（机械制造及其自动化专业论文）支持协同设计的pdm技术研究与应用.pdf

屯庆人学硕十学位论文 a b s ! r a c t ab s t r a c t with t h e in t e n s i fy in g o f m a r k e t c o m p e ti t io n a n d t h e d e v e lo p m e n t o f m e c h a n i c a l p r o d u c t m a n u f a c t u r i n g e n t e r p r is e s t h e m s e l v e s ， n e w r e q u i re m e n t s o f t e c h n o lo g ie s a n d m a n a g e m e n t a b o u t p ro d u c t d e s i g n in g p h a s e h a v e b e e n p u t f o r w a r d ， th e id e al w a y t o s o lv e th e m i s c o ll a b o r a t iv e d e s ig n . i n t h i s p a p e r ,a ft e r a n a ly z in g th e p re s e n t s ta t u s o f th e p r o d u c t d e s i g n in g in m e c h a n ic a l p r o d u c t m a n u f a c t u ri n g e n t e r p r is e s a n d th e t h e o ry o f c o ll a b o r a ti v e d e s ig n , a m o d e l o f p r o d u c t c o ll a b o r a t iv e d e s ig n b a s e d 。 p d m w a s b ro u g h t f o rw a r d a n d t h e re q u ire m e n ts o f p d m to s u p p o r t c o ll a b o r a t iv e d e s i g n w e re g iv e n . a ft e r w a r d， t o c h a n g e th e p r e s e n t s ta t u s o f d o m e s ti c p d m s o ft w a r e , a s y s te m fr a m e w o r k o f p d m w h ic h s u p p o rt s c o ll a b o r a t iv e d e s i g n w a s b ro u g h t f o rw a r d in t h is p a p e r a n d d e s c r i b e d u s in g s t r u c t u r e m o d e l ,s o f t w a re m o d e l a n d fu n c t io n m o d e l . a t t h e s a m e t im e t h e s p e c ifi c m o d u le s ， s u c h a s i n f o rma ti o n c o d in g， b o m m a n a g e m e n t， p ro j e c t m a n a g e m e n t , u s e r s a n d p r iv il e g e s m a n a g e m e n t , w o r k fl o w m a n a g e m e n t , d o c u m e n t m a n a g e m e n t a n d v e r s io n m a n a g e m e n t ,w e re a n a ly z e d d e ta il e d 妙 ，a n d a u n iv e rs a l s o l u t io n o n c o d in g ， a r e a li z in g m e t h o d u s e d f o r b o m m a n a g e m e n t a n d a s c h e m e a c h i e v i n g o f p d m w h i c h t a k e s t h e p ro j e c t ma n a g e m e n t a s th e k e y t e c h n o lo g y w e re b ro u g h t f o rw a r d t o a tt e s t th e m f e a s ib le , a s e r i e s o f a d v a n c e d s o ft w a re a n d s e c u r it y t e c h n o lo g ie s w e re r e s e