第四章 并行工程

1、并行工程一一二二引言引言并行工程的起源及定义并行工程的起源及定义三三并行工程简介并行工程简介四四并行工程的关键技术并行工程的关键技术五五并行工程实际案例及汽车领域的应用并行工程实际案例及汽车领域的应用六六总结总结洗茶壶及茶杯烧水沏茶烧水洗茶壶及茶杯沏茶串行过程并行过程一、引言（1）-喝茶一、引言（2）-产品开发 传统的产品开发模式是串行的：产品设计传统的产品开发模式是串行的：产品设计工艺设计工艺设计计划调度计划调度生产制造。生产制造。设计工程师与制造工程师之间互相不了解，互相不交往，中间有如隔了一堵墙。设计工程师与制造工程师之间互相不了解，互相不交往，中间有如隔了一堵墙。概念设计设计和绘图原型

2、论证制造准备和加工传统产品开发模式存在的缺点部门之间信息共享存在障碍信息共享存在障碍；操作流程的串行实行，使得设计早期不能全面考虑产品生命周期中的各种因素，不能综合考虑产品的可制造性、可装配性和质量可靠性等因素，导致产品质量不能达到最优；各部门对产品开发的独立修改导致产品开发出现各种反复，总体开发时间延长；基于图样以手工设计为主，设计表达存在二义性，缺少先进的计算机平台，不足以支持协同化产品开发。一一二二引言引言并行工程的起源及定义并行工程的起源及定义三三并行工程简介并行工程简介四四并行工程的关键技术并行工程的关键技术五五并行工程实际案例及汽车领域的应用并行工程实际案例及汽车领域的应用六六总结

3、总结二、并行工程的起源并行工程产生的背景要求：并行工程产生的背景要求：全球化市场要求企业必须改变经营策略：提高全球化市场要求企业必须改变经营策略：提高产品开发能力、增强市场开拓能力，但传统产产品开发能力、增强市场开拓能力，但传统产品开发模式已不能满足市场竞争要求。品开发模式已不能满足市场竞争要求。并行工程是一种企业组织、管理和运行的先进并行工程是一种企业组织、管理和运行的先进设计、制造模式；采用多学科团队和并行过程设计、制造模式；采用多学科团队和并行过程集成化开发模式。集成化开发模式。并行工程把传统的制造技术与计算机并行工程把传统的制造技术与计算机 技术、系技术、系统工程技术和自动化技术相结合

4、，在产品开发统工程技术和自动化技术相结合，在产品开发的早期阶段全面考虑产品生命周期中的各种因的早期阶段全面考虑产品生命周期中的各种因素，力争使产品开发能够素，力争使产品开发能够一次获得成功一次获得成功。从而。从而缩短缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本成本。影响并行工程(Concurrent Engineering,CE)产生的大事件美国国防先进研究计划局（DARPA）1987 年12月举行了并行工程专题研讨会，提出了发展并行工程的 DICE计划（DARPAs Initiative in CE）。同时，美国防御分析研究所IDA（Institute o

5、f Defense Analyses）对CE及其用于武器系统的可行性进行调查研究， 88年公布了著名的R-388研究报 告，明确提出了并行工程的思想。1988年DARPA发出了并行工程倡议，西弗吉尼亚大学设立了并行工程研究中心，许多大 软件公司、计算机公司开始对支持并行工程的工具软件及集成框架进行开发。CE在国际上引起各国的高度重视，其思想被更多的企业及产品开发 人员接受和采纳，各国政府也加大支持并行工程技术开发的力度。并行工程已在一批国际著名 企业中获得成功应用，如波音、洛克希德、雷诺、通用电气等均采用并行工程技术来开发自己的产品，取得显著效益。CE与串行工程产品开发总成本比较市场分析产品设

6、计工艺设计制造过程售后服务成本成本产品开发制造过程产品开发制造过程串行过程并行过程串、并行产品开发过程（时间）对比需求分析产品设计过程设计原型试制需求分析产品设计过程设计原型试制并行工程的定义 并行工程CE是对产品及其相关过程（包括设计过程、对产品及其相关过程（包括设计过程、制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系制造过程和支持过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。统方法和综合技术。这种工作模式力图使开发人员从一开始就考虑一开始就考虑到产品全生命周期中的各种因素各种因素，包括质量、成本、进度及用户需求质量、成本、进度及用户需求。一一二二引言引言并行工程的起源及定义并行工程的起源及

