制造32现代制造技术之并行工程

2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程的基本概念和案例分析罗意平中南大学2019/8/7中南大学先进制造技术研究所内容并行工程的基本概念产品开发过程的并行化分析多功能团队的组织和运行慧勤工作流管理基于CBD集成的DFx工具集成化产品信息模型基于装配模型的模型快速重构功能总结2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程－CIMS发展的新阶段信息集成：企业内各功能部门之间基于异构环境的信息共享并行工程：产品开发过程的集成与并行敏捷制造：企业间的集成、动态联盟2019/8/7中南大学先进制造技术研究所为什么要开展并行工程产品开发是产品形成中的创造性阶段。一般认为产品开发包括产品规划、产品设计、生产准备和样品试验4个阶段。在产品开发中，产品性能、产品形状、产品尺寸及零件材料、数量、结构工艺和装配工艺性都将确定。它不仅确定了产品成本的大部分，而且也占用了产品生产周期的大部分时间，下图表明虽然产品开发的成本只占总成本的5%，但是产品成本的70%都是在产品开发中确定的。因此，产品开发是降低产品成本、缩短产品上市时间的关键。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所产品生命周期费用分布情况2019/8/7中南大学先进制造技术研究所产品开发过程的改进是关键尽管许多企业已通过柔性制造和信息集成技术改善了生产条件，获得了显著的经济效益，但这些高新技术的应用远没有达到人们所期望的目标。对国内外企业的分析表明，企业组织结构的改进是企业从应用技术中获得更大潜在效益的重要因素，改进产品的开发过程比改进产品的生产过程获得的效益更为显著。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程定义并行工程是一种综合经营、工程和管理的哲理、指导思想、方法论和工作模式。美国国防分析研究所(IDA)在R338研究报告中给出了如下的定义：“并行工程是对产品及其相关过程(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的工作模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求等。”2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程原理和基本概念并行工程的原理可以概括为：有效的领导方法；并行设计产品及相关过程；满足客户要求；不断改进过程；开发管理信息和财富；重点放在通过长期计划和决策获取效益。并行工程是充分利用现代计算机技术，现代通信技术和现代管理技术来辅助产品设计的一种工作方法。它站在产品全生命周期的高度，打破传统的部门分割的、封闭的组织模式，强调参与者的协同工作，重视产品开发过程的重组、重构。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程原理和基本概念并行工程又是一种集成产品开发全过程的系统化方法，它要求产品开发人员从设计一开始即考虑产品生命周期中的各种因素。它通过组成多学科产品开发队伍、改进产品开发流程、利用各种计算机辅助工具等手段,使产品开发的早期阶段能及早考虑下游的各种因素,以提高产品设计、制造的一次成功率。达到缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，增强企业竞争能力的目标。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程覆盖产品生命全周期2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程与现代信息技术并行工程的关键是产品及其相关过程的并发与集成。相关过程包括市场分析、原材料采购、产品成本估算、加工、装配、检验、销售、售后服务以及报废处理等等。产品开发过程中的各阶段工作交叉、并行进行。这种工作方式依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员的相互合作、相互信任和信息共享，通过彼此间有效的通讯和交流，尽早考虑产品整个生命周期中的所有因素，尽快发现问题并解决问题，以达到各项工作的协调一致。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程与现代信息技术为了解决以上问题，就必须应用现代信息技术对整个产品开发过程进行建模、仿真和管理，将过去串行的开发过程经过细化、过程重组，实现产品开发过程的并行，使参加开发的人员更加协调、高效地完成产品开发工作。因此并行工程的管理主要涉及到过程建模与管理、工作流管理、知识管理和集成、产品数据管理、质量保证体系和标准化体系等等。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行工程的研究和应用现状1986-1992左右：是并行工程的研究与初步尝试阶段：–美国国防部支持的DARPA/DICE计划，欧洲的ESPRITII&III计划，日本的IMS计划等。1991～1996年是并行工程的全面应用阶段：–航空领域：波音777，737-X，麦道，NorthropB-2轰炸机等；–航天领域：Lockhead/Thaad导弹开发；–汽车领域：Ford2000C3/P，ChryslerViper,Renault等；–电子领域：Simens，DEC，HP，IBM，GE等；–机械领域：ABB，GM等；1995～至今，是新的发展阶段：并行工程作为一种哲理，其中新技术不断更新：如网络上的异地协同设计，虚拟现实技术在设计中的应用，新的设计方法学等。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所开展并行工程的关键技术-产品开发过程的并行化分析2019/8/7中南大学先进制造技术研究所市场分析设计工艺制造无法加工，装配困难...