05-并行工程

并行工程MuRuiAssistantProfessor,Dept.ofMEE,XiamenUniversity,361005,ChinaEmail:[e-mail]秦现生等.并行工程的理论与方法.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.并行工程管理方法与应用.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Overview并行工程产生的背景并行工程的基本概念设计阶段对整个产品开发的成本、时间及质量的影响并行工程的特点并行模式下产品开发二维渐开线模型并行工程产生的背景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。并行工程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工程的运行模式市场分析产品概念设计产品设计工艺设计装配设计检验设计维护设计系统仿真和评估制造装配检验销售维护满意YN并行工程生命周期工程LifeCycleEngineering并行设计ConcurrentDesign进程驱动设计ProcessDrivenDesign工作组方法TeamApproach并行工程1988年，美国防御分析研究院（IDA），提出并行工程的概念：并行工程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…）并行工程是一个关于设计过程的方法，它需要在设计中全面地考虑到相关过程的各种问题，但并非包括制造过程等其它过程。它要求所有设计工作要在生产开始前完成，并不是要求在设计产品的同时就进行生产。并行工程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。并行工程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。并行工程的含义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Suh认为制造生产率的70%~80%是在设计阶段决定的。O概念设计设计开发设计使用制造装配新产品开发阶段改变设计引起的成本在不同的产品开发阶段改变设计对成本的影响示意图设计阶段对产品生命周期的巨大影响需求环境生产指令生产过程功能需求设计参数结构设计过程工艺需求工艺变量工艺设计过程FRDPPV技术活动顾客域功能域物理域制造域生产活动设计过程模型公理化设计理论公理化设计MIT“ThePrinciplesofDesign”公理化设计框架用户域CAs功能域FRs结构域DPs工艺域PVs之字形映射FR0FR1FR2FR11FR12FR21FR22FR123FR122FR121DP0DP1DP2DP11DP12DP21DP22DP123DP122DP121CE的特点设计人员的团队化设计过程的并行性开发者从设计开始便考虑产品全生命周期产品设计的同时便考虑加工工艺、装配、检测、质量保证、销售、维护等相关过程。设计过程的系统性设计过程的快速“短”反馈CE的特点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；并行工程集成框架集成产品开发团队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。PDM（ProductDataManagement）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”。GartnerGroup把PDM定义为：“PDM是为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境（Concurrentart-to-productenvironment，由供应、工程设计、制造、采购、销售与市场、客户构成）的关键使能技术。PDM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系统的体系结构用户用户接口层管理信息系统办公自动化系统CAD/CAM应用系统应用系统集成工具项目管理工作流管理数据与文档管理查看与注释图像管理设计的再利用与零部件建库产品结构与变更管理通信服务、计算服务、描述服务、安全服务、数据服务……系统服务层计算机、操作系统、通信网络、异构分布式数据库及数据库接口……网络层应用层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。并行工程集成框架设计：CAD、CAE工艺过程设计：CAPP制造过程：CAMDFX、CAQ…实现异构、分布式计算机环境下企业内各类应用系统的信息集成、功能集成和过程集成。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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。并行工程实现了三个方面的创新并行工程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DFXCAxQFD......CSCWPDM...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）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——实施并行工程的信息支撑环境与工具数据库数据库数据库数据库数据库数据库数据库CADCAOERPCAQCAECAPCAM设计结果发放工艺过程规划工艺过程规划发放制订生产计划加工装配质量控制更改任务单元数据库PDMPDM开发设计数据库数据库数据库数据库数据库数据库数据库CADCAOERPCAQCAECAPCAM设计结果发放工艺过程规划工艺过程规划发放制订生产计划加工装配质量控制更改任务单元数据库PDMPDM开发设计◆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基本方法并行工程的实施效益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工程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%并行工程的特点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。并行工程应避免的几个误解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、IPT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工程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。并行工程同时工程串行模式下的产品开发二