并行设计(ConcurrentDesign) 课件

并行设计

报告：韩东、赵军、奚泉、陈芳芳、张林彬并行设计报告：韩东、赵军、奚泉、陈芳芳、张林彬References秦现生等.并行设计的理论与方法.西北工业大学出版社，2008年5月严隽薇.现代集成制造系统概论.清华大学出版社，2003年9月陈国权.并行设计管理方法与应用.清华大学出版社，1998年12月戴庆辉.先进制造系统.机械工业出版社，2006年1月References秦现生等.并行设计的理论与方法.西北Overview并行设计产生的背景并行设计的基本概念设计阶段对整个产品开发的成本、时间及质量的影响并行设计的特点Overview并行设计产生的背景并行设计产生的背景20世纪50年代~20世纪60年代基于产品功能和成本的竞争——物美价廉20世纪70年代~20世纪80年代增加了对质量的关注20世纪80年代末~20世纪90年代初在质量和成本的基础上增加了产品开发时间并行设计产生的背景20世纪50年代~20世纪60年代产品开发的传统模式——串行产品开发的传统模式——串行产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工装配困难串行产品开发模式产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工串行产品开发模式串行开发模式的重大缺陷忽视了不相邻活动之间的交流和协调，形成以部门利益为重而不考虑全局最优化的“抛过墙式”工作环境；各部门对产品开发整体过程缺乏综合考虑，造成局部最优而非全局最优；上下游矛盾与冲突不能及时得到调解；开发时间加长，成本提高。串行开发模式的重大缺陷忽视了不相邻活动之间的交流和协调，形成

并行设计的产品开发过程方案设计方案设计详细设计工艺设计工装设计详细设计工艺设计产品试制工装设计产品试制预

发

布设

计

信

息反

馈

信

息并行设计周期串行设计周期缩短的时间反馈信息设计信息并行设计的产品开发过程方案设计方案设计详细设计工艺设计工装并行设计的运行模式并行设计的运行模式并行设计(Concurrentdesign）1988年，美国防御分析研究院（IDA），提出并行设计的概念：并行设计是对产品及相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。注：支持过程——包括对制造过程的支持（原材料的获取,中间产品的库存，工艺过程设计，生产计划制定…）和使用过程的支持（产品销售，使用维护，售后服务，产品报废后的处理…）并行设计(Concurrentdesign）

并行设计不是指同时或交错地完成设计和生产任务，而是指对产品及其下游过程进行并行设计，不能随意消除一个完整工程过程中现存的、顺序的、向前传递信息的任一必要阶段。

并行设计是对设计过程的集成，是企业集成的一个侧面，它企图做到的是优化设计，依靠集成各学科专业人员的智慧做到设计一次成功。并行设计的含义并行设计(ConcurrentDesign)，也称并行工程(CE)或同步工程(SimulatneousEngineering)，并行设计不是指同时或交错地完成设计和生产任务设计阶段制造阶段材料采购其它阶段费用

产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成示意图70%6%20%36%7%40%3%18%成本的决定因素实际成本消耗Boothroyd引用福特公司的报告表明，尽管产品设计和工艺费用只占整个产品费用的6%，却影响了总费用的70%以上。设计阶段对产品生命周期的巨大影响设计阶段制造阶段材料采购其它阶段费用产品成本的决定因素构成SohleniusG.以波音公司为例进行分析后指出：一般产品成本的83%以上由产品设计阶段决定，而这一阶段本身所占有的费用仅为产品全部成本的7%以下。决策成本消耗成本产品设计过程设计制造装配与维护O20406080100产品生命周期设计阶段原形制造阶段产品开发过程—成本曲线（波音）设计阶段对产品生命周期的巨大影响SohleniusG.以波音公司为例进行分析后指出：一般产CE的关键技术多功能集成产品开发团队；产品开发的过程建模；产品生命周期数字化建模；产品数字管理；质量功能配置；面向X的设计；CE的关键技术多功能集成产品开发团队；集成产品开发团队来自不同专业背景；统一规划和组织；负责整体产品的开发；团队成员不仅负责本专业的产品开发，并倾听其他开发人员的意见集成产品开发团队来自不同专业背景；团队技术上级支持&有效推行集成协作&合作意识以“客户需求”为导向团队技术上级支持&有效推行群决策的信息支持技术网络信息交流与共享平台+网络信息交流与共享机制‖有效信息交流与共享群决策的信息支持技术网络信息交流与共享平台产品开发过程建模

