并行工程CE—ConcurrentEngineering

并行工程1并行工程的提出傳統的機械產品設計一般要經過產品設計和工藝設計2個順次執行的設計流程，在產品設計完成后，開始工藝過程的設計。這種設計方法往往由于設計人員的知識范圍所限，一般在工藝設計過程中，要對產品設計中工藝無法保證的部件進行重新設計，在產品試制后，對發現的問題，產品設計要更改，所以，工藝又需要重新設計。該設計的流程圖如圖1所示。傳統設計的這種順序工程的大循環，導致設計成功率和效率均偏低，產品成型時間長。傳統設計并行工程的提出傳統的機械產品設計一般要經過產品設計和工藝設計2現代設計現代產品更新換代周期短。要求新產品開發的周期短，因此，迫切需要一種新的開發模式，能夠使產品設計和工藝設計時間短，同時，在設計過程中，要改變這種設計的大循環，變成各個不斷設計的小循環。新產品開發方式需要從順序工程(SequentialEngineering)向并行工程(ConcurrentEngineering，CE)轉變，并行工程可以并行處理各階段的工作，根據項目中不同任務之間關聯性的不同，各部分子任務的工作過程可以部分重疊或完全重疊，根據這些原則，制定一個合理、優化的工作計劃，并在其中必要位置設置考核點，由項目工作組具體落實，使各子任務并行、有序地向前推進，以保證整個項目的順利實施。該設計方法，能夠快速地制造出市場需求的產品，因此面向并行工程的產品設計方法成為研究熱點。現代設計現代產品更新換代周期短。要求新產品開發的周期短，因此3并行工程的定義1988年美國國家防御分析研究所（IDA—InstituteofDefenseAnalyze）完整地提出了并行工程（CE—ConcurrentEngineering）的概念，即“并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法。這種方法要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。國際上被廣泛接受的并行工程定義是：“并行工程CE是一種系統的集成方法，它采用并行方法處理產品設計及其相關過程(包括制造過程和支持過程)，這種方法可以使產品開發人員從一開始就能考慮到產品從概念設計到消亡的整個生命周期里的所有因素，包括質量、成本、進度及用戶需求。”從此可以看出，并行工程力圖使產品開發人員一開始就考慮到產品開發生命周期(從產品概念設計到產品報廢)，它把產品開發的各個活動看成是一個整體、集成的過程，從全局優化的角度出發，在設計階段綜合考慮產品生命周期中制造、裝配和測試等環節，及時全面評價產品的設計，反饋改進意見和改進產品設計，使設計時間明顯縮短，設計成功的幾率增加，以期達到降低產品設計成本，提高產品質量和縮短開發周期的目的。并行工程的定義1988年美國國家防御分析研究所（IDA—In4并行工程的目標：為提高質量、降低成本、縮短產品開發周期和產品上市時間。并行工程的目標：5并行工程在實現上述目標中，主要通過以下方法：設計質量改進──使早期生產中工程變更次數減少50％以上；產品設計及其相關過程并行──使產品開發周期縮短40％～60％；產品設計及其制造過程一體化──使制造成本降低30％～40％。并行工程在實現上述目標中，主要通過以下方法：6并行工程的歷史80年代前，并行工程在我國計劃經濟時代就已經有了很多成功范例，如找石油，原子彈，航天工程等等，并被成為社會主義優越性的表現之一，只不過當時沒有起名叫并行工程罷了。并行工程自20世紀80年代提出以來，美國、歐共體和日本等發達國家均給予了高度重視，成立研究中心，并實施了一系列以并行工程為核心的政府支持計劃。很多大公司，如麥道公司、波音公司、西門子、IBM等也開始了并行工程實踐的嘗試，并取得了良好效果。進入90年代，并行工程引起我國學術界的高度重視，成為我國制造業和自動化領域的研究熱點，一些研究院、所和高等院校均開始進行一些有針對性的研究工作。1995年“并行工程”正式作為關鍵技術列入863/CIMS研究計劃，有關工業部門設立小型項目資助并行工程技術的預研工作。國內部分企業也開始運用并行工程的思想和方法來縮短產品開發周期、增強競爭能力。但是，無論從技術研究還是企業實踐上，我國都落后于國際先進水平十年左右，許多工作仍處在探索階段。并行工程的歷史80年代前，并行工程在我國計劃經7國外并行工程的發展·1988年，美國防御分析研究所以武器生產為背景，對傳統的生產模式進行了分析，首次提出了并行工程的概念。特別是美國國防部高級房屋研究項目局與1988年7月在西弗吉尼亞大學投資4~5億美元組建CERC，致力于設計、開發和推廣CE使能技術，以提高產品的開發能力。·1986年-1992年，是并行工程的研究與初步嘗試階段。美國國防部支持的DARPA/DICE計劃，歐洲的ESPRITII&III計劃，日本的IMS計劃等都進行了并行工程的研究。·1995年至今是新的發展階段。從理論向實用化方向發展并取得了明顯的成效。國外并行工程的發展·1988年，美國防御8并行工程的研究范圍一般包括：①并行工程管理與過程控制技術，②并行設計技術，③快速制造技術。