（机械设计及理论专业论文）面向并行工程的产品开发过程的研究.pdf

硕l - 学位沦文 摘要 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 是近年来新出现的一种产品开发模式，是 一种集成地、协同地设计产品的系统化工作方式，而产品并行开发作为并行工程 理念的最好实践方式，对于企业有效快速的响应市场，提高核心竞争力有着重要 的意义。产品并行开发过程是系统化工作方式的集中体现。因此，有效地组织与 管理产品并行开发过程，是企业成功实施并行工程的关键。产品数据管理( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t ) 作为并行工程实施的平台，是近几年出现的一种新的哲理与技 术。它以产品信息和过程为中心，科学合理的对企业业务过程、产品信息和过程 进行管理，其核心思想是数据共享、人员协同、过程优化和减少企业瓶颈。 本文在分析产品并行开发过程的现状和发展趋势的基础上，研究了产品并行 开发过程的相关关键技术。首先分析了产品并行开发过程的特点，指出了过程建 模的相关要求和目的。并提出了以过程视图为核心的基于多视图的产品开发过程 模型。详细分析了组成模型的过程视图、组织视图、产品视图、资源视图、约束 视图的内涵及其在模型中的作用，并列举了两个小实例进行阐述。研究了多视图 之间的联系，总结了多视图之间一致性保护的原则。 其次，利用关键路径法，结合绘制网络图的方法，对过程模型中的活动进度 安排进行了分析，并着重以时间一成本优化为目的，通过例子来进行实际的优化与 阐述。 最后，根据当前昌河汽车某车型开发过程中的工作特点，介绍了集成多视图 模型在并行开发中的实现，昌河多层次i p t 团队的实现，昌河p d m 系统体系与其 权限控制，以及在新车型开发中引入并行开发的应用成果。 关键词：并行工程；产品数据管理；产品并行开发；过程模型；设计结构矩阵 丽向并行工种的产品歼发过稃的研究 a b s t r a c t c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ( c e )i san e wp r o d u c td e v e l o p m e n tm o d ei nr e c e n t y e a r s i ti s as y s - - t e m a t i ca p p r o a c hf o ri n t e g r a t e da n dc o o p e r a t i v ep r o d u c td e s i g n ， c o n c u r r e n te n g i n e e r i n gp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s ( c e p d p ) ，a st h eb e s tp r a c t i c eo f c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ( c e ) ，h a sav i t a lm e a n i n go ne n t e r p r i s et or e s p o n dt h em a r k e t q u i c k l ya n di m p r o v ei t sc o r ec o m p e t i t i o n 习l b i l i t y i t st h ec o n c e n t r a t ee x p r e s s i o no f s y s t e m a t i z a t i o nw o r k i n g s o ， t h ek e yo fs u c c e s s f u l l y i m p l e m e n t i n g c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n gi se f 亿c t i v ep r o d u c tc o n c u r r e n td e v e l o p m e n tp r o c e s so r g a n i z m e n ta n d m a n a g e m e n t a sap l a t f o r mf o rt h ei m p l e m e n t a t i o no f c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，p r o d u c t d a t em a g a n e m e n t ( p d m ) i san e wk i n do fp h i l o s o p h ya n dt e c h n o l o g yw h i c ha r i s e di n r e c e n ty e a r s i tm a n a g e st h eb u s i n e s s p r o c e s