您所在的位置:e-works首页 > 先进制造技术 > 先进制造技术综合

并行工程理论与实践

发表时间:2008/10/21  特约撰稿人: 朱全敏 来源:e-works
本文介绍了并行工程的定义和特点及在技术支承上的要求, 阐述了并行工程的项目协调以及效益,给出了实施实例。

一、概述
  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的设计是一种在设计阶段就预见到产品的整个生命周期的设计,是具备高度预见性和预防性的设计。正式基于这种预见性,现代产品设计才能做到“运筹于帷幄之中,决胜与千里之外”。 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”。
二、 并行工程的定义和特点
  并行工程实质就是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起共同工作,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。
  从上述定义可以看出,并行工程具有如下特点:
  1. 强调团队工作(Team work),团队精神和工作方式


图1-1 借助与计算机网络的工作方式


    一个人的能力总是有限的,他不可能同时精通产品从设计到售后服务各个方面的知识,也不可能掌握各个方面的最新情报。因此,为了设计出便于加工、便于装配、便于维修、便于回收、更于使用的产品,就必须将产品寿命循环各个方面的专家,甚至包括潜在的用户集中起来,形成专门的工作小组,大家共同工作,随时对设计出的产品和零件从各个方面进行审查,力求使设计出的产品便于加工,便于装配,便于维修,便于运送,外观美、成本低、便于使用。在集中了各方面专家的智慧后设计出来的产品(在定型之前经过多次设计修改)必然可以满足(或基本满足)上述要求。在设计过程中,要定期组织讨论,大家都畅所欲言,对设计可以“横加挑剔”,帮助设计人员得出最佳化设计。需要指出的是,团队工作方式并不意味着一定要大家成天呆在一起,这样有时会造成人力的浪费。所以,可以采取定时碰头的方式,或由设计人员单独向某方面的专家咨询。在计算机及网络通讯技术高度发达的今天,工作小组完全可以通过计算机网络来工作。设计人员通过网络向各方面专家咨询。专家们亦可通过网络随时调出设计结果进行审查和讨论。这种工作方式如图2-1-1所示。
  2. 强调设计过程的并行性


 
图1-2 传统设计过程


图1-3 并行设计过程


    并行性有两方面的含义:其一是在设计过程中通过专家把关同时考虑产品寿命循环的各个方面;其二是在设计阶段就可同时进行工艺(包括加工工艺、装配工艺和检验工艺)过程设计,并对工艺设计的结果进行计算机仿真,直至用快速原型法产生出产品的样件。这种方式与传统的设计在设计部门进行,工艺在工艺部门进行已大不相同。传统设计过程与并行设计过程,分别见图2-1-2和图2-1-3。
  3. 强调设计过程的系统性 设计、制造、管理等

     过程不再是一个个相互独立的单元,而要将它们纳入一个整体的系统来考虑,设计过程不仅出图纸和其它设计资料,还要进行质量控制、成本核算,也要产生进度计划等。这种工作方式是对传统管理机构的一种挑战。
  4. 强调设计过程的快速反馈

    并行工程强调对设计结果及时进行审查,并及时反馈给设计人员。这样可以大大缩短设计时间,还可以保证将错误消灭在“萌芽”状态。 并行工程的组成及信息流如图2-1-4所示,在图中未画出计算机、数据库和网络。但是,它们都是并行工程必不可少的支撑环境。
 


