第七章 并行工程

• 过程建模和仿真技术并行工程要求及时了解产品生命周期中各个过程的 反映，如可制造性、可负担性等。因此，必须建立各种相关模型，如产 品模型、装配模型、成本模型、资源模型，借以产生生产过程的结构化 分析和数据流向图，简化操作过程，并运用仿真技术对产品性能及相关 过程进行仿真分析，给出评价结果和改进意见。
DFX是Design for X(面向产品生命周期各/某环节的设计)的缩写。 其中，X可以代表产品生命周期或其中某一环节，如装配、加工、 使用、维修、回收、报废等，也可以代表产品竞争力或决定产品竞争 力的因素，如质量、成本、时间等等。而这里的设计不仅仅指产品的 设计，也指产品开发过程和系统的设计。 DFX是并行工程的关键环节。DFX是CE的思想核心，是CE的支 撑工具。而 CE是DFX在产品生命周期上的拓展。在产品设计时，不但 要考虑功能和性能要求, 而且要同时考虑与产品整个生命周期各阶段相 关的因素。包括制造的可能性、高效性和经济性等。其目标是在保证 产品质量的前提下缩短开发周期降低成本。
串行的产品开发过程
它带来的后果必然是：错误将沿着设计链一直传播下去，而且通常 在需要昂贵的代价或在不便修正的情况下才被发现。不仅仅是设计和制 造之间，同样产品设计和其他部门之间，如装配、销售等之间的脱节更 加明显。
为了改变这种状况，人们提出了并行工程的思想。并行工程(CE)， 也称并行设计(Concurrent Design)或同步工程(Simultaneous Engineering)，其概念是由美国国防部防御分析研究所于1988年12月 首先提出的。“CE是一种系统的集成方法，采用并行方法处理产品设 计及相关过程，包括制造和支持过程。这种方法力图使产品开发人员从 一开始就能考虑到产品从概念设计到产品报废的整个产品生产周期中的 所有因素，包括产品质量、成本、作业调度及用户需求”。
串行和并行中各个阶段所占时间可能有所不同，一般而言，并 行工程前期阶段的时间可能会相对拉长，后期阶段的时间可能会相对缩 短，但由于并行工程中下游阶段的工作提前并行考虑，整个产品研制生 产周期会缩短。
2、整体特性
产品研制开发过程是一个有机整体，在空间中似乎相互独立的 各个研制作业和知识处理单元之间，实质上都存在着不可分割的内在 联系，特别是有丰富的双向信息联系。强调全局性地考虑问题，即产 品研制者从一开始就考虑到产品整个寿命周期中的所有因素。追求整 体最优，有时为了保证整体最优，甚至可能不得不牺牲局部利益。
关键技术： • CAX 是CAD、CAPP、CAM、CAE等计算机辅助技术的简称；
DXF技术 CE要求在设计工程中及早考虑后续过程对设计施加约束，使设计结 果便于后续过程的实施，以期一次成功或减少由于产品开发后期发现而导致的 返工。这类技术称(DESIGN FOR X)，它是设计面向制造(DFM)、装配(DFZ)、 测试(DFT)、成本(DFC)、质量(DFQ)等技术的统称。
由于在设计的早期不能很好地考虑后续的可制造性、可装配性、质量 保证、产品销售等多种因素，因而不可避免地造成产品设计改动量大， 开发周期长，成本高等问题，难以满足市场日益激烈竞争的需要。而且， 企业内部的产品设计人员和工艺制造人员一般处于2个不同的独立部门， 在产品开发时设计人员往往考虑产品结构和功能上的需要，而很少考虑 到制造方面的因素。于是有人这样来描述设计和制造的脱节：“产品设 计出来，把它抛过墙去，而后设计生产制造系统”。
2.并行工程强调系统集成与整体优化 在传统串行工程中，对各部门工作的评价往往是看交给它的那一份工
作任务完成是否出色。就设计而言，主要是看设计工作是否新颖，是否有 创造性，产品是否有优良的性能。对其他部门也是看他的那一份工作是否 完成出色。而并行工程则强调系统集成与整体优化，它并不完全追求单个 部门、局部过程和单个部件的最优，而是追求全局优化，追求产品整体的
DFX与产品设计的关系：
(2)DFM 面向制造的设计
过去，产品总是从一个部门递交给下一部门，每次都根据各 自需要进行修改。在产品设计完成后，接着将进行产品的可制造 性改造，修改零件图和公差，更新零件表、配置和装配图等文件。 然后重组产品，向供应商再次订货。下一步由市场和现场维护部 门提交用户使用产品后反应的报告，以及产品性能与产品广告宣 传对照的报告。这些部门的技术维护人员还将提交关于保修期内 返修率、零部件损坏率、故障预测难易度及维修后产品性能的报 告。