并行工程的研究范圍一般包括：9并行工程的特征1.并行交叉它強調產品設計與工藝過程設計、生產技術準備、采購、生產等種種活動并行交叉進行。并行交叉有兩種形式：一是按部件并行交叉，即將一個產品分成若干個部件，使各部件能并行交叉進行設計開發；二是對每單個部件，可以使其設計、工藝過程設計、生產技術準備、采購、生產等各種活動盡最大可能并行交叉進行。需要注意的是，并行工程強調各種活動并行交叉，并不是也不可能違反產品開發過程必要的邏輯順序和規律，不能取消或越過任何一個必經的階段，而是在充分細分各種活動的基礎上，找出各子活動之間的邏輯關系，將可以并行交叉的盡量并行交叉進行。2.盡早開始工作正因為強調各活動之間的并行交叉，以及并行工程為了爭取時間，所以它強調人們要學會在信息不完備情況下就開始工作。因為根據傳統觀點，人們認為只有等到所有產品設計圖紙全部完成以后才能進行工藝設計工作，所有工藝設計圖完成后才能進行生產技術準備和采購，生產技術準備和采購完成后才能進行生產。正因為并行工程強調將各有關活動細化后進行并行交叉，因此很多工作要在我們傳統上認為信息不完備的情況下進行。并行工程的特征1.并行交叉10并行工程具有以下特點：●強調團隊工作（Teamwork）精神和工作方式；●強調設計過程的并行性；●強調設計過程的系統性；●強調設計過程的快速“短”反饋；并行工程具有以下特點：●強調團隊工作（Teamwork）11并行工程本質特點：1.并行工程強調面向過程（process-oriented）和面向對象（object-oriented）2.并行工程強調系統集成與整體優化并行工程本質特點：1.并行工程強調面向過程（process-12并行工程采用的技術支撐(1)計算機輔助工程(CAX)技術隨著計算機技術的發展，形成了一批先進的CAX技術，例如，計算機輔助設計CAD、計算機輔助分析CAE、計算機輔助制造CAM、計算機輔助工藝分析CAPP及CAD／CAE／CAM／CAPP集成技市，成為順利實施并行工程非常重要的工具。并行工程中CAX之間的交互是動態的、隨機的、雙向的，這種集成式的互動要比單一的CAX應用更頻繁、更復雜。它需要大型的具有公共接口和無縫集成的數據庫作為地層的支撐結構。另外，在產品設計階段，產品的各種信息是不完全確定的，因此，需要有能夠實時動態改變的模型，所有的CAD／CAE／CAM／CAPP分析都在此模型上完成，在該模型上，能夠對各種不同的參數進行修正，即可以進行產品的優化設計，從而設計出符合功能需求的，能夠符合工程中制造要求的，成本較低的產品。在CAX的集成過程中，最重要是數據接口設計，這個數據接口，需要能夠連接不同的軟件，讓所有CAX都能夠共用。同時，對數據的理解要相同，現在，大部分CAX軟件都已經有了一些公共的產品數據接口能夠與其它軟件進行數據交換。CAX軟件這種共用接口的特性，能夠為PDM中與多個應用程序進行數字通訊提供了實現的基礎。并行工程采用的技術支撐(1)計算機輔助工程(CAX)技術13(2)DFX技術并行工程要求在設計過程中及早考慮后續過程對設計施加的約束，使設計結果便于后續過程的實施，要盡早發現問題而避免返工。這類技術稱為面向產品生命周期(DFX)的設計技術。是設計方法論和設計支持技術的重要研究內容之一，是產品開發的有效方法和技術，DFX是一種設計方法論，它是面向制造設計(DFM)，面向裝配設計(DFZ)，面向測試設計(DFT)，面向成本設計(DFC)和面向質量設計(DFQ)等技術的統稱。DFX本身不直接產生設計方案，而是設計評價分析方法總集，它為設計提供了設計依據和設計目標。其主要內涵是要求在設計過程中盡早考慮后續階段，如加工、裝配、測試、性能和造價等方面對設計施加的設計約束，使設計的產品易加工、易裝配、性能好、造價低。以往的傳統設計，當產品設計完畢再進行過程設計，這樣，往往設計周期長，且設計的產品都不會達到設計的最優，而采用DFX方法強調產品設計和過程設計同時進行，因此，可以明顯縮短設計周期，而且有可能達到設計的最優。(2)DFX技術14(3)PDM技術產品數據管理(PDM)技術是產品數據共享與過程管理技術，是并行工程的基礎平臺。PDM技術的核心思想是數據共享、人員協同、過程優化和功能集成。PDM的目的是對并行工程中的共享數據進行統一的規范管理，保證全局數據的一致性，提供統一的數據庫和友好界面，使多個功能小組能在一個統一的設計環境下工作，而不必關心應用程序在什么平臺上以及數據的物理位置。由于在不同的應用系統中數據的表現形式各異，作為信息集成平臺，PDM將所有與產品有關的信息和過程(從產品的概念設計階段、產品設計階段、工藝流程設計、制造階段、維修直至產品報廢的整個生命周期相關的數據)集成于一體，在PDM集成平臺下，各個單元系統不再直接進行數據信息交換，各個不同軟件間數據交換是通過在PDM平臺上完成的──與其他軟件的數據交換是在PDM系統的屏蔽之下，由PDM系統來完成的。(3)PDM技術PDM的目的是對并行工程中的共享數據進行統一15豐田汽車公司的并行工程系統規劃車型設計產品設計生產準備生產財務.會計Finance/Accounting開發期LengthofDevelopmentTime規劃Planning