a r c h e d a t l a s t , a s t h e v e r i fi c a t i o n t o t h e t w o s y s t e m s d e v e l o p e d b y a u t h o r w e re b ro u g h t o u t , th e p d m s y s te m o f l i u z h o n g e n g i n e e r in g m e c h a n ic a l l t d . a n d t h e e p d m s y s te m . a n d t h e l g p d m s y s t e m h a s b e e n u s e d in t h e l i u z h o n g e n g in e e r i n g m e c h a n ic a l l t d m e a n w h ile , th e e p d m s y s te m w a s a s s e s s e d a n d a c c e p t e d b y 8 6 3 / c i m s e x p e rt s c o m m itte e a s t h e p ro t 呜rp e s y s te m o f o n e o f k e y - s u p p o r t in g e n a b l in g te c h n o l o g ie s f o r t h e p ro j e c t o f th e k e y s u p p o r tin g e n a b l in g t e c h n o l o g i e s , t h e p roi n t e g r a t e d s u p p o r t in g f r a m e a n d i n s t a n t i a t i o n o f p rod u c t vi r t u a l t o 如 pes y s t e m o ft o t y p e i n t e g r a t e d d e s i gn k e y wo r d s : p d m c o n c u rr e n t e n g i n e e r in g ( c e ) b o m c o l la b o r a t iv e d e s ig n 重庆大学硕士学位论文 绪论 1 绪 论 1 . 1引言 2 1 世纪的制造业正面临着越来越激烈的全球化市场竞争， 新经济和网 络信息时代的浪潮正冲击着以 产品为载体的企业生产经营活动。 各种高新 技术的 迅 猛发展与推 广应用， 虽然增加了 新 产品 开 发的 投 入 和风险， 但同 时高技术含量的产品又给制造企业带来了 丰厚的回报。 人类社会在充分享 受各种工业产品带来的高度物质文明的同时，又渴望获得更新更丰富的物 质产品来满足人类不断增长的物质文化需求， 个性化的需求与日 俱增。为 此， 制造企业必须以更短的新产品上市时间 ( t i m e )、更优的产品质量 ( q u a l ity )、 更低的 产品 成本 ( c o s t )、 更好的 服务 ( s e r v ic e ) 和满足环 保要 求 ( e n v iro n m e n t ) 的“ t q c s e ” 五要素1m 去赢 得 用户 和更大的 市场份 额。为实现这一目 标，各制造企业纷纷将先进的产品开发、生产、组织管 理技术引 入企业， 从而引 起全球范围内 各制造企业的 产品设计方法、 支持 技术 和开发流程及管理的巨 大变革。 企业组织从 “ 橄榄型” 逐渐向“ 哑铃 型” 方向 发展 ( 改变了 过去“ 大而全”、“ 小而全”， 粗放的管理模式。 见图 1 . 1 )， 企业经济 从以 产品 为中 心转向了以 用户 为中 心， 新的 制造哲 理和技术同时也应运而生， 产生了计算机集成制造 ( c i m, c o m p u te r in te g ra te d m a n u fa c t u rin g ) 、 并 行 工 程 ( c e , c o n c u r re n t e n g in e e r in g ) 、 敏 捷 制 造 ( a m , a g il e m a n u f a c tu r in g ) 等 先 进制 造模 式， 这 些 先 进 制 造模 式反 映了制造企业的信息集成 、过程集成、企业集成的发展方向，并以计算 机网 络 ( i n t r a n e t/ e x t a n e t/ i n t e m e t ) 和高 度发展的信息 技术为实现的基础。 开发设计 市场开拓 a过去 开发设计 b现在 图1 . 1 企业组织管理模式转变图 重庆大学硕十学位论文 i绪论 二十世纪木，随着电子商务 ( e c . e le c t ro n ic c o m m e r c e )的产生与应 用，使得制造企业受到网络经济的巨 大冲击。企业通过互联网进行商务活 动，是企业的内部经营活动向 i n t e rn e t 的延伸。电子商务创造了一个全球 市场和国 际化的商业网 络， 彻底改 变人类的生活方式和商务 运作模式。