并行工程研究与应用_马世骁

并行工程研究与应用_马世骁

并行工程研究与应用

摘要：对并行工程进行了概述，介绍了并行工程的含义，论述了并行工程特点及实施过程，分析了实施并行工程的主要因素，在此基础上提出了新的并行工程定义。将并行工程基本原理应用于科学仪器共用网络体系结构建立和设计中，说明了并行工程的应用过程和应用技巧。论述了应用并行工程实施科学仪器共用网络建设的特点和设计过程。

关键词：并行工程，设计，体系结构，网络，定义

中图号：C931 文献标识码：A

1 引言

近年来，各工业国家都越来越重视先进制造技术的研究和发展，诸如并行工程、精良生产、敏捷制造、拟实制造等新技术、新思想、新概念不断引入到新产品的设计与制造领域中。实践证明，为了成功地实施先进制造技术，必须在依靠技术进步的同时，充分重视和发挥人的作用，因而强调发挥人的创造性、人与人之间的协作精神的并行工程（CE，Concurrent

Engineering ）将越来越受到人们的重视。

2 并行工程

2．1 并行工程概述

并行工程是相对传统的产品串行生产模式而提出的一个概念、一种哲理[1,2]，并行工程的定义在国际上尚未统一。研究表明，并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程的系统方法。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。并行工程强调多学科专家的协调工作（TeamWork）和一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计，尤其注重早期概念设计阶段的并行与协调，强调功能与过程的集成，在优化和重组产品开发过程的同时，实现多学科、多领域专家群体协同工作，

从而达到压缩产品上市时间、降低成本的目的[3]。并行工程的核心内容是并行设计（CD ，ConcurrentDesign ）并行工程的实现框架是包括建立以人为主的组织管理框架，计算机辅助工具框架及方法框架等一系列框架的集成，其系统的集成更注重开放性、标准化多平台支持，选用商品化的技术服务，支持良好的应用软件，强调分布式数据管理以利于数据查询和传递[5]。我

国已故 863 项目首席专家蒋新松教授指出：并行工程是 CIMS 发展的新阶段[6]。

2．2 并行工程的含义并行工程的含义可以归纳为以下几点[7]：

（1)并行并非指齐头并进，而是并行有序地工作，并行强调了在产品开发的早期就能考虑其生命周期各阶段的问题，具有并行处理产品全生命周期各阶段问题的能力（如图 1 所示）。

（2）并行工程的工作是在计算机集成制造的基础上进行的，在产品生命周期的全过程中实现功能集成、信息集成、过程集成。

（3)并行设计是并行工程的主体，并行设计贯穿了产品开发的全过程，通过产品数字化定义，实现无纸生产。

（4)并行工程由于涉及到产品开发的全生命周

期，因此强调了过程管理与控制，整个产品开始过程在产品数据管理(PDM)下进行，实现异地设计。

（5)并行工程的实施需要建立一支来自不同企业或企业内不同部门的技术与管理人员所组成的团队，进行群组协同工作(Team work)，形成动态联盟。

（6）并行工程强调了上下游共同决策的机制,因此除计算机辅助工程(CAx)，即计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)等软件外，还要有面向工程的设计(DFx)软件，如面向装配的设计(DFA)、面向制造的设计(DFA)等软件的支持，以便支持装配、加工方面的工艺审查，及时反馈信息。2．3 并行工程的特点

与传统的设计方法相比，CE 强调在产品开发的初始就全面考虑产品全生命周期的后续活动对其综合性能的影响因素，建立产品生命周期中各阶段间性能的继承和约束关系及产品各方面属性之间的联系，以求其综合性能最优。它借助于由各阶段专家组成的多功能设计小组，使设计过程更协调，产品性能更完善，因此，能更好地满

足用户对产品全生命周期质量和性能的综合要求，进而大大缩短了产品的开发周期，达到降低成本的目的。并行设计强调产品设计与后续活动的协调与并行，计算机辅助并行设计的关键是建立集成化、智能化并行设计环境，并且有相应的设计工具支持[8]。并行设计的实施需要解决的几个主要问题[9]：过程重组、产品数据管理、产品开发队伍重构、协同工作环境。

2．4 发展前景

并行工程作为现代设计技术的发展方向，已经引起了各国的高度重视，并且随着 Internet 的发展，并行设计将向跨国界的全球化方向发展[10]。其主要发展在如下方面：

图 2

（1）由以建立在“集成”基础上的产品生命周期的宏循环向微循环发展；

（2）由企业内部的并行向企业间和经营过程重构方向发展；

（3）更加完善的PDM是实现并行工程的关键；（4）应用范围的扩大。

3 应用

在某科学仪器共用网络设计过程中，根据该项目涉及多学科、多领域的实际情况，采用并行工程设计，建立了基于并行工程的 IPT 功能小组和体系结构并开展具体设计，具体如下：

（1）打破时间、空间和单位界限，建立了基于并行工程的设计体系，对整个设计过程进行重组，缩短了研究时间，加快了工作进度，提高了工作效率；

（2）根据科学仪器共用网络建设涉及多学科、多领域的实际，组建由设计工程师、管理专家、数据采集者、用户及其他方面人员等多元化人员组成的多功能团队并由此产生了多个 IPT 功能小组，创造了一个协调的工作环境；

（3）根据并行工程基本理论和总体方案和总体要求，从仪器网总体布局开始，应用功能分解法，

将各功能进行分解，分解成多个子功能（功能元），建立相应的结构树，将软环境建设与硬件设计并行研究；

（4) 开发基于 PDM 的应用接口模块，并使其嵌入 JSP 程序中，对数据进行有效的管理和应用；（5）建立了信息平台，信息平台系统由信息采集、信息存储与管理、信息发布等功能部分组成（如图 2 所示）。该平台具有 a.扩展性，b.先进性，c.可靠性，d.安全性等特点；

（6）根据网络结构树和相应的指标体系，在PDM 体系结构的基础上[11]，建立相应的数据库，设计了相应的 PDM 管理软件，对数据实施管理。可以实现多用户（在限制用户权限的条件下）在Internet 上查询等相关信息，并可实现多个检索入口，达到全文单字检索的目的，并可以跨库联结检索。

(7）信息发布，实现网站各项功能的完善服务，各主页及子页达到链接，数据库功能完善，性能稳定，数据全面，搜索引擎性能完善等目的。

4 结论

（1）并行工程的理论与哲理确定了其在许多工程技术领域中有广泛的应用前景。通过并行工程