so fe m e r p r i s ea n dt h ei n f o r m a t i o na n d p r o c e s so fp r o d u c ts c i e n t i f i c l ya n dr a t i o n a l l y i t sc o r ei sd a t a s h a r i n g ，s t a f f sw o r ki n c o o r d i n a t i o n ，p r o c e s s o p t i m i z ea n dr e d u c i n gt h ek n o t t yp r o b i e mo fe n t e r p r i s e t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ea c t u a l i t ya n dd e v e l o p m e n tt r e n do fc e p d p ；i t sk e y t e c h n o l o g yi ss t u d i e d t h ep u r p o s ea n dr e q u i r e m e n to fp r o c e s sm o d e l i n ga r ep u t f o r w a r da r e ra n a l y z i n gt h ec h a r a c t e “s t i co fc e p dp t h ec e p d pm o d e lb a s e do n m u l t i v i e wi sc r e a t i v e l yp r o p o s e dw h o s ek e r n e li s p r o c e s sv i e 、v t h em o d e li s c o n l p r i s e d o fp r o c e s sv i e w ，o r g a n i z a t i o n v i e w ， p r o d u c tv i e w ，r e s o u r c e v i e w a n d c o n s t r a i n tv i e w t h e i rm e a n i n ga n df u n c t i o ni nt h em o d e la r ea n a l y z e di nd e t a i l ， e n u m e r a t et w oe x a m p l e s t h ep r i n c i p l eo fc o h e r e n c ep r o t e c t i o ni ss u m m a r i z e da f ：t e r s t u d yt h ei n t e r n a l r e l a t i o n s h i pi na l lv i e w s n e x t ，t h ep a p e ru s e sc r i t i c a lp a t hm e t h o dt oc o m b i n ed r a w i n gn e t w o r km a pt o a n a l y s et h es c h e d u l i n go ft h ep r o c e s sm o d e la n dm a k et i m e c o s to p t i m i z a t i o n i n a d d i t i o n ，t h r o u g hap r a c t i c ee x a m p l e t oo p t i m i z e f i n a l l y ， a c c o r d i n g t oc h a r a c t e r i s t i co ft h e w o r k i n gp r o c e s s i n c h a n g h e i n d u s t d r i n t r o d u c e da ni n t e g r a t e dm u l t i v i e wm o d e li nt h ed e v e l o p m e n to fc h a n 曲e a u t o m o b i l ep a r a l i e lr e a i i z a t i o n ，t h ea c h i e v eo fc h a n g h em u i t i l e v e ii p tt e a mw o r k ，t h e i n t e g r a t e do fc h a n g h ep d ms y s t e ma n do t h e rc o n t r o lo fa u t h o r i t ys y s t e m s k e y w o r d s ：c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ， p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ， p