車形設計Stylingdesign

Engineering產品設計DesignPrototypeFabrication&Testing試制評價Productionengineering生產準備生產Production零部件廠家PartssuppliersProductionengineeringProduction規劃Planning車形設計Stylingdesign產品設計EngineeringDesign試制.評價PrototypeFabrication&Testing生產準備生產試制評價豐田汽車公司的并行工程系統規劃車型設計產品設計生產準備生產財16在開發和設計的工作中，正確的文檔應該在正確的時候送到正確的地方需求功能圖計算資料產品目錄標準圖紙零件表準則規格說明書材料表工具單DINISO在開發和設計的工作中，正確的文檔應該在正確的時候送到正確的地17

重要工作查找通知檢查歸檔分類設計計算繪圖建立零件表修改利用PDM可以大大簡化開發和設計工作圖紙管理文檔管理零件分類產品結構管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文檔保存基于PDM的系統解決方案零件管理重要工作利用PDM可以大大簡化開發和設計工作18產品數據管理（PDM）的原理M-CADE-CADCAPPFEMDTPPDMClientPDMClientPDMClientMetadaten文件系統文檔PDMServerDBServer數據庫產品數據管理（PDM）的原理M-CADE-CADCAPPFE19利用PDM實現異地設計PDMServerInternet/LAN/WANClientLocalFilesFilesDBFilesDBFilesDB利用PDM實現異地設計PDMInternet/LAN20PDM系統中工作流管理PDM系統中工作流管理21(4)并行工程系統建模在并行工程的設計中，要不斷對產品的各個階段進行評價，不斷提供反饋信息，一般的評價(見圖2)可以從2個方面來評價產品的可制造性。一個是從技術的角度來評價，它體現了制造功能的約束(如能否在本廠的設備上制造，在本國內能否外協加工等)；另一個是從經濟的角度來評價，這個設計的目標是為了使產品更好地適應市場需求。這兩方面的評價標準、技術標準由可加工性與可裝配性兩方面組成，而經濟性標準由時間與成本兩方面組成。在并行工程中產品的設計階段就考慮制造因素，使產品設計和工藝設計同時進行，無論在產品的初規方案設計或詳細設計階段都要及時地進行產品可加工性及可裝配性的評價并生成合適的工藝。(4)并行工程系統建模22除了上述關鍵技術之外，還有并行工程集成框架和并行工程中沖突消解及知識處理、協同技術以及質量工程研究等各種分析手段。對于一個復雜產品設計系統，各個支撐環境相互配合工作，有項目組長協調以及成員的配合，才能最終保證并行工程的總目標實現。除了上述關鍵技術之外，還有并行工程集成框架和并23基于并行工程的開發模式基于并行工程的開發模式24并行工程在先進制造技術中的地位與作用并行工程在先進制造技術中具有承上啟下的作用，這主要體現在兩個方面：1.并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、信息技術的優秀成果，使其成為先進制造技術中的基礎。2.在并行工程中為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展方向是虛擬制造（VM?/FONT>VirtualManufacturing）。所謂虛擬制造又叫擬實制造，它利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。