并行工程的研究概况综述

1、.：.；并行工程的研讨概略综述留意：本文曾经在1999年3月的(1999,3:911)杂志发表运用者请注明文章内容出处陈晓川 张暴暴 刘晓冰 冯辛安大连理工大学CIMS中心内容提要：先进制造技术越来越遭到人们的注重，其中比较成熟的并行工程哲理曾经在国外推行运用，国内也有些初步的成果。本文结合国内外的研讨实际，对并行工程的概略进展了较为详细的引见，并分析了国内外的差距所在，希望为并行工程的研讨提供些有益的协助 。主题词：并行工程，虚拟制造，CAD一、并行工程的定义1988年美国国家防御分析研讨所IDAInstitute of Defense Analyze完好地提出了并行工程CEConcurre

2、nt Engineering的概念，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方法。这种方法要求产品开发人员在一开场就思索产品整个生命周期中从概念构成到产品报废的一切要素，包括质量、本钱、进度方案和用户要求。【1】如图1所示。并行工程的目的为提高质量、降低本钱、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程在实现上述目的中，主要经过以下方法【7】：设计质量改良使早期消费中工程变卦次数减少50以上； 产品设计及其相关过程并行使产品开发周期缩短4060； 产品设计及其制造过程一体化使制造本钱降低3040。 图1 并行工程表示图二、并行工程在先进制造技术中的位置与作用并行

3、工程在先进制造技术中具有承上启下的作用，这主要表达在两个方面：并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进展的任务在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速开展的计算机技术、信息技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的根底。 在并行工程中为了到达并行的目的，必需建立高度集成的主模型，经过它来实现不同部门人员的协同任务；为了到达产品的一次设计胜利，减少反复，它在许多部分运用了仿真技术；主模型的建立、部分仿真的运用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的开展为虚拟制造技术的诞生发明了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为根底的，并行工程的进一步开展方向是虚拟制造

4、VM?/FONTVirtual Manufacturing。所谓虚拟制造又叫拟实制造，它利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进展全面的仿真，以发现制造中能够出现的问题，在产品实践消费前就采取预防措施，从而到达产品一次性制呵斥功，来到达降低本钱、缩短产品开发周期，加强产品竞争力的目的【19】。 三、并行工程的运用概略引见并行工程在美国、德国、日本等一些国家中已得到广泛运用，其领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业。例如：美国佛杰尼亚大学并行工程研讨中心运用并行工程开发新型飞机，使机翼的开发周期缩短了60由以往的18个月减至7个月；美国Mercury计算

5、机结合开发公司在开发40-MHz Intel i860微处置芯片时，运用并行工程方法，使产品从开场设计到被消费者检验合格由原来125天减少到90天；美国HP公司采用并行工程方法设计制造的54600型100-MHz波段示波器，在性能及价钱上都优于亚洲最好的产品，研制周期却缩短了1/3；美国的爱国者防空导弹系统也是80年代后期运用并行工程方法迅速研制胜利的【6】。美国波音公司在1994年向全世界宣布，波音777飞机采用并行工程的方法，大量运用CAD/CAM技术，实现了无纸化消费，试飞一次胜利，并且比按传统方法消费节约时间近50。德国西门子公司下属的公共通讯网络集团Simens AG,Public

6、Communication Network Group在开发复杂电子系统的中心子系统过程中，采用了并行工程的方法，获得了显著的效果，在仿真阶段共提出320份报告，发现并纠正了许多错误【17】。如表1所示，其他一些公司运用并行工程后也产生了宏大的经济效益。案例本钱库存消费周期开发周期劳动消费率HP公司降低4降低7降低9缩短3上升30AT&T降低6缩短8上升23麦道公司缩短2迪尔公司降低30降低6070缩短6在国内，并行工程作为CIMS开展的一个新阶段，得到了一些企业的广为关注，其研讨已于1992年底被列为国家863方案自动化领域的重点研讨内容。在国家科技部和863/CIMS主题专家组的指点下，1

