【正文】 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程的基本概念和案例分析 羅意平 中南大學(xué) 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 內(nèi)容 ?并行工程的基本概念 ?產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的并行化分析 ?多功能團(tuán)隊(duì)的組織和運(yùn)行 ?慧勤工作流管理 ?基于 CBD集成的 DFx工具 ?集成化產(chǎn)品信息模型 ?基于裝配模型的模型快速重構(gòu)功能 ?總結(jié) 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程－ CIMS發(fā)展的新階段 ? 信息集成：企業(yè)內(nèi)各功能部門(mén)之間基于異構(gòu)環(huán)境的信息共享 ? 并行工程：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成與并行 ? 敏捷制造：企業(yè)間的集成、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 為什么要開(kāi)展并行工程 ? 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是產(chǎn)品形成中的創(chuàng)造性階段。一般認(rèn)為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)包括產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和樣品試驗(yàn) 4個(gè)階段。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，產(chǎn)品性能、產(chǎn)品形狀、產(chǎn)品尺寸及零件材料、數(shù)量、結(jié)構(gòu)工藝和裝配工藝性都將確定。它不僅確定了產(chǎn)品成本的大部分，而且也占用了產(chǎn)品生產(chǎn)周期的大部分時(shí)間，下圖表明雖然產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本只占總成本的 5%，但是產(chǎn)品成本的 70%都是在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中確定的。因此，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是降低產(chǎn)品成本、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間的關(guān)鍵。 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 產(chǎn)品生命周期費(fèi)用分布情況 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的改進(jìn)是關(guān)鍵 ? 盡管許多企業(yè)已通過(guò)柔性制造和信息集成技術(shù)改善了生產(chǎn)條件，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但這些高新技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到人們所期望的目標(biāo)。對(duì)國(guó)內(nèi)外企業(yè)的分析表明，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的改進(jìn)是企業(yè)從應(yīng)用技術(shù)中獲得更大潛在效益的重要因素，改進(jìn)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程比改進(jìn)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程獲得的效益更為顯著。 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程定義 ? 并行工程是一種綜合經(jīng)營(yíng) 、 工程和管理的哲理 、 指導(dǎo)思想 、 方法論和工作模式 。 美國(guó)國(guó)防分析研究所 (IDA)在R338研究報(bào)告中給出了如下的定義： “ 并行工程是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程 (包括制造過(guò)程和支持過(guò)程 )進(jìn)行并行 、 一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化的工作模式。 這種模式力圖使開(kāi)發(fā)者從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品生命周期 (從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢 )中的所有因素 ， 包括質(zhì)量 、成本 、 進(jìn)度與用戶(hù)需求等 。 ” 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程原理和基本概念 ? 并行工程的原理可以概括為：有效的領(lǐng)導(dǎo)方法；并行設(shè)計(jì)產(chǎn)品及相關(guān)過(guò)程；滿(mǎn)足客戶(hù)要求；不斷改進(jìn)過(guò)程；開(kāi)發(fā)管理信息和財(cái)富；重點(diǎn)放在通過(guò)長(zhǎng)期計(jì)劃和決策獲取效益。 ? 并行工程是充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)來(lái)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種工作方法。它站在產(chǎn)品全生命周期的高度，打破傳統(tǒng)的部門(mén)分割的、封閉的組織模式，強(qiáng)調(diào)參與者的協(xié)同工作，重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的重組、重構(gòu)。 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程原理和基本概念 ? 并行工程又是一種集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程的系統(tǒng)化方法，它要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員從設(shè)計(jì)一開(kāi)始即考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素。它通過(guò)組成多學(xué)科產(chǎn)品開(kāi)發(fā)隊(duì)伍、改進(jìn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程、利用各種計(jì)算機(jī)輔助工具等手段 , 使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段能及早考慮下游的各種因素 , 以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的一次成功率。達(dá)到縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力的目標(biāo)。 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程覆蓋產(chǎn)品生命全周期 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程與現(xiàn)代信息技術(shù) ? 并行工程的關(guān)鍵是產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程的并發(fā)與集成。相關(guān)過(guò)程包括市場(chǎng)分析、原材料采購(gòu)、產(chǎn)品成本估算、加工、裝配、檢驗(yàn)、銷(xiāo)售、售后服務(wù)以及報(bào)廢處理等等。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各階段工作交叉、并行進(jìn)行。這種工作方式依賴(lài)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中各學(xué)科、各職能部門(mén)人員的相互合作、相互信任和信息共享，通過(guò)彼此間有效的通訊和交流，盡早考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的所有因素，盡快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，以達(dá)到各項(xiàng)工作的協(xié)調(diào)一致。 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程與現(xiàn)代信息技術(shù) ? 為了解決以上問(wèn)題，就必須應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行建模、仿真和管理，將過(guò)去串行的開(kāi)發(fā)過(guò)程經(jīng)過(guò)細(xì)化、過(guò)程重組，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的并行，使參加開(kāi)發(fā)的人員更加協(xié)調(diào)、高效地完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作。