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有主要责任，而功能部门的主管只参与人员组成的安排以及提供 技术支持。
3）功能矩阵型 其要点是把一个设计项目分解成若干部分，分别交由若干个功能 部门实施，由每个功能部门主管人员对所承担的部分项目负责主 要的责任和权限。
4) 项目团队型 设计项目由专门组织的，包括各有关功能部门人员的项目组承担， 由专门指定的设计团队主管全权负责，而与组织内部原有的各个 功能部门基本无关。
2、并行设计的发展简述
美国是世界上最早提出并行设计概念的国家，也是应用最成功 的国家。二战前，福特汽车公司最先在产品设计中采用了类是 现代并行设计的小型、集成化的多功能设计团队。公司创始人 福特亲自领导一支短小精悍的设计队伍，设计了著名的T型车。 老福特的孙子亨利.福特二世领导一支短小精悍的并行设计队伍， 设计了世界上第一台低成本、集成化缸体的V-8发动机。后来克 莱斯勒公司采用面向制造的小型设计队伍，成功设计了包括M1A2主战坦克在内的许多优秀军工产品。此后，并行设计又广 泛应用于英国和德国。
一、产品建模技术
1.产品模型的概念与类型
产品建模是指产品在其生命周期中全部相关信息的集合，它以产 品数据的形式存在。产品建模就是生产产品数据的过程，是产品 开发活动的核心。产品模型主要类型有： 1）基于结构的产品建模 在这种模型中，产品结构是表达的核心，采用结构材料结构分类 产品结构树等表达产品结构。
1、设计项目的组织结构
设计项目的组织结构或者体系与并行设计过程的管理和协调有 着密切关系，并直接影响到并行设计的实施及其成功。大致有 三大类： 1）功能型 一般企业是按照其所承担的功能来划分部门的，如销售部门、 设计部门、制造部门等，而在设计和生产部门内部，其底层的 组织又往往是按产品结构划分的。功能型设计组织就是将设计 任务交给各个功能部门的人员分别进行，由各个功能部门的主 管人员分别负责管理设计项目的实施。 2）项目矩阵型 由项目经理负责监管整个设计项目的进程，并对项目的完成负
并行设计学科
一、并行设计
并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和 相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。 与传统的串行设计相比，并行设计更强调在产品开发的初期 阶段，要求产品的设计开发者从一开始就要考虑产品整个生 命周期（从产品的工艺规划、制造、装配、检验、销售、使 用、维修到产品的报废为止）的所有环节，建立产品寿命周 期中各个阶段性能的继承和约束关系及产品各个方面属性间 的关系，以追求产品在寿命周期全过程中其性能最优。通过 产品每个功能设计小组，使设计更加协调，使产品性能更加 完善。从而更好的满足客户对产品综合性能的要求，并减少 开发过程中产品的反复，进而提高产品的质量、缩短开发周 期并大大的降低产品的成本。
2）通过知识协同集成化实现并行化 主要有两类。第一类是所谓的DFx方法，它侧重与作为先行环节 的工程设计对下游环节，如制造、装配、环境保护等给予充分的 考虑。第二类是CAX技术，它侧重把产品开发周期中的各个活动 环节，如产品设计、工程分析、工艺计划等活动集成起来。
5、并行设计的关键技术
并行设计实质上是一种包括人机集成和系统功能集成在内的整体 优化的工作方式。除了发展作为基础的基本设计理论和方法学以 外，还需要发展各种实施并行设计的具体技术，其中包括： 1）与具体产品有关的设计技术 与产品有关的并行设计技术与特定专业领域有关。例如，如何在 机械产品结构设计中实现并行设计，如何应用有限元和失效分析 等方法来早期预测设计性能等。
3、并行设计的体系结构
从并行设计的功能看，实现并行设计的基本途径为： 1）尽可能地使产品开发周期中各个活动环节并行化
2）尽可能地使设计过程中的分析、综合和评价活动并行化
过程模型
系统化和定量化的设计方法
并行设计
并行设计支持技术和环境
4、并行设计模型