7、995年7月由清华大学、华中理工大学、北京航空航天大学、上海交通大学和航天工业总公司二院5个单位人员组成了“863/CIMS关键技术攻关棗并行工程的技术攻关队伍，以航天总公司二院的复杂构造件为运用背景，开展并行工程关键技术的研讨与运用。经过近两年的攻关，终于获得了艰苦进展。该工程在运用上有特征，在某些关键技术上曾经到达国际先进程度，目前，该工程曾经经过鉴定【17】。虽然并行工程在实践运用中产生了如此宏大的效果，但是也还存在一些不易处理的问题，如：在设计中思索后续任务添加了当前任务的难度，支持并行工程的主模型还未一致，工程数据库还没有完全成熟等。为此人们进展了大量的研讨任务，本文的引见只能是挂一

8、漏万的。四、并行工程的研讨热点经过查阅国内外文献，了解到目前并行工程的研讨热点主要包括：1、并行工程根底实际的研讨：主要包括概念设计模型、并行设计实际、鲁棒设计及支持产品开发全过程的模型研讨。尤其是并行设计的建模技术，所谓建模就是指建立产品模型，而产品模型包括产品生命周期各阶段的信息及访问、操作这些信息的算法。在计算机环境下，进展并行设计要求信息模型可以获取和表达产品信息、制造信息和资源信息；可以方便地获得有关产品可制造性、可装配性、可维护性、平安性等方面的信息；可以使小组成员共享信息。要满足这些要求，必需建立一个可以表达和处置有关产品生命周期各阶段一切信息的一致产品模型。一致模型的建立可以在

9、特征建模根底上进展，但是特征建模只是强调设计和制造信息的集成，在多学科人员协同任务环境下，当产品开发某环节数据被改动后，它不具备自动更新相关数据的才干，即不支持所谓全相关性。国际规范化组织(ISO)提出的产品数据模型STEP规范是建立模型的工具，但由于产品数据复杂、多变此规范仍在试用阶段。从支持并行设计建模技术研讨现状来看，目前的模型对详细设计阶段以及下游诸环节支持得较为充分，但在产品概念设计阶段其信息描画才干较弱，这是需求深化研讨的课题【9】。2、制造环境建模：在并行工程中产品的设计阶段就思索制造要素，使得产品设计和工艺设计同时进展，因此，无论在产品的初期方案设计或详细设计阶段都要及时地进展

10、产品可加工性及可装配性的评价并生成适宜的工艺，这就必然涉及到从现实制造资源角度评价所涉及产品的制造工艺性能，同时还要工厂、车间、工段的消费才干、设备规划及负荷情况等，这样制造环境的数据和知识模型就是到达并行必不可少的部分。文献【12】运用二叉树及特征建模描画了制造环境建模情况。3、面向并行工程的CAPP：传统的CAPP不具备与产品设计并行交互的才干，不能对产品或零件进展可制造性评价并反响结果，为实现计算机辅助并行工程，面向并行工程的CAPP是关键。为了到达这一目的，零件信息模型应是一个动态的数据构造，设计者可以在设计中的任何阶段将设计结果移交工艺评价模块，并根据评价结果修正模型或继续设计；该模

11、型应将零件功能与零件特征间建立一种映射关系；此模型还应便于多知识源的协同处置，普通可采用“黑板构造，即一组担任相应功能的知识源系统在“管理者的协调控制下，对领域黑板上的当前零件信息模型进展操作。文献【11】给出了面向并行工程的CAPP体系构造及零件建模、环境建模等模块的构造。文献【13】以轴类零件为例，采用了链表作为数据构造表示零件的外形特征等，但间隔 适用还有一定的差距。4、DFX：在这一领域中，主要集中于DFM和DFA这两个方向上。面向制造的设计(DFM)是并行工程中最重要的研讨内容之一，它是指在产品设计阶段尽早地思索与制造有关的约束如可制造性，全面评价产品设计和工艺设计，并提出改良的反响