r o d u c t c o n c u r r e n td e v e l o p m e n t ，p r o c e s sm o d e l ， d e s j g n s t r u c t u r e m a t r i x l l 硕l j 学位论文 插图索引 图1 1 产品开发过程一成本曲线4 图1 2 产品开发周期一使用周期分析4 图1 3 并行工程的发展阶段5 图1 4 支持并行工程的p d m 开发过程研究整体框架流程图9 图2 1 串行产品开发过程1 l 图2 2 产品并行开发过程在并行工程中的地位12 图2 3 并行产品开发过程13 图3 1 支持并行开发的信息共享2 0 图3 2 产品开发过程模型的评价示意2 1 图3 3 基于多视图的过程参考模型m v b p d p m 2 3 图3 4i p t 与部门之间的联系2 4 图3 5i p t 配置形式图2 4 图3 6 资源视图分类2 5 图3 7 设计资源树分类关系2 6 图3 8 产品类属构型的父子关系27 图3 9 活动关系的有向图表示2 9 图3 1o 反馈活动的有向图表示2 9 图3 11 约束层次网络图3 0 图3 12 昌河汽车前面板并行设计审批流程有向图3 3 图3 13 分块后的审批设计流程3 3 图3 14 过程模型多视图间的联系3 4 图4 1 过程模型分析与优化的步骤3 8 图4 2 单代号网络图与双代号网络图的比较3 9 图4 3 时间一费用曲线图4l 图4 4 直接费用曲线简化图4 2 图4 5 最初原始双代号网络图，4 4 图4 6 常规网络图4 5 图4 7 调整网络图( 一)4 6 图4 8 调整网络图( 二) 4 6 图4 9 调整网络图( 三) 4 7 图4 1o 调整网络图( 四)4 7 i 面向并行工程的产品开发过稃的研究 图4 11 最优化时间一成本曲线4 8 图5 1 产品开发过程管理系统结构5 0 图5 2 组织与资源视图5l 图5 3 昌飞公司某型号微型车前面板设计流程模型51 图5 4 实施模型修改和实例修改策略后的工作流模型的监控视图 5 ：! 图5 5 前面板流程项目属性5 3 图5 6 前面板流程设计甘特图5 3 图5 7 昌河产品开发团队组织结构矩阵图5 5 图5 8p d m 分系统的层次结构5 6 图5 9 分布式数据管理的权限控制策略57 图5 10c h c e 系统总体结构5 8 l v 硕l 学何论文 附表索引 表1 1 中国与工业发达国家部分行业r & d 投入比重的比较3 表3 1 几种过程建模方法的比较2 2 表3 2 评审d s m 3 3 表3 3 分块后的d s m 3 4 表4 1 时间一成本原始参数表4 4 表4 2 时间一成本优化参数表4 4 表4 3 时间一成本最优表格4 8 v 兰州理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：羽缸莨 日期：冽年月口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 硕上学伊论文 1 1 引言 第1 章绪论 1 1 1 全球制造业系统的发展及其演变 随着世界市场的形成与发展，世界范围内的市场竞争变得越来越激烈。竞争 有力的推动了社会进步，但也给企业造成了严酷的生存环境。任何企业都必须遵 循同一个竞争尺度，即用户选择原则。谁能在最短的时间内，把采用最新技术生 产出的高质量低成本的产品推向市场，并提供良好的服务，谁就是竞争的胜利者， 所以为了适应不断变化的市场环境的挑战，人们不断寻求新的生产、经营和管理 手段。从1 9 7 3 年美国的约瑟夫哈林顿博士提出计算机集成制造c i m ( c o m p u t e r i n t e r g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 概念，到八十年代，基于c i m 哲理的指导，在制造领 域出现了现代制造系统一计算机集成制造系统c i m s ( c o m p u t e ri n t e r g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) ，并迅速的在全球范围内得到发展，全球制造业的生产效率、 管理方式、组织结构和协作水平都有了深刻的变化。如今，上市时间( t i m e ) 、产 品质量( q u a l i t y ) 、成本( c o s t ) 、服务( s e r v i c e ) 和环保( e n v i r o n m e n t ) 是全球 制造企业面临的主题。在追求更完善的t q c s e 的过程中，c i m s 技术不断向纵深发 展，通过计算机系统将制造工厂全部生产、经营和管理活动有机的集合了起来， 实现信息资源的高度集成，从而获得了总体高效益和高柔性化。使企业的人员、 设备、物料、资金和信息资源得到综合利用，极大的提高了企业的竞争能力强1 。 