并行工程在先進制造技術中的地位與作用并行工程在先進制造技術中25國內、外并行工程的應用概況國外：例如：美國佛杰尼亞大學并行工程研究中心應用并行工程開發新型飛機，使機翼的開發周期縮短了60％（由以往的18個月減至7個月）；美國Mercury計算機聯合開發公司在開發40-MHzInteli860微處理芯片時，運用并行工程方法，使產品從開始設計到被消費者檢驗合格由原來125天減少到90天；美國HP公司采用并行工程方法設計制造的54600型100-MHz波段示波器，在性能及價格上都優于亞洲最好的產品，研制周期卻縮短了1/3；美國的愛國者防空導彈系統也是80年代后期運用并行工程方法迅速研制成功的。美國波音公司在1994年向全世界宣布，波音777飛機采用并行工程的方法，大量使用CAD/CAM技術，實現了無紙化生產，試飛一次成功，并且比按傳統方法生產節約時間近50％。德國西門子公司下屬的公共通訊網絡集團（SimensAG,PublicCommunicationNetworkGroup）在開發復雜電子系統的核心子系統過程中，采用了并行工程的方法，取得了顯著的效果，在仿真階段共提出320份報告，發現并糾正了許多錯誤。國內、外并行工程的應用概況國外：26案例1：如美國洛克希德(Lockheed)導彈與空間公司(LMSC)于1992年10月接受了美國國防部(DOD)用于“戰區高空領域防御”(Thaad)的新型號導彈開發，該公司的導彈開發一般需要5年時間，而采用并行工程的方法，最終將產品開發周期縮短60%。具體的實行如下：·改進產品開發流程。在項目工作的前期，LMSC花費了大量的精力對Thaad開發中的各個過程進行分析，并優化這些過程和開發過程支持系統。采用集成化的并行設計方法。·實現信息集成與共享。在設計和實驗階段，一些設計、工程變更、試驗和實驗等數據，所有相關的數據都要進入數據庫。并各應用系統之間必須達到有效的信息集成與共享。·利用產品數據管理系統輔助并行設計。LMSC采用了一個成熟的工程數據管理系統輔助并行化產品開發。通過支持設計和工程信息及其使用的7個基本過程(數據獲取、存儲、查詢、分配、檢查和標記、工作流管理及產品配置管理)，來有效地管理它的工程數據。CE帶來的效益：導彈開發周期由過去的5年縮短到24個月，產品開發周期縮短60%。大大縮短了設計評審與檢查的時間(一般情況下僅需3h)，并且提高了檢查和設計的質量。案例1：27案例2：另外，像Siemens重型雷達設備也采用并行工程來改進產品質量及縮短開發周期。其實施有6個方面的要求：·建立“一次開發成功”團隊和技術中心;·開發一種新的設計過程控制工具來跟蹤循環中的時間延遲，消除無效的等待時間;·引入IDEF建模系統，使工程師在建模過程中質疑并改進;·過程控制工具。其軟件包含獲得每個通過設計中心的設計文件的歷史資料以及記錄DCI的根本原因;·采用1個在線系統要求對取消DCI負責的工程管理員寫出詳細原因;·將產品設計小組和產品測試小組合并為數字小組，并在以后負責開發測試，測試考慮則將成為設計過程的一部分。案例2：28案例3：ABB(瑞士)火車運輸系統建立了支持CE的計算機系統、可互操作的網絡系統和一致的產品數據模型，組織了設計和制造過程的團隊，并應用仿真技術。應用并行工程后大大縮短了產品開發的周期。過去從合同簽訂到交貨需3~4年，現在僅用3~18個月，對于東南亞的顧客，可在12個月內交貨。整個產品開發周期縮短25%~33%，其中從用戶需求到測試平臺需6個月，縮短了50%。案例3：29如表所示，其他一些公司應用并行工程后也產生了巨大的經濟效益。案例成本庫存生產周期開發周期勞動生產率HP公司降低4％降低7％降低9％縮短3％上升30％AT&T

