现代设计理论之并行设计

之并行工程现代设计理论概要：一、并行工程概述二、并行工程与串行工程比较三、并行工程应用实例一、并行工程概述1、并行工程概念并行工程是对产品设计及其相关过程(包括设计过程、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。2、并行工程的具体做法及优点具体做法：在产品开发初期，组织多种职能协同工作的项目组，使有关人员从一开始就获得对新产品需求的要求和信息，积极研究涉及本部门的工作业务，并将所需要的要求提供给设计人员，使许多问题在开发早期就得到解决，从而保证设计的质量，避免大量的返工浪费。优点：缩短产品开发周期和产品上市时间、提高质量、降低成本。3、并行工程发展过程（1）、20世纪八十年代以前80年代前，并行工程在我国计划经济时代就已经有了很多成功范例，如找石油，原子弹，航天工程等等。（2)、20世纪八十年代正式提出并行工程自20世纪80年代提出以来，美国、欧共体和日本等发达国家均给予了高度重视，成立研究中心，并实施了一系列以并行工程为核心的政府支持计划。很多大公司，如麦道公司、波音公司、西门子、IBM等也开始了并行工程实践的尝试，并取得了良好效果。(3)、并行工程在我国的发展进入90年代，并行工程引起我国学术界的高度重视，成为我国制造业和自动化领域的研究热点，一些研究院、所和高等院校均开始进行一些有针对性的研究工作。1995年“并行工程”正式作为关键技术列入863/CIMS研究计划，有关工业部门设立小型项目资助并行工程技术的预研工作。国内部分企业也开始运用并行工程的思想和方法来缩短产品开发周期、增强竞争能力。但是，无论从技术研究还是企业实践上，我国都落后于国际先进水平十年左右，许多工作仍处在探索阶段。二、并行工程VS串行工程1、串行工程详细过程2、并行工程详细过程串行工程过程市场调研产品规划方案设计结构设计工艺设计装配设计加工制造与检测调试产品优点：(l)在结构上，设计阶段明确;(2)在人员组织上，参与人员的分工清晰;不足：(1)在时序上，各个工作阶段之间是流水线作业;(2)在信息传递处理上，各个设计阶段各自产生各自的信息输出，基本数据将不可避免地出现重复产生，因此信息处理是间断的;(3)在产品信息控制上，在不同的设计、制造阶段以及不同部门中，信息的操作者、操作方式、操作对象都可能不同，产品信息控制的统一性和连贯性难以得到保障；(4)从使用的方法上，各个阶段所使用的技术是隔离的，很难甚至无法实现产品设计过程的集成。由于在设计阶段不能有效地评价产品的制造性、可装配性、可维护性以及产品质量等诸多因素，造成产品在制造阶段或安装阶段才有可能发现问题，这样就形成了“设计—制造—修改设计—重新制造”的大循环，导致产品开发周期较长，开发成本过高，质量无法保证等问题，这些问题将会推迟产品上市时间，影响到企业和产品的市场响应能力和市场竞争力，甚至导致产品开发的失败。为了解决传统设计中的种种问题并行设计应运而生。并行工程过程并行设计思想要求设计人员在产品的设计阶段要考虑产品制造、装配、质量、成本、使用维护等方面可能涉及到的影响因素，力争缩短产品开发周期，降低成本。并行工程使开发者从一开始就考虑到产品的生命周期，它将下游环节的可靠性、技术、生产条件等作为设计环节的约束条件，这样就可以避免或减少产品开发进行到晚期才发现错误，再返回到设计初期进行修改，这样就节约了产品设计的时间，可以更快的把产品投放市场，同时也节约了成本。并行设计工作模式是在产品设计的同时考虑其相关过程，包括加工工艺、装配、检测、质量保证、销售、维护等。在并行设计中，产品开发过程的各个阶段工作交叉进行，及早发现与其相关过程不相匹配的地方，及时评估、决策，以达到缩短产品开发周期、提高质量、降低成本的目的。并行设计也将产品开发周期分解成许多阶段，每个阶段有自己的时间段，组成全过程，时间段之间有一部分重叠。重叠部分代表过程的同时进行。一般情况下相邻两个阶段可以相互重叠，需要时也可能出现两个以上阶段相互重叠。