在c i m s 得到实施的基础上，国外在现代制造技术方面进行了许多研究，产生 了一些先进的制造技术、理念和模式，并得到很快发展，如： 并行工程c e ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 一并行工程是集成地、并行地设计产 品及其相关的各种过程( 包括制造过程和支持过程) 的系统方法。其目的在于提高 整个制造过程的质量，降低产品生命周期费用并缩短研发周期。与c i m s 不同，并 行工程作为一种经营哲理和工作模式，它注重人的作用，强调管理体制创新。 精益生产l p ( l e a np r o d u c t i o n ) 一精益生产又称精良生产，它以“人”为中心， 在组织机构上以“精简”为手段，在工作方法上采用t e a mw o r k 和并行设计，在供 货上采用j u s ti nt i m e 方式，旨在消灭故障，消除一切浪费，向零缺陷、零库存进军， 最终达到“尽善尽美 的目标。精益生产综合了大量生产与单件生产方式的优点， 力求在大量生产中实现多品种和高质量产品的低成本生产。 绿色制造g m ( g r e e nm a n u f a c t u r i n g ) 一绿色制造即指在制造过程的每个阶段， 同时考虑产品对人和环境的影响，并使之最小化。其实质是一种物料和能耗最少 而向并行t 千甲的产品开发过干甲的研究 的生产活动的规划和管理，将废弃物减量化、资源化和无害化，或将其消灭在生 产过程中。 敏捷制造a m ( a g i l em a n u f a c t u “n g ) 一敏捷制造即指综合运用在计算机技术 上迅猛发展的产品制造、信息集成和通讯技术来构造一个全新的竞争系统，实现 把产品生产所需的所有资源一一人、资金和设备( 包括企业内部的和分布在全球 各地合作企业的) 通过计算机和通讯技术联系在一起进行集中管理，实现它们的 优化利用。 总体来说，这些理念以提高综合效益为目的，以人为中心，依靠现代信息技 术和现代管理技术的成果，加快产品的研制，提高产品质量，降低成本，缩短周 期，提高企业应变能力和竞争能力。如今，这些理念已经在美国、德国、日本等 一些国家中得到广泛应用，其领域包括军工、航天、飞机、汽车、计算机、机械、 电子等行业，并取得了良好的成效。 1 1 2 国内制造业发展的现状 改革开放2 0 多年来，我国国民经济始终保持快速稳定的发展势头，取得了巨 大成就。但国有大中型企业，尤其是作为国家综合国力基础的机械制造业的发展 普遍不景气，在市场竞争中处于十分被动的局面。虽然国内企业已经在某个产品 或项目开发上采用并行工程等先进管理方式，也或多或少的取得了一定的效益。 但从整体上看，比起美国、日本等国家，我国的制造企业还不能贯彻这些新理念 的本质内涵，进而不能广泛推广，许多企业在新产品开发的过程中虽然采用了一 些新技术，但由于经验数据缺乏积累，标准不够完善齐备等，导致产品开发过程 中仍然存在大量的问题。并且整体开发缺乏有效的计划和管理，导致各部门信息 不畅通，无法形成集成制造系统的整体优势，很难达到预期的效果。出现这种问 题的原因可能是多方面的，但以下两点是我国许多制造企业共同存在的问题。 ( 1 ) 企业的经营管理体制问题 目前我国的企业大多数还是采用传统的大而全或小而全的经营模式。它们强 调大批量生产，实现大规模、大批量、标准化的商品生产，以达到高效率、低成 本的经济效果，即追求生产规模的经济性。这种“纺锤型 企业模式建立在刚性 自动化的生产技术上，只重视加工能力，忽视产品开发和市场开拓。这些企业没 有自己的产品开发能力或者自主开发能力很弱。表1 1 是我国与一些工业发达国家 部分行业r d 投入比重的比较。从表中可以看出我国企业对研发不太重视，或者是 因为管理模式不当，造成研发时间长，成本高，产品寿命短，严重影响了企业产 品开发能力的培养和提高。这种传统的企业模式已不再适应未来动态多变、不可 预知的市场。因为经营管理体制的陈旧及笨重，当市场一旦出现波动，他们的应 变能力很低，往往是企业生产的越多，亏本就越多，从而使企业丧失竞争能力， 2 硕上学何论文 跟不上制造业如今快速的发展。 表1 1 中国与工业发达国家部分行业r d 投入比重的比较 产品类别中国1 9 9 5 年美国1 9 8 7 年日本1 9 8 5 年 英国1 9 8 4 年 法国1 9 8 6 年 机械制造业 0 6 82 1 42 0 32 1 52 1 8 电子产业 1 4 0 5 5 8 9 7 1 航天航空8 9 12 2 3 54 8 71 4 2 02 3 o 仪器仪表0 8 52 9 24 9 92 5 3 2 7 9 电气设备 0 9 24 5 13 6 87 5 l ( 2 ) 产品开发模式问题 一些具有一定产品开发能力的企业在产品开发的多个阶段引入了计算机辅 助工具，如c a d 、c a m 、c a p p 、m i s 、m r p i i 等，有的还实施了c i m s 工程，在 企业这一层次上解决了“自动化孤岛 中信息集成问题。尽管这些企业已通过 提高自动化程度和信息集成技术改善了生产条件，获得了显著的经济效益。