并行工程及其應(yīng)用簡介-

1、 并行工程及其應(yīng)用簡介一、并行工程產(chǎn)生背景和基本概念從上世紀九十年代直至本世紀,制造業(yè)以滿足用戶需求的新產(chǎn)品盡快上市為贏得市場競爭的第一要旨。傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式由于不能在設(shè)計早期很好地考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素,致使設(shè)計更改頻繁,延誤了開發(fā)周期、增加了產(chǎn)品成本,并且用戶需求得不到很好地滿足。并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及相關(guān)過程的系統(tǒng)化方法,它通過組成多學(xué)科產(chǎn)品開發(fā)隊伍、改進產(chǎn)品開發(fā)流程、利用各種計算機輔助工具等手段,使產(chǎn)品開發(fā)的早期階段能及早考慮下游的各種因素,達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本,從而增強企業(yè)競爭能力的目標。并行工程作為企業(yè)加快新產(chǎn)品開發(fā)的一種新模式,正日

2、益引起國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)加快新產(chǎn)品開發(fā)的高度重視。并行工程是一種企業(yè)組織、管理和運行的先進設(shè)計、制造模式,是CIMS發(fā)展的新階段。它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與計算機技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)和自動化技術(shù)相結(jié)合,在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段全面考慮產(chǎn)品生命周期中的各種因素,力爭使產(chǎn)品開發(fā)能夠一次獲得成功。它突破了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)中嚴格按部門分工以及“串行”、“順序”的做法,而是采用跨部門多學(xué)科團隊和并行交叉的集成化產(chǎn)品開發(fā)模式,從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本。并行工程的概念是上世紀80年代中期由美國學(xué)者提出的。1986年,美國國防部防御分析研究所(IDA發(fā)表了非常著名的R-338報告,提出了“并行工程”

3、的定義,并將其解釋為對產(chǎn)品及其下游的生產(chǎn)和支持過程進行并行一體化設(shè)計的系統(tǒng)方法。1988年,美國在西弗吉尼亞大學(xué)投資45億美元建立了全美并行工程研究中心。美國很多大學(xué)、計算機軟件公司也開始進行有關(guān)技術(shù)的開發(fā)。進入上世紀90年代后,美國許多大公司開始了并行工程實踐的嘗試,并取得了實效。從此,并行工程開始受到全球制造企業(yè)的關(guān)注。并行工程已在國外的航空、國防、電子、汽車等領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用。這對我國的制造業(yè)是挑戰(zhàn),也是一次機遇。并行工程在上世紀90年代開始傳入我國。我國863計劃自動化領(lǐng)域首席科學(xué)家吳澄教授曾指出,并行工程是我國CIMS發(fā)展的新階段。我國863計劃CIMS主題下專門列入了并行工程方

4、面的研究課題,在很少的幾個企業(yè)中開始了初步的探討和實施。可以說,并行工程在我國的研究應(yīng)用正處于方興未艾的階段,還有大量的問題需要解決。1995年,國家科委從戰(zhàn)略的高度將并行工程作為CIMS的進一步發(fā)展方向,設(shè)立了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項目對并行工程的方法和技術(shù)進行系統(tǒng)化的研究。經(jīng)過一年多的研究和開發(fā),項目組已取得了階段性的成果,參加了863成果十周年展覽,向黨中央及各部委領(lǐng)導(dǎo)、航空部和航天部幾大院所的專家、國內(nèi)的各高校和研究結(jié)構(gòu)的同行等進行了匯報展示,獲得了好評。目前,總體集成和部分關(guān)鍵技術(shù)已取得突破,在航天部某產(chǎn)品開發(fā)過程中取得實際效果。二、并行工程的本質(zhì)分析盡管人們對并行工程的定義有不同的看法,但目