用数学化的语言、工具和手段，设计、描述并表示出产品的开发过程，形成产品开发的数学模型。产品开发过程建模用数学化的语言、工具和手PDM（ProductDataManagement）产品数字管理CIMdata公司给出的PDM定义是：“PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件，结构，权限信息等）和所有产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术”。PDM（ProductDataManagement狭义

PDM仅管理与工程设计相关的领域内的信息。广义

PDM可以覆盖到整个企业中的产品全生命周期中的信息。PDM狭义PDMPDM系统的体系结构模块化产品信息和过程信息→知识库+数据库PDM系统的体系结构模块化产品信息和过程信息→知识库+数PDM的主要功能数据和文档管理过程和工作流管理产品结构与配置管理设计结构与零部件分类库管理项目管理实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制PDM的主要功能数据和文档管理实现产品的设计与修改过程的跟踪PDM的优点提高设计效率，缩短产品上市时间据调查，传统方式的设计者在查找信息和处理信息上花费30%-70%的时间寻找信息、检索信息等。提高设计与制造数据的准确性、一致性和安全性

PDM系统的版本管理功能能够保证所有参与同一项目的人员采用同一最新数据来工作，避免了设计上的重复和不一致。部门之间的信息共享、信息再利用

PDM的优点提高设计效率，缩短产品上市时间面向X的设计DFX：X代表了产品生命周期中的所有因素，包括制造、装配、拆卸、检测、维护、测试、回收、可靠性、质量、成本、安全性以及环境保护等。面向X的设计DFX：X代表了产品生命周期中的所有因素CE的实施方法团队工作方式技术平台一个完整的公共数据库支持各方面人员进行工作、甚至异地工作的计算机网络系统一套切合实际的计算机仿真模型和软件对设计过程进行并行管理集成并行设计所需要的诸方面的知识、信息和数据实时、在线地在各设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突通过对设计方案的预测、推断产品的制造及使用过程，发现阻碍并行工程实施的问题CE的实施方法团队工作方式集成并行设计所需要的诸方面的知识、

采用多功能团队实现了组织的创新;

在开发过程中实现了过程的创新;

采用信息技术的手段，实现了设计手段的创新。并行设计实现了三个方面的创新采用多功能团队实现了组织的创新;并行设计实现了三个方面的创并行设计三要素管理监控评估过程工程执行度量改进建模............协同环境DFXCAx......CSCWPDM...并行工程组织