但 长期以来，新产品开发和试制沿用传统的“抛过墙”式的串行开发模式，即采 用功能部门制，设计、制造等功能部门之间各自为政。产品开发的各个阶段是 顺序且孤立的，开发人员缺乏相应的技术手段，不能在开发早期很好的考虑后 期的可制造性、可装配性和质量保证等因素，导致各阶段之间存在很多反馈， 而且这些反馈均是跨阶段的大反馈。反馈修改的次数越多，产品开发周期就越 长，从而使企业失去利用该产品占领市场的最佳时机。 1 2 并行工程及p d m 技术的发展与实施 1 2 1 并行工程的研究 1 2 1 1 并行工程概念的提出 据统计资料n 们分析表明，一般产品成本的约8 3 以上是由产品开发早期阶段一 概念设计、详细设计及加工过程设计所决定的，而这一阶段本身所需费用仅占产 品全部成本的7 以下，如图1 1 所示。由于用户对产品的要求更加个性化，产品 开发周期越来越长；而且随着用户对功能的要求逐步提高和不断变化，产品使用 周期越来越短，如图1 2 所示。因此，迫切要求企业采用新的产品开发手段，能 在设计的早期就对产品生命周期中的各种因素考虑周全，减少反复修改的次数， 从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本。 并行工程概念是美国防御研究所在1 9 8 8 年以武器生产为背景对传统的生产模 式进行系统分析的基础上提出的，即并行工程是集成地、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化方法。即要求产品设计人员在一开始 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，包括质量、成本、 而向并行丁稃的产品开发过稗的研究 进度计划和用户需要。 年数 7 6 5 4 3 2 l 图1 1 产品开发过程一成本曲线 8 0 3 2 8 4 8 68 8 9 0 9 29 4 9 6 图1 2 产品开发周期一使用周期分析 并行工程的目的是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。 因此，它的出现符合日趋激烈的市场形势的要求1 。1 9 9 2 年以后，国外陆续报道 了一些著名的企业通过实施并行工程所取得的显著效果；如波音( b o e i n g ) 、洛 克希德( l o c k h e e d ) 、雷诺( r e n a u l d ) 、通用电力( g e ) 等。九十年代，“并行 工程”作为关键技术正式列为国家8 6 3 c i m s 研究计划，并开始在国内几家企业 应用实施。并行工程作为现代企业产品开发的新哲理，继承了早期制造技术中的 很多精华，同时具有独特的理论和方法学h 1 。一种较为普遍的观点认为，并行工程 是c i m s 新的发展，它以c i m s 信息集成为基础，逐步地向产品开发过程集成方向 发展，这一发展历程共经历了五个阶段隋1 ，如图1 3 所示，由过去的单纯从信息集 4 硕l 学付论文 成向人一管理一技术三者集成发展。 图1 3 并行工程的发展阶段 1 2 1 2 并行工程实施的关键技术 并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程的系统化方法1 ，它要求产 品开发人员从设计开始初期就考虑产品生命周期中的各种因素，因此，并行工程 实施所涉及到的关键技术主要包括： 产品开发过程重组：并行工程把产品开发的各种活动作为一个集成的过程， 从全局优化的角度出发，对该集成过程进行管理和控制，并对已有的产品开 发过程不断改进和提高，对产品开发过程建模、仿真和优化，以减少不必要 的设计环节，使产品开发过程更合理有效。在产品开发中，相关人员及早加 入，并行地开展工作。在产品开发早期阶段发现问题，及早修改，消除设计 隐患，在产品投入生产之前进行多次设计迭代和仿真，确保设计的正确性h 引。 集成产品开发团队i p t ( i n t e g r a t e dp r o d u c tt e a m ) ：打破部门间的界限，组成 跨部门多专业的集成产品开发团队。 协同工作环境：在并行工程产品开发模式下，产品开发是由分布在异地并且 可能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。协同系统用于各类设计人员协调和修改设计， 传递设计信息，以便作出有效地群体决策，解决各小组间的矛盾。 数字化产品建模与c a x d f x 使能工具：基于一定的数据标准，建立产品生命 周期中的数字化产品模型，特别是基于s t e p 标准的特征模型。产品设计主模 型是产品开发过程中的唯一数据源，用于定义覆盖产品开发各个环节的信息 模型，各环节的信息接口采用标准数据交换接口进行信息交换。 解决这几个问题的关键技术是紧密相关的。其中，产品开发过程重组是企业 实施并行工程的第一步，也是最关键的一步，它将决定产品开发团队人员的配置， 确定实现产品全数字定义还需要增加哪些软件工具，并对计算机支持的协同工作 环境与p d m 提出具体要求。