降低6％縮短8％

上升23％麥道公司

縮短2％

迪爾公司降低30％降低60～70％

縮短6％

如表所示，成本庫存生產周期開發周期勞動生產率HP公司降低4％30我國并行工程的發展與應用CE在中國的研究與應用分為以下幾個階段：·1992年前是并行工程的預研階段，863/CIMS年度計劃和國家自然科學基金資助了一些并行工程相關技術的研究課題，如面向產品設計的智能DFM，并行設計方法研究，產品開發過程建模與仿真技術研究等。·1993年，863/CIMS主題組織清華大學、北航、上海交大、華工和航天204所等單位，組成CE可行性論證小組，提出在CIMS實驗工程的基礎上開展CE的攻關研究。·1995年5月，863/CIMS主題重大關鍵技術攻關項目“并行工程”正式立項，投入大量資金開展CE方法、關鍵技術和應用實施的研究。·1995年5月-1997年12月，進行了“并行工程”項目的攻關研究。1998年至今，“并行工程”已有攻關成果并進一步深入研究，應用于航天等領域。我國并行工程的發展與應用CE在中國的研究與應用分為以下幾個31國內：在國家科技部和863/CIMS主題專家組的領導下，1995年7月由清華大學、華中理工大學、北京航空航天大學、上海交通大學和航天工業總公司二院5個單位人員組成“863/CIMS關鍵技術攻關棗并行工程”的技術攻關隊伍，以航天總公司二院的復雜結構件為應用背景，開展并行工程關鍵技術的研究與應用。經過近兩年的攻關，終于取得了重大進展。該項目在應用上有特色，在某些關鍵技術上已經達到國際先進水平，目前，該項目已經通過鑒定。國內：32范例1：西安飛機工業(集團)有限公司在已有軟件系統的基礎上，開發支持飛機內裝飾并行工程的系統工具，包括：適用于飛機內裝飾的CAID系統、DEA系統和模具的CAD/CAE/CAM系統。如Y7-200A內裝飾設計制造并行工程。通過了過程建模與PDM實施，工業設計，DFA，并行工程環境下的模具CAD/CAM，飛機客艙內裝飾數字化定義等技術手段。Y7-700A飛機內裝飾工程中，研制周期從1.5年縮短到1年，減少設計更改60%以上，降低產品研制成本20%以上。范例1：33范例2：以波音737-700垂直尾翼轉包生產為例，研制周期縮短3個月;節約工裝引進費用370萬美元;減少樣板1165塊，合計人民幣50萬元;減少標工、二類工裝23項，合計人民幣125萬元;減少過渡模136項，合計人民幣68萬元;提高數控編程速度4~6倍，減少數控零件試切時間40%;工藝設計效率提高1.5倍等。范例2：34范例3：齊齊哈爾鐵路車輛并行工程中改進后的棚車開發流程。其改進的措施包括：在產品開發的早期階段，就能夠充分考慮沖壓件、鑄鋼件等零件的可制造性問題和鐵路貨車的結構強度、剛度及動力學品質等產品性能問題，從而能夠盡量減少設計錯誤，提高設計質量;同時增加DFX，使得在產品設計階段即可考慮產品加工、裝配和工藝等問題，提高一次設計成功的可能性。實現工藝和工裝的并行開發，精簡設計過程;制造系統與產品開發過程不構成大循環，從而縮短產品開發周期，提高產品質量與水平。范例3：35我國并行工程存在的問題目前還存在以下一些問題：

