【文章內(nèi)容簡介】 劃 DICE(DARPA Initiative in Concurrent Engineering)。 分析研究所的研究報告中對并行工程作了如下的定義 :并行工程是一種對產(chǎn)品及其相關(guān)過程 (包括制造過程和有關(guān)的支持過程 )進行平行、一體化設(shè)計的系統(tǒng)化工作模式。 先進制造生產(chǎn)模式 這種模式力圖使開發(fā)人員從一開始就考慮到產(chǎn)品的生命周期 (從產(chǎn)品的概念形成到其報廢消亡 )中的一切因素 ,包括質(zhì)量、成本、進度計劃和用戶需求。 圖 63 產(chǎn)品開發(fā)生命周期中不同階段對最終產(chǎn)品價值的影響 這個定義明確地指出 :系統(tǒng)化方法是并行工程的核心 ,它把產(chǎn)品設(shè)計的早期階段 ,特別是顧客需求這個最初的也是最重要的階段包括到系統(tǒng)中來。這是因為 ,產(chǎn)品開發(fā)的早期階段設(shè)計工作的正確與否決定了未來產(chǎn)品價值的主要 先進制造生產(chǎn)模式 部分 (據(jù)統(tǒng)計約占 50%),可是 ,它們所花費的費用只占很少的部分 (據(jù)統(tǒng)計約占 10%)。產(chǎn)品開發(fā)生命周期中不同階段對最終產(chǎn)品價值的影響如圖 63所示。 并行工程的本質(zhì)是分析和優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)過程 ,并在信息集成的基礎(chǔ)上實現(xiàn)過程集成。對傳統(tǒng)設(shè)計和生產(chǎn)方式 ,概念設(shè)計的開支很小 ,但它卻是決定最終成本的最主要因素 。而最后的生產(chǎn)階段花費的成本最多 ,但對最終成本的動態(tài)影響卻很小。這說明按照傳統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)方式 ,即使在生產(chǎn)過程中做很大努力提高效率 ,成本卻很難下降。而并行工程對設(shè)計階段高度重視 ,雖花費較高成本 ,但卻提高了生產(chǎn)的一次成功率 ,生產(chǎn)過程中避免了傳統(tǒng)方式中常常出現(xiàn)的反復(fù)修改和浪費 ,從而使生產(chǎn)準備和制造時間大大縮短 ,生產(chǎn)成本顯著下降。并行設(shè)計是并行工程的哲理在 先進制造生產(chǎn)模式 產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)活動中的具體體現(xiàn)。 并行工程有如下特性 : (1)并行特性 把時間上有先后順序的活動轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r考慮和盡可能同時并行處理的活動。并行性有兩方面含義 :其一是在設(shè)計過程中通過專家把關(guān) ,同時考慮產(chǎn)品生命周期的各個方面 。其二是在設(shè)計階段同時進行工藝 (包括加工工藝、裝配工藝和檢驗工藝 )過程設(shè)計 ,并對工藝設(shè)計的結(jié)果進行計算機仿真 ,直至用原型法生產(chǎn)出產(chǎn)品的樣件。 (2)整體特性 將制造系統(tǒng)看成是一個有機整體 ,設(shè)計、制造、管理等過程不再是一個個相互孤立的單元 ,而是將其納入一個系統(tǒng)考慮。設(shè)計過程不僅要給出圖樣和其他設(shè)計資料 ,還要考慮質(zhì)量控制、成本核算、進度計劃等。把產(chǎn)品開發(fā)的各種活動作為一個集成的過程進行管理和控制 , 先進制造生產(chǎn)模式 以達到整體最優(yōu)的目的。 (3)協(xié)同特性 特別強調(diào)人們的群體協(xié)同作用 ,包括與產(chǎn)品全生命周期 (設(shè)計、工藝、制造、質(zhì)量、銷售、服務(wù)等 )的有關(guān)部門人員組成的小組或小組群協(xié)同工作 ,充分利用各種技術(shù)和方法的集成。這種途徑生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不僅有良好的性能 ,而且產(chǎn)品研制的周期也將顯著縮短。 (4)約束特性 在設(shè)計變量 (如幾何參數(shù)、性能指標(biāo)、產(chǎn)品中各零部件 )之間的關(guān)系上 ,考慮產(chǎn)品設(shè)計的幾何、工藝及工程實施上的各種相互關(guān)系的約束和聯(lián)系。 實施并行工程的優(yōu)點有 : 1)縮短產(chǎn)品投放市場的時間。 并行工程技術(shù)的主要特點是可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)準備時間 ,使兩者部分相重合。 先進制造生產(chǎn)模式 2)降低成本。 并行工程可在三個方面降低成本。首先 ,可以將錯誤限制在設(shè)計階段 。其次 ,并行工程不同于傳統(tǒng)“反復(fù)試制樣機”的做法 ,而是靠軟件仿真和快速樣件生成實現(xiàn)“一次達到目的” ,省去了昂貴的樣機試制費用 。第三 ,由于在設(shè)計時即考慮加工、裝配、檢驗、維修等因素 ,產(chǎn)品在上市前的成本將會降低 ,上市后的運行費用也會降低。 3)提高質(zhì)量。 采用并行工程技術(shù) ,盡可能將所有質(zhì)量問題消滅在設(shè)計階段 ,使所設(shè)計的產(chǎn)品便于制造 ,易于維護。 4)保證功能的實用性。 在設(shè)計過程中 ,同時有銷售人員參加 ,有時甚至還包括用戶 ,這樣才能保證去除冗余功能 ,降低設(shè)備的復(fù)雜性 ,提高產(chǎn)品的可靠性和實用性。 5)增強市場競爭能力。 并行工程可以較快推出適銷對路的產(chǎn)品 ,能夠降低生產(chǎn)制造成本 ,能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量 ,提高企業(yè) 先進制造生產(chǎn)模式 的生產(chǎn)柔性 ,因而 ,企業(yè)的市場競爭力得到加強。 美國國防分析研究所 IDA(Institute for Defense Analyses)的研究結(jié)果表明 ,并行工程的效益是顯著的 ,表現(xiàn)在 : 1)設(shè)計質(zhì)量的改進 ,可使早期生產(chǎn)中工程更改次數(shù)減少一半以上。 2)由于產(chǎn)品設(shè)計及其有關(guān)過程的并行進行 ,產(chǎn)品開發(fā)周期可縮短 40%~60%。 3)多功能小組一體化的產(chǎn)品及其相關(guān)過程的設(shè)計 ,使制造成本降低 30%~40%。 要使產(chǎn)品開發(fā)的過程加快而且反復(fù)少 ,必須做到 : 1)采取有效的技術(shù)與工具加快每一過程。 2)弄清每一過程 ,掌握內(nèi)在規(guī)律 ,力爭不產(chǎn)生或少產(chǎn)生差錯 , 先進制造生產(chǎn)模式 減少系統(tǒng)的不確定性。 3)通過正確而又及時的反饋機制與方法 ,減少產(chǎn)品開發(fā)中的反復(fù)。 上述前兩項主要由單元技術(shù)與方法來解決 ,如計算機輔助設(shè)計 (CAD)、計算機輔助工藝計劃 (CAPP)、管理信息系統(tǒng) (MIS)等。第三項任務(wù)主要靠系統(tǒng)工程與系統(tǒng)理論的方法來解決。因此 ,并行工程是系統(tǒng)工程與系統(tǒng)理論在制造業(yè)中的應(yīng)用。系統(tǒng)工程是一種科學(xué)方法 ,為了更好地達到某項復(fù)雜任務(wù)的目標(biāo) ,系統(tǒng)工程提出了一套完整的方法 ,對該項任務(wù)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動和控制機制等進行科學(xué)的分析與有效的設(shè)計。 現(xiàn)實世界中 ,人們有兩種不同的工作方式 :串行作業(yè)和并行作業(yè)。制造系統(tǒng)與制造工程中的串行作業(yè)與并行作業(yè)如圖 先進制造生產(chǎn)模式 64所示。串行工程與并行工程各自的主要特點如下 : 1)傳統(tǒng)的串行作業(yè)方式是一個時間一件工作 。