并行设计要求通过产品生命周期全过程人员之间的信息共享使 设计者从一开始就能考虑产品生命周期的所有因素，从而达到 提高质量，缩短开发周期，降低成本和保护环境的综合优化目 的，是一种集成地、平行的处理产品设计、制造及其相关过程 的方法。主要的两个并行设计描述性模型： 1）环节重叠和压缩模型。大多数关于并行设计的论述把并行设计 的过程描述成一个活动环节重叠、压缩的过程。
5、面向环保的设计（DFE）
面向环保并行设计又称绿色设计，其目的是使产品制造使用和废 弃过程中对环境的不利影响降低到最小。面向环境设计包括两方 面内容，首先是分析产品在其生命周期过程中对环境的影响，其 次是根据分析结果改进设计。其设计原则主要有以下几条： 1）设计产品及其零部件使其能方便地直接重用或者修复整新后重 用。 2）使材料用量最小。 3）使产品中使用的材料种类最少。 4）尽量考虑在设计中使用回收材料制造的零件。
2）工作流的描述方法 目前定义了以下几种组合活动方式：
1.并行。以与分叉节点开始以及合并节点结束的一组活动。
与分叉 活动 活动 活动 活动
与合并
活动
2.顺序。一组活动逐个顺序连接，其中不包括任何分叉或合并 节点 3.叠待。由若干活动组成的一个环路反复执行其中的活动直到 满足既定条件条件为止。
活动 活动
2、面向装配的设计（DFA）
在应用面向装配设计的方法时，首先根据产品的年产量、零部件 的数目等因数选择装配方法，接着分析其装配效率、装配总时间、 劳动力成本、总的操作数目、理论最少零件数等，然后进行旨在 改进装配过程的再设计。其具体步骤如下： 1）选择装配方法。考虑因数有每天班次、数雇员的平均工资、装 配中的零件总数以及零件总数和年产量。 2）估计零件的搬运时间（以秒计） 3）估计零件的插入和固定时间（以秒计）。主要考虑零件是否立 即固定零件是否容易接近装配件对准的难易程度和插入阻力大小 4）计算总装配时间。这里总装配时间等于所以装配操作的搬运时 间和插入固定时间的和，然后根据总装配时间计算装配费用。 5）计算理论最少零件数和装配效率 6) 进行再设计。目的改进装配过程，提高效益。
并行设计
福州大学机械工程及自动化学院
主讲人：吴海洋
绪
论
一、21世纪的先进制造业模式
1、生产能力（包括资本、信息）在世界范围内迅速 提高和扩展，已形成全球性的激烈竞争格局 2、先进生产技术的出现正在急剧地改变现代制造业 的产品结构和生产过程 3、传统的管理、劳动方式、组织结构和决策准则都 在经历新的变化
1）工作流技术 工作流管理技术来源于计算机支持协同工作环境，是近 年来信息学科和管理学科最活跃的领域之一。工作流使 文件信息和任务在参与者之间交换的程序按照既定的规 则或业务的总体目标实现自动化。工作流管理系统是通 过调度人力和信息资源对工作流进行定义管理和执行的 系统，是一个能在分布式环境中实现组织机构内部工作 流程描述和工作流运行控制等项功能的软件
2）设计方法与工具 目前实施面向下游环节并行设计法的基本方法都是将来自产品 工程师和其他现场工作人员的经验，以设计指南或经验规则的 形式提供给设计人员，供其对设计预案进行分析之用。 3）关键技术 目前面向下游并行设计的关键技术包括以下三方面： 1.发展有关设计准则，使它能更准确地反映有关设计领域的人 类知识，更方便地为实施并行设计的人员和系统所用。 2.面向下游环节并行设计所应用的设计准则一般数量都比较大， 其重要程度也各不相同，因此必须有客观评价手段，从而最佳 方案能比较容易地确定，而且能证明其确实是最佳的。 3.在设计过程中应避免一方面改进设计措施给其他方面带来负 面影响。
2）与领域无关的并行设计技术 对产品数据等工程信息的管理。如企业业务计划、市场分析数据、 需求分析、产品定义和产品规格定义等。
人员协同集成的并行设计法
基于人员协同和集成的并行设计方法（简称人员协 同集成法）能用最少的资源和时间完成大型复杂的 设计任务，因而始终是实施并行设计最基本最直接 的方法之一，也是目前为止最成功的设计方法之一。
2、并行设计进程计划与管理