5、前人們普遍接受的是由美國防御分析研究所在R-338報告中提出的定義,根據(jù)這個定義,并行工程的本質(zhì)為:1.并行工程強調(diào)設(shè)計的“可制造性”、“可裝配性”、和“可檢測性”等。2.并行工程強調(diào)產(chǎn)品的“可生產(chǎn)性”。 3.并行工程強調(diào)產(chǎn)品的“可使用性”、“可維護性”、和“可報廢性”。從以上三個方面的特性可以看出,并行工程強調(diào)的是在產(chǎn)品設(shè)計時就要考慮其生命周期所有的后續(xù)過程:制造、裝配、檢測、企業(yè)的設(shè)備能力和人力資源、使用、維修和報廢等。只有在一開始就系統(tǒng)考慮了這些因素,才能減少修改的次數(shù),縮短產(chǎn)品上市時間。并行工程為了加快產(chǎn)品上市時間,還強調(diào)產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)各活動的并行交叉進行,具體特征如下:1.并行交叉它

6、強調(diào)產(chǎn)品設(shè)計與工藝過程設(shè)計、生產(chǎn)技術(shù)準備、采購、生產(chǎn)等各種活動并行交叉進行。2.盡早開始工作正因為強調(diào)各活動之間的并行交叉,以及并行工程為了爭取時間,所以它強調(diào)人們要學(xué)會在信息不完備情況下就開始工作。從以上分析我們還可以看到,并行工程還有以下幾個方面的本質(zhì)特點。1.并行工程強調(diào)面向過程(process-oriented和面向?qū)ο?object-oriented。并行工程強調(diào)人員要面向整個過程或產(chǎn)品對象,因此它特別強調(diào)設(shè)計人員在設(shè)計時不僅要考慮設(shè)計,還要考慮這種設(shè)計的工藝性、可制造性、可生產(chǎn)性、可維修性等等,工藝部門的人也要同樣考慮其他過程,設(shè)計某個部件時要考慮與其他部件之間的配合。所以整個開發(fā)

7、工作都是要著眼于整個過程(process和產(chǎn)品目標(product object。從串行到并行,是觀念的很大轉(zhuǎn)變。2.并行工程強調(diào)系統(tǒng)集成與整體優(yōu)化。并行工程強調(diào)系統(tǒng)集成與整體優(yōu)化,它并不追求單個部門、局部過程和單個部件的最優(yōu),而是追求全局優(yōu)化,追求產(chǎn)品整體的競爭能力。對產(chǎn)品而言,這種競爭能力就是由產(chǎn)品的TQCS綜合指標交貨期(time、質(zhì)量(quality、價格(cost和服務(wù)(service。在不同情況下,側(cè)重點不同。只要達到整體優(yōu)化和全局目標,并不追求每個部門的工作最優(yōu)。因此對整個工作的評價是根據(jù)整體優(yōu)化結(jié)果來評價的。三、并行工程在技術(shù)支承上的要求1. 一個完整的公共數(shù)據(jù)庫,它必須集成并

8、行設(shè)計所需要的諸方面的知識、信息和數(shù)據(jù),并且以統(tǒng)一的形式加以表達。2. 一個支持各方面人員并行工作、甚至異地工作的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),它可以實時、在線地在各個設(shè)計人員之間溝通信息、發(fā)現(xiàn)并調(diào)解沖突。3. 一套切合實際的計算機仿真模型和軟件,它可以由一個設(shè)計方案預(yù)測、推斷產(chǎn)品的制造及使用過程,發(fā)現(xiàn)所隱藏的問題。此問題是實施并行工程的“瓶頸”。四、并行工程的效益1. 縮短產(chǎn)品投放市場的時間 顧客的口味是不斷改變的。在制造業(yè)不發(fā)達時代,顧客主要考慮產(chǎn)品的功能,要求功能的完善程度和實用性,其它的要求則放在次要的位置。隨著制造技術(shù)的發(fā)展,能夠提供的商品增多,顧客又開始強調(diào)產(chǎn)品的價格。這時,價格往往作為顧客考慮