3、协同特性
强调人们的群体协同工作，这是因为现代产品的特性已越来越复杂， 产品开发过程涉及的学科门类和专业人员越来越多，如何取得产品开发过 程的整体最优，是并行工程追求的目标，其中关键是如何很好地发挥人们 的群体作用。为此，并行工程强调以下几点：有效的组织模式；强调一体 化、并行地进行产品及其有关过程的设计；强调协同效率。
第七章 并行工程
7.1 并行工程概述 7.2 并行工程的关键技术 7.3 并行工程的实施模式 7.4 并行工程的应用
1.并行工程的提出
7.1 并行工程概述
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长期以来，产品开发大都沿用传统的顺序(串行)设计方法，遵循 “概念设计(Conceptual Design)-详细设计(Detail Design)-过程设计-加 工制造-试验验收-设计修改”的设计、制造程序。
竞争能力。对产品而言，这种竞争能力就是由产品的TQCS综合指标--交 货期（time）、质量（quality）、价格（cost）和服务（service）。在不 同情况下，侧重点不同。在现阶段，交货期可能是关键因素，有时是质量， 有时是价格，有时是它们中的几个综合指标。对每一个产品而言，企业都
对它有一个竞争目标的合理定位，因此并行工程应 围绕这个目标来进行 整个产品开发活动。只要达到整体优化和全局目标，并不追求每个部门的
首先，所有的产品开发人员都应该认识到，在设计
阶段尽早地考虑产品全生命周期将有益于产品竞争力的 提高。
其次，产品设计人员，产品开发管理人员应该积极 应用DFX方法于产品设计。
最后借助计算机实现的DFX工具可以有效地辅助产 品设计人员按照DFX方法进行产品设计。
DFX思想最早产生于二战时期。直到50年代末，长 期的设计开发经验的积累形成了DFX的原形。 60、70年 代以后，DFX研究得到重视。
并行工程本质特点
1.并行工程强调面向过程（process-oriented）和面向对象（object-oriented）
一个新产品从概念构思到生产出来是一个完整的过程。传统的串 行工程方法是基于二百多年前英国政治经济学家亚当·斯密的劳动分工 理论。该理论认为分工越细，工作效率越高。因此串行方法是把整个产 品开发全过程细分为很多步骤，每个部门和个人都只做其中的一部分工 作，而且是相对独立进行的，工作做完以后把结果交给下一部门。西方 把这种方式称为“抛过墙法，他们的工作是以职能和分工任务为中心的， 不一定存在完整的、统一的产品概念。而并行工程则强调要面向整个过 程或产品对象，因此它特别强调设计人员在设计时不仅要考虑设计，还 要考虑这种设计的工艺性、可制造性、可生产性、可维修性等等，工艺 部门的人也要同样考虑其他过程，设计某个部件时要考虑与其他部件之 间的配合。所以整个开发工作都是要着眼于整个过程和产品目标。从串 行到并行，是观念上的很大转变。
4、集成特性 并行工程作为一种系统工程方法，其集成特性主要包括：
①改进组织结构，实现人员集成 并行工程所普遍采用的是一种多学科、多功能小组形式，也称之为团队组织
结构，这是一种扁平型的组织结构，它将同产品（项目）全寿命周期有关的各 种专业、各个功能部门的有关人员集中在一个以产品为中心的共同目标之下， 组成统一的产品开发团队综合产品小组。这种组织形式打破了专业和部门之间 的壁垒，使项目的信息传递主要在团队内部进行，从而既加快了传递节奏，更 减少了传递中的摩擦，使团队能更好地协同工作。 ②并行操作处理，实现功能集成 生管物控网
• 综合协调技术 CE中的多功能工作小组能在不同地区的异构计算机环境 下协同工作，环境的不同以及处理问题的侧重点不同，它们之间可能存 在不一致，甚至冲突，因此，系统必须具有协调功能，从而保证并行工 程总目标的实现。在CE中常采用项目协调板的方法。
• 集成框架技术为了实现信息集成、过程集成及人、经营、技术的企业集 成，需要有一种集成框架技术。一个开放式的集成框架将使工具和任务 的集成变得更加简单。所谓集成框架，就是使企业内的各类应用实现信 息集成、功能集成和过程集成的软件系统。
