现代产品开发设计的并行工程技术

现代产品开发设计的并行工程技术
俞昌吉1,胡如夫2
(1.宁海职业教育中心,浙江宁海315600; 2.宁波高等专科学校机械系,宁波315016)
摘要:并行工程技术是现代产品开发设计的关键技术之一,实施并行工程有利于实现企业在产品开发的T QC(T ime、Quality、C ost),本文论述了并行工程的概念、目标、运行机制,介绍了并行工程的体系结构和集成环境,讨论了实现并行工程的管理支持和技术支持。

关键词:并行工程;体系结构;集成环境
CE T echnology for Developing and Designing Modern Products
Y U Chang-ji1,H U Ru-fu2
(1.Professional Education Center of Ninghai,Zhejiang Ninghai315600,China;
2.Dept.of Mechanical Engineering,Ningbo C ollege for Professional T raining,Ningbo315016,China)
Abstract:The paper discussed the concept,g oal and w orking mechanism of concurrent engineering(CE),and then introduced its sys2 tem-structure and integration-environment,and finally expatiated the supporting of management and technologies.
K eyw ords:CE;System structure;Integration environment
制造业的竞争已从70年代之前的企业规模和产品成本,80年代的用户需求和上市时间(T)、产品质量(Q)、产品成本(C)和售后服务(S),发展到90年代的“市场响应速度第一”。

当前的竞争要求企业以最短的时间开发出质量最高的、用户可接受的新产品。

可以预计,本世纪的市场竞争将会越来越激烈,而企业为了取得竞争的优势,则必须具有非常强的创新产品开发能力。

随着计算机技术的应用,在制造业中出现了许多自动化系统,如C NC、FMS、C Ax、MRPII、PDM等。

计算机集成制造系统的出现在企业这一层次上解决了“自动化孤岛”中的信息集成问题,并行工程(C oncurrent Engineering,CE)就是以CIMS信息集成技术为基础发展而来的,主要针对产品开发领域而提出的解决方案。

CE是集成地、并行地设计产品及其相关过程的系统化方法,在设计过程中考虑产品的可制造性、可装配性、可测试性,以减少设计过程中不必要的返工,力争产品设计开发一次成功。

目前,CE技术已对提高企业自动化水平、改善企业的T、Q、C以及增强企业的市场应变和竞争能力等方面发挥了重要的作用,并已取得了显著的效益。

1　并行工程概念
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关各过程(包括制造和支持过程)的系统方法。

它在产品开发的设计阶段即考虑产品生命周期中工艺规则、制造、装配、测试、维护等其它环节的影响,通过各环节的并行集成,以缩短产品的开发时间,提高产品的设计质量,降低产品成本。

它要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。

并行工程与传统的串行工程之间的本质差别在于它把产品开发过程中的各个作业视为一个整体,面向产品的全生命周期,进行全局的优化的整体管理和控制,如图1和图2所示。

图1　传统的串行工程
实施并行工程的目标:
(1)提高全过程(设计、工艺、制造、服务)中全面的质量
;
图2　并行工程
(2)降低产品全生命周期(产品设计、制造、发送、服务支持直到报废回收)综合成本;
(3)缩短产品开发的周期(缩短设计时间、减少设计反复、减少生产准备直至产品发送时间等),加快上市的速度。

这一点也是实施并行工程的首要目标。

2　并行工程的体系结构
并行工程通常是由过程管理、工程设计、质量管理、生产制造、支持环境等分系统组成,其体系结构如图3所示。

(1)过程管理分系统
分析和建立产品开发过程,利用产品数据管理(PDM)等技术进行整个并行工程的过程设计、计划管理和过程控制。

(2)工程设计分系统
采用计算机集成制造技术、计算机辅助工程技
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术、面向工程的设计技术,进行基于产品数据管理的产品全生命周期的工程设计。

图3　并行工程的体系结构
计算机辅助工程技术包括计算机辅助设计
(C AD )、计算机辅助工艺过程设计(C APP )、计算机辅助制造(C AM )等,以英文缩写C Ax 表示。