(1)研究的廣度和深度不夠：雖然并行工程的研究工作已經廣泛開展，但是無論從研究的內容上看，還是從研究的水平上說都明顯存在差距。如：并行工程在成本和質量上的應用才剛剛起步，與供應商的集成問題還沒有提上日程。

(2)與并行工程有關的技術實用化不夠：在實用技術研究方面，目前還沒有商品化軟件誕生，而國外公司已經推出商品化軟件（如：PTC的Pro-Engineering、CV的CADDS5）。

(3)并行工程的實施隊伍不夠：由于科研力量薄弱，在研究上還不能全面開花，并行工程的實施就更是難上加難了。而且，當前國內機械行業在激烈的市場競爭中經濟效益不好，CAD/CAM技術還有待普及，全面實施并行工程還缺乏基本的物質基礎。我國并行工程存在的問題目前還存在以下一些問題：

(1)研究36計算機輔助工程(CAX)-上海開放大學課件37并行工程CE—ConcurrentEngineering

并行工程38并行工程的提出傳統的機械產品設計一般要經過產品設計和工藝設計2個順次執行的設計流程，在產品設計完成后，開始工藝過程的設計。這種設計方法往往由于設計人員的知識范圍所限，一般在工藝設計過程中，要對產品設計中工藝無法保證的部件進行重新設計，在產品試制后，對發現的問題，產品設計要更改，所以，工藝又需要重新設計。該設計的流程圖如圖1所示。傳統設計的這種順序工程的大循環，導致設計成功率和效率均偏低，產品成型時間長。傳統設計并行工程的提出傳統的機械產品設計一般要經過產品設計和工藝設計39現代設計現代產品更新換代周期短。要求新產品開發的周期短，因此，迫切需要一種新的開發模式，能夠使產品設計和工藝設計時間短，同時，在設計過程中，要改變這種設計的大循環，變成各個不斷設計的小循環。新產品開發方式需要從順序工程(SequentialEngineering)向并行工程(ConcurrentEngineering，CE)轉變，并行工程可以并行處理各階段的工作，根據項目中不同任務之間關聯性的不同，各部分子任務的工作過程可以部分重疊或完全重疊，根據這些原則，制定一個合理、優化的工作計劃，并在其中必要位置設置考核點，由項目工作組具體落實，使各子任務并行、有序地向前推進，以保證整個項目的順利實施。該設計方法，能夠快速地制造出市場需求的產品，因此面向并行工程的產品設計方法成為研究熱點。現代設計現代產品更新換代周期短。要求新產品開發的周期短，因此40并行工程的定義1988年美國國家防御分析研究所（IDA—InstituteofDefenseAnalyze）完整地提出了并行工程（CE—ConcurrentEngineering）的概念，即“并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法。這種方法要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求。國際上被廣泛接受的并行工程定義是：“并行工程CE是一種系統的集成方法，它采用并行方法處理產品設計及其相關過程(包括制造過程和支持過程)，這種方法可以使產品開發人員從一開始就能考慮到產品從概念設計到消亡的整個生命周期里的所有因素，包括質量、成本、進度及用戶需求。”從此可以看出，并行工程力圖使產品開發人員一開始就考慮到產品開發生命周期(從產品概念設計到產品報廢)，它把產品開發的各個活動看成是一個整體、集成的過程，從全局優化的角度出發，在設計階段綜合考慮產品生命周期中制造、裝配和測試等環節，及時全面評價產品的設計，反饋改進意見和改進產品設計，使設計時間明顯縮短，設計成功的幾率增加，以期達到降低產品設計成本，提高產品質量和縮短開發周期的目的。并行工程的定義1988年美國國家防御分析研究所（IDA—In41并行工程的目標：為提高質量、降低成本、縮短產品開發周期和產品上市時間。并行工程的目標：42并行工程在實現上述目標中，主要通過以下方法：設計質量改進──使早期生產中工程變更次數減少50％以上；產品設計及其相關過程并行──使產品開發周期縮短40％～60％；產品設計及其制造過程一體化──使制造成本降低30％～40％。并行工程在實現上述目標中，主要通過以下方法：43并行工程的歷史80年代前，并行工程在我國計劃經濟時代就已經有了很多成功范例，如找石油，原子彈，航天工程等等，并被成為社會主義優越性的表現之一，只不過當時沒有起名叫并行工程罷了。并行工程自20世紀80年代提出以來，美國、歐共體和日本等發達國家均給予了高度重視，成立研究中心，并實施了一系列以并行工程為核心的政府支持計劃。很多大公司，如麥道公司、波音公司、西門子、IBM等也開始了并行工程實踐的嘗試，并取得了良好效果。進入90年代，并行工程引起我國學術界的高度重視，成為我國制造業和自動化領域的研究熱點，一些研究院、所和高等院校均開始進行一些有針對性的研究工作。1995年“并行工程”正式作為關鍵技術列入863/CIMS研究計劃，有關工業部門設立小型項目資助并行工程技術的預研工作。國內部分企業也開始運用并行工程的思想和方法來縮短產品開發周期、增強競爭能力。但是，無論從技術研究還是企業實踐上，我國都落后于國際先進水平十年左右，許多工作仍處在探索階段。并行工程的歷史80年代前，并行工程在我國計劃經44國外并行工程的發展·1988年，美國防御分析研究所以武器生產為背景，對傳統的生產模式進行了分析，首次提出了并行工程的概念。特別是美國國防部高級房屋研究項目局與1988年7月在西弗吉尼亞大學投資4~5億美元組建CERC，致力于設計、開發和推廣CE使能技術，以提高產品的開發能力。·1986年-1992年，是并行工程的研究與初步嘗試階段。