12、信息，及时改良设计。在DFM中包含着设计与制造两个方面，传统上制造都是思索设计要求的，但是设计思索制造上的要求不够充分，在DFM中必需充分思索制造要求，普统统过可制造性评价来实现【14】【15】。面向装配的设计DFA与DFM类似，它是将可装配性在设计时加以思索,设计与装配在计算机的支持下一致于一个通用的产品模型，来到达易于装配，节省装配时间、降低装配本钱的目的【16】。并行工程集成框架：所谓集成框架就是使企业内的各类运用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。主要包括基于思想模型的辅助决策系统、支持多功能小组的多媒领会议系统、计算机辅助冲突处理的协调系统等。普通可以采用多媒体技术、客户效力

13、器模型进展开发，但在知识共享、多领域数据信息转换、设计意图表达等方面还没有找到真实可行的方法，建立一个包括信息集成、工具集成和人员集成的理想网络环境仍是一个长期的努力过程。 6、冲突消解及知识处置、协同：在并行工程中产品的早期涉及阶段可以得到的信息大多是模糊和不确定的，仅仅运用经典数学的准确方法来处置往往不能真实地反映客观世界的现实，具有很大的局限性，由美国自动控制专家L.A.Zadeh创建的模糊集实际在处置定性和模糊的知识方面显示了强大的生命力，因此将模糊集实际运用于并行工程中的知识协同处置获得了良好的效果【10】。文献【18】提出的一种新的设计知识的表示方法棗资源模型，对资源和资源间的运算

14、关系进展了定义，对多功能小组、义务并行执行、质量管理、知识重用等进展了描画。7、面向并行工程企业的体系构造和组织机制：主要包括人的集成客户、设计者、制造者和管理者、企业各部门功能集成、信息集成及设计、制造工具集成的组织机制。8、并行工程中产品开发过程的管理。9、仿真技术在企业各部门及产品开发过程中的运用。10、质量工程的研讨：主要包括田口(Taguchi)方法、全面质量管理(TQC)及质量功能配置(QFD)。我国的研讨任务主要集中在高校中，据不完全统计如下表所示：单位称号主要研讨方向清华大学面向CE的CAD/CAPP/CAM的集成研讨、DFM等华中理工大学并行设计的零件信息模型、面向CE的设备

15、环境建模等上海交通大学面向CE的集成化设计信息模型及决策信息模型、DFA等北京航空航天大学CE中过程建模、过程管理及通讯技术研讨等西安交通大学CE的过程模型与并行质量评价等西北工业大学并行工程中的模糊知识信息协同方法、QFD等北京理工大学面向CE的协同任务环境等天津大学智能工程知识处置及并行设计支持环境等五、终了语经过对比国内与国外的研讨情况，我们发现目前我国并行工程的研讨任务主要存在以下一些问题：(1)研讨的广度和深度不够：虽然并行工程的研讨任务曾经广泛开展，但是无论从研讨的内容上看，还是从研讨的程度上说都明显存在差距。如：并行工程在本钱和质量上的运用才刚刚起步，与供应商的集成问题还没有提上

16、日程。(2)与并行工程有关的技术适用化不够：在适用技术研讨方面，目前还没有商品化软件诞生，而国外公司如：PTC的Pro?/FONTEngineering、CV的CADDS5曾经推出商品化软件。(3)并行工程的实施队伍不够：由于科研力量薄弱，在研讨上还不能全面开花，并行工程的实施就更是难上加难了。而且，当前国内机械行业在猛烈的市场竞争中经济效益不好，CAD/CAM技术还有待普及，全面实施并行工程还缺乏根本的物质根底。综上所述，并行工程的实施将从根本上改动现行的制造方式，在国外曾经获得了大量的胜利运用，对此我们必需引起高度注重，跟踪世界先进程度开展适宜我国国情的研讨任务，为并行工程在我国的广泛运用

17、打下坚实的根底。主要参考文献W.I. Winner et. “The Role of Concurrent Engineering in Weapons System Acquisition ,IDA Report R-338.AD-A203/615,Dec,1988 Sohlenlus Getal. Concurrent Engineering. Annals of the CIRP,1992,41(2),645655 Paashuis Victor ,Boer Heary. Orgnizing for concurrent engineering: An integration mecha

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