而p d m 是协同工作环境的重要组成部分，通过它可 以对产品开发有关的流程、人员配置、产品数据进行管理，并集成开发工具。 1 2 1 3 并行工程的研究与应用趋势 到目前为止，对并行工程的研究方兴未艾，国内外对并行工程的研究与应用 而向并行t 稃的产品歼发过稃的研究 趋势主要有以下几方面： c e 应用于准时生产( j u s tl nt i m e ) 和产品开发的全面质量管理( t o t a lq u a l i t y m a n a g e m e n t ) 研究； 研究产品开发过程中的建模方法及在资源的约束下实现产品开发过程的优化； c e 中模糊决策和解决多功能小组内部冲突问题研究； 研究冲突与仲裁技术，利用通信和多媒体技术，进行管理约束和过程跟踪，确 保在正确的时刻以正确的方式把正确的信息送给正确的人，以便能及时做出正 确的决策，保证并行工程目标的实现； 研究企业从目前串行的组织模式转变为并行模式中要面临的问题、所应采取的 措施和方法； c e 在软件工程领域应用的研究阳1 ； c e 应用于整个产品开发过程的研究，强调包含产品的概念设计； c e 应用于大型项目开发的研究，如新型汽车、飞机的开发n0 | ； c e 在企业动态联盟( 虚拟企业) 应用的研究；并行工程随着敏捷制造、虚拟制 造等概念的出现和发展，已不能局限在一个企业内部，它的应用正向企业之间 的集成的方向发展】【1 2 3 ； c e 应用于多对象( m u l t io b i e c t i v e ) 冲突问题解决的研究n 3 3 h 3 。 1 2 2p d m 一并行工程实施的集成框架 实施并行工程的另一个关键是：实施p d m 。实施p d m 与协同工作环境是紧密 相关的，p d m 系统是协同工作环境的重要组成部分，通过构架在关系数据库之上 的p d m 系统，可以实现企业异构、分布式计算机环境中各类应用系统的信息集成、 功能集成和过程集成。 1 2 2 1p d m 的基本概念 产品数据管理p d m ( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ) 概念是在八十年代后期被正式提 出，到九十年代，国际上许多大型企业逐渐接受了p d m ，并把它作为“集成框架 来支持并行工程实施的关键使能技术。p d m 作为软件框架，是一个高度集成了各 种应用软件而组成的系统，该系统使设计者、制造者和管理者能全面管理、跟踪、 控制及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，实现在正确的时间，把正确的信息，以正确的方式，传给正确的人n 引。 1 2 2 2p d m 系统的实施 企业要通过p d m 系统实现产品数据管理，必须将与企业产品开发有关的流程、 人员配置、开发工具等集成到p d m 中。同时，要求具有一定素质的团队成员来管 理和控制p d m 系统。p d m 系统实施的具体细节如下： 归纳产品开发过程中产生的数据，建立产品数据电子仓库，以便实现对产品的 6 硕f j 予：何论文 所有数据和文件的管理。在p d m 系统控制下，用户可获得所有相关的产品信息。 将产品开发的并行流程装入p d m ，实现对产品开发过程的管理与控制。 将某些应用软件封装入p d m ，通过调用应用程序进行产品设计与修改。 根据产品开发过程中开发人员的权限，确定产品开发团队成员的权限、工作空间， 实现对人员的管理。 根据产品开发流程，实现版本与变更管理，确保版本的一致性与安全性。 基于开发流程，实现在线信息发布，确保及时准确地将数字化产品数据传到正确 的开发人员的终端，进行下游设计、设计修改，以及设计评审。 建立产品结构树，实现配置管理，为制造提供符合要求的装配信息、物料清单等。 1 2 2 3p d m 的发展趋势 目前，p d m 技术的研究与应用在国内外得到广泛的重视，根据目前国内外研 究表明，p d m 技术正朝以下几个方向发展： 封装企业的各种应用系统： 现有的p d m 系统，一般只封装一个或两个应用软件，随着计算机技术的发展， 要求p d m 系统尽可能多地集成不同环境下的应用系统； 与m r p i i 集成： 随着企业对p d m 要求的提高，p d m 的一些功能从产品设计延伸到产品制造，因 此p d m 与制造部门的m r p i i 系统集成也是p d m 发展的趋势； 与w e b 技术相结合6 3m 3 ： 采用c s 结构的p d m 系统表现为可维护性差，如今i n t e r n e t 技术的迅猛发展，p d m 必然向i n t e r n e t 方向发展，充分利用网络技术，使其更具有扩展性和共享性； 与图形核心系统的集成： 企业引入c a d 除了实现“摔图板 外，其真正的目的是实现产品的外形设计、 应力分析、强度分析、有限元分析、n c 代码生成等功能，p d m 系统要实现真正 集成实体造型数据的方法是抽取实体模型的特征和特征值，这就需要对c a d 系 统的核心有深入的了解，虽然在实现的技术上有一定的难度，但p d m 系统与c a d 应用系统的核心集成也是p d m 系统发展的趋势。 