电 子商务一经产生， 就受到广大企业的重视并取得巨大的成功。对于企业， 其电 子商务的模式由建立销售网站为主的b 2 c的模式逐步向企业间的电 子商务 ( 即b 2 b 模式)发展。比如1 9 9 6 年的交易额中， b 2 c占了6 0 0/ a . 而 1 9 9 9 年，在全球电子商务交易额的 1 5 5 0 亿美元中b 2 b达到 1 0 9 3 亿美 元。b 2 b的商务模式正成为制造业电子商务的主流模式，同时也是以企业 动态联盟为主的敏捷制造哲理的一种具体实现方式。 制造企业的电 子商务对制造企业各部门纷纷提出了 新的要求，目 的只 有一个: 让更多的 信息在安全的 情况下在最大范围内 实现共享， 使产品的 设计、生产、销售和服务过程更畅通。 在机械产品制造企业 ( 本文主要针对机械产品制造企业， 本文以 后所 提到的企业均指机械产品制造企业) 产品设计阶段往往只占整个产品开发 周期的2 0 0/ o 左右。 但是，设计阶段却决定了8 0 a/ o 的产品成本。 e r p 系统经 过科学管理，只能在 2 0 0/ a 的成本范围内精打细算。因此，管理好产品的 设计阶段对机械产品制造企业来说是非常重要的。电子商务时代对机械产 品 制造企业的产品 设计阶段的管理有了 新的要求， 具体如下: 要求在设计部门实现并行工程 产品设计涉及到不同专业、不同 阶段， 如果各设计部门 之间的 数据依 然 通过纸 介质或磁 介质进行传递， 无论在管 理上、 讲庵卜 、 质 量上 ( 避免 差错) 都遇到很大的困 难。 要求在企业内 部实现并行工程 目 前产品开发经历设计、工艺、采购、 制造、装配、调试和出厂的串 行模式， 不能 完全满足产品快速响 应市场的要求， 事实上， 企业或多或少 采用了一些非常规的并行手段。 要求在企业内 部开展协同工作 开发部要掌握市场脉搏， 及时开发出 适销对路的产品; 市场部要掌握 开 发部的最新动态， 及时做好市场宣传; 制造维修部门 需 要及早了 解新产 品 的技术资料， 做好采购和制造的 准备: 服务 部门需要提供维修的 技术支 持。开发部也希望了 解制造和使用中出现的问 题， 及时改进设计、提高产 品的可制造性和产品的质量。 要求在企业外部开展协同工作 大规模定制生产的关键是产品的模块化设计。因此大部分产品在制造 过程中有 8 0 a/ a 左右依靠合作伙伴，或称之为供应商。总装厂和零部件厂 重庆大学硕一 : 学位论文 1绪论 之间 就是制造商与 供应商的关系。为了 达到 t , q , c , s , e的目 标， 企 业在产品开发的全过程必须加强和供应商的联系， 特别是和战略伙伴建立 一种联合开发的机制。 要求用户的参与 定制生产就是满足用户的一切需求。因此产品开发全过程必须让用户 参加进来，以 便及时发现问 题， 找出 妥善的 解决办法， 建立一种协同开发 的机制。 为 满足这 些要求， 协同 产品商 务 e 19 ( c p c : c o l la b o r a ti v e p ro d u c t c o m m e r c e ) 这个制造企业的电子商务时代的经营管理模式应运而生。 c p c是制造企业电 子商务的组成部分之一。它表现为一类软件和服务， 它使用 i n t e rn e t 技术， 使每个相关人员在产品的全部生命周期内 互相协同 地对产品 进行开发、 制造和管理，不管这些人员在产品的商 业化过程中 担 任什么角色， 他们使用什么计算机工具， 身处的地理位置和在供 应链的 什 么环节。c p c的作用是提高产品的核心竞争力:及时的产品创新和有关 产品的用户满意度。 c p c对应设计阶段的信息管理技术就是实现企业的 协同设计。 协同设计实现的基础是计算机和信息技术的高度发展， 这里所说的 信息技术包括:c a d , c a m, c a e , c a p p , d f a ( 面向装配的设计: d e s ig n f o r a s s e m b l y ) 、 d f m( 面向 制造的设 计:d e s ig n f o r m a n u f a c tu r e ) p d m( 产 品 数 据 管 理 : p r o d u c t d a ta m a n a g e m e n t ) 等 ， 其 中p d m是 设 计 信 息 和设计过程管理的支撑和集成平台。因 此 p d m系统对协同 设计能否顺 畅 地进行有着直接的作用。 然而当前许多 p d m产品 尤其是国内 的 p d m 产品 并不具备对协同设计的 支持。因此本文将对支持协同设计的p d m技 术加以 研究。 综上，2 1 世纪世界是信息的世界，电子商务将成为世界经济的主 流，电 子商务时代制造企业的设计、生产、管理和经营活动呈现网络化、 协同 化趋势，协同设计方式将成为机械产品制造企业设计过程的主流。作 为企业信息支撑平台之一的p d m ( 产品数据管理) 技术当然也要得到新 的发展。 1 . 