并行工程的提出和发展

并行工程的提出和发展学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化班级：05021104姓名：高利飞学号：2011301265并行工程的提出和发展西北工业大学高利飞摘要：论述了并行工程的产生与发展，将并行工程与串行工程进行了对比，分析了对国内外并行工程的研究与应用现状，最后提出了应用并行工程的建议。说明了并行工程是随着市场竞争和用户需求才被明确提出的，它的主要研究对象是产品开发过程，目的是优化设计、缩短开发周期。关键词：并行工程；CIM；串行工程1制造业发展的必然结果1.1并行工程产生的背景鉴于制造业在国民经济中的特殊地位及其对于一个国家乃至于整个人类文明的极其重要的作用（没有强大的制造业就不可能实现生产力的跨越发展，国家富强和经济繁荣就无从谈起，一个国家也将无法实现经济快速、健康、稳定的发展，人民生活水平难以普遍提高，国家的稳定和安全将受到威胁），一直受到工业发达国家广泛关注，尤其到了20世纪80年代末至90年代初，各工业发达国家纷纷投巨资、积极组织人力物力大力发展制造业，以期提高国家整体制造能力与水平。20世纪50-60年代，制造业的市场竞争还主要是基于产品功能和成本的竞争，只要是价廉物美的产品，就会赢得竞争；20世纪70-80年代，在功能和成本竞争的基础步，市场加强了对质量的关注，提高质量的紧迫感和不提高质量就不能生存的危机感深深触及每一企业；20世纪80年代末90年代初，在质量和成本的基础上，新产品的开发时间成为了竞争新的焦点。围绕着新产品及新产品开发，制造企业提供的服务、产品及产品制造过程的绿色和清洁化程度，也日趋受到社会和工业界重视。新产品及其TQCSE已成为市场竞争的主旋律。20世纪70年代以来，随着电子信息技术、自动化技术的发展以及各种先进制造技术的进步，制造系统中许多以自动化为特征的单元技术得以广泛应用。1973年美国学者约瑟夫、哈林顿博士在其《ComputerIntegratedManufacture》提出了计算机集成制造CIM概念。哈林顿博士提出的CIM概念中有两个基本观点：（1）企业生产的各个环节是不可分割的整体，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后服务的全部生产活动要同统一考虑。（2）整个制造过程实质上是一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终形成的产品可看作是数据的物质表现。虽然哈林顿是根据计算机技术在工业生产中的应用，预见其必然的发展趋势，但当时并未引起人们的广泛注意。直到20世纪80年代，这一概念才被广泛的接收，并成为制造业的新一代生产模式。这是科学技术进步的作用，也是制造业面临的复杂竞争环境造成的。1.2并行工程相对于串行工程的优越性20世纪末至今世界经济的变化形成了一个全球型市场，微电子、信息技术在这一转变过程中起到了关键的作用。全球市场的形成使竞争空前加剧，表现为：产品更新换代快，技术含量高，性能价格比优，而且产品服务成为市场竞争的主要内容。所以制造企业必须加快新产品的开发和产品的上市时间T(Time)，改善质量Q(Quality)，降低成本C(Cost)以及完善售前、售后服务S(Service)。T.Q.C.S是制造业的永恒主题，它不断促进管理变革和技术进步，同时也推动了CIM的应用和发展。长期以来，产品开发工作一直采用串行（顺序）工程方法，但该方法在设计过程中不能及早考虑制造过程及质量等问题，造成设计与制造脱节，使产品开发过程成为设计、加工、测试、修改、设计大循环。产品设计通过重复这一过程趋于完善，直到最终满足用户要求。这种方法不仅造成设计改动量大，产品开发周期长，而且使产品成本高。并行工程是解决上述问题的最佳方案。并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求，考虑制造性、装配性、测试性等，就可减少许多不必要的返工，这便是并行工程的理论基础：它将串行的各个环节并行起来进行（主要在设计过程），组成多学科的小组（TeamWork），甚至包括市场人员及售后服务人员，努力做到设计一次成功。这种并行作业的新生产模式，对T.Q.C.S的改善是不言而喻的，它的技术支持是DFX（DesignforManufacturing）。支持这种并行作业的基础是计算机网络环境和平台（PDM－产品数据管理或集成框架），以及支持TeamWork的方法论及工具。由此可见，设计过程的集成，即将串行过程并行起来，进一步优化整个设计和制造过程。并行工程的实质不是设计与制造的同步进行，任何产品的开发在宏观上总是串行的，只是微观的活动上可以通过过程改进局部地并行，以减少不必要的等待时间。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。这种工作模式力图使开发者们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，在生产制造方面有其巨大的优越性，所以被大力运用于工业生产中，促进生产力的不断发展。2市场竞争的影响2.1国家间的竞争更加激烈美国自20世纪80年代末起，面对日本产品咄咄逼人的攻势，为保住其世界制造业的霸主地位，增强美国制造业的竞争力和促进国家经济增长，先从日本引进精益生产先进管理方法，继而又推出“先进制造技术计划”和“制造业发展伙伴关系计划”等，总投资额超过20亿美元；德国政府从1992年起，相继发起“生产2000年计划”、“质量保证计划”、“保护环境的生产计划”和“工业基础技术研究计划”等，投资总额超过10亿马克；日本政府于20世纪90年代初发起“智能制造系统”国际合作研究计划；我国也于1986年立项实施国家高技术研究发展计划（863计划），分别针对CIMS、机器人和航天等主题立足国情，研究面向21世纪的发展战略和新技术。2.2市场经济条件下的新要求在市场经济条件下，企业只有不断开发出适合市场需求的新产品，才能在竞争中立于不败之地。