并行工程研究及应用

收稿日期:2004—10—10

作者简介:郭秀英(1962-),女,辽宁营口市人,讲师,主要从事计算机辅助设计与制造等研究.

【应用研究】

并行工程研究及应用概况

郭秀英1,徐洪学2

(1.营口职业技术学院,辽宁营口115000; 2.东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110004)

摘　要:介绍了并行工程的基本概念和特点,综述了并行工程当前的研究和应用概况以及其发展前景和研究热点.

关键词:并行工程;发展前景;研究热点

中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2004)04-0072-04

传统的产品设计采用串行工程方式进行,各部门间较少联系,致使一些问题在产品制造阶段或装配阶段才有可能被发现,造成产品开发周期长、成本较高、质量难以得到保证.并行工程作为一项以改进产品开发过程为手段、达到缩短开发周期为目的的系统化技术,正日益受到广泛重视.国际上一些著名的制造企业自上世纪九十年代以来在新产品开发领域实施并行工程,并已获得了可观的经济效益,充分证明企业实施并行工程是缩短产品开发周期、提高产品质量及降低产品成本的有效方法.

并行工程是一种系统的集成方法,它采用并行方法处理产品设计及其相关过程,包括制造过程和支持过程.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命周期中的所有因素,包括质量、成本、作业调度及用户要求.其运行机理,一方面表现在突出了人的因素,强调人们的协调作用;另一方面则表现在要求一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计,尤其是注重早期概念设计阶段的并行与协调.

1　并行工程的特点

并行工程的核心内容是并行设计,并行设计的特点是“集成”与“并行”.所谓“集成”是指在信息集成的基础上,更加强调过程的集成,过程集成需要优化和重组产品的开发过程,组织多学科专家队伍,在协同工作环境下,齐心协力,共同完成设计任务;所谓“并行”是指一个以上的事件在同一时刻或同一时段内发生,以此来减少整个设计过程的时间.

并行工程的特点可概括为五个“C ”,即并行性(Concurrence ):产品设计与其后续相关过程在同一时间框架内并行处理;约束性(Constrains ):在充分考虑产品设计约束的同时引入其后续相关过程约束;协调性(Coordination ):对产品设计及其后续相关过程进行统一协调和管理;一致性(Consensus ):产品设计过程中的所有重大决策都要建立在工作组成员意见一致的基础上;计算机性(Computerization ):产品设计需要在计算机及其网络系统支持下实现集成和并行.

2　并行工程的研究及应用概况

211　并行工程在国外的研究及应用概况

并行工程在美国、德国及日本等一些国家得到广泛研究和应用,领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业.其共同特点是通过并行工程的研究和应用,在不同程度上取得了显著的经济效益.在国外研究与应用并行工程项目中,水平最高的当属美国国防部并行工程研究中心(CERC ).

CERC 的主要工作是研究支持虚拟团队的工具和企业实施并行工程的分析方法.在虚拟团队支撑技术方面,CERC 提出了“协同使能技术(Enabling Technologies for Collaboration )”,内容包括:(1)信息共享技术(Information Sharing Technologies -IIS ),即建立企业的信息模型,并将它们集成于已有的分布式数据库中;(2)协作技术(Collocation Technologies ),即开发了一种网络会议的配合工具,使得团队成员第6卷第4期2004年12月 辽宁师专学报Journal of Liaoning T eachers College V ol 16N o 14Dec 12004

可以通过桌面视频会议系统进行通讯,在计算机环境下共同工作,并通过互联网交换信息.在企业实施并行工程的分析方法方面,ECRC 提出了“并行工程现状评价标准Readiness Assessment for Concurrent Engineering (RACE )”,类似于软件工程中的“软件成熟度模型”,为企业实施并行工程提供了客观的评价标准.目前ECRC 仍继续在协同技术等方面进一步从事研究工作.

212　并行工程在国内的研究及应用概况

在国内,随着我国全面进入市场经济激烈竞争的大环境,企业更加希望缩短产品开发周期、降低成本、提高质量.为了解决我国企业在产品设计领域存在的一些问题,提高企业产品开发和市场竞争能力,并行工程已于1992年底被列为国家863计划自动化领域的重点研究内容.并行工程在国内的研究与应用主要分为以下几个阶段:

(1)1992年前:预研阶段,863/CIMS 年度计划和国家自然科学基金资助并完成了一些并行工程相关技术的研究课题,如面向产品设计的智能DFM 、并行设计方法研究、产品开发过程建模与仿真技术研究等.

(2)1993年:863/CIMS 主题组织清华大学、北航、上海交大、华工和航天等204所单位,组成并行工程可行性论证小组,提出在CIMS 实验工程的基础上开展并行工程的攻关研究.

(3)1995年5月:863/CIMS 主题重大关键技术攻关项目“并行工程”正式立项,投入大量资金开展并行工程方法、关键技术和应用实施的研究.

(4)1995年8月～1997年12月:开始“并行工程”项目的攻关研究.

(5)1998年起至今:在“并行工程”项目已有攻关成果的基础上进一步研究,并在国内若干工厂进行应用实施.

3　“863/CIMS 重大关键技术攻关项目———并行工程”概况

1995年5月,在863/CIMS 主题专家组的领导下,由清华大学、华中理工大学、北京航空航天大学、上海交通大学及“长峰集团”等单位的科研人员组成了“863/CIMS 关键技术攻关项目———并行工程”的技术攻关队伍,以“长峰集团”的复杂结构件为应用背景,开展并行工程关键技术的研究与应用,经过不懈的攻关和努力,终于取得了重大进展,某些关键技术已经达到国际先进水平.

311　项目主要特点

“并行工程”项目是具有明确应用背景的重大技术攻关项目,其攻关成果得到具体应用与验证.该项目具有以下主要特点:

(1)创新性强:是国内首次大规模、系统化研究并行工程关键技术和实施模式,并在明确应用背景中取得应用验证的项目.

(2)实用性好:研究与开发的工具,如Q FD 、DFA/DFM 等都已得到实际应用,真正实现了支持并行工程模式的产品开发.

(3)效益显著:节约制造成本10%、复杂结构件开发周期平均缩短1/3、工程设计更改减少50%以上、毛坯合格率提高近30%.

312　系统组成及功能

“并行工程”项目包括四个分系统,它们的功能分别为:

(1)管理与质量分系统:分析特定产品现有开发流程,提出改进的开发过程,并运用计算机手段对产品开发队伍和开发过程进行管理和控制,通过质量功能配置方法保证用户需求在产品开发阶段得到满足.

(2)工程设计分系统:以CIMS 信息集成和CAD/CAE/CAPP/CAM 为基础,扩展面向装配的设计(DFA )和面向制造的设计(DFM )功能,实现基于产品数据管理系统(PDM )的并行设计和产品全生命周期的数字化定义.

(3)支持环境分系统:构造客户机/服务器(Client/Server )结构的计算机系统和广域的网络平台,使异地分布的产品开发队伍能够协同工作.

(4)制造分系统:将“并行工程”项目的研究开发内容分阶段应用于实际企业并进行验证.

313　项目攻关成果

“并行工程”项目系统化、集成化地开发和应用了以下13项关键技术:

(1)产品开发过程改进决策支撑系统(CEPDP ):该系统提出了并行工程产品开发过程的集成多视图建模方法,并开发了一个支持过程建模和仿真的软件工具原型.

郭秀英,等并行工程研究及应用概况73