2 p d m 及 其发展历史l7 1 ( 14 1 5 1 l1 6 1 c i m d a ta 公 司 总 裁e d m ill e r 在 p d m t o d a y 一 文 中 给出 了p d m的 定义: p d m是一门 用来管理所有与产品 相关信息 ( 包括零部件信息、 配置、文档、 c a d文件、结构、权限信息等) 和所有与产品相关过程 重庆大学硕十学位论文 1绪论 ( 包括过 程管 理 和控制) 的 技术” 。 它 提供 产品 整 个生 命 周 期的 信息管 理， 并可在全企业范围为设计和制造建立一个并行化的 产品开发协作环境。是 企业信息化的支撑平台之一。 p d m系统起源于计算机工程设计应用公司。 8 0 年代初 ，这些公司发现 基于图纸的管理方式己经严重妨碍了 他们的发展， 由于没有适用的商品化 解决 方案 ，他们不得不自 行开发其自 己 的 解决方 案。 8 0 年代 末， 几家软 件 公司意识到了 p d m技术的实际需求和巨大的商业价值，开发出了第一代 p d m系统。一些公司趋向于开发独立于工程软件的应用系统胆大多数公 司都 是 从 事c a d / c a m / c a e 方面开发的 公司，似门 把p d m出 售给他 们的已 有用户以 支持其c a x软件的销售。p d m的具体发展历程如图1 .2 所示。 图1 2 p d m的发展 第一代 p d m的基础是数据库系统 ( 通常是成熟的商品 化关系数据 库) 。 该 数据库保存零部件信息 和相关的 文 件。 p d m系 统以 此为 基础提 供安全、 文件存储、 版本控制、 分类、 通知、 与应用 程序的 集成等功能。 这一代 p d m系统的主要管理发放到制造部门的产品数据和管理工程更改 申 请 ( e c o )， 对应到p d m系统中 就是 版本管 理 和更改 管 理功能 模块。 这一代p d m主要实现了数据管理。 第二 代 p d m支持整个产品 生命周期内 产品 信息的管理 一一从概念设 计到产品废弃;系统能同时管理不同的中间设计版本而不局限于最后发放 到制 造部门的 版本。 有的 p d m系统己 超出了 具体企业过程的 模仿与改 进 而达到工作流程的控制与管理。 这是由 于随着市 场和生产技术的发展， 产 品生命周期的其它部份优化问题引起了更大的关注。缩短上市时间 ( t i m e - t o- r n a r k e t ) 成为许多公司的 主要目 标。 而这一目 标实现要从缩短产 品 概念设计到最后装箱每一环节着手。 这一代 p d m开始进行设计的 过程 管理。 p d m系统的下一步发展方向 从纵向 看应该是走行业标准化，开放化 的方向， 进而在全球网络上支持产品的协同设计; 从横向 看应该是走与传 统n o, m r p ii / e r p , c a x系 统 集 成 ， 与 企 业 进、 销、 存、 财务 系 统集 成 的方向，最终成为现代企业的一个可扩展、伸缩性强的底层信息支持平 la 1 习 。 重庆大学硕士学位论文 1绪论 . 3 p d m 现状及国内p d m 存在的问题3 6 p d m是一个软件框架，以 此框架为基础，可将各种应用软件高度集 成， 使设计者、制造者和管理者全面管理、紧密跟踪、适度控制、实时查 看那些围 绕产品 设计、 开发及整个工作过程中的 所有与产品 相关的数据与 过程， 其目 的是在正确的时间、 把正 确的 信息、以 正确的形 式、 传递给正 确的人， 完成正确的任务。p d m软件系统一般提供的基本功能有:数据 仓库及文档管理功能、产品结构编辑功能、产品配置管理功能、工作流控 制管理功能、项目 管理功能、分类编码与检索功能、应用集成和开发工 具。从软件功能上来说，p d m软件基本实现了人、数据、过程这三者的 集成，而且通过软件提供的用户化集成工具箱，还可以实现应用的集成。 目 前，在国外，尤其是美国，由于其信息技术非常发达，p d m也相对 比 较成熟，出 现了一些支持产品协同的p d m 技术平台，企业实施p d m 技术 成功的也多， p d m 己 经向能支持c p c( 产品协同商务)的方向 发展了。 国外 p d m产品主要分为企业和部门级两种:企业级 p d m产品中以 s d r c公司的 m e t a p h a s e和 s h e r p a的 s h e r p a w o r k s最为著名。其中 s h e r p a w o r k s主要是军方产品 不面向 一般的 制造业。 所以， m e t a p h a s 。 在 p d m行业占 领导地位， 在企业级 p d m市场占 有 4 7 % 的份额。 其正着手与 d e c , i b m , m a t r i x o n e i n c . ，f u j i t s u l i m i t e d , s h e r p a c o r p . 共同开发 p d m行业标准。该标准是 7m g ( o b j e c t m a n a g e m e n t g r o u p ) 倡导提出的。 此外，还有u g s 公司的i m a m和p t c 与 s c 的w i n d c h i l l也是很好的企业 级的p d m 产品， 它们都从某些方面 支持协同设 计。国 外部门 级p d m 产品 很 多:比 如: h p 的w o r k m a n a g e r 、 工 a l l 的p m 等。 