1 3 论文课题来源及主要意义 并行工程环境下的产品开发过程问题的研究是近年来迅速发展起来的一个新 的研究及应用领域。特别是近年来产品如何以最短时间推向市场成为市场竞争的 新焦点，并进一步推动了有关开发过程的研究。同样，汽车行业也面临着国际国 内市场竞争的严峻形势。本课题以昌河汽车某车型的开发过程为背景，针对汽车 行业特有的生产模式，引入并行工程思想，改变传统的开发模式，实现产品的并 行开发，具体体现在： 7 而向并行工种的产- 口j 开发过秤的研究 改变部门间割裂的状态，强调各部门信息集成，实现信息的沟通、信息的共享， 提高产品开发质量及总体效益； 建立过程模型，通过绘制不同的视图，从而在产品的设计阶段，充分地考虑到产 品生命周期的各影响因素，确保产品设计一次性成功； 改变传统串行的产品开发模式，做到上游阶段提前触发下游阶段，实现开发过程 的并行； 1 4 论文的主要研究内容和组织结构 企业要实施并行工程，必须重组产品开发过程，将串行开发过程改进为并行 开发过程，实现基于产品信息的过程集成。为此，要建立能够充分反映企业产品 并行开发过程各方面信息的产品并行开发过程模型，并对模型进行优化，用优化 的过程模型指导产品开发过程的组织和管理。本文对支持并行工程的过程管理技 术研究的总体框架如图1 4 。论文共分五章： 第一章绪论：简单介绍了制造行业国内外的发展趋势，引入并行工程与p d m 的概念，简述其实施与发展趋势，引入课题。 第二章产品开发过程的改进与重组：首先分析了产品并行开发过程的特点， 简述了在汽车行业在产品开发这方面存在的问题，并指出了过程建模的相关要求 和目的，最后介绍了目前过程建模的基本方法。 第三章产品并行开发过程的建模与研究：提出了以过程视图为核心的基于多 视图的产品开发过程模型。详细分析了组成模型的过程视图、组织视图、产品视 图、资源视图、约束视图的内涵及其在模型中的作用，并列举两个小实例进行阐 述。研究了多视图之间的联系，总结了多视图之间一致性保护的原则。 第四章产品开发过程模型的分析与优化：利用关键路径法，结合绘制网络图， 对过程模型中的活动进度安排进行了分析，并着重以时间成本优化为目的，通过 例子来进行实际的优化与阐述。 第五章并行工程过程模型在汽车行业中的应用：针对面向并行工程过程管理 系统在昌飞公司中的应用进行了阐述。分别介绍了m v b p d p m 的实现，并结合第 三章最后实例，在p d m 中进行仿真，并生成活动甘特图；第二，介绍i p t 团队的实 现，昌飞公司i p t 团队的组织结构，管理模式以及工作方式，第三，介绍昌飞公司 p d m 体系结构和其访问权限控制。最后以c h c e 为应用背景，介绍了昌飞公司在 新车型的开发中实施并行工程时的主要研究成果。 1 5 本章小结 本章通过介绍国内外制造行业的现状与发展趋势，引入了并行工程、产品数 8 硕l j 学位论文 据管理等新的制造模式，着重介绍了并行工程的基本概念，实施与发展趋势，并 且简述了并行工程实施框架的p d m 的一些信息。并对本论文的课题意义，内容，目 的，进行了简单阐述。 图1 4 支持并行工程的p d m 开发过程研究整体框架流程图 9 面向并行工稃的产品开发过稃的研究 第2 章产品开发过程的改进与重组 并行工程的核心是产品的并行开发过程n 引。产品并行开发过程是一个产品模 型逐步生成的过程，一方面需要增强设计部门、设计小组和设计人员间的信息共 享，打破原来串行设计时部门间信息阻滞的壁垒；另一方面需要在设计的初始阶 段就全面的考虑下游的可制造性、可装配性、质量保证、环境危害等多种因素， 将原来串行设计时的设计修改大循环，改变为不同的设计活动间及同一设计活动 中的一系列微小循环，减少设计开发中的大返工，力争设计制造一次成功，以缩 短产品开发周期，减少开发成本。而过程管理则是并行工程下过程活动的集成框 架，它针对产品开发中的分布性、复杂性、并行性等进行管理。因此，并行工程 的实施需要产品并行设计过程管理这一集成系统的支持，并具有极其重要的地位。 2 1 产品并行开发过程系统介绍 2 1 1 产品并行开发过程在并行工程中的地位 传统的产品开发过程是按部门划分的，如：设计部、市场部、工程部、制造 部、销售服务部等。产品开发工作以部门为顺序一步步完成，下游的工作要等到 上游的工作全部结束后才开展，即所谓的“抛过墙式”( t h r o wi to v e rt h ew a l l ) 的 工作流程，是一种串行的开发方式，如图2 1 所示。串行的产品开发过程是一个 静态的、顺序的和互相分离的流程，除了在设计后期和制造阶段发现问题，提出 工程修改外，上下游工序之间不存在经常性的信息交换，上游的设计活动不能很 好的考虑下游过程的各种需要，设计结果存在诸多不合理的因素，这势必将造成 设计的返工，不仅延长了产品开发的周期，同时还会明显增加产品开发的成本。 