各个阶段的输入/输出信息并不完备。不完备的信息模型，为信息的处理带来许多矛盾和冲突，处理好这些冲突是并行设计的重点，处理方法有两种:①将不同事件的起动时间稍退后半拍或一拍;②事先假设一个中间结果(产品模型)，在实施中不断验证结果是否符合假设。在并行设计中，对于不完备的产品模型，通过彼此的并行交错实施，及时的反馈与评价，完成设计—评价—再设计的小循环。各个阶段关系信息处理方式技术共享循环方式串行相互隔离间断的隔离的设计—制造—修改设计—重新制造并行相互耦合共享的互通的设计—评价—再设计三、并行工程应用实例案例一：以波音737-700垂直尾翼转包生产为例，研制周期缩短3个月;节约工装引进费用370万美元;减少样板1165块，合计人民币50万元;减少标工、二类工装23项，合计人民币125万元;减少过渡模136项，合计人民币68万元;提高数控编程速度4~6倍，减少数控零件试切时间40%;工艺设计效率提高1.5倍等。案例二：齐齐哈尔铁路车辆并行工程中改进后的棚车开发流程。其改进的措施包括：在产品开发的早期阶段，就能够充分考虑冲压件、铸钢件等零件的可制造性问题和铁路货车的结构强度、刚度及动力学品质等产品性能问题，从而能够尽量减少设计错误，提高设计质量;同时增加DFX，使得在产品设计阶段即可考虑产品加工、装配和工艺等问题，提高一次设计成功的可能性。实现工艺和工装的并行开发，精简设计过程;制造系统与产品开发过程不构成大循环，从而缩短产品开发周期，提高产品质量与水平。案例三：上海客车制造有限公司SK6115HP2-3新型客车的开发过程中为满足客户需求,开拓市场，将原有串行的开发过程转变为并行的产品开发过程,大量缩短产品开发周期,减少更改次数。流程市场调查方案设计性能设计结构设计方案评审初步产品设计工装设计工装制造样车制造小批量试生产制定工艺总方案装配方案设计工艺过程设计生产规划生产详细设计生产线设计采购计划采购初步设计详细设计方案设计试制详细产品设计原有的客车产品串行开发流程不足之处：(1)产品开发过程是串行的，工艺设计和工装设计不能提前与产品设计，延长了产品开发周期。(2)设计更改过于频繁,阻碍了信息的流动。(3)设计图纸的审批流程过于烦琐。根据并行工程思想,对客车公司原有的产品开发流程进行了这样的改进：(1)采用CAD、DFA(DesignforAssembling)组装设计等技术,在产品开发的早期阶段就能够充分了解新产品的性能、结构以及车身覆盖件和车架等零部件的可制造性问题,从而能够尽量减少设计错误,提高设计质量;同时增加DFM(Designformanufacturability)，使产品设计阶段就可考虑产品加工、装配等工艺性问题,提高设计一次成功的可能性。(2)采用IPT(集成产品协同组)工作模式,根据客车公司的实际情况组建项目团队,采用预发布和反馈的办法,并逐步使之制度化。在方案设计和结构设计的一定阶段,向相关后续单位提前发布信息,一方面,及时得到信息反馈,以提高工艺性,可加工性;另一方面,由于后续单位提前参与设计,使他们及时了解体会设计意图,同时可在适当时候进行工艺和生产准备。(3)健全设计评审和工艺评审制度。适当的评审工作不仅是产品开发过程的里程碑,更大的优点在于它增加了过程的质量控制,提高上、下游阶段人员之间的信息交流,使下游设计人员获得足够的信息以开展他们的工作,有利于设计过程的并行,及时发现设计缺陷。(4)实现工艺、工装和材料的并行开发和准备,可精简设计过程,使制造系统与产品开发设计不构成大循环,从而缩短开发周期,提高产品质量。经过改进后的产品开发周期如下图所示：编辑任务设计书方案设计初步设计详细设计工装制造工装设计工装预设计编制工艺总方案装配方案设计工艺规程编制CADDFACAECADDFACAECADCAE制定采购方案外协外购件采购评审评审评审评审评审评审样车试制评审YESNONONONONONONOYESYESYESYESYESYES并行开发流程