这些产品 对于企 业 初步实施 p d m以 获取宝贵经验、 积累 基本数据和培养员工方面有不可忽视的 作用， 这些p d m 最终的方向是实现全企业系统集成，构建统一数据平台，以支持 企业实现协同 产品商务的发展。如: u g s 的c p c 解决方案i n - k e y . 国内实施p d m 技术的企业还不是很多，限于技术上和人的原因，已 实 施的多限 于部门 级 p d m ，并且， 真正 成功的例子并不多，更 谈不上支持产 品协同商务的p d m ， 然而，1 9 9 9 年7 一月初在北京召开的 “ 9 9 年中国p d m 技 术应用及发展趋如奸 讨会” 显示了 我国 在企业范围 推广p d m 技术的 决心。 国内主要有如下 p d m产品:武汉天喻信息产业有限责任公司的 i n re p d m, 清华同方p d m、同 创p d m、开目p d m和t o p p d m等，它们 都是拥有自 主产权的部门 级 p d m产品。 通过刘 这些国内p d m软件结构 可功能的分析总结， 我们得出国产p d m软件有以 下缺点: ,t k 庆大学硕十学位论文 1绪论 ) 、现在国内p d m系统多为c / s 结构 ( 除了极少的产品，如:艾 克斯 特公司 的e - p d m( 采用了 基于a s p ( a c t iv e s e r v e r p a g e )的w e b 技 术， i n t e p d m采用了g s + b / s 的结构， 但功能以g s 结构为主)。因 此国 产 p d m系统不能很好地支持企业级的应用，更谈不上对产品协同商务的 支持; 2 )、 p d m与其他系统 ( c a x / d f x / e r p ) 集成度低; 3 )、p d m还仅限于数据管理阶段， 没有很好的项目 管理功能，不 能很好的支持产品生命周期的过程管理和并行协同 设计的t e a m w o r k 工作 方式; 4 )、p d m可扩展性差，应用实施须作大量的二次开发、改写工 作。 总的来说:国内p d m软件还相当幼稚，还未出 现真正支持产品协同 设计的的p d m系统。即使那些正在实施的部门 级或企业级p d m，在技术 上仍存在许多问 题、值得我币 门 进一步去认真研究。 1 . 4 本文的工程背景及学术意义 本文的工程背景是: t ) 柳州工 程机 械股 份有限公司 技术中 心的p d m系统的 开 发实施。 作者 主要从事该系统第二次和第三次改 版的 工 作， 设 计并 编写了l g p d m 中的系统登录安全控制、 人员和权限 管理模块、工作流程管理 ( 包 括工作流模板的定制、工作流执行的控制)、 文件管理，工具集 ( 邮件系统和网络会议)。 2 ) e 尸 d m系统的开发. e p d m的开发目 标是设 计一个商品 化的 p d m系 统，以支持企业内外的产品协同设计。它是一个开放的、可扩展 的、基于w e b和纯j a v a 的p d m 原形系统。同时它也是8 6 3 / c 工 m s 应用 基础研究项目“ 产品虚拟集约设计支持使能关键技术、集成框架与 实例化研究”的子模块支持产品集约设计的 】 d m技术研究的一 .个原 型实 现系 统。 作者以 该 e es p d m系 统的 开 发项目 主 持人的身 份独 自 进行e p d m系统的 需求分 析、 概要 设计、 详 细设 计以 及数据 库结 构的设计、 然后具体编写了中间层应用服务器程序、编码模块程 序， 用户及权限管理模块程序，网上会议模块程序， 最后与项目 组 人员一起进行了 系统的 组装工作和初步测试工作。 本文主要有如下两方面的学术意义: 一是通过对机械产品制造企业设 计现状的分析提出了 机械产品制造企业的以p d m 为支撑环境的协同设计运 重庆人学硕十学位论文 1绪论 作模式，具有现实的指导意义; 二是建立了支持协同设计的p d m 的体系结 构，并详细研究了相关的单元技术 ( 如: 编码技术，b o n技术，项目 管理 技术等)，同时设计了 相应的 p d m应用系统e ee p d m ，具有理论指导意 义和实践意义。 ， .5 本文研究的内容及组织结构 本文的内 容和组织结构如下: 1 )、 技术的进步、经济全球化对制造业提出了t q c s e 的要求，电子 商务时代对产品设计管理有了新的要求， 作为企业设计的信息支撑平台之 一的p d m 也由 产生、发展、逐渐走向成熟。 本文介绍了p d m 的定义，发展 历史、发展方向以 及国内外的现状和存在的问 题。详见第一章。 2 )、 协同设计有其深刻的思想基础，本文详细地介绍了协同设计的 思想基础 并行工程思想和企业协同设 计的 两种形式，以 及 p d m在其 中 扮演的 角色。 详见第二章. 3 )、 支持协同设计的 p d m技术是本文论述的 重点。 本文将在第三 章介绍 传统的 p d m技术和详细论述支持 协同 设计的p d m的体系结构及 单元技术 ( 项目 管理、工作流管理、产品 配置管理、文档管理、零部件管 理、 版本管理和人员权限管理等)。 