环境市场设计装配...工艺加工后勤质量多功能团队（组织创新）开发过程改进与重组（过程创新）协作工具与环境（信息技术手段创新）并行设计三要素管理监控评估过程工程执行度量改进建模.....并行设计的实施效益缩短产品投放市场的时间降低成本将错误限制在设计阶段通过仿真和快速样件实现“一次达到目的”设计时考虑了产品的后续过程，强调了产品的整体成本优化提高质量增强功能的适用性并行设计的实施效益缩短产品投放市场的时间并行设计的应用效益调查公司名称并行工程项目费用与效益研制周期效益质量效益波音武器装备研制（弹道导弹部分）工时费用下降28美元/小时，报价费用下降30%部件与器件的生产准备时间缩短30%；部件设计分析时间缩短90%器材缺陷由12%下降到0.99%，且部件无缺陷运行AT&T新电路包产品修理费用下降40%总过程时间下降46%缺陷减少30%-87%IBM计算机电子产品装配工时费用下降45%设计周期缩短40%工程更改减少，可靠性和可测试性得到保证Hwictt-Packard仪器与设备制造成本下降42%研制周期缩短35%产品外场故障减少60%，废品和返工减少75%并行设计的应用效益调查公司名称并行工程项目费用与效益研制周期并行设计的特点Concurrence并行性：产品设计与其后续相关过程在同一时间框架内并行处理；Constrains约束性：在充分考虑产品设计约束的同时引入其后续相关过程约束；Coordination协调性：对产品设计及其后续相关过程进行统一协调和管理；Consensus一致性：产品设计过程中的所有重大决策都要建立在工作组成员意见一致的基础上；Computerization计算机性：产品设计需要在计算机及其网络系统支持下实现集成和并行。并行设计的特点Concurrence并行性：产品设计与其后CE的特点设计人员的团队化CE的特点设计人员的团队化并行设计应避免的几个误解CE是设计与制造的并行或同步CE是设计活动的并发或并行CE是一种管理模式CE是对其他几种生产模式的否定CE不能称之为生产模式，而是一种新的产品开发模式不是通过简单的并行来缩短产品开发周期,而是通过过程分解、成员之间的信息和知识共享等方法,打破传统的专业壁垒,增加设计活动间的协作,从而获取更高的效益科学的管理思想和先进技术的集成并行设计应避免的几个误解CE是设计与制造的并行或同步CE不能并行设计方法学

也就是把以往的那种序列化的设计→生产→保障研制过程变为并行的、交互作用的综合研制过程，达到缩短研制周期的目的。

并行设计同时设计并行设计方法学也就是把以往的那种序列化的设计并行设计的本质特征★在任务开始进行的早期阶段(规划设计阶段)

就要考虑任务全生命周期内可能出现的各种问题,例如在产品设计阶段就要解决好产品的可加工性、可装配性、可检测性、可维修性以及废弃物处理的方便性和环保问题等★并行设计强调面向任务,要求系统集成,整体优化并行设计的本质特征★在任务开始进行的早期阶段(规划设计阶管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真设计数字化

通过实现产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，促进产品的数字化，提高企业的产品创新能力。设计手段的创新管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程产品的创新——设计过程的创新开发设计（形成过程）生产准备与加工原材料与外购件的采购管理和销售010203040506070对成本的影响所需的工时成本来源：VDI2235

产品形成过程对产品成本的影响

产品的创新——设计过程的创新开发设计生产准备与原材料与管理和◆

CE依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员相互合作，相互信任和共享信息，通过彼此间有效地通讯和交流，尽早考虑产品全生命周期中的各种因素，尽早发现和解决问题，以达到各项工作协调一致。◆

CE的核心是产品及其相关过程（加工工艺、装配、检测、质量控制、销售、售后服务…）设计的集成。CE基本方法◆CE依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员相互合作，相互◆CE方法有别于传统的强调“分工”的管理方式，是一种在更深层次上的集成（人、技术、管理的集成；产品设计及其相关过程设计的集成）。◆

CE效益——缩短新产品开发周期40～60%；提高设计质量（早期生产中工程变更次数减小一半以上，产品报废及反复工作减小75%）；制造成本下降30～40%CE基本方法◆CE方法有别于传统的强调“分工”的管理方式，是一种在更深谢谢大家！谢谢大家！并行设计

报告：韩东、赵军、奚泉、陈芳芳、张林彬并行设计报告：韩东、赵军、奚泉、陈芳芳、张林彬References秦现生等.并行设计的理论与方法.西北工业大学出版社，2008年5月严隽薇.现代集成制造系统概论.清华大学出版社，2003年9月陈国权.并行设计管理方法与应用.清华大学出版社，1998年12月戴庆辉.先进制造系统.机械工业出版社，2006年1月References秦现生等.并行设计的理论与方法.西北Overview并行设计产生的背景并行设计的基本概念设计阶段对整个产品开发的成本、时间及质量的影响并行设计的特点Overview并行设计产生的背景并行设计产生的背景20世纪50年代~20世纪60年代基于产品功能和成本的竞争——物美价廉20世纪70年代~20世纪80年代增加了对质量的关注20世纪80年代末~20世纪90年代初在质量和成本的基础上增加了产品开发时间并行设计产生的背景20世纪50年代~20世纪60年代产品开发的传统模式——串行产品开发的传统模式——串行产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工装配困难串行产品开发模式产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工串行产品开发模式串行开发模式的重大缺陷忽视了不相邻活动之间的交流和协调，形成以部门利益为重而不考虑全局最优化的“抛过墙式”工作环境；各部门对产品开发整体过程缺乏综合考虑，造成局部最优而非全局最优；上下游矛盾与冲突不能及时得到调解；开发时间加长，成本提高。串行开发模式的重大缺陷忽视了不相邻活动之间的交流和协调，形成

