【正文】 第一節(jié) 并行工程技術(shù) 第六章 先進(jìn)制造生產(chǎn)模式 一、并行工程的產(chǎn)生 傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式是串行的：產(chǎn)品設(shè)計(jì) → 工藝設(shè)計(jì) →計(jì)劃調(diào)度 → 生產(chǎn)制造。 設(shè)計(jì)工程師與制造工程師之間互相不了解，互相不交往，中間有如隔了一堵墻。 概念設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)和 繪圖 原型論證 制造準(zhǔn)備和加工 傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式存在的缺點(diǎn) ? 部門之間 信息共享存在障礙 ； ? 操作流程的串行實(shí)行，使得設(shè)計(jì)早期不能全面考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素，不能綜合考慮產(chǎn)品的可制造性、可裝配性和質(zhì)量可靠性等因素，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不能達(dá)到最優(yōu)； ? 各部門對產(chǎn)品開發(fā)的獨(dú)立修改導(dǎo)致產(chǎn)品開發(fā)出現(xiàn)各種反復(fù)，總體開發(fā)時間延長； ? 基于圖樣以手工設(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，不足以支持協(xié)同化產(chǎn)品開發(fā)。 并行工程產(chǎn)生的背景要求： ? 全球化市場要求企業(yè)必須改變經(jīng)營策略：提高產(chǎn)品開發(fā)能力、增強(qiáng)市場開拓能力，但傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式已不能滿足市場競爭要求。 ? 并行工程是一種企業(yè)組織、管理和運(yùn)行的先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造模式；采用多學(xué)科團(tuán)隊(duì)和并行過程集成化開發(fā)模式。 ? 并行工程把傳統(tǒng)的制造技術(shù)與計(jì)算機(jī) 技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)和自動化技術(shù)相結(jié)合，在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段全面考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素，力爭使產(chǎn)品開發(fā)能夠一次獲得成功。從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周 期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本。 并行工程 (Concurrent Engineering,CE)產(chǎn)生和發(fā)展歷史 ? 美國國防先進(jìn)研究計(jì)劃局（ DARPA） 1987 年 12月舉行了并行工程專題研討會，提出了發(fā)展并行工程的 DICE計(jì)劃（ DARPA’s Initiative in CE）。 ? 同時，美國防御分析研究所 IDA（ Institute of Defense Analyses）對 CE及其用于武器系統(tǒng)的可行性進(jìn)行調(diào)查研究， 88年公布了著名的 R388研究報 告，明確提出了并行工程的思想。 ? 1988年 DARPA發(fā)出了并行工程倡議，西弗吉尼亞大學(xué)設(shè)立了并行工程研究中心，許多大 軟件公司、計(jì)算機(jī)公司開始對支持并行工程的工具軟件及集成框架進(jìn)行開發(fā)。 ? CE在國際上引起各國的高度重視，其思想被更多的企業(yè)及產(chǎn)品開發(fā) 人員接受和采納，各國政府也加大支持并行工程技術(shù)開發(fā)的力度。 ? 并行工程已在一批國際著名 企業(yè)中獲得成功應(yīng)用，如波音、洛克希德、雷諾、通用電氣等均采用并行工程技術(shù)來開發(fā)自己的產(chǎn)品，取得顯著效益。 CE與串行工程產(chǎn)品開發(fā)成本比較 串、并行產(chǎn)品開發(fā)過程對比 二、并行工程的定義 并行工程 CE是 對產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化的工作模式。 這種工作模式力圖使開發(fā)人員從 一開始就考慮 到產(chǎn)品全生命周期中的 各種因素 ，包括 質(zhì)量、成本、進(jìn)度及用戶需求 。 二、并行工程的運(yùn)行特性 —— （ 1）并行特性 ?CE的最大特點(diǎn)是把時間上有先有后的作業(yè)過程轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r考慮和盡可能同時（或并行）處理的過程； ?在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就并行地考慮了產(chǎn)品整個產(chǎn)品生命周期中的所有因素，研制周期將明顯地縮短。這樣設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品不僅具有良好的性能，而且易于制造、檢驗(yàn)和維護(hù)。 ? CE認(rèn)為，制造系統(tǒng)（包括制造過程）是一個有機(jī)的整體，在空間中似乎相互獨(dú)立的各個制造過程和知識處理單元之間，實(shí)質(zhì)上都存在著不可分割的內(nèi)在聯(lián)系。 ? CE強(qiáng)調(diào)全局性的考慮問題，即產(chǎn)品研制者從一開始就考慮到產(chǎn)品整個生命周期中的所有因素。 ? 并行工程追求的是整體最優(yōu)。有時為保證整體最優(yōu)，甚至可能不得不犧牲局部的利益。 二、并行工程的運(yùn)行特性 —— （ 2）整體特性 二、并行工程的運(yùn)行特性 制造系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系 二、并行工程的運(yùn)行特性 —— （ 3）協(xié)同特性 并行工程特別強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)群體的協(xié)同工作 （ Team work）： 1） 多功能的協(xié)同組織機(jī)構(gòu)： CE根據(jù)任務(wù)和項(xiàng)目需要，組織多功能工作小組，小組成員由設(shè)計(jì)、工藝、制造和支持（質(zhì)量、銷售、采購、服務(wù)等）的不同部門、不同學(xué)科代表組成。工作小組有自己的責(zé)、權(quán)、利，工作計(jì)劃和目標(biāo)，成員之間使用相同術(shù)語和共同信息資源工具，協(xié)同完成共同任務(wù)。 2） 協(xié)同的設(shè)計(jì)思想： CE強(qiáng)調(diào)一體化、并行地進(jìn)行產(chǎn)品及其相關(guān)過程的協(xié)同設(shè)計(jì)，尤其注意早期概念設(shè)計(jì)階段的并行和協(xié)調(diào)。 3） 協(xié)同的效率： CE特別強(qiáng)調(diào)“ 1＋ 1＞ 2”的思想，力求排除傳統(tǒng)串行模式中各個部門間的壁壘，使各個相關(guān)部門協(xié)調(diào)一致的工作，利用群體的力量提高整體效益，強(qiáng)調(diào)“工”字鋼帶來的三塊鋼板的協(xié)調(diào)強(qiáng)度。 二、并行工程的運(yùn)行特性 —— （ 4）集成特性 CE是一種系統(tǒng)集成方法，具有人員、信息、功能、技術(shù)的集成特性。 ① 人員集成： 管理者、設(shè)計(jì)者、制造者、支持者以至用戶集成為一個協(xié)調(diào)的整體。 ② 信息集成： 產(chǎn)品全生命周期中各類信息的獲取、表示、表現(xiàn)和操作工具的集成和統(tǒng)一管理。 ③ 功能集成： 產(chǎn)品全生命周期中企業(yè)內(nèi)各部門功能集成，以及產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)與外部協(xié)作企業(yè)間功能的集成。 ④ 技術(shù)集成： 產(chǎn)品開發(fā)全過程中涉及的多學(xué)科知識以及各種技術(shù)、方法的集成，形成集成的知識庫、方法庫。 三、并行工程的體系結(jié)構(gòu) （ l）產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)：對產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分組描述和表述，并對方案優(yōu)選、批量、類型、可制造性和可裝配性評價，選出最佳方案，指導(dǎo)概念設(shè)計(jì)。 （ 2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其評價：將產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)獲得的最佳方案結(jié)構(gòu)化，對各種方案進(jìn)行評價和決策。選擇最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案或提供反饋信息，指導(dǎo)產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （ 3）詳細(xì)設(shè)計(jì)及其評價：根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案對零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并對其可制造性進(jìn)行評價，即時反饋修改信息，指導(dǎo)特征設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了特征／工藝并行設(shè)計(jì)。 （ 4）產(chǎn)品總體性能評價：該階段產(chǎn)品信息較完善，對產(chǎn)品的功能、性能、可制造性和成本等采用價值工程方法進(jìn)行總體評價、提出反饋信息。 最后必須進(jìn)行工藝過程優(yōu)化，對零件的實(shí)際加工過程進(jìn)行仿真。 三、并行工程的關(guān)鍵技術(shù) （ 1）過程管理與集成技術(shù)：包括過程建模、過程管理、過程評估、過程分析和過程集成。 （ 2）團(tuán)隊(duì)：由傳統(tǒng)部門制或?qū)I(yè)組變成項(xiàng)目為主的多功能 集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)（ Integrated Product Team ， IPT） 。 （ 3）協(xié)同工作環(huán)境：產(chǎn)品開發(fā)由分布在異地的采用異種計(jì)算機(jī)軟件工作的多學(xué)科小組完成的。具體關(guān)鍵技術(shù)包括約束管理技術(shù)、沖突仲裁技術(shù)、多智能體技術(shù)、 CSCW（ Computer－ Supported Cooperative Work）技術(shù)等。 （ 4） DFX： DFX是 CE的關(guān)鍵使能技術(shù)。 X代表產(chǎn)品生命周期中的各項(xiàng)活動。應(yīng)用較多的是 DFA（面向裝配設(shè)計(jì)）和 DFM（面向制造設(shè)計(jì)）。 （ 5） PDM：產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ Product Data Management）集成和管理產(chǎn)品所有相關(guān)數(shù)據(jù)及其相關(guān)過程。 PDM能在數(shù)據(jù)的創(chuàng)建、更改及審核的同時跟蹤監(jiān)視數(shù)據(jù)的存取，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)的完整性、一致性及正確性，保證每個參與設(shè)計(jì)的人員都能即時地得到正確數(shù)據(jù)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)返回率達(dá)到最低。 四、并行工程的應(yīng)用實(shí)例 —— 波音公司 自 1991年起，在波音 767－ X系列產(chǎn)品上采用了： ① 按飛機(jī)部件組成兩百多個 IPT； ② 改進(jìn)產(chǎn)品開發(fā)流程； ③ 采用 DFA／ DFM等工具； ④ 利用巨型機(jī)支持 的 PDM系統(tǒng)輔助并行設(shè)計(jì)； ⑤ 大量應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)，做到無圖樣生產(chǎn)； ⑥ 仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等 CE的方法和技術(shù)。 獲得了以下顯著效益： ①提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，極大地減少了早期生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)更改； ②縮短產(chǎn)品研制周期，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程； ③減少報廢和返工率，降低制造成本。 四、并行工程的應(yīng)用實(shí)例 —— 波音公司 波音公司在 767－ X飛機(jī)的開發(fā)中，全面應(yīng)用 CAD/CAM系統(tǒng)作為基本設(shè)計(jì)工具，在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出所有零件的三維圖形，并進(jìn)行數(shù)字 化預(yù)裝配，獲得早期的設(shè)計(jì)反饋，便于及時了解設(shè)計(jì)的完整性、可靠性、可維修性、可生產(chǎn)性和可操作性。同時，數(shù)字化設(shè)計(jì)文件可以被后續(xù)設(shè)計(jì)部門共享，從而在 制造前獲得反饋，減少設(shè)計(jì)更改?？偨Y(jié)為： （ 1） 100％ 數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì) （ 2） 3D實(shí)體數(shù)字化整機(jī)預(yù)裝配 （ 3）并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)（ CPD） 四、并行工程的應(yīng)用實(shí)例 —— 瑞士 ABB 自 1992年起，在火車運(yùn)輸系統(tǒng)上采用： ① 建立支持 CE的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； ② 可互操作的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)； ③ 組織設(shè)計(jì)和制造過程的團(tuán)隊(duì)； ④ 統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義模型； ⑤ 應(yīng)用仿真技術(shù)等 CE的方法和技術(shù)。 獲得效益如下： ① 過去從簽訂合同到交貨需 3~4年，現(xiàn)在僅用 3~18個月； ② 對東南亞的用戶，能在 12個月以內(nèi)交貨； ③ 整個產(chǎn)品開發(fā)周期縮短 25%~33%。 四、并行工程的應(yīng)用實(shí)例 —— 日本橫河 HP 自 1984至 1990年，在高精度測量設(shè)備上，采用了： ① 開發(fā)制造生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)（ MPN）； ② 網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算環(huán)境； ③ 實(shí)時的全局工程數(shù)據(jù)庫等 CE的方法和技術(shù)。 獲得效益為： ① 新產(chǎn)品上市周期縮短 30%； ② 技術(shù)部門生產(chǎn)率上升 30%； ③ 總體生產(chǎn)能力增加 30%。 四、并行工程的應(yīng)用實(shí)例 —— 中國長峰科技集團(tuán) 1995年起，在復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品（機(jī)械與電子）開發(fā)中，采用： ①建立并行設(shè)計(jì)、制造與管理的集成環(huán)境； ②組建多層次的集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)； ③改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品開發(fā)流程； ④應(yīng)用各類 CAX／ DFX工具； ⑤動態(tài)管理和跟蹤項(xiàng)目的進(jìn)展，實(shí)施 PDM； ⑥應(yīng)用并行工程集成框架技術(shù)等 CE的方法和技術(shù)。 獲得效益為： ①總體方案設(shè)計(jì)周期壓縮 60%，工程繪圖周期從 1~2個月下降到 2~3周。工藝檢查周期減少 50%，更改反饋次數(shù)降低 50%，工藝規(guī)劃時間減少 30%，工裝準(zhǔn)備周期減少 30%，數(shù)控加工編碼與調(diào)試