美國國防部支持的DARPA/DICE計劃，歐洲的ESPRITII&III計劃，日本的IMS計劃等都進行了并行工程的研究。·1995年至今是新的發展階段。從理論向實用化方向發展并取得了明顯的成效。國外并行工程的發展·1988年，美國防御45并行工程的研究范圍一般包括：①并行工程管理與過程控制技術，②并行設計技術，③快速制造技術。并行工程的研究范圍一般包括：46并行工程的特征1.并行交叉它強調產品設計與工藝過程設計、生產技術準備、采購、生產等種種活動并行交叉進行。并行交叉有兩種形式：一是按部件并行交叉，即將一個產品分成若干個部件，使各部件能并行交叉進行設計開發；二是對每單個部件，可以使其設計、工藝過程設計、生產技術準備、采購、生產等各種活動盡最大可能并行交叉進行。需要注意的是，并行工程強調各種活動并行交叉，并不是也不可能違反產品開發過程必要的邏輯順序和規律，不能取消或越過任何一個必經的階段，而是在充分細分各種活動的基礎上，找出各子活動之間的邏輯關系，將可以并行交叉的盡量并行交叉進行。2.盡早開始工作正因為強調各活動之間的并行交叉，以及并行工程為了爭取時間，所以它強調人們要學會在信息不完備情況下就開始工作。因為根據傳統觀點，人們認為只有等到所有產品設計圖紙全部完成以后才能進行工藝設計工作，所有工藝設計圖完成后才能進行生產技術準備和采購，生產技術準備和采購完成后才能進行生產。正因為并行工程強調將各有關活動細化后進行并行交叉，因此很多工作要在我們傳統上認為信息不完備的情況下進行。并行工程的特征1.并行交叉47并行工程具有以下特點：●強調團隊工作（Teamwork）精神和工作方式；●強調設計過程的并行性；●強調設計過程的系統性；●強調設計過程的快速“短”反饋；并行工程具有以下特點：●強調團隊工作（Teamwork）48并行工程本質特點：1.并行工程強調面向過程（process-oriented）和面向對象（object-oriented）2.并行工程強調系統集成與整體優化并行工程本質特點：1.并行工程強調面向過程（process-49并行工程采用的技術支撐(1)計算機輔助工程(CAX)技術隨著計算機技術的發展，形成了一批先進的CAX技術，例如，計算機輔助設計CAD、計算機輔助分析CAE、計算機輔助制造CAM、計算機輔助工藝分析CAPP及CAD／CAE／CAM／CAPP集成技市，成為順利實施并行工程非常重要的工具。并行工程中CAX之間的交互是動態的、隨機的、雙向的，這種集成式的互動要比單一的CAX應用更頻繁、更復雜。它需要大型的具有公共接口和無縫集成的數據庫作為地層的支撐結構。另外，在產品設計階段，產品的各種信息是不完全確定的，因此，需要有能夠實時動態改變的模型，所有的CAD／CAE／CAM／CAPP分析都在此模型上完成，在該模型上，能夠對各種不同的參數進行修正，即可以進行產品的優化設計，從而設計出符合功能需求的，能夠符合工程中制造要求的，成本較低的產品。在CAX的集成過程中，最重要是數據接口設計，這個數據接口，需要能夠連接不同的軟件，讓所有CAX都能夠共用。同時，對數據的理解要相同，現在，大部分CAX軟件都已經有了一些公共的產品數據接口能夠與其它軟件進行數據交換。CAX軟件這種共用接口的特性，能夠為PDM中與多個應用程序進行數字通訊提供了實現的基礎。并行工程采用的技術支撐(1)計算機輔助工程(CAX)技術50(2)DFX技術并行工程要求在設計過程中及早考慮后續過程對設計施加的約束，使設計結果便于后續過程的實施，要盡早發現問題而避免返工。這類技術稱為面向產品生命周期(DFX)的設計技術。是設計方法論和設計支持技術的重要研究內容之一，是產品開發的有效方法和技術，DFX是一種設計方法論，它是面向制造設計(DFM)，面向裝配設計(DFZ)，面向測試設計(DFT)，面向成本設計(DFC)和面向質量設計(DFQ)等技術的統稱。DFX本身不直接產生設計方案，而是設計評價分析方法總集，它為設計提供了設計依據和設計目標。其主要內涵是要求在設計過程中盡早考慮后續階段，如加工、裝配、測試、性能和造價等方面對設計施加的設計約束，使設計的產品易加工、易裝配、性能好、造價低。以往的傳統設計，當產品設計完畢再進行過程設計，這樣，往往設計周期長，且設計的產品都不會達到設計的最優，而采用DFX方法強調產品設計和過程設計同時進行，因此，可以明顯縮短設計周期，而且有可能達到設計的最優。(2)DFX技術51(3)PDM技術產品數據管理(PDM)技術是產品數據共享與過程管理技術，是并行工程的基礎平臺。PDM技術的核心思想是數據共享、人員協同、過程優化和功能集成。PDM的目的是對并行工程中的共享數據進行統一的規范管理，保證全局數據的一致性，提供統一的數據庫和友好界面，使多個功能小組能在一個統一的設計環境下工作，而不必關心應用程序在什么平臺上以及數據的物理位置。由于在不同的應用系統中數據的表現形式各異，作為信息集成平臺，PDM將所有與產品有關的信息和過程(從產品的概念設計階段、產品設計階段、工藝流程設計、制造階段、維修直至產品報廢的整個生命周期相關的數據)集成于一體，在PDM集成平臺下，各個單元系統不再直接進行數據信息交換，各個不同軟件間數據交換是通過在PDM平臺上完成的──與其他軟件的數據交換是在PDM系統的屏蔽之下，由PDM系統來完成的。(3)PDM技術PDM的目的是對并行工程中的共享數據進行統一52豐田汽車公司的并行工程系統規劃車型設計產品設計生產準備生產財務.會計Finance/Accounting開發期LengthofDevelopmentTime規劃Planning