并行设计的产品开发过程方案设计方案设计详细设计工艺设计工装设计详细设计工艺设计产品试制工装设计产品试制预

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布设

计

信

息反

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息并行设计周期串行设计周期缩短的时间反馈信息设计信息并行设计的产品开发过程方案设计方案设计详细设计工艺设计工装并行设计的运行模式并行设计的运行模式并行设计(Concurrentdesign）1988年，美国防御分析研究院（IDA），提出并行设计的概念：并行设计是对产品及相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。注：支持过程——包括对制造过程的支持（原材料的获取,中间产品的库存，工艺过程设计，生产计划制定…）和使用过程的支持（产品销售，使用维护，售后服务，产品报废后的处理…）并行设计(Concurrentdesign）

并行设计不是指同时或交错地完成设计和生产任务，而是指对产品及其下游过程进行并行设计，不能随意消除一个完整工程过程中现存的、顺序的、向前传递信息的任一必要阶段。

并行设计是对设计过程的集成，是企业集成的一个侧面，它企图做到的是优化设计，依靠集成各学科专业人员的智慧做到设计一次成功。并行设计的含义并行设计(ConcurrentDesign)，也称并行工程(CE)或同步工程(SimulatneousEngineering)，并行设计不是指同时或交错地完成设计和生产任务设计阶段制造阶段材料采购其它阶段费用

产品成本的决定因素构成及实际成本消耗构成示意图70%6%20%36%7%40%3%18%成本的决定因素实际成本消耗Boothroyd引用福特公司的报告表明，尽管产品设计和工艺费用只占整个产品费用的6%，却影响了总费用的70%以上。设计阶段对产品生命周期的巨大影响设计阶段制造阶段材料采购其它阶段费用产品成本的决定因素构成SohleniusG.以波音公司为例进行分析后指出：一般产品成本的83%以上由产品设计阶段决定，而这一阶段本身所占有的费用仅为产品全部成本的7%以下。决策成本消耗成本产品设计过程设计制造装配与维护O20406080100产品生命周期设计阶段原形制造阶段产品开发过程—成本曲线（波音）设计阶段对产品生命周期的巨大影响SohleniusG.以波音公司为例进行分析后指出：一般产CE的关键技术多功能集成产品开发团队；产品开发的过程建模；产品生命周期数字化建模；产品数字管理；质量功能配置；面向X的设计；CE的关键技术多功能集成产品开发团队；集成产品开发团队来自不同专业背景；统一规划和组织；负责整体产品的开发；团队成员不仅负责本专业的产品开发，并倾听其他开发人员的意见集成产品开发团队来自不同专业背景；团队技术上级支持&有效推行集成协作&合作意识以“客户需求”为导向团队技术上级支持&有效推行群决策的信息支持技术网络信息交流与共享平台+网络信息交流与共享机制‖有效信息交流与共享群决策的信息支持技术网络信息交流与共享平台产品开发过程建模

用数学化的语言、工具和手段，设计、描述并表示出产品的开发过程，形成产品开发的数学模型。产品开发过程建模用数学化的语言、工具和手PDM（ProductDataManagement）产品数字管理CIMdata公司给出的PDM定义是：“PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件，结构，权限信息等）和所有产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术”。PDM（ProductDataManagement狭义