在高速发展的当今时代，企业所面临的市场竞争更加激烈，也迫使企业的产品朝着个性化、多样化的方向发展。信息技术、制造技术和管理技术的发展，使得生产和经营活动的节奏加快，从产品策划、设计开发到投放市场的时间不断地缩短。产品的市场竞争力不仅体现在质量和成本，而且还要求设计与投产周期缩短、市场响应速度加快。市场环境的深刻变化和科技的急速发展，自动化技术大幅提升了企业的生产力，使得产品不断推陈出新，价格不断下降，生命周期不断缩短，市场竞争已到了白热化的程度。当今时代，制造业所面临的挑战不单是“能不能及时推出产品”，同时还要能“开发更合适的产品”。如何充分利用企业的各种资源，特别是知识资源，通过不断创新来提升企业的竞争力，已成为企业面临的重要课题。我国的企业大多数还是大而全、小而全的经营模式。具有一定产品开发能力的企业延用传统的产品开发模式。即在产品开发中采用串行的开发流程，在各功能部门或专业组承担设计任务时，由于在设计过程中不能很好地考虑用户需求、加工、装配、支持、计划等，并且由于相应的技术手段不理想，使设计出的产品存在加工性、装配性不能完全满足用户需求等种种现象。这样就需要不止一次的修改设计，不仅延长了产品开发周期，增加了成本，而且用户的需求也不能很好地保证。传统的串行产品开发过程，以美国工程师泰勒(F.W.Taylor)根据18世纪第一次产业革命以来工业生产管理的实践和经验而提出的“科学管理”思想和理论为指导，主张企业内部专业分工，将产品的开发过程按专业特征分为市场营销、设计、工艺、制造和检验等一系列串行的子过程或活动。各子过程分别对应于不同的专业部门。专业部门相互间具有较高独立性，为了提高市场竞争力，制造企业必须坚持用户至上的原则，以用户为核心，快速响应市场变化，力求以最短的时间、最优的质量、最低的成本、最佳的服务和最清洁的环境，开发出市场所需的新产品并及时投放市场，以便赢得市场和竞争。文章应用工业工程中并行工程方法，对产品开发过程进行优化，提出适合的并行产品开发流程。2.3激烈竞争下支撑技术已然成熟，充要条件具备面向制造、装配、维护、测试及质量和成本等的设计（DesignForX，DFX），在CIMS基本实现信息集成基础上，再次走进制造业领域的研究和应用视角，并呈现出勃勃生机。DFX很快取得大量突破性进展。早在20世纪40~50年代，人们就已开始对面向制造的设计（DesignForManufacture，DFM）和面向装配的设计（DesignForAssembly，DFA）等DFX技术开展研究，但由于当时设计与制造、设计与装配等产品开发活动间的信息集成和计算机辅助技术还不成熟，阻碍和限制了DFM、DFA等DFX技术的发展。波音公司结合多年的生产实践，建立起基于集成产品开发团队（IntegratedProductTeam，IPT）的集成化产品开发组织管理模式，并在波音777飞机的研制中应用，取得良好的效果。CAD、CAM、CAPP、MRPⅡ、CAE、CAQ以及FMS等获得长足的发展，日趋成熟并走向实用，在新产品开发中发挥出举足轻重的作用。国内外一些著名的企业通过实施并行工程取得了显著的效益，证明并行工程是企业产品开发过程中的有效方法。例如在波音777的开发过程中，波音公司采用数字化技术和并行工程方法，实现了5年内从设计到试飞的一次成功；洛克希德在1992年开始的新型号导弹开发中，采用并行工程的方法，将导弹开发周期从5年缩短到2年；法国的航空发动机公司SNECMA从1990年以来，把并行工程作为产品开发的基本方法，将航空发动机的开发时间从原来的54个月，缩短到1992年的42个月和1998年的36个月，到2000年时，进一步缩短为24个月。综上所述，并行工程工程的发展已经成为制造业发展的必然趋势，因此并行工程大力运用于工业生产中。3并行工程的目标、概念及特征等工业工程（IndustrialEngineering）是一门涉及人力、物料、设备、信息、能源等要素的集成规划、设计、改善、控制的创新的工程学科，为实现生产制造、管理和服务系统的低成本、高效率和高效益的管理目标提供有利的技术支持。现代工业工程是面向企业经营管理的全过程，降低成本、提高效率、技术与管理的有机结合、实现经营管理的整体目标是现代工业工程最显著的特征。随着知识经济时代的到来，工业工程的理论与方法结构发生了重大变化，这个发展趋势表现在兼收并蓄高新技术理论，注重敏捷、柔性、精益、并行制造系统的集成开发与应用。现代工业工程的技术与新产品开发相结合，形成了动态联盟为基本组织形式，以及并行工程、精益设计、现代信息技术支持下的新产品开发的管理体系。3.1并行工程的概念面向产品的全生命周期的设计是一种在设计阶段就预见到产品的整个生命周期具备高度预见性和预防性的设计。正式基于这种预见性，使产品设计具备高度预见性和预防性的技术就称作“并行设计”或“并行工程（CE）”。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、一体化开发的一种系统化的工作模式。并行工程实质就是集成地、并行地开发产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品设计人员与其他人员一起共同工作，在设计开始阶段就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。并行工程是一种面向现代制造业的新型企业组织管理理论，一条旨在通过人人协同、技术、资源集成、提高质量、降低成本、缩短上市时间的工程和制造哲理。CE的特点可概括为：并行性…产品和过程设计在同一时间框架内平行进行；约束性…将过程约束引入产品设计，简化制作、运送和装配，降低成本；协调性…协调产品和过程设计，获得成本、质量和交货需求的最佳匹配；一致性…产品和过程设计的重大决策要建立在全组成员意见一致的基础上。综上所述，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。这种工作模式力图使开发者们从一开始就考虑到产品生命周期（从概念形成到产品