图1-4 并行工程组成及信息流


三、并行工程在技术支承上的要求
  1. 一个完整的公共数据库,它必须集成并行设计所需要的诸方面的知识、信息和数据,并且以统一的形式加以表达。
  2. 一个支持各方面人员并行工作、甚至异地工作的计算机网络系统,它可以实时、在线地在各个设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突。
  3. 一套切合实际的计算机仿真模型和软件,它可以由一个设计方案预测、推断产品的制造及使用过程,发现所隐藏的问题。此问题是实施并行工程的“瓶颈”。
四、并行工程的效益
  1. 缩短产品投放市场的时间 顾客的口味是不断改变的。在制造业不发达时代,顾客主要考虑产品的功能,要求功能的完善程度和实用性,其它的要求则放在次要的位置。随着制造技术的发展,能够提供的商品增多,顾客又开始强调产品的价格。这时,价格往往作为顾客考虑的主要因素。因此,制造者拼命降低成本,以求得价格优势。当价格降到一定程度后,顾客又开始将质量提到重要地位来考虑。 我们现在正处在必须以质量取胜的时代,没有好的质量,产品就难于在市场上站稳脚根,只靠价格取胜近乎成为历史。市场的下一步发展将会是以缩短交货期作为主要特征。并行工程技术的主要特点就是可以大大缩短产品开发和生产准备时间,使两者部分相重合。而对于正式批量生产时间的缩短是有限的。据报道,国外某一汽车厂采用并行工程后,使产品从开发到达预定批量的时间从37个月缩短到19个月。设计和试制周期仅为原来的50%。
  2. 降低成本 并行工程可在三个方面降低成本:首先,它可以将错误限制在设计阶段。据有关资料介绍,在产品寿命周期中,错误发现的愈晚,造成的损失就愈大。 其次,并行工程不同于传统的“反复试制样机”的作法,强调“一次达到目的”。这种一次达到目的是靠软件仿真和快速样件生成实现的,省去了昂贵的样机试制;其二,由于在设计时最考虑到加工、装配、检验、维修等因素,产品在上市前的成本将会降低。同时,在上市后的运行费用也会降低。所以,产品的寿命循环价格就降低了,既有利于制造者,也有利于顾客。
  3. 提高质量 采用并行工程技术,尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段,使所设计的产品便于制造易于维护。这就为质量的“零缺陷”提供了基础,使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市。事实上,根据现代质量控制理论,质量首先是设计出来的,其次才是制造出来的,并不是检验出来的。检验只能去除废品,而不能提高质量。
  4. 保证了功能的实用性 由于在设计过程中,同时有销售人员参加,有时甚至还包括顾客,这样的设计方法反映了用户的需求,才能保证去除冗余功能,降低设备的复杂性,提高产品的可靠性和实用性。
  5. 增强市场竞争能力 由于并行工程可以较快地推出适销对路的产品并投放市场,能够降低生产制造成本,能够保证产品质量,提高了企业的生产柔性,因而,企业的市场竞争能力将会得到加强。
五、项目协调
    在并行工程开发方式下,由于网络上多功能小组的工作方式和DFx的使用,产品开发阶段的任务规划、交叠、冲突情况将十分频繁,如何既妥善处理好这些情况又保证缩短开发时间;如何组织产品开发过程众多的信息和资源才能发挥其最大效益;在并行工程中还有一些传统项目中所没有的特殊活动,如何对其进行特殊的管理;这些新的开发方式带来的问题是一般项目管理系统所难以解决的。
项目协调是开发人员解决矛盾的过程。解决冲突的手段应与产品开发人员所采用的计算机工具水平相适应,产品开发过程中将经常发生冲突,及时发现和解决冲突是减少设计重复,提高设计质量,避免无谓浪费的有效手段,因而也一直是设计人员所关注的重点问题。但由于种种原因,目前解决冲突主要还是通过有关人员面对面直接交流的方式。在这种方式下,仲裁的效果很大程度上取决于决策人员有关冲突领域知识的丰富程度,这与开发人员所采用设计工具的技术水平极不相称。实际上,冲突各方面应当充分利用计算机技术、网络技术及人工智能等有关技术改进现有的冲突仲裁方法,以提高仲裁效率,缩短仲裁所需时间。

六、并行工程实施实例
  美国波音飞机制造公司投资40多亿美元,研制波音777型喷气客机,采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造。从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了3年零2个月就试制成功,进行试飞,一次成功,即投入运营。在实物总装后,用激光测量偏差,飞机全长63.7m,从机舱前端到后端50m,最大偏差仅为0.9mm。 AT&T公司在生产计算机配套印刷组产品时,由于原来的设计中未考虑生产工艺性问题,致使产品质量低下,合格率仅为5%。采用并行设计以后,利用计算机虚拟检测,找出设计中的缺陷,使产品合格率达到90%。
  HP公司采用并行工程来改进产品质量,其实施要点包括管理部门的支持、对用户的关注、统计过程控制、系统的问题解决过程以及全体人员参与五个方面。实施的结果是公司全部产品的综合故障降低了83%,制造成本减少了42%,而产品开发周期缩短了35%。 这样的实例有很多,在此就不在一一列举。

本文为e-works原创投稿文章,未经e-works书面许可,任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如已是e-works授权合作伙伴,应在授权范围内使用。e-works内容合作伙伴申请热线:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。

责任编辑:江艳芬