并行工程及其关键技术的研究_袁清珂

并行工程及其关键技术的研究

袁清珂王海燕李春波王效岳1

(西安交通大学西安710049)(1山东工程学院淄博255012)

摘要并行工程的实施,对提高企业在世界市场中的竞争能力将起到重要的作用。本文介绍了并行工程的概念,讨论了并行工程的目标、核心和并行工程的实现方法与技术,重点讨论了设计自动化中实施并行工程的关键技术。

关键词并行工程设计自动化产品设计主模型

中图号TP39

引言

并行工程通过集成企业的一切资源,使产品开发人员尽早地考虑产品生命周期中的所有因素(包括设计、分析、制造、装配、检验、维护、成本和质量等),以达到提高产品质量、降低成本、缩短开发周期的目的。它的实施对提高企业在国际市场的竞争能力将起到重量作用。并行工程是美国于1989年首先提出来的一种综合经营、工程和管理的哲理、指导思想、方法论和工作模式。美国国防分析研究所(IDA)在R338研究报告中给出了如下的定义:并行工程是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素,包括质量、成本、进度与用户需求等。

并行工程的原理可以概括为:有效的领导方法;并行设计产品及相关过程;满足客户要求;不断改进过程;开发管理信息和财富;重点放在通过长期计划和决策获取效益上。并行工程不是某一种系统或结构,不能象软件或硬件系统一样买来安装上即可运行。它是一种自顶向下进行规划、自底向上进行实施的一种哲理和方法论,有以下主要特点:

(1)突出人的作用,强调人的协同工作;

(2)一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计。其中,尤其注重早期概念设计阶段的

并行协调,重视产品方案设计和成本预测;

(3)重视满足客户的要求,注重产品质量;

(4)持续地改善产品有关过程。注重持续尽早地交换、协调、完善关于产品有关制造支持等过程的约定和定义,重视过程的质量和效率。

(5)注重信息与知识财富的开发、利用与管理;

(6)注重目标的不变性;

(7)并行工程不能省去串行工作中的任何一个环节;

基于知识的应用软件(软件工具)

产品信息以主模型表示后就可提供给设计小组的所有成员。由于各成员具有不同的工程学科背景,他们对产品设计的看法是基于不同角度的,因此需要软件工具来帮助他们综合评价和测试产品设计。

这些高度集成的软件工具可促进设计人员和制造人员之间的信息交流。一旦产品的初始设计如零部件、装配件和机构等完成后,设计人员就可使用各种应用软件来帮助解决一些制造方面的问题,这其中包括公差分析、了解产品装配顺序或直接从主模型中得到加工数据等。例如,设计人员在设计塑料零部件时,可以使用模拟塑料模具填充和冷却过程的计算机软件来了解一些潜在的注塑问题,以及部件从模具中取出后的翘曲和收缩问题。

这些集成软件工具还可以允许每个用户直接存取当前的主模型,并且自由地使用主模型中的产品数据,而不需要修改、转换或重新编译。因此,将带来以下好处:

(1)由于产品的分析和优化工作可以很方便地进行,因此,技术人员能及时地用这些工具来把他们的设计思想运用到产品的设计当中去,而不是当产品在测试或设计失败时才使用这些

工具。

(2)由于产品数据在转换过程中并不改变,因此设计数据的质量就得到了保证,在随后的设计过程中,如分析、测试、NC加工等将产生正确结果。

(3)由于这些不同的软件模块有公共的用户接口,便于软件的使用,使用户间的交流更加顺畅,并最终提供给用户一个基于知识的集成系统。

由以上可以看出,并行工程实质上是一种包括人机集成和系统功能集成在内的整体优化的集成。

4.3产品数据管理

未来的CAD/CAM/CAE软件都支持数据管理系统,这个系统控制着文档及设计的建立、修改、检查和批准。PDM(产品数据管理)系统可以在信息建立、修改、检查、批准和存档的同时组织、跟踪和控制信息的存取,以此来促进面向小组的产品开发研究。

最近的研究表明,大多数的设计工程师在真正的产品设计上仅花费25%的时间,然而却有30%～35%的时间花费在寻找设计所需的数据上,重复劳动现象严重。为了有效地组织和管理产品数据,就要采用PDM系统,它提供了一种综合管理和控制工程信息的方式。通过对工程信息的组织、跟踪和存取控制,产品数据管理系统可以促进设计小组的开发工作,使各种工程信息不断地建立、检验、修改、评价和存档。

PDM系统可在每个层次、不同的部门以及涉及不同类型软硬件和接口的环境下运行。这可让设计小组成员迅速找到所需的数据,并且让项目管理人员很好地管理整个设计过程。设计小组的负责人通过控制所有方面的数据来确保小组成员当前正在进行的设计和许可的修改,而不是在存取那些过时的、被淘汰的设计。

在整个设计过程中,产品数据管理系统以一种安全的电子文本形式存储产品及其设计信息。这种信息,包括机械实体模型、绘图、印刷电路板图、装配指令、产品之间的关系和工程计划等。友好的图形用户界面使得每个用户都能存取和查看工程信息。通过集中的数据库,用户还可以方便地自定义数据的地址、设置、审计跟踪和计算机接口。这样,工作小组就有了一个灵活的数据管理工具来满足产量和质量上的要求。通过对数据存取提供先进的查询功能,并且提高数据安全性,整个设计过程的管理也得到了加强。

·331·第2期袁清珂:并行工程及其关键技术的研究

成本预估

降低成本是并行工程的目标之一。通过建立成本评估模型,实现在产品设计阶段对产品成本和生产制造的经济效益进行分析和预测。

2.5各种现代技术的集成与综合运用

并行工程的关键是在设计产品时考虑到相关过程,包括加工工艺、装配、检验、质量保证、销售、维护等。产品开发过程中各阶段工作交叉、并行进行。通过各项工作的仿真、分析、评价,不断改进。并行工程涉及到产品整个生命周期中的方方面面,要使并行工程正常运行,必须集成并综合运用各种现代技术,如计算机技术、信息技术、通讯技术、CAD/CAM技术、人工智能技术、系统仿真技术等。

3实现并行工程的技术与方法

并行工程是一种崭新的工作模式,实现并行工程需用到很多现代技术与方法。主要的有:¹信息管理技术;º建模与仿真技术;»产品设计方法与技术;¼CAPP技术;½全面质量管理与控制技术;¾人工智能技术;¿决策支持技术;À分布式并行处理的智能协同求解技术;Á成本预测技术;bk系统集成技术等。

4关键技术

并行工程有多项关键技术,本文就机械设计自动化(MDA)软件中支持并行工程的三项关键技术作一探讨。