4 )、 支持产品协同设计的p d m的实 现技术有: w e b技术、 面向 对 象技术、 软件组件技术、 j a v a技术和数据库技术等，同 支持协同设计的 p d m必须在安全上加以 考虑。 本文将在第四 章对此进行论述。 5 )、柳州工程机械股份有限公司技术中心的p d m系统和e p d m系 统是 本文的两个应用实例。 作者作为主 研人之一进行了 柳工p d m系统 的 开 发， 并以 此为 基 础主 持了e p d m系 统 的 开 发。 e p d m系 统 是 一 个 支 持 产品协同设计的p d m系统。本文将在第五章对此进行详细论述。 6 )、 全文结论详见第六章。 币庆少 、 学硕 卜 货 位论文 2协同设计的理论4础及协同设计中的p d m -一-一一- 一. - - . - 一 2 协同设计的理论基础及协同设计中的p d m 机械产品制造企业的协同设计主要表现在两个方面:企业内设计人员 间的并行协同和企业外部在供应链不同位置上的企业 ( 包括一般客户)的 产品设计的协同。协同设计的理论基础为并行工程( c e : c o n c u r r e n t e n g in e e r in g ) 哲 理。 本 章 在 分 析机 械ny 品 制 造 企 业 设 计 现 状的 同 时 ， 提出 了 以p d m为支撑环境的机械产品制造企业的协同设计模式，并分析了协同设 计对p d m 的要求。 2 . 1 并行工程15 5 1 传统的产品开发流程是一个串行的作业流程 ( 如图 2 . 1 )，在串 行作 业模式下， 产品 设计 州 污 j 造各阶 段工作只能按部就班， 一般是前一阶段工作 完成，后一阶段工作才能开始，各阶段工作只考虑自 己的问题，而很少主 动考虑上、 下游相关阶段的设计i 制造问 题， 使设计2 制造 过程中 各阶段的联 系松散，出 现的问题不能及时反馈并得到解决，各专业技术人员协调困 难，导致总体效率低下，产品质量得不到有效控制和保证，制约了新产品 的快速开发与提早上市。 概 念 设 计 r 一 川 详 细 设 计 t - 1工 艺 设 计 曰 原 型 制 造 及 测 试 一 门 生 产 制 造 传统的书 行设计 过程 概念设计 减少大反馈 详细设计 并行设计过程 工艺设计 原型制造及测试i i生产制造 图2 . 1串行设计过程和并行设计过程对比图 巫庆人学硕十学位论文 2协同设计的理论基础及协同设计中的p d m 由于市场竞争的要求和信息技术的发展，并行工程思想应运而生，它 强调并行一体化设计:强调产品设计及其相关过程同时交叉进行，即在设 计阶段就要考虑制造、装配等下游活动所涉及的所有环节和因素。串 行和 并行的产品开发过程对比如图2 . 1 所示， 产品串行开发时间多于并行开发 所用时间，因此产品采用并行设计开发可缩短新产品研制开发周期。 2 . 1 . 1并行工程哲 理(3 1 /4 7 j 并行工程的概念普遍采用的是 8 o 年带末美国的 r l .win n e r 在国防分 析研究 所 ( i d a ) r - 3 3 8 研究报告中 所提出的 定义:“ 并 行工程是对产品 及其相关过程 ( 包括制造和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统 化的工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑产品全生命周 期 ( 从概念设计到产品 报废)中的所有因素。 包括质量、 成本、 进度与用 户需求”。从中可以看出:并行工程是一种关于生产活动组织方式的哲 理。并行工程哲理在制造技术中体现以 下三层含义: .同时发生:将产品开发过程的 各个环节在时序上由原来的 “ 串 行”改变为具有重叠的 “ 并行”。 .集成考虑:将在产品开发过程各个环节所实现的产品属性由原来 的在不同的阶段、由不同的人相对独立的进行分析和考虑改变为 有反馈的协同 运作。 . 协同 运作: 将产品开发过程各个环节无反馈的 顺序运作改为有反 馈的协同运作。 采用并行工程原理进行产品开发， 关键是怎样在企业的 产品 开发中 真 正实 现 “ 同时发生”、“ 集成考虑” 和“ 协同 运作”。由 于产品的 设计、 制造、 测试等环节之间客观上存在着顺序性， 从传统制造技术的角度看， 这些环节实现 “ 并行” 是不可能的，如果非要实现并行，也只能够将这些 环节进行分解，把其中不具有顺序关系的部分改为并行。遗憾的是，分解 后往往发现能够实现这种并行的部分实在太少，以 致于 对产品开发的整体 作用不大。 在物质域中所进行的产品开发不能实现真正意义上的并行。 其 原因 在于无论从时间角度还是从空间 角度上看， 物质处理都不具有可并 行 性。 与物质截然不同的 是， 信息本身具备这种同时 处理的并行性。 信息可 以 从一个信息 源同时送到多个目 的地，同时被接受和处理。 所以， 在信息 域中 所进行的信息处理具备实现这种并行处理的内 在机制。如果能够把产 品开发完全置于信息域中进行，那么产品开发就可以 在深层实现并行工 程。