PDM仅管理与工程设计相关的领域内的信息。广义

PDM可以覆盖到整个企业中的产品全生命周期中的信息。PDM狭义PDMPDM系统的体系结构模块化产品信息和过程信息→知识库+数据库PDM系统的体系结构模块化产品信息和过程信息→知识库+数PDM的主要功能数据和文档管理过程和工作流管理产品结构与配置管理设计结构与零部件分类库管理项目管理实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制PDM的主要功能数据和文档管理实现产品的设计与修改过程的跟踪PDM的优点提高设计效率，缩短产品上市时间据调查，传统方式的设计者在查找信息和处理信息上花费30%-70%的时间寻找信息、检索信息等。提高设计与制造数据的准确性、一致性和安全性

PDM系统的版本管理功能能够保证所有参与同一项目的人员采用同一最新数据来工作，避免了设计上的重复和不一致。部门之间的信息共享、信息再利用

PDM的优点提高设计效率，缩短产品上市时间面向X的设计DFX：X代表了产品生命周期中的所有因素，包括制造、装配、拆卸、检测、维护、测试、回收、可靠性、质量、成本、安全性以及环境保护等。面向X的设计DFX：X代表了产品生命周期中的所有因素CE的实施方法团队工作方式技术平台一个完整的公共数据库支持各方面人员进行工作、甚至异地工作的计算机网络系统一套切合实际的计算机仿真模型和软件对设计过程进行并行管理集成并行设计所需要的诸方面的知识、信息和数据实时、在线地在各设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突通过对设计方案的预测、推断产品的制造及使用过程，发现阻碍并行工程实施的问题CE的实施方法团队工作方式集成并行设计所需要的诸方面的知识、

采用多功能团队实现了组织的创新;

在开发过程中实现了过程的创新;

采用信息技术的手段，实现了设计手段的创新。并行设计实现了三个方面的创新采用多功能团队实现了组织的创新;并行设计实现了三个方面的创并行设计三要素管理监控评估过程工程执行度量改进建模............协同环境DFXCAx......CSCWPDM...并行工程组织

环境市场设计装配...工艺加工后勤质量多功能团队（组织创新）开发过程改进与重组（过程创新）协作工具与环境（信息技术手段创新）并行设计三要素管理监控评估过程工程执行度量改进建模.....并行设计的实施效益缩短产品投放市场的时间降低成本将错误限制在设计阶段通过仿真和快速样件实现“一次达到目的”设计时考虑了产品的后续过程，强调了产品的整体成本优化提高质量增强功能的适用性并行设计的实施效益缩短产品投放市场的时间并行设计的应用效益调查公司名称并行工程项目费用与效益研制周期效益质量效益波音武器装备研制（弹道导弹部分）工时费用下降28美元/小时，报价费用下降30%部件与器件的生产准备时间缩短30%；部件设计分析时间缩短90%器材缺陷由12%下降到0.99%，且部件无缺陷运行AT&T新电路包产品修理费用下降40%总过程时间下降46%缺陷减少30%-87%IBM计算机电子产品装配工时费用下降45%设计周期缩短40%工程更改减少，可靠性和可测试性得到保证Hwictt-Packard仪器与设备制造成本下降42%研制周期缩短35%产品外场故障减少60%，废品和返工减少75%并行设计的应用效益调查公司名称并行工程项目费用与效益研制周期并行设计的特点Concurrence并行性：产品设计与其后续相关过程在同一时间框架内并行处理；Constrains约束性：在充分考虑产品设计约束的同时引入其后续相关过程约束；Coordination协调性：对产品设计及其后续相关过程进行统一协调和管理；Consensus一致性：产品设计过程中的所有重大决策都要建立在工作组成员意见一致的基础上；Computerization计算机性：产品设计需要在计算机及其网络系统支持下实现集成和并行。并行设计的特点Concurrence并行性：产品设计与其后CE的特点设计人员的团队化CE的特点设计人员的团队化并行设计应避免的几个误解CE是设计与制造的并行或同步CE是设计活动的并发或并行CE是一种管理模式CE是对其他几种生产模式的否定CE不能称之为生产模式，而是一种新的产品开发模式不是通过简单的并行来缩短产品开发周期,而是通过过程分解