因此，传统的串行产品开发模式的弊端越来越明显，很难适应现代企业竞争的需 要，具体表现在乜引： 1 串行开发只能从宏观描述开发活动的时序关系，这将造成对产品开发过程的管 理松散，产品开发效率不高； 2 产品开发的各阶段之间缺乏信息沟通，设计方案往往要经过多次修改，导致产 品开发时间变长，而这些修改工作大多是由于设计人员同其他产品开发阶段的 人员缺乏必要的信息沟通引起的，没有事先考虑到产品的质量、可制造性及可 装配性； 3 设计人员缺乏足够的专业知识，不能很好的考虑到工艺、制造方面的因素，导 致设计存在一定的缺陷； 4 设计人员更多的考虑产品的技术实现，缺乏同客户、供应商之间的沟通，而忽 l o 硕十学位论文 视了产品的某些功能； 5 串行开发模式的信息反馈困难，周期长，在开发过程中对产品的不断完善程度 不够。 图2 1 串行产品开发过程 从上述分析可知，传统串行产品开发过程的缺陷的关键在于各个环节之间缺 乏信息沟通，合作不协调。而并行开发作为一种产品开发哲理的提出，旨在解决 传统串行产品开发的弊端。并行工程的核心是产品与过程的并行开发，强调在产 品的设计开发阶段就以并行的方式综合考虑产品生命周期中后续阶段各环节的影 响。它涉及到多形式、多领域、多学科知识的集成，故多领域知识的集成是并行 产品开发最显著的特征，表明了产品开发过程不再是设计领域内一个孤立的技术 问题，而是综合了产品各相关领域、相关过程、相关技术及相关组织形式的系统 化组织管理问题，正如美国国防部在d o dg u i d eo fi p d n 嵋中所强调的那样，并行产 品开发是集成了从产品定义到产品领域支持的所有活动的管理过程，从这一意义 上说，产品开发过程管理是并行产品开发的核心。 另一方面，引入并行产品开发模式将引起产品开发的一系列变革，原有几十 年来的产品开发实践必须“连根拔起”，如何借助先进的管理技术和信息技术：如 p d m ，异地产品协同设计及网络多媒体等技术，进行包括过程与组织结构的重组， 技术乃至文化上的变革以促使过程的快速反应和产品开发是并行工程环境下过程 管理所面临的挑战，推动了有关过程管理的研究成为并行工程研究的重要内容。 产品开发过程管理在并行工程中占有主导地位。如图2 2 。它是将产品开发 过程、并行工程各种管理方法、工程技术以及人员集成并付诸产品开发实践的技 术框架，是加快产品开发的使能器。研究者普遍认为心2 q 引，并行工程实施不仅是技 术与工具的应用，更是产品开发管理模式的变革，有些并行工程在不断投入新开 而向并行t 柞的产品开发过稃的研究 发工具和应用系统的条件下，最终仍归于失败之列的主要根源是缺乏有效的产品 开发过程管理。因此，通过在管理上采用过程改进或重组，组建多功能团队来协 调设计冲突、集成过程信息来提高产品的竞争力，比仅将注意力集中在c a x 、d f m a 等技术的运用上更能有效地提高质量和降低成本，更能赢得时间，赢得竞争优势， 这种强调过程管理的观点是并行工程研究者的共识，也成为i s 0 9 0 0 0 的主题。 图2 2 产品开发过程在并行工程中的地位 我国制造业实施并行工程的策略也体现了过程管理的重要地位。并行工程是 一个昂贵的工程，制造业很难具备购买和开发大系统的能力，况且一些基于计算 机的先进技术还停留在实验室阶段，实际使用价值并不高，面对现实情况，我国 制定的并行工程实施策略是以过程为平台的产品开发过程管理着手，局部采用一 些c a x ，d f m a 等单元技术，这种强调过程管理的趋势在首批并行工程推广应用 企业包括昌河汽车并行工程的实施中得到了体现。 2 1 2 产品并行开发过程的建立 一些文献提出并行工程产品开发过程c e p d p ( c o n c u r r e n te n g i n e e e r i n gp r o d u c t d e v e l o p m e n tp r o c e s s ) 的定义，即：产品并行开发过程是跨学科群组在计算机软硬 件工具和网络通讯环境的支持下，由能反映一类产品开发活动的合理信息流动关 系及组织、资源和逻辑制约关系为框架，以特定产品开发( 从概念形成到制造开 始) 的实际资源和约束为背景，全方位地考虑产品及其生命周期信息，并且实现 动态地改变产品开发流程。 结合并行工程的思想，重构产品开发流程，改变图2 1 的串行产品开发过程， 减少大循环，增加小循环，在设计时就考虑到下游工作中的可制造性，可装配性 以及质量等问题，就可以减少反复，缩短开发时间，使产品开发的过程变成个 并行的过程。图2 3 即为一个典型的重构后的产品并行开发过程。结合图2 1 与图 2 3 ，串行产品开发同并行产品开发的区别可以从两方面进行考察： ( 1 ) 开发过程间的信息反馈：图2 1 与图2 3 的开发过程都有信息反馈，但是两者反 馈的实质是不一样的，串行过程的反馈是一种非实时的信息反馈，它往往是设 计决策已经完成，设计信息传到制造部门后，制造部门在制造过程中发现有关 1 2 硕十学位论文 设计不合理的信息反馈，这样反馈会导致产品开发周期的延长，而c e p d p 则相 反，其信息反馈是一种实时反馈，设计部门在得到其他部门的反馈意见后立刻 用于决策，同时产生更合理的设计结果。 图2 3 并行产品开发过程 ( 2 ) 对产品全生命周期的考