如:勾画出产品的总体轮廓后，各个开发小组可以并行地开发各个部 重庆大学硕士学位论文 2协同设计的理论基础及协同设计中的p d m 件，而在这个过程中，侮一个小组的开发进展均可以并行地传送到其他小 组、各个小组之间实现无时差的并行、协同工作;在零件结构设计时，可 以同时进行可制造性设计、强度分析、物质分析等工作; 在进行产品结构 设计的同时， 进行产品性能分析和外观设计等等。 因此， 要实现并 行工程哲理的目 标， 必然依赖于信息 技术的长足发 展，并且需要对传统的制造技术进行脱胎换骨的改造。伴随着这个改造过 程， 制造业将会完成由 工业时代向 信息进代的 跨越。 2 . 1 . 2并行工程的关键技术iq r 91 i )集成产品开发团队 ( i p t ) ( 如图2 .2 ) 实施并行工程必须采用i p t的组织模式。i p t的特点是:i p t 是按产 品结构的纵向线划分的，根据产品零部件组成方式，i p t是递阶层次关 系: i p t的 成员来自 各功能部门，他们代表产品生命周期的各个环节在开 发过程中作出决策， 集体对i p t所开发的产品负 全部责任; i p t的负责人 从总任务出发，定义产品开发计划、活动、角色、资源等;功能部门负 责人根据 i p t负责人定义的任务角色指派相应的人员承担， 并为之配置 必要的工 作环境; i p t负责 人和功能 部门 的 负 责人分别 从 任务 执行情况和 日 常工作表现确定i p t 成员的业绩; i f 7 一 本身 和i p t中的角色具有生命周 期，产品开发任务完成后， 他们仍回到功能部门中 去。 2 )、产品开发过程的重构 并行工程与传统的设计方式有本质的区别，需要进行产品开发过程 重构设计业务流程再造 ( b p r )， b p r是以并行工程原理为指导， 在信息技术支持下，从产品开发的组织结构、运行管理模式入手，采用现 代 c a x / d f x / p d m技术， 将传统的串 行工作模式变为并行协同的工作模 式。并采用项目 管理方式， 将参与产品设计、 工艺工装设计、样机试制 及 技 术 管 理 等 各 种 工 程 技 术 人 员 有 机 地 集 成 为 一 个 爹 功 能 项目 组( 或团 队)， 使产品开发全过程不再是彼此分离的环节， 而是一个有机整体， 产 品开发的所有问 题都在团队内 部解决， 从而使团队内 各成员间的协调工作 变得容易，使并行协同工作得以实现，并在各种使能技术支持下，团队成 员能高效率地完成新产品开发中的所有工作. 3 )、 产品生命周期数字定义 包括: 全局产品 模型的定义和数字化工具 ( c a x / d f x工具) 定义。 全局产品 模型的 定义主要指数据交换标准 ( 如s t e p 标准)的确定。 数据 化工具定义指c a x和d f x工具的选用。 4 )、并行工程协同工作环境产品数据管理 重庆大学硕十学位论文 2协同设计的理论基础及协同设计中的p d m 在 并 行 工 程 产 品 开 发 模 式 下 ， 产 品 开 发 是 由 分 布 在 异 地 的 采 用 异 种 计 算机软件工作的多学科小组完成的。 多学科小组之间 及多 学科小组内 部各 组成人员之间存在着大量相互依赖的关系，并行工程协同工作环境支持 i p t的异地协同工作。协调系统用于各类设计人员协调和修改设计，传递 设计信息，以 便作出有效的群体决策，解决各小组间的矛盾。用 p d m系 统构造的产品数据共享平台能在正确的时间将正确的信息以 正确的方式传 递给正确的人;使异地分布的产品开发队伍能够通过 p d m进行并行协作 产品开发。p d m 中支持协同产品开发的关键是产品设计过程管理机制: 这是一套指导性的方法， 包括项目 管理和工作流管理等的 完整的过程管理 机制，见图2 .2 . p dm 产品 数据交换 标准 ( s t e p ) 计算机网 络和数 据库 图2 2基于产品数据管理的并行工程构架 2 . 2机械产品制造企业设计现状 机械产品设计现状及存在的问 题主要有: 企业内设计的组织形式 机械产品 制造企业的产品设计组织结构多按专业和职能 划分，大致分 为:设计室、 工艺室、 标准化室和档案室等。 有的 大型企业设计室还进行 了 细分。 比如微车设计企业设计室细分为: 车身室、 底盘室、 发动机室、 总体室和电 器室等。 细分的目 的 是让设计更专业化， 但却使得设计信息和 设计知识无法充分共享， 各专业室均按自己 的意愿设计更改 产品而无法考 虑到该设计更改对其它专业室的 影响。比 如底盘室 对底盘作出了 修改，却 不知道该修改是否影响车身的设计，两者间缺乏很好的 沟通协调手段。 企业内的产品开发过程 重庆大学硕 学位论文 2协同设计的理论基础及协同设计中的p u m 产 : ) 发方式仍采用串行 1 的工作方式 ( 见图2 .3 )， 产削 1 ) 发_ 1 _ 作是 按顺序一步步完成的， 整个产品开发过程是一个静态的、 顺序的和互相分 离的流程，这种串行开发模式主要的问 题在于:除了 在设计后期和制造阶 段发现问题时提出 产品修改外，设计生产的各阶段不存在经常性的信息交 流，开发人员按要求完成本职工作后将成果抛向下游，出 现问 题时则抛向 上游。