设计进程计划定义了设计过程所必须完成的任务以及必须完 成的时间。对于每个具体任务，计划明确规定了其目标及参与人 员和时间要求，与其他任务项目或过程在日程安排上的衔接关系， 以及成本估算等。 进程计划是把设计过程置于控制下的文件，它使得设计团队 和企业主管能够根据预计目标评估设计活动的实际进展。用工作 流技术管理并行设计进程是目前常用的方法。
1
2 3
定义产品功能 概念设计 工程分析
4
详细设计
2）圆桌模型。正如圆桌会议的方式之所以被采用是因为 参与者的座次无法排定的缘故，影响并行设计的诸多因数之 间的关系很难确定，所以圆桌模型也常用来描述并行设计。
制造
销售
装配
并行设计
包装
设计
5、并行设计方法
目前已经形成的并行设计方法有大类： 1）通过人员协同集成化实现并行化 基本做法是组成包括各方面人员的，针对给定设计任务的专门的 综合的设计团队
2）基于几何的产品建模 在计算机内部用几何模型表达产品的几何形状，如线框、表面模型、 实体模型及其混合模型等都属于这一类。 3）基于特征的产品建模
为弥补几何模型的不足而产生的，它在几何模型的基础上进一步 抽取若干高层信息，通过特进行描述和操作。
4）基于知识的产品模型 基于知识的产品模型的特点是综合应用了智能技术面向对象编程 等。人工智能的应用使之能够存储人类专家关于产品设计工艺、 工厂环境的知识和经验。 5）集成产品模型 集成产品模型是完整意义上的产品信息模型，它是对几何模型、 特征模型及其他建模技术的进一步综合和扩展。
Text
活动 活动
。
面向下游环节的并行设计
1、概述
1）定义与应用领域
面向下游环节并行设计也称为DFx方法。它着眼于使作为产 品开发周期先行环节的工程设计对下游环节（如制造、装配、 环境保护等）予以充分的考虑，属于这个范畴的有面向装配 的设计、面向制造的设计、面向环境保护的设计等。 面向下游环节并行设计应用与产品开发的几乎所以方面，包 括改进装配过程、改进零件制造、改进质量、提高可靠性、 提高环保性、提高用户友好性、缩短上市时间等
CAD/CAM/CAPP集成技术
并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术的支持下， 将原来分别依次进行的工作在时间和空间上交叉、 重叠，充分利用了原有技术，并且吸收了计算机技 术、信息技术的优秀成果，并由此奠定了制造企业 信息化的基础。 CAD、CAM、CAPP是科学与工程领域的专业技术 以及人的智慧和经验集合起来，在设计制造的全过 程中，可以有效地利用这些技术解决那些重复性高， 劳动量大以及单靠人工难以完成的工作。
4、面向质量的设计（DFQ）
面向质量并行设计是在全面质量管理（TQM）的观念下提出来 的，其核心是强调“质量是设计出来的”。主要表现在： 1）面向客户考虑质量问题。 2）以“0缺陷”为生产目标。 3）预防为主的哲学。预防缺陷的发生，不要事后补救。
面向质量设计的方法
1）制定质量目标。需要全面反映用户质量需求。 2）在质量目标确定后，需要将其具体应用于改进设计技术。 3）定量评价一个设计是否确实具有所需要的质量。
3、面向制造的设计（DFM）
面向制造的设计多指面向单个零件加工过程的设计，是一种基于 知识的方法，通过指导原则和原理或是建议等使所设计的产品易 于制造。 1）选择装配方法。考虑因数有每天班次、数雇员的平均工资、装 配中的零件总数以及零件总数和年产量。 2）估计零件的搬运时间（以秒计） 3）估计零件的插入和固定时间（以秒计）。主要考虑零件是否立 即固定零件是否容易接近装配件对准的难易程度和插入阻力大小 4）计算总装配时间。这里总装配时间等于所以装配操作的搬运时 间和插入固定时间的和，然后根据总装配时间计算装配费用。 5）计算理论最少零件数和装配效率 6) 进行再设计。目的改进装配过程，提高效益。
2、设计过程模型
（1）描述、认识性模型
描述性模型建立在对人类设计活动的实际观察的基础上，着重 描述人类在设计中的思维活动的过程。 （2）规则性模型 描述设计过程应该怎样进行，设计对象应该具有什么样的性质。 （3）可计算性模型 可计算性是指模型具有能被计算机处理的形式，如果过程可以 在计算机上实现，则该模型为可计算性的。