因此并行工程的管理主要涉及到過(guò)程建模與管理、工作流管理、知識(shí)管理和集成、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、質(zhì)量保證體系和標(biāo)準(zhǔn)化體系等等。 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行工程的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀 ? 19861992左右：是并行工程的研究與初步嘗試階段： – 美國(guó)國(guó)防部支持的 DARPA/DICE計(jì)劃，歐洲的 ESPRIT II amp。 III計(jì)劃，日本的 IMS計(jì)劃等。 ? 1991～ 1996年是并行工程的全面應(yīng)用階段： – 航空領(lǐng)域：波音 777， 737X，麥道， Northrop B2轟炸機(jī)等； – 航天領(lǐng)域： Lockhead/Thaad導(dǎo)彈開(kāi)發(fā)； – 汽車(chē)領(lǐng)域： Ford 2022 C3/P， Chrysler Viper, Renault等； – 電子領(lǐng)域： Simens， DEC， HP， IBM， GE等； – 機(jī)械領(lǐng)域： ABB， GM等； ? 1995～至今，是新的發(fā)展階段：并行工程作為一種哲理，其中新技術(shù)不斷更新：如網(wǎng)絡(luò)上的異地協(xié)同設(shè)計(jì)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，新的設(shè)計(jì)方法學(xué)等。 ? 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 開(kāi)展并行工程的關(guān)鍵技術(shù) 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的并行化分析 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 市 場(chǎng) 分 析設(shè) 計(jì) 工 藝制 造無(wú)法加工 ， 裝配困難 ... 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的并行化分析 ? 傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式 – 功能部門(mén)制，信息共享存在障礙 – 串行的流程，設(shè)計(jì)早期不能全面考慮產(chǎn)品生命周期中 – 的各種因素 – 基于圖紙的手工設(shè)計(jì)為主，設(shè)計(jì)表達(dá)存在二義性 – 缺少先進(jìn)的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，不足以支持協(xié)同化產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 方案設(shè)計(jì)與論證 詳細(xì)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化 工藝審查 原理實(shí)驗(yàn)與分析 確定工藝方案 生產(chǎn)準(zhǔn)備 加工制造與測(cè)試 產(chǎn)品驗(yàn)證 較 多 一 般 頻 繁 偶 爾 “并行”： 用更頻繁的小循環(huán)來(lái)避免代價(jià)昂貴的大循環(huán) 方案設(shè)計(jì)與論證詳細(xì)設(shè)計(jì)原理實(shí)驗(yàn)與分析D F XC A P P ，C A F D確定工藝方案生產(chǎn)準(zhǔn)備加工制造與檢測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證較少預(yù)發(fā)布預(yù)發(fā)布偶爾偶爾CAEM P SR P M串型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程 并型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 串型過(guò)程的并行化重組 ? 要將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程從傳統(tǒng)的串行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程轉(zhuǎn)變成集成的、并行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，必須要強(qiáng)調(diào)的是并行的概念：并行并不是串型活動(dòng)的簡(jiǎn)單并發(fā)，這在實(shí)際上是做不到的。許多活動(dòng)的本質(zhì)就決定了它們之間的串型關(guān)系。因此不加分析，不對(duì)現(xiàn)行的過(guò)程和活動(dòng)進(jìn)行打亂重組是不可能實(shí)現(xiàn)并行的目標(biāo)的。我們這里的并行強(qiáng)調(diào)的是這么兩個(gè)觀點(diǎn)；一是重組的觀點(diǎn)，并行化的核心是對(duì)現(xiàn)行過(guò)程的分析細(xì)化和對(duì)現(xiàn)行活動(dòng)的分解重組。第二個(gè)觀點(diǎn)是集成的觀點(diǎn)，并行化強(qiáng)調(diào)的是不同過(guò)程的集成和不同設(shè)計(jì)人員的協(xié)同工作。強(qiáng)調(diào)通過(guò)產(chǎn)品預(yù)發(fā)布技術(shù)使下游過(guò)程的設(shè)計(jì)者能在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)早期參與設(shè)計(jì)過(guò)程。 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 O1C1I1CA3BA2AA1O u t p u t o f A 0Bo u tI n p u t o f A 0 A o u tUs e r C o m t r o l典型的串型開(kāi)發(fā)過(guò)程 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 串型過(guò)程的分解和細(xì)化 O1C1I1CA3BA2AA1O u t p u t o f A 0B o u tI n p u t o f A 0 A o u tU s e r C o m t r o lO1C1I1A3A 1 3A2A 1 2A1A 1 1A o u tI n p u t o f A 0 A 1 o u tU s e r C o m tro lO1I1I2C1B1A 2 2B2A 2 1A o u t B o u tI n p u t o f A 0 B 2 o u tU s e r C o m tro lI2I1 O1C1C2C2A 3 3C3A 3 2C1A 3 1I n p u t o f A 0 C 3 o u tB o u t O u tp u t o f A 0A o u tU s e r C o m t r o l2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行化的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程 C2A 32C1A 31B1A 21A2A 12C3A 33B2A 22A3A 13A1A 1 1O u t p u t o fA0B o u tA o u tC 3 o utB 2 o utA o u tA 1 o utU se rC o mt r o l2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 扔過(guò)墻式的工作方式和基于圖紙的審批制度，造成了工作的串型化 標(biāo)準(zhǔn)化審查 A6 成本核算 A5 工藝檢查 A4 審批 A3 A2 設(shè) A1 設(shè)計(jì)結(jié)果＋標(biāo)準(zhǔn)化審查意見(jiàn) 設(shè)計(jì)結(jié)果＋成本審查意見(jiàn) 設(shè)計(jì)結(jié)果＋工藝審查意見(jiàn) 設(shè)計(jì)結(jié)果＋審批意見(jiàn) 設(shè)計(jì)結(jié)果＋校核意見(jiàn) 設(shè)計(jì)結(jié)果 設(shè)計(jì) 校核 2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 通過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)發(fā)布促進(jìn)并行工作 標(biāo)準(zhǔn)化審查A6成本核算A5工藝檢查A4審批A3：A2設(shè)A1標(biāo)準(zhǔn)化審查意見(jiàn)成本審查意見(jiàn)工藝審查意見(jiàn)審批意見(jiàn)校核意見(jiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)校核2022/9/20 中南大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)研究所 并行開(kāi)發(fā)過(guò)程的建模與仿真 ? 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的并行化是一個(gè) BPR 的過(guò)程。一個(gè)集成化