車形設計Stylingdesign

Engineering產品設計DesignPrototypeFabrication&Testing試制評價Productionengineering生產準備生產Production零部件廠家PartssuppliersProductionengineeringProduction規劃Planning車形設計Stylingdesign產品設計EngineeringDesign試制.評價PrototypeFabrication&Testing生產準備生產試制評價豐田汽車公司的并行工程系統規劃車型設計產品設計生產準備生產財53在開發和設計的工作中，正確的文檔應該在正確的時候送到正確的地方需求功能圖計算資料產品目錄標準圖紙零件表準則規格說明書材料表工具單DINISO在開發和設計的工作中，正確的文檔應該在正確的時候送到正確的地54

重要工作查找通知檢查歸檔分類設計計算繪圖建立零件表修改利用PDM可以大大簡化開發和設計工作圖紙管理文檔管理零件分類產品結構管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文檔保存基于PDM的系統解決方案零件管理重要工作利用PDM可以大大簡化開發和設計工作55產品數據管理（PDM）的原理M-CADE-CADCAPPFEMDTPPDMClientPDMClientPDMClientMetadaten文件系統文檔PDMServerDBServer數據庫產品數據管理（PDM）的原理M-CADE-CADCAPPFE56利用PDM實現異地設計PDMServerInternet/LAN/WANClientLocalFilesFilesDBFilesDBFilesDB利用PDM實現異地設計PDMInternet/LAN57PDM系統中工作流管理PDM系統中工作流管理58(4)并行工程系統建模在并行工程的設計中，要不斷對產品的各個階段進行評價，不斷提供反饋信息，一般的評價(見圖2)可以從2個方面來評價產品的可制造性。一個是從技術的角度來評價，它體現了制造功能的約束(如能否在本廠的設備上制造，在本國內能否外協加工等)；另一個是從經濟的角度來評價，這個設計的目標是為了使產品更好地適應市場需求。這兩方面的評價標準、技術標準由可加工性與可裝配性兩方面組成，而經濟性標準由時間與成本兩方面組成。在并行工程中產品的設計階段就考慮制造因素，使產品設計和工藝設計同時進行，無論在產品的初規方案設計或詳細設計階段都要及時地進行產品可加工性及可裝配性的評價并生成合適的工藝。(4)并行工程系統建模59除了上述關鍵技術之外，還有并行工程集成框架和并行工程中沖突消解及知識處理、協同技術以及質量工程研究等各種分析手段。對于一個復雜產品設計系統，各個支撐環境相互配合工作，有項目組長協調以及成員的配合，才能最終保證并行工程的總目標實現。除了上述關鍵技術之外，還有并行工程集成框架和并60基于并行工程的開發模式基于并行工程的開發模式61并行工程在先進制造技術中的地位與作用并行工程在先進制造技術中具有承上啟下的作用，這主要體現在兩個方面：1.并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術，并吸收了當前迅速發展的計算機技術、信息技術的優秀成果，使其成為先進制造技術中的基礎。2.在并行工程中為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現不同部門人員的協同工作；為了達到產品的一次設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術；主模型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發展方向是虛擬制造（VM?/FONT>VirtualManufacturing）。所謂虛擬制造又叫擬實制造，它利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發周期，增強產品競爭力的目的。并行工程在先進制造技術中的地位與作用并行工程在先進制造技術中62國內、外并行工程的應用概況國外：例如：美國佛杰尼亞大學并行工程研究中心應用并行工程開發新型飛機，使機翼的開發周期縮短了60％（由以往的18個月減至7個月）；美國Mercury計算機聯合開發公司在開發40-MHzInteli860微處理芯片時，運用并行工程方法，使產品從開始設計到被消費者檢驗合格由原來125天減少到90天；美國HP公司采用并行工程方法設計制造的54600型100-MHz波段示波器，在性能及價格上都優于亞洲最好的產品，研制周期卻縮短了1/3；美國的愛國者防空導彈系統也是80年代后期運用并行工程方法迅速研制成功的。美國波音公司在1994年向全世界宣布，波音777飛機采用并行工程的方法，大量使用CAD/CAM技術，實現了無紙化生產，試飛一次成功，并且比按傳統方法生產節約時間近50％。德國西門子公司下屬的公共通訊網絡集團（SimensAG,PublicCommunicationNetworkGroup）在開發復雜電子系統的核心子系統過程中，采用了并行工程的方法，取得了顯著的效果，在仿真階段共提出320份報告，發現并糾正了許多錯誤。國內、外并行工程的應用概況國外：63案例1：如美國洛克希德(Lockheed)導彈與空間公司(LMSC)于1992年10月接受了美國國防部(DOD)用于“戰區高空領域防御”(Thaad)的新型號導彈開發，該公司的導彈開發一般需要5年時間，而采用并行工程的方法，最終將產品開發周期縮短60%。具體的實行如下：·改進產品開發流程。在項目工作的前期，LMSC花費了大量的精力對Thaad開發中的各個過程進行分析，并優化這些過程和開發過程支持系統。采用集成化的并行設計方法。·實現信息集成與共享。在設計和實驗階段，一些設計、工程變更、試驗和實驗等數據，所有相關的數據都要進入數據庫。并各應用系統之間必須達到有效的信息集成與共享。·利用產品數據管理系統輔助并行設計。LMSC采用了一個成熟的工程數據管理系統輔助并行化產品開發。通過支持設計和工程信息及其使用的7個基本過程(數據獲取、存儲、查詢、分配、檢查和標記、工作流管理及產品配置管理)，來有效地管理它的工程數據。CE帶來的效益：導彈開發周期由過去的5年縮短到24個月，產品開發周期縮短60%。大大縮短了設計評審與檢查的時間(一般情況下僅需3h)，并且提高了檢查和設計的質量。案例1：64案例2：另外，像Siemens重型雷達設備也采用并行工程來改進產品質量及縮短開發周期。其實施有6個方面的要求：·建立“一次開發成功”團隊和技術中心;·開發一種新的設計過程控制工具來跟蹤循環中的時間延遲，消除無效的等待時間;·引入IDEF建模系統，使工程師在建模過程中質疑并改進;·過程控制工具。其軟件包含獲得每個通過設計中心的設計文件的歷史資料以及記錄DCI的根本原因;·采用1個在線系統要求對取消DCI負責的工程管理員寫出詳細原因;·將產品設計小組和產品測試小組合并為數字小組，并在以后負責開發測試，測試考慮則將成為設計過程的一部分。案例2：65案例3：ABB(瑞士)火車運輸系統建立了支持CE的計算機系統、可互操作的網絡系統和一致的產品數據模型，組織了設計和制造過程的團隊，并應用仿真技術。應用并行工程后大大縮短了產品開發的周期。過去從合同簽訂到交貨需3~4