• 并行工程的研究范围一般包括：
①并行工程管理与过程控制技术， ②并行设计技术， ③快速制造技术。
3.并行工程的特点
并行特性、 整体特性、 协同特性、 集成特性
1、并行特性（时序特性） 是把原先在时间上有先有后的知识处理和作业实施转变为同时
考虑和尽可能的同时处理或并行处理。这表明并行工程比串行工程缩短 了产品研制生产周期。
现在大多数企业研 发现状
2.并行工程的定义
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和 支持过程）的系统方法。
这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概 念形成到产品报废的所有因素，包括功能、制造、装配、作业调度、质 量、成本、维护与用户需求等等。并强调各部门的协同工作，通过建立 各决策者之间的有效的信息交流与通讯机制，综合考虑各相关因素的影 响，使后续环节中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现，并得到 解决，从而使产品在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、可维 护性及回收再生等方面的特性，最大限度地减少设计反复，缩短设计、 生产准备和制造时间。
• 产品数据管理 (Product data Management)技术信息共享是企业过程自 动化的基础，也是CE的基础。PDM的目标是对CE中共享数据与过程 进行统一规范管理，保证全局数据的一致性、安全性、并提供统一的数 据库操作界面，使多功能小组在统一的界面下工作，而不必要关心应用 程序在什么平台上以及数据的物理位置。
工作最优。因此对整个工作的评价是根据整体优化结果来评价的。
7.2 并行工程的关键技术
1. 并行工程的组织管理技术 2.并行工程的过程重构技术 3.并行工程的协同管理和协同工作环境 4. 质量工程配置技术 5. 面向制造的设计技术 6. 面向装配的设计技术 7.面向质量的设计技术 8. 面向成本的设计技术 9. 产品数据管理技术
• 并行工程的目标为提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市 时间。
• 并行工程的具体做法是：在产品开发初期，组织多种职能协同工作的项目 组，使有关人员从一开始就获得对新产品需求的要求和信息，积极研究 涉及本部门的工作业务，并将所需要求提供给设计人员，使许多问题在 开发早期就得到解决，从而保证了设计的质量，避免了大量的返工浪费。
(1) DFX——面向产品生命周期的设计
并行工程是一种哲理，涉及人员管理以及产品开发过程管 理。并行工程也提供技术和方法，尤其以DFX技术和方法为代 表。
正如生物的诞生、成长直到消亡构成其生命周期一样，人 类有意识地创造出来的人与物，包括各种产品也被赋予了生命 。产品同样具有诞生、成长、消亡的过程。只是产品的诞生过 程被称为产品开发过程，产品的成长过程对应着产品使用过程 ，产品的消亡过程即为产品报废与回收处理过程。这些过程构 成了产品的生命周期。
并行工程运行中的“并行”要求各个工程阶段相互搭接进行，即提前考虑下 游工程阶段的有关研究和工作内容。同时要求职能部门各项功能的履行也并行 交叉进行。例如设计阶段采购部门就开始进行料源分析，工艺设计时质检部门 开始考虑工序检验和最终检验的可行性等。这样就可使有关信息及时反馈，及 时修改有关设计，从而减少大工程行为的反复。 ③先进的开发工具、方法和技术，实现信息集成
科学技术的不断进步和竞争的日趋激烈，在产品研制过程中越来越多地使用 先进的开发技术和工具，例如较普遍地使用了计算机辅助系统（CAD／CAM／ CIMS）以及计算机网络系统。多种先进的设计开发方法，也都借助于计算机 系统来实现。并行工程的并行操作和信息集成特性对此提出了更高的要求，它 期望在计算机辅助系统和网络系统的基础上实现各专业、各功能的多工作站并 行运行，并实现无纸化设计，从而达到信息资源共享，过程中间信息快速顺畅 传递和反馈。