然而，随着产品复杂性的不断提高，在产品开发周期早期做出的设 l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 图2 .3 机械产品制造企业产品设计传统流程 1 2 重庆人学硕十学位论文 2协同设计的理论丛础及协同设 计中的p d m 计决策对制造质量、性能等都会产生重大影响，所以串行的产品开发模式 影响了产品的快速开发。 企业外部的产品协作开发缺乏相应的支持手段 主机企业和配套企业、供应商之间的产品开发协作一直是机械产品制 造企业产品开发的瓶颈。 传统设计手段中，主机企业与配套企业之间通过传真电话或集中讨论 的 形式来实 现设计中的交流，受通信手段的限 制的串 行工作方式很难提高 工作效率， 而且出 错几率比 较高，图2 .3 描述了 某工程机械公司的产品设 计过程以 及与其协作企业、 供应商之间的协作关系，一般情况下主机企业 进行整机设计时，将配套件的要求设计好后以图纸或文件的形式分发到配 套企业，配套企业接到后进行零件的详细设计和工艺设计，并试制样件， 最后以样件的形式提交主机企业审批，主机企业审批通过后方可组织生 产。事实上产品的 一次设计成功几乎是不可能的， 所以 每个产品的设计 往 往都伴随着若干次的变更， 在此过程中 会产生大量的文 件、图 纸等信息， 为了把这些信息表达清楚，协作企业往往要经常派相关人员往返于企业之 间， 信息传递效率很低， 影响产品开发周期。 综上，传统的产品设计方式根本无法满足现代机械产品制造企业对产 品 的t q c s e 要 求。 因 此 机 械 产品 制 造企 业 对 产品 设 计 过 程 和 设 计 手段 的 改造是势在必行的。 2 . 3 协同设计 协同设计的 产品开发方式是解决机械产品制造企业设计问题的可行的 设 计方式。 所谓协同 设计 ( c o ll a b o r a ti v e d e s i g n ) 是基于并 行工程思 想的 协同产品商务的产品开发工作模式。协同设计是一种利用网络技术、通讯 技术、计算机技术、多媒体技术及人机接口 技术， 将时间 上分离、空间上 分布在产品开发工作中而又相互联系的设计人员 ( 企业)， 设计任务，设 计过程有机地组织起来，实 现高效、 高质量、 低成本的 产品开发。 根据协 同的范围， 协同 设计可分为 在企业内 部并行协同和与 企业外部的协同两部 份。 2 . 3 . 1 企业内 部的 荆于 1 办 同 识 分 日i 在企业内部，产品并行协同设计涉及到不同的专业、不同阶段。如果 采用串 行方式在各设计部门 之间传递设计数据， 无论在管理上、 进度上和 几 )人学0 l : i 位论文 2协ir tl 设亡 f 内 j ，工 1仑 r! f d l i 及协if i l 设i 1 ， 的p d m 产品质、 日几 都遇到很大的困难。在企业内部的协同设计则是刘 c . o u u 及其相 关过程 ( 包括制造过程和质量、销售、采购、发送、服务支4 5 过程) 进行 抓行、 体化设计的一 利， 系统化的工作模式。企业内并行协同设计具有以 下的特点:强调设计过程的集成性、强调设fl 过程的并行性、强调设计过 程的系统性、强调设计过程的快速 “ 短”反馈。传统的机械产品制造企业 必须通过改造才能实现企业内产品设计的并行协同。 1 )企业内部的并行协同设计改造: 改造设计的组织形式 企业内协同设计采用团队 ( i p t 小组)工作方式 ( 如图2 .4 )， 通过计 算机网络将产品寿命循环各个方面的专家都集中在一个工作环境下，形成 专门的工作小组，大家共同工作，随时对设计出的产品和零件从各个方面 进行审查，力求使设计出的产品便于加工、装配、运送， 并且外观美、 成 本低、便于使用等。 9 iir 5 t 17 甲 卿 项 目 1日 粼 投 灸 翠 嵘 灸 泛 粼 续 眨 衡 粼 事 农 降 彝粼 ip : 小 组! 州环 弥 狡 绢 泌 州琴 郊渊 二小 组 州郎 投 效翎 娜 州琴 郊.渊 二小 组! 图2 .4集成产品开发团队的组织形式 进行设 计过 程的井 行改 造 企业内部的并行有两个方面的含义:其一是在设计过程中 通过专家把 关，同时考虑产品寿命循环的各个方面:其二是在设计阶段就可虚拟性地 同时进行工艺过程设计，并对工艺设计结果和加工制造过程进行计算机仿 真，直到用快速原型制造系统快速生产出产品的样件。 因此，进行设计过程的并行改造时，首先，分解原有串行流程，将设 计、制造、试验验证的大循环分解为若干小循环，避免将设计错误传递到 下游阶段。重组产品开发的子过程，使其尽量并行进行，减少不必要的环 节，使产品开发过程更合理、高效。重新定位企业的资源，确定各个阶段 参加产品开发的资源。 利用建模方法和工具对并行流程讲行仿真与伏 重庆人学硕士学位论文 2协同设计的理论基础及协同设计中的p d m 化。建立如图 2 .5 所示的; 抓于 工作流程。在并行设计中，设计、制造、管 理等过程不再是一个个相互独立的单元，而是将创门 纳入一个系统来考 虑。设计过程不仅出图样和其它设计资源，还要进行质量控制，成本核 算，也要产生进度计划等。 图 2 .5 产品的并行开发流程 建立企业内 部统一的设计信息源 在企业内 部并行协同 设计过程中， 协同的 信息非常多， 信息流动非常 复 杂， 采用统一的 设 计信息 源可以 使得所需要的 信息 更 加准 确，高 效。 2 )企业内部的协同信