7、定义三三并行工程简介并行工程简介四四并行工程的关键技术并行工程的关键技术五五并行工程实际案例及汽车领域的应用并行工程实际案例及汽车领域的应用六六总结总结三、并行工程的运行特性 （1）并行特性 CECE的最大特点是把时间上有先有后的作业过程转变为同时考虑和尽可的最大特点是把时间上有先有后的作业过程转变为同时考虑和尽可能同时（或并行）处理的过程；能同时（或并行）处理的过程； 在产品的设计阶段就并行地考虑了产品整个产品生命周期中的所有因在产品的设计阶段就并行地考虑了产品整个产品生命周期中的所有因素，研制周期将明显地缩短。这样设计出来的产品不仅具有良好的性素，研制周期将明显地缩短。这样设计出来的产品不

8、仅具有良好的性能，而且易于制造、检验和维护。能，而且易于制造、检验和维护。三、并行工程的运行特性 （2）整体特性CE认为，制造系统（包括制造过程）是一个有机的整体，在空间中似乎相互认为，制造系统（包括制造过程）是一个有机的整体，在空间中似乎相互独立的各个制造过程和知识处理单元之间，实质上都存在着不可分割的内在独立的各个制造过程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。联系。CE强调全局性的考虑问题，即产品研制者从一开始就考虑到产品整个生命周强调全局性的考虑问题，即产品研制者从一开始就考虑到产品整个生命周期中的所有因素。期中的所有因素。并行工程追求的是整体最优。有时为保证整体最优，甚

9、至可能不得不牺牲局并行工程追求的是整体最优。有时为保证整体最优，甚至可能不得不牺牲局部的利益。部的利益。三、并行工程的运行特性制造系统各个环节的内在联系制造系统各个环节的内在联系三、并行工程的运行特性 （3）协同特性并行工程特别强调设计群体的协同工作 （Team work）：1）多功能的协同组织机构：多功能的协同组织机构：CE根据任务和项目需要，组织多功能工作小组，小组成员由设计、工艺、制造和支持（质量、销售、采购、服务等）的不同部门、不同学科代表组成。工作小组有自己的责、权、利，工作计划和目标，成员之间使用相同术语和共同信息资源工具，协同完成共同任务。2）协同的设计思想：协同的设计思想：CE

10、强调一体化、并行地进行产品及其相关过程的协同设计，尤其注意早期概念设计阶段的并行和协调。3）协同的效率：协同的效率：CE特别强调“112”的思想，力求排除传统串行模式中各个部门间的壁垒，使各个相关部门协调一致的工作，利用群体的力量提高整体效益，强调“工”字钢带来的三块钢板的协调强度。三、并行工程的运行特性 （4）集成特性CECE是一种系统集成方法，具有人员、信息、功能、技术的集成特性。是一种系统集成方法，具有人员、信息、功能、技术的集成特性。 人员集成：人员集成：管理者、设计者、制造者、支持者以至用户集成为一个管理者、设计者、制造者、支持者以至用户集成为一个协调的整体。协调的整体。 信息集成：

11、信息集成：产品全生命周期中各类信息的获取、表示、表现和操作产品全生命周期中各类信息的获取、表示、表现和操作工具的集成和统一管理。工具的集成和统一管理。 功能集成：功能集成：产品全生命周期中企业内各部门功能集成，以及产品开产品全生命周期中企业内各部门功能集成，以及产品开发企业与外部协作企业间功能的集成。发企业与外部协作企业间功能的集成。 技术集成：技术集成：产品开发全过程中涉及的多学科知识以及各种技术、方产品开发全过程中涉及的多学科知识以及各种技术、方法的集成，形成集成的知识库、方法库。法的集成，形成集成的知识库、方法库。三、并行工程的体系结构（l）产品概念设计：对产品设计要求进行分组描述和表述

12、，并对方案优选、批量）产品概念设计：对产品设计要求进行分组描述和表述，并对方案优选、批量、类型、可制造性和可装配性评价，选出最佳方案，指导概念设计。、类型、可制造性和可装配性评价，选出最佳方案，指导概念设计。（2）结构设计及其评价：将产品概念设计获得的最佳方案结构化，对各种方案进）结构设计及其评价：将产品概念设计获得的最佳方案结构化，对各种方案进行评价和决策。选择最佳结构设计方案或提供反馈信息，指导产品的概念设计行评价和决策。选择最佳结构设计方案或提供反馈信息，指导产品的概念设计和结构设计。和结构设计。（3）详细设计及其评价：根据结构设计方案对零部件进行详细设计，并对其可制）详细设计及其评价：

13、根据结构设计方案对零部件进行详细设计，并对其可制造性进行评价，即时反馈修改信息，指导特征设计，实现了特征工艺并行设造性进行评价，即时反馈修改信息，指导特征设计，实现了特征工艺并行设计。计。（4）产品总体性能评价：该阶段产品信息较完善，对产品的功能、性能、可制造）产品总体性能评价：该阶段产品信息较完善，对产品的功能、性能、可制造性和成本等采用性和成本等采用价值工程价值工程方法进行总体评价、提出反馈信息。方法进行总体评价、提出反馈信息。最后必须进行工艺过程优化，对零件的实际加工过程进行仿真。最后必须进行工艺过程优化，对零件的实际加工过程进行仿真。一一二二引言引言并行工程的起源及定义并行工程的起源及

