原型制造的需求，減少測試編程時間以及減少對軟／硬件進行集成測試上花費的調試時間。一個電子產品的設計可以在許多層次上進行模擬：元器件，電路，電路板或系統。現在，雖然少數幾家大公司已開展到能模擬非常復雜的系統的功能，但大多數公司還只能將他們的電子設計模擬到印刷電路板水平。他們花不起那么大資金投資于硬件和復雜軟件做系統一級的模擬。早在1991年，某個數據通訊產品制造商首次使用模擬工具。他們發現一個有經驗的模擬工具的用戶可以節省一個根本原型的開發周期，這就節省了十二周的設計時間。另外，模擬手段同樣可以使用戶減少八到十周的設計檢驗時間。開發工具自動開發工具可以把高水平的設計轉化成指導組裝的輸出文件。這些工具能很快完成開發新產品中遇到的普通而又耗時的工作，從面縮短開發時間。要說明這一點，可以通過我們目前使用的兩種開發工具來考察。集成電路或印刷電路板開發工具集成電路或印刷電路板開發工具一般由一個獨立的電腦輔助設計（CAD）部門使用，該部門是由電子設計工程師下的一個部門。輸入這些工具的數據就是從設計工程工具輸出的方案，包括原理圖，清單，和邏輯方框圖。開發工具把這些信息轉化為用于集成電路（IC）或印刷電路板組裝的開發文件。這些開發工具使元件在電路板或底板上的排列自動化，然后將這些元件本身和電路板上或芯片上的輸入／輸出（I／O）口互聯。這些工具還可用于對耗電量、元件的耐熱能力以及相關的電路圖進行分析，以防止設計發生問題。這個步驟自動化可以使設計周期縮短幾周時間，同時，還減少了錯誤。許多這樣的工具還設置了設計原則檢查器（designrulechecker），防止用戶設計出不能工作的產品，還有一些工具包含了對可生產性因素的考慮，以便制造更簡易。根本原型快速制作快速的根本原型制作是設計工具開展最快的領域之一。這種系統最近已經開發出來，它只用幾小時或幾天（視部件大小及復雜程度而有所不同）就可以創立一個物理的原型。而通常這過程需要幾周或幾個月的時間。快速原型開發工具使設計者很快就能看到并操作與最終產品非常接近的設計部件。這些快速制成的原則有許多優越性：．調試早期的設計．無需太昂貴的早期原型．檢查匹配部件的形狀和適用性．測試空氣和液體的流動性、熱、牢固程度、以及機械性能．做出設計中無法用肉眼看到的局部的模型．覺察尺寸上的錯誤．示范可生產性方面的問題．測試用戶對新產品設計的反應工程管理和執行工具自動化工具還可以協助改進工程的管理和執行。應用得當的話，它們能加快產品開發的速度。這些工具常用的幾個領域是編制工程進度、新產品財務分析、會議電視和群件。工程調度工具工程調度工具使工程方案及跟蹤自動化。現在，市場上有上百種工程調度軟件包供你挑選。這些軟件可以使核心小組從跟蹤活動的手工勞動中解放出來；它們生成的Gantt型圖表尤其有幫助。許多這些工具能以一個分層的方式完成工程調度，在這里可為設計要素創立各自的調度方案，然后合并成一個整體日程。有些調度表還能提供一個有關整個工程的整體圖表。工程調度工具不是工程管理的藍圖。這一點常常有誤解。通常只有當工程小組沒有接到任何有關如何管理這些工程的指示時，才有這種情況。他們往往在沒有確定哪些手段最適合他們的情況下時，就采用了許多自動化手段的工程管理軟件來管理自己的工程。我們發現，又好又易于使用的工程調度工具有以下二個優點：第一，這種工具應該能夠快捷簡單地生成工程工程；第二，更新或修改日程應該更加簡單；第三，應該能生成簡潔易讀的報。財務分析工具財務分析工具使對工程的財務分析自動化。在產品開發的早期階段，進行銷售和財務預測是核心小組的重要工作。隨著基于PC機的電子表格工具的普及，這些工作現在已變得相當容易了。一個真正有效的工具應該在設計上再進一步，為新產品規劃和財務分析創立一些標準模板。我們看到，許多工程小組為財務分析設計了自己的格式。他們花了太多時間把電子表格堆砌起來，而證實自己的假設則花的時間太少。結果是，雖然輸出的文件很好看，但其輸入卻欠考慮。另外，當這些表格提交給產品審批委員會（PAC）時，其格式和分析又隨工程的變化而不同，這就給PAC的工作加大了難度。解決的方法是采用一個模板來使工具標準化。會議電視作為一種工程管理工具，可視會議正日益受到地理上相距遙遠的產品開發小組的歡送。例如，有個通訊產品公司，它在東海岸有市場部，在加利福尼亞州有研究開發部，在臺灣有電路板生產廠，在墨西哥有系統組裝廠。核心小組成員每周舉行一次碰頭會是完全不可能的，而且，高昂的費用也不允許這樣做。但是通過電視會議，公司舉行會議時，大家就象真的在一起一樣。電視會議工具使身處不同國家和地區的人相互之間看得到。這對只聞其聲的會議電話是一大進步。核心小組可以通過電視會議來解決問題、管理進度。進行設計或文件評估、以及改進部門間的溝通。群件群件工具雖然尚處初級階段，但在九十年代，用戶和廠商的數量增長勢頭非常強勁。群件工具如LotusNotes可以讓工作小組（如核心小組等）的成員對同一電腦文本同時進行編輯。比方，有一個小組正在制定產品的一個功能的規格或正在做一個產品開發方案，所有小組成員都能同時創立文件的各個局部或進行編輯。有些群件工具還有聲音注釋。這樣，他／她能在進行編輯工作時，同時聽到其他小組成員插進來的有聲評論、提問或建議等。應用自動化開發工具常見的問題要充分利用設計工具帶來的好處，很重要的是繞過許多公司掉進的陷阱。如果在應用設計工具前能夠仔細方案、明確要求，大多數這類問題是能夠防止的。從我們的經驗看，最普遍的錯誤是在準備應用設計工具前，沒有首先給產品開發過程定好框架。結果是加快執行了一個沒有效率的過程，使效率變得更低。許多經理對工具所能完成的工作有不切實際的期望。任何設計工具都有一個學習曲線，其中某些工具需要更長的學習曲線。有家系統公司的副總裁不懂這個道理。他在