面向工程设计包括面向制造的设计(DFM )、面向装配的设计(DFA )等,以英文缩写DFx 表示。

(3)质量管理分系统
以质量功能配置(QFD -Quality Function Deploy 2ment )为核心,对产品开发过程全生命周期中的各个阶段进行质量分析,提出质量功能要求,以保证所生产的产品能最大限度地满足用户和市场的需求。

质量功能配置过程实质上是一个优化设计过程,质量保证应贯穿于整个产品的开发过程中,形成户需求—产品特征—设计特征—工艺特征—生产计划等质量功能配置链,它是一种瀑布式的串并联分解流程结构。

(4)生产制造分系统
其主要工作是生产计划与调度、工况监控、设备运行等。

这些工作可以在计算机上通过仿真技术进行,如加工仿真、调度仿真等;对于一些重要的零部件,可通过1:1尺寸的实物制作,按比例缩小的模型制作,采用快速成形制造(RPM )方法制造,以便及时验证。

(5)支持环境分系统
并行工程的支持环境,除计算机系统、数据库、网络通信外、还应有集成框架系统和群组工作集成框架,这是由于并行工程是在计算机集成制造系统的基础上进行的,同时,并行工程又是在异地分布的产品开发群组协同时工作的。

此外,除产品数据交换标准
(STEP )外,强调了产品数据管理(PDM )、计算机仿
真软件等。

产品数据管理(PDM )是一门管理所有与产品本身的相关信息和开发过程的相关信息的技术。

它将数据库的数据管理能力、网络通信能力、过程控制能力集合在一起,实现在分布环境中产品数据的统一管理,它是并行工程重要使能技术。

3　并行工程的集成环境
为实现并行工程的目标,需要建立一个能协调地支持企业管理、设计、制造、服务支持等作业的,由人、方法、机构和工具设备等组成的完整的一体化系统框架,即“并行工程集成环境”。

它是实现并行工程的最重要的支撑系统。

通过它实现对产品生命周期全过程的所有数据、资源和相关作业的集约化管理。

“并行工程集成环境”就是并行工程的使能工具。

它要提供多厂商、多平台、异构网络、不同操作系统、已有应用软件的集成和即插即用的环境。

它不仅要把企业的C Ax 、管理、质量保证等技术子系统有机结合在一起,实现信息共享和集成,还要充分考虑人在企业中的作用,实现人、组织、经营管理和技术的集成,以及产品全生命周期的信息流和物流的集成优化,使集成不仅是软的信息集成而且是硬的过程和功能集成,使以往可能做不到的新产品开发研制得以成功或赶上要求的时限。

图4是基于并行工程的产品设计框架。

图4　基于并行工程的产品设计框架
4　并行工程的管理支持与技术支持(1)管理支持
已有研究和实践表明,实施并行工程的关键是组织机构的改革和人观念的改变等,最重要的途径就是加强企业内各个部门之间的信息沟通与交流。

建立一个有利于信息交流与沟通的组织管理模式是实施并行工程的首要条件,采用这种跨部门的组织形式———多专业的新产品开发小组(多功能专家小组)是并行工程的重要方法。

采用这种工作模式,能大大提高产品生命周期中各阶段专家之间的相互交流和合作,及早考虑产品的可制造性、可装配性和可检验性等。

多
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功能专家小组可分为实体小组和虚拟小组。

实体小组的成员组成是物理上的聚集,成员们完全是处于同一个物理空间。

如在同一个办公室里,面对面地进行设计、开会、交流和讨论。

虚拟小组并不是面对面地聚集在一个物理空间下工作,是一种实际上并不存在的小组。

它是通过现代化的通讯工具来实现小组成员的协调工作,虚拟小组的每个成员的设计参数、条件等都可以被其他成员通过计算机看到和使用,他们可以通过网络相互沟通,甚至可以在计算机屏幕上开会。