14、定义三三并行工程简介并行工程简介四四并行工程的关键技术并行工程的关键技术五五并行工程实际案例及汽车领域的应用并行工程实际案例及汽车领域的应用六六总结总结四、并行工程的关键技术（1）过程管理与集成技术：包括过程建模、过程管理、过程评估、过程分析和过程集成。（2）团队：由传统部门制或专业组变成项目为主的多功能集成产品开发团队（集成产品开发团队（Integrated Product Team ，IPT）。（3）协同工作环境：产品开发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。具体关键技术包括约束管理技术、冲突仲裁技术、多智能体技术、CSCW（ComputerSupported Coope

15、rative Work）技术等。（4）DFX：DFX是CE的关键使能技术。X代表产品生命周期中的各项活动。应用较多的是DFA（面向装配设计）和DFM（面向制造设计）。（5）PDM：产品数据管理（Product Data Management）集成和管理产品所有相关数据及其相关过程。PDM能在数据的创建、更改及审核的同时跟踪监视数据的存取，确保产品数据的完整性、一致性及正确性，保证每个参与设计的人员都能即时地得到正确数据，使产品设计返回率达到最低。一一二二引言引言并行工程的起源及定义并行工程的起源及定义三三并行工程简介并行工程简介四四并行工程的关键技术并行工程的关键技术五五并行工程实际案例及汽车

16、领域的应用并行工程实际案例及汽车领域的应用六六总结总结五、并行工程的应用实例波音公司自自 19911991年起，在波音年起，在波音767767X X系列产品上采用了：系列产品上采用了： 按飞机部件组成两百多个IPT； 改进产品开发流程； 采用DFADFM等工具； 利用巨型机支持 的PDM系统辅助并行设计； 大量应用CAD/CAM技术，做到无图样生产； 仿真技术与虚拟现实技术等CE的方法和技术。获得了以下显著效益：获得了以下显著效益：提高设计质量，极大地减少了早期生产中的设计更改；缩短产品研制周期，优化设计过程；减少报废和返工率，降低制造成本。五、并行工程的应用实例波音公司 波音公司在767X飞

17、机的开发中，全面应用CAD/CAM系统作为基本设计工具，在计算机上设计出所有零件的三维图形，并进行数字 化预装配，获得早期的设计反馈，便于及时了解设计的完整性、可靠性、可维修性、可生产性和可操作性。同时，数字化设计文件可以被后续设计部门共享，从而在 制造前获得反馈，减少设计更改。总结为： （1）100数字化产品设计（2）3D实体数字化整机预装配（3）并行产品设计五、并行工程的应用实例瑞士ABB自自19921992年起，在火车运输系统上采用：年起，在火车运输系统上采用： 建立支持建立支持CECE的计算机系统；的计算机系统； 可互操作的网络系统；可互操作的网络系统； 组织设计和制造过程的团队；组织

18、设计和制造过程的团队； 统一的产品数据定义模型；统一的产品数据定义模型； 应用仿真技术等应用仿真技术等CECE的方法和技术。的方法和技术。获得效益如下：获得效益如下： 过去从签订合同到交货需过去从签订合同到交货需3434年，现在仅用年，现在仅用318318个月；个月； 对东南亚的用户，能在对东南亚的用户，能在1212个月以内交货；个月以内交货； 整个产品开发周期缩短整个产品开发周期缩短25%33%25%33%。五、并行工程的应用实例日本横河HP自自19841984至至19901990年，在高精度测量设备上，采用了：年，在高精度测量设备上，采用了： 开发制造生产网络；开发制造生产网络； 网络化计

19、算环境；网络化计算环境； 实时的全局工程数据库等实时的全局工程数据库等CECE的方法和技术。的方法和技术。获得效益为：获得效益为： 新产品上市周期缩短新产品上市周期缩短30%30%； 技术部门生产率上升技术部门生产率上升30%30%； 总体生产能力增加总体生产能力增加30%30%。五、并行工程的应用实例中国长峰科技集团19951995年起，在复杂系统产品（机械与电子）开发中，采用：年起，在复杂系统产品（机械与电子）开发中，采用： 建立并行设计、制造与管理的集成环境；建立并行设计、制造与管理的集成环境；组建多层次的集成产品开发团队；组建多层次的集成产品开发团队；改进现有产品开发流程；改进现有产品