并行作業(yè)方式則是一個時間多件工作。 2)傳統(tǒng)的串行作業(yè)方式是工作區(qū)間相互獨立 ,順序進行 。并行作業(yè)是工作區(qū)間相互交叉與重疊。 3)傳統(tǒng)串行作業(yè)是多工種 (專業(yè) )相互獨立地工作 。并行作業(yè)是多工種的多功能小組協(xié)同一致地工作。資源有限的現(xiàn)實條件下 ,要集中力量首先做好時間常數(shù)大的過程的交互 ,或時間常數(shù)不大但是它們卻相互接近的過程的交互。為了快速做出合格的產(chǎn)品 ,要加快上游信息過程狀態(tài)的交互 ,保證最終產(chǎn)品一次成功。 先進制造生產(chǎn)模式 圖 64 串行與并行 a)串行 b)并行 先進制造生產(chǎn)模式 人們清楚地看到 :要使并行工程取得成功 ,約束的規(guī)劃、推理及管理是非常重要的。從這一意義上說 ,并行工程也可以看成是為了取得滿意的產(chǎn)品 ,在產(chǎn)品開發(fā)的生命周期中 ,對一組范圍廣泛的約束進行規(guī)劃、優(yōu)化推理和決策的過程。這里的約束有兩類 :資源的不等式約束 (如倉庫面積 圖 65 資源分類 只有 100m2)和客觀規(guī)律的等式約束 (如力等于質(zhì)量乘加速度 F=ma)。推理有嚴格的邏輯推理和啟發(fā)式的智能推理。 先進制造生產(chǎn)模式 (1)資源的分類 資源一般分成物質(zhì)資源、時間資源和空間資源。如圖 65所示的資源分類情況 ,物質(zhì)資源有材料資源、人力資源。材料資源指的是地下資源處理后的原材料及其制成品 :零件和設(shè)備。人力資源是信息時代最重要的資源 ,分成技術(shù)人員與技藝人員兩種。 (2)資源約束的規(guī)劃與調(diào)度 為了做好資源的規(guī)劃與調(diào)度 ,首先要建立資源約束的模型 ,進而分析模型、發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的約束變量、消除冗余的約束變量 ,這樣可以大大縮小問題的范圍與求解空間 ,最后找出滿意的解答。資源約束的規(guī)劃與調(diào)度的基本過程如圖 66所示。 圖 66 資源約束的規(guī)劃與調(diào)度 先進制造生產(chǎn)模式 值得指出的是 :這里指的資源約束 ,是指選擇有限的、有競爭的那些資源作為約束變量 ,而不是根據(jù)自然物理規(guī)律來選擇資源約束變量。例如 ,空氣不是資源 ,因為它是無限的 (工程實際意義上 ),不存在競爭。但是 ,誰也清楚人們離開了空氣是無法生存的。先進制造系統(tǒng)是一種非常龐大的、復(fù)雜的非線性系統(tǒng) ,約束變量非常多 ,約束空間非常大。在建立約束模型選擇資源變量時 ,一定要簡化 ,選擇有競爭的那些資源作為約束變量 ,而不是根據(jù)自然物理規(guī)律來選擇。 敏捷制造 敏捷制造 (AM,Agile Manufacturing)是美國 Lehigh大學(xué)和美國通用汽車公司于 1988年首次提出的制造生產(chǎn)新概念 ,在美國政府的資助和眾多企業(yè)參與下 ,它們于 先進制造生產(chǎn)模式 1991年提交了研究報告。該研究報告系統(tǒng)地描述了敏捷制造的基本思想和如何實現(xiàn)敏捷生產(chǎn)的構(gòu)想 ,并得到企業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛認可 ,被譽為 “21世紀制造企業(yè)的主要形式” 。 1992年美國政府將其作為“ 21世紀制造企業(yè)的戰(zhàn)略” ,其核心觀點是利用美國信息技術(shù)的優(yōu)勢 ,奪回制造業(yè)的世界領(lǐng)先地位。 敏捷制造是一種全新的制造概念。雖然敏捷制造一提出即受到廣泛的重視和研究 ,但到目前為止 ,由于敏捷制造的內(nèi)涵是一種哲理 ,正處于一個不斷發(fā)展的過程 ,因此 ,還沒有一個關(guān)于敏捷制造的公認定義。按照字面理解 ,敏捷(Agile)一詞是“聰明、機動和快速”的含義。 