产品开发过程的并行化分析传统的产品开发模式–功能部门制，信息共享存在障碍–串行的流程，设计早期不能全面考虑产品生命周期中–的各种因素–基于图纸的手工设计为主，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2019/8/7中南大学先进制造技术研究所方案设计与论证详细设计结构分析与优化工艺审查原理实验与分析确定工艺方案生产准备加工制造与测试产品验证较多一般频繁偶尔“并行”：用更频繁的小循环来避免代价昂贵的大循环方案设计与论证详细设计原理实验与分析DFXCAPP，CAFD确定工艺方案生产准备加工制造与检测实验验证较少预发布预发布偶尔偶尔CAEMPSRPM串型产品开发过程并型产品开发过程2019/8/7中南大学先进制造技术研究所串型过程的并行化重组要将产品开发过程从传统的串行产品开发流程转变成集成的、并行的产品开发过程，必须要强调的是并行的概念：并行并不是串型活动的简单并发，这在实际上是做不到的。许多活动的本质就决定了它们之间的串型关系。因此不加分析，不对现行的过程和活动进行打乱重组是不可能实现并行的目标的。我们这里的并行强调的是这么两个观点；一是重组的观点，并行化的核心是对现行过程的分析细化和对现行活动的分解重组。第二个观点是集成的观点，并行化强调的是不同过程的集成和不同设计人员的协同工作。强调通过产品预发布技术使下游过程的设计者能在产品开发早期参与设计过程。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所O1C1I1CA3BA2AA1OutputofA0BoutInputofA0AoutUserComtrol典型的串型开发过程2019/8/7中南大学先进制造技术研究所串型过程的分解和细化O1C1I1CA3BA2AA1OutputofA0BoutInputofA0AoutUserComtrolO1C1I1A3A13A2A12A1A11AoutInputofA0A1outUserComtrolO1I1I2C1B1A22B2A21AoutBoutInputofA0B2outUserComtrolI2I1O1C1C2C2A33C3A32C1A31InputofA0C3outBoutOutputofA0AoutUserComtrol2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行化的产品开发过程C2A32C1A31B1A21A2A12C3A33B2A22A3A13A1A11OutputofA0BoutAoutC3outB2outAoutA1outUserComtrol2019/8/7中南大学先进制造技术研究所扔过墙式的工作方式和基于图纸的审批制度，造成了工作的串型化标准化审查A6成本核算A5工艺检查A4审批A3A2设A1设计结果＋标准化审查意见设计结果＋成本审查意见设计结果＋工艺审查意见设计结果＋审批意见设计结果＋校核意见设计结果设计校核2019/8/7中南大学先进制造技术研究所通过设计预发布促进并行工作标准化审查A6成本核算A5工艺检查A4审批A3：A2设A1标准化审查意见成本审查意见工艺审查意见审批意见校核意见设计结果设计校核2019/8/7中南大学先进制造技术研究所并行开发过程的建模与仿真产品开发过程的并行化是一个BPR的过程。一个集成化产品开发过程的正确描述是对它进行进一步分析、评价和仿真的必须。这个模型应该是一个能描述产品开发过程及其和产品、资源、组织等相关关系的集成化模型。对涉及的三流（信息流，物料流和资金流）三要素（组织、技术、资源）进行统一的定义和控制。我们通过对经营过程各个活动的描述来把企业的产品结构模型，资源利用模型和组织管理模型集成在一起；并通过对产品结构、资源利用和组织管理模型的控制和评价来实现对过程模型的管理和优化。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所集成化P_PROCE模型企业经营过程模型产品结构资源利用组织管理控制和评价三流三要素2019/8/7中南大学先进制造技术研究所P_PROCE模型的仿真和优化P_PROCE模型仿真－人力－设备－资金－产出－人力－设备－资金－产出A0EsA1E0A2E2A3A4E1EnA5E4A6A7∧‖X∨∑2019/8/7中南大学先进制造技术研究所重组前后过程的资源利用仿真对应原串形开发过程的资源利用统计0102030405060ABC人员资源设备05101520253035a1+a3+b2+c3a2b1c1+c2人员资金设备2019/8/7中南大学先进制造技术研究所小结：过程重组和优化产品开发过程的并行化是一个BPR的过程。一个集成化产品开发过程的正确描述是对它进行进一步分析、评价和仿真的必须；并行化重组不是简单地把现行的串型开发过程并行化。合理的并行化需要对现有过程进行认真的分析；并行化的前提是要对现行过程进行细化和分解，再在分析和分解的基础上进行重组、实现并行；扔过墙式的工作方式和基于图纸的审批制度，造成了工作的串型化，而设计预发布可以有效的促进并行工作。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所开展并行工程的关键技术-多功能团队的组织和运行2019/8/7中南大学先进制造技术研究所市场分析设计工艺制造无法加工，装配困难...新的产品开发过程要求新的新的组织模式传统的产品开发组织模式–功能部门制，信息共享存在障碍–串行的流程，设计早期很难全面考虑产品生命周期中–的各种因素–面向部门、专业的使能工具不能有效的协同工作–部门间的协同工作缺乏过程控制系统的有效协调2019/8/7中南大学先进制造技术研究所多功能团队的成立并行工程需要不同专长的成员之间的合作。原有的按专业部门确定技术人员归属、通过部门合作来推动专业人员合作的组织模式已不适应这一新型模式的要求。多功能团队是针对某一具体产品的开发，由一些专业背景互为补充的人共同组成的对该产品开发全面负责的项目小组2019/8/7中南大学先进制造技术研究所团队组织多功能团队的组织和管理是实现并行工程缩短产品开发周期、提高产品设计质量的关键。在MIT的一项研究报告中，对日本的“精良生产模式”和传统的“大规模生产模式”进行了如下的比较：–在日本最好的“精良”制造项目中，参加的人数在项目刚开始时最多。所有相关的专业人员都参与进来。项目负责人的职责就是组织项目小组成员对所有将在项目中可能遇到的主要困难和问题进行讨论并达成一致。–与此相反，在许多大规模生产的设计过程中，在开始阶段参加的人员很少，然后逐渐增多，在接近产品上市的时候达到高峰。“额外的”成百上千的人牵涉进来协助解决那些本应该在开始阶段就解决的问题。2019/8/7中南大学先进制造技术研究所团队领导在多功能团队的组织和管理中，团队领导者起着至关重要的作用。在日本丰田公司，项目负责人就其负责的项目而言，在公司拥有极大的