20、开发流程；应用各类应用各类CAXCAXDFXDFX工具；工具；动态管理和跟踪项目的进展，实施动态管理和跟踪项目的进展，实施PDMPDM；应用并行工程集成框架技术等应用并行工程集成框架技术等CECE的方法和技术。的方法和技术。 获得效益为：获得效益为： 总体方案设计周期压缩总体方案设计周期压缩60%60%，工程绘图周期从，工程绘图周期从1212个月下降到个月下降到2323周。工艺周。工艺检查周期减少检查周期减少50%50%，更改反馈次数降低，更改反馈次数降低50%50%，工艺规划时间减少，工艺规划时间减少30%30%，工，工装准备周期减少装准备周期减少30%30%，数控加工编码与调试周期减少，数

21、控加工编码与调试周期减少50%50%；毛坯成品率由原来的毛坯成品率由原来的30%50%30%50%提高到提高到70%80%70%80%；降低产品成本降低产品成本20%20%；培养了一支人才队伍，为并行工程在我国全面实施应用奠定了基础。培养了一支人才队伍，为并行工程在我国全面实施应用奠定了基础。五、并行工程的应用实例齐齐哈尔车辆厂自自19981998年起，在铁路货车的生产中，采用了：年起，在铁路货车的生产中，采用了： 组建产品开发中心，组织设计、工艺、制造团队；组建产品开发中心，组织设计、工艺、制造团队；实现产品开发过程管理及项目协凋管理；实现产品开发过程管理及项目协凋管理；基于基于PDM实现产

22、品数据的集成化管理；实现产品数据的集成化管理；基于基于STEP标准实现标准实现CAD/CAPP集成；集成；采用结构强度分析、刚度分析及动力学分析工具；采用结构强度分析、刚度分析及动力学分析工具；建立产品报价系统等建立产品报价系统等CE的方法和技术的方法和技术获得效益为：获得效益为： 缩短产品开发周期缩短产品开发周期30%40%30%40%；减少产品试制次数和试制费用，每年可节约试制费减少产品试制次数和试制费用，每年可节约试制费500500万元；万元；提高产品质量水平，增加出口量，每年可多获利润提高产品质量水平，增加出口量，每年可多获利润12501250万元。万元。并程工程在汽车领域中的运用并程

23、工程在汽车领域中的运用 一般来讲，汽车产品开发期共有4个阶段： 汽车企业开发新车型过程中为实现缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品开发成本，则必须在以上四个阶段运用并行工程进行产品开发。策划阶段设计阶段样品试制阶段小批试制阶段那么每个阶段如何具体应用呢？并行工程在策划阶段的运用在策划阶段汽车企业决策层首先应该考虑： 1.开发的产品是否能为企业带来经济效益； 2.开发的产品是否具有的先进性、可行性、经济性、环保性等优点； 3.开发的产品是否具有潜在市场； 4.竞争对手是否也在开发的同类型产品他们的水平如何； 5.开发产品是否符合国内外法律法规和专利要求等方面的可行性。 如果通过论证认为可行，

24、则立即组建产品开发并行工程项目小组。企业应从与产品开发相关的部门，选定有一定技术专长和管理能力的产品设计、产品工艺、质量管理、现场施工、生产管理等人员(如有必要还可邀请产品的使用客户代表参加)组成并行工程项目小组，同时明确小组成员的工作职责。 并行工程在设计阶段的运用并行工程要求产品开发人员在制定产品设计的总体方案时就考虑产品生命周期中的所有因素，解决好产品的T、Q、C、S难题，即以最快的上市速度、最好的质量、最低的成本及最优的服务来满足顾客的不同需求和社会可持续发展的需求。总体方案的设计与论证作为以后详细设计的依据，必须从总体上保证最优，包括优化设计、降低成本、缩短研制周期。 在设计阶段产品

25、开发并行工程项目小组应根据用户要求确定所开发产品的设计目标。要确保所开发产品能使用户满意，就必须以用户关注的项目开发周期、项目开发成本和预定的最优效果作为所开发产品的设计目标。 设计目标是并行工程项目小组的行动纲领，这些目标都是充分研究国内外经济形势、顾客合理要求、市场总体需求、国家法律法规要求和企业内部客观条件，并在全面收集竞争对手有关资料的基础上确定的。设计目标确定后，要采用既合理又简便的方法，根据用户要求，找出关键目标，并将设计目标分解为若干个分类目标将设计目标分解为若干个分类目标。这样，并行工程项目小组就能自上而下地把设计目标层层展开，企业各部门并行地开展工作。并按关键目标要求，对产品开发过程进行评价得出最优设计结果。 并行工程在样品试制阶段的运用并行工程在样品试制阶段的工作重点是实现产品各方面的优化实现产品各方面的优化。并行工程项目小组应建立典型产品的设计模型。汽车企业进行典型产品设计、可靠性设计和可靠性试验的目的，就是为了建立典型产品的设计数据库，并通过现代计算机的应用技术，将设计数据实现信息收集、编制、