敏捷性(Agility)則指制造企業(yè)能快速滿足顧客對高質(zhì)量、高性能產(chǎn)品和服務(wù)的要求 ,并能從急劇變化的市場中擊敗其他 先進制造生產(chǎn)模式 競爭對手 ,從而能盈利和獲勝的能力。敏捷制造思想的出發(fā)點是基于對多元化和個性化市場發(fā)展趨勢的分析 ,認為制造系統(tǒng)應(yīng)盡可能具有高的柔性和快速反應(yīng)能力 (即敏捷性 ),從而在變幻莫測、競爭激烈的市場中具有高的競爭能力。因此 ,敏捷制造是制造系統(tǒng)為實現(xiàn)快速反應(yīng)和靈活多變的目標(biāo)而采取的一種新的制造模式。 美國機械工程師學(xué)會 (ASME)主辦的 《 機械工程 》 雜志1994年期刊中 ,對敏捷制造作了如下定義 :“敏捷制造就是指制造系統(tǒng)在滿足低成本和高質(zhì)量的同時 ,對變幻莫測市場需求的快速反應(yīng) ”。因此 ,敏捷制造的企業(yè) ,其敏捷能力應(yīng)當(dāng)反映在以下幾個方面 : 1)對市場的快速反應(yīng)能力。判斷和預(yù)見市場變化并對其快速地做出反應(yīng)的能力。 先進制造生產(chǎn)模式 2)競爭力。企業(yè)獲得一定生產(chǎn)力、效率和有效參與競爭所需的技能。 3)柔性。以同樣的設(shè)備與人員生產(chǎn)不同產(chǎn)品或?qū)崿F(xiàn)不同目標(biāo)的能力。 4)快速。以最短的時間執(zhí)行任務(wù) (如產(chǎn)品開發(fā)、制造、供貨等 )的能力。 5)企業(yè)策略上的敏捷性。企業(yè)針對競爭規(guī)則及手段的變化、新的競爭對手的出現(xiàn)、國家政策法規(guī)的變化、社會形態(tài)的變化等做出快速反應(yīng)的能力。 6)企業(yè)日常運行的敏捷性。企業(yè)對影響其日常運行的各種變化 ,如用戶對產(chǎn)品規(guī)格、配置及售后服務(wù)要求的變化、用戶訂貨量和供貨時間的變化、原料供貨出現(xiàn)問題及設(shè)備出現(xiàn)故障等做出快速反應(yīng)的能力。 先進制造生產(chǎn)模式 AM的基本思想是把動態(tài)靈活的虛擬組織結(jié)構(gòu)、先進的柔性生產(chǎn)技術(shù)和高素質(zhì)的人員進行全方位的集成 ,從而使企業(yè)能夠從容應(yīng)付快速變化和不可預(yù)測的市場需求。 它是一種提高企業(yè)競爭能力的全新制造組織模式。由此企業(yè)、組織管理、產(chǎn)品以及生產(chǎn)等概念都發(fā)生了全新的變化。 敏捷制造要求企業(yè)不同于傳統(tǒng)觀念上的有圍墻的有形空間構(gòu)成的實體空間 ,而是通過網(wǎng)絡(luò)建立起來的信息交流高速公路 ,建立“虛擬企業(yè)” ,將制造系統(tǒng)空間擴展到全國乃至全世界 ,以競爭能力和信譽為依據(jù)選擇合作伙伴 ,組成動態(tài)公司。從策略上講不強調(diào)企業(yè)全能 ,也不強調(diào)一個產(chǎn)品從頭到尾都是自己開發(fā)、制造。 組織管理上 ,敏捷制造力圖簡化過程 ,不斷改進過程 。提倡以“人”為中心 ,用分散決策代替集中控制 ,用協(xié)商機制 先進制造生產(chǎn)模式 代替遞階控制機制 。提高經(jīng)營管理目標(biāo) ,精益求精、盡善盡美地滿足用戶的特殊需要。敏捷企業(yè)強調(diào)技術(shù)和管理的結(jié)合 ,在先進柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)上 ,通過企業(yè)內(nèi)部的多功能項目組與企業(yè)外部的多功能項目組 ——虛擬公司 ,把全球范圍內(nèi)的各種資源集成在一起 ,實現(xiàn)技術(shù)、管理和人的集成。敏捷企業(yè)的基層組織是多學(xué)科群體 ,是以任務(wù)為中心的一種動態(tài)組合。敏捷企業(yè)強調(diào)權(quán)力分散 ,把職權(quán)下放到項目組。提倡“基于統(tǒng)觀全局的管理”模式 ,要求各個項目組都能了解全局的遠景 ,胸懷企業(yè)全局 ,明確工作的目標(biāo)、任務(wù)和時間要求 ,而完成任務(wù)的中間過程則完全可以自