该方式完全打破地域上的限制,不仅可以实现同一公司中不同部门的设计人员组成专家小组,也可以实现分布在不同地域环境的公司的设计人员组成专家小组。

(2)技术支持
近几年来,国内外学术界和企业界都在寻找从技术上解决实现并行工程的途径;目前,主要是围绕“基础理论及技术”和“使能工具”两个方面的研究和研制。

①C AX技术。

C AX技术最初并不是专门为CE开发的,而是随着计算机技术的发展,在各个领域都得到了很快的发展,形成了一批先进的C AX。

现在,它们已成为顺利实施CE的非常重要的工具。

CE中, C AX之间的交互是动态的、随机的。

C AX之间的这种交互比传统的C AX要频繁、复杂得多,而且信息的流向是双向的。

此外,在产品设计阶段,不可能包括全部的详细信息,因此,CE中C AX还要能从这些不完整的信息来确定设计的可行性。

②DFX技术———面向产品生命周期的设计技术。

DFX技术是设计支持技术的重要研究内容,是产品开发的有效方法和技术。

虽然DFX是一种设计方法论,但本身并不是设计方法,不直接产生设计方案,而是设计评价分析方法,为设计提供依据。

DFX方法不仅用于改进产品本身,而且用于改进产品的相关过程。

以往,当产品设计完毕,再进行过程设计,而DFX 方法强调产品设计和过程设计的同时进行。

③产品数据管理(PDM)技术。

产品数据共享与过程管理是企业过程自动化的基础,当然也是CE的基础。

从产品数据管理的对象来看,主要分为两大类:一类是产品的定义信息;另一类是产品结构、开发过程等相关的管理信息。

PDM的目的是,对CE中的共享数据进行统一的规范管理,保证全局数据的一致性,提供统一的数据库和友好界面,使多功能小组能在一个统一的环境下工作。

目前,产品数据交换标准STEP和利用PDM进行产品设计过程管理,已被学术界和产业界接受,成为发展新一代企业自动化的基础,对企业建立CE的环境是十分重要的。

参考文献
【1】李开龙等.并行工程在机械产品开发中的应用研究.
山东科技大学学报,2001.20(2):47～50
【2】潘柏松等.并行产品设计的组织模型与管理.机械, 2001.28(2):5～6
【3】严隽琪.制造系统信息集成技术.上海:上海交通大学出版社,2001.8
收稿时间:2002-08-29
(上接第295页)
加可靠,且使系统也更具开放性和适应性。

3　结束语
本系统的开发为数控编程的教学和培训提供了一个良好的环境。

通过使用该系统可以纠正数控编程中的错误,大大提高数控编程的效率,并使初学者加深对相关知识的理解,从而更好地掌握数控编程知识。

参考文献
【1】刘文信,孙学礼.数字控制机床.机械工业出版社, 1995
【2】任玉田,焦振学,王宏甫.机床计算机数控技术.北京理工大学出版社,1996
【3】刘又武.数字控制机床.机械工业出版社,1983作者简介:黄新燕,副教授,联系电话:025-*******,E-mail:xyhang@
收稿时间:2002-07-04
(上接第318页)
浪费严重。

现用35号钢为筒体材料,并采用镀铬等工艺措施,达到防锈耐磨的目的。

(4)将轴承改为调心式轴承,使导向环充分发挥作用,并将轴承的唇形密封改为O形圈密封,增强了密封效果,改善了轴承的工作条件。

(5)在远离轴承的一端,增加导向环的数量,降低单个导向环的承载量,提高使用寿命,延长维修周期。

(6)为便于装配并保护O圈,在相关位置处进行倒棱处理(10×20°)。

(7)去除挡圈,消除故障隐患。

4　结束语
改进后的旋转水套,使用效果比较理想。

经过一年多的使用,该水套运行稳定,未发生漏水、解体及研死等事故,达到了改造的要求。

同时避免了由于药水泄漏造成的损失,提高了设备的使用寿命,延长了设备的连续使用时间,节省了大量的维修费用。

收稿时间:2002-12-09
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