9、的主要因素。因此,制造者拼命降低成本,以求得價格優(yōu)勢。當(dāng)價格降到一定程度后,顧客又開始將質(zhì)量提到重要地位來考慮。 我們現(xiàn)在正處在必須以質(zhì)量取勝的時代,沒有好的質(zhì)量,產(chǎn)品就難于在市場上站穩(wěn)腳根,只靠價格取勝近乎成為歷史。市場的下一步發(fā)展將會是以縮短交貨期作為主要特征。并行工程技術(shù)的主要特點就是可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)準備時間,使兩者部分相重合。而對于正式批量生產(chǎn)時間的縮短是有限的。據(jù)報道,國外某一汽車廠采用并行工 程后,使產(chǎn)品從開發(fā)到達預(yù)定批量的時間從37個月縮短到19個月。設(shè)計和試制周期僅為原來的50%。2. 降低成本 并行工程可在三個方面降低成本:首先,它可以將錯誤限制在設(shè)計階段。據(jù)有關(guān)資

10、料介紹,在產(chǎn)品壽命周期中,錯誤發(fā)現(xiàn)的愈晚,造成的損失就愈大。 其次,并行工程不同于傳統(tǒng)的“反復(fù)試制樣機”的作法,強調(diào)“一次達到目的”。這種一次達到目的是靠軟件仿真和快速樣件生成實現(xiàn)的,省去了昂貴的樣機試制;其二,由于在設(shè)計時最考慮到加工、裝配、檢驗、維修等因素,產(chǎn)品在上市前的成本將會降低。同時,在上市后的運行費用也會降低。所以,產(chǎn)品的壽命循環(huán)價格就降低了,既有利于制造者,也有利于顧客。3. 提高質(zhì)量 采用并行工程技術(shù),盡可能將所有質(zhì)量問題消滅在設(shè)計階段,使所設(shè)計的產(chǎn)品便于制造易于維護。這就為質(zhì)量的“零缺陷”提供了基礎(chǔ),使得制造出來的產(chǎn)品甚至用不著檢驗就可上市。事實上,根據(jù)現(xiàn)代質(zhì)量控制理論,質(zhì)量

11、首先是設(shè)計出來的,其次才是制造出來的,并不是檢驗出來的。檢驗只能去除廢品,而不能提高質(zhì)量。4. 保證了功能的實用性 由于在設(shè)計過程中,同時有銷售人員參加,有時甚至還包括顧客,這樣的設(shè)計方法反映了用戶的需求,才能保證去除冗余功能,降低設(shè)備的復(fù)雜性,提高產(chǎn)品的可靠性和實用性。5. 增強市場競爭能力 由于并行工程可以較快地推出適銷對路的產(chǎn)品并投放市場,能夠降低生產(chǎn)制造成本,能夠保證產(chǎn)品質(zhì)量,提高了企業(yè)的生產(chǎn)柔性,因而,企業(yè)的市場競爭能力將會得到加強。五、項目協(xié)調(diào)在并行工程開發(fā)方式下,由于網(wǎng)絡(luò)上多功能小組的工作方式和DFx的使用,產(chǎn)品開發(fā)階段的任務(wù)規(guī)劃、交疊、沖突情況將十分頻繁,如何既妥善處理好這些情

12、況又保證縮短開發(fā)時間;如何組織產(chǎn)品開發(fā)過程眾多的信息和資源才能發(fā)揮其最大效益;在并行工程中還有一些傳統(tǒng)項目中所沒有的特殊活動,如何對其進行特殊的管理;這些新的開發(fā)方式帶來的問題是一般項目管理系統(tǒng)所難以解決的。項目協(xié)調(diào)是開發(fā)人員解決矛盾的過程。解決沖突的手段應(yīng)與產(chǎn)品開發(fā)人員所采用的計算機工具水平相適應(yīng),產(chǎn)品開發(fā)過程中將經(jīng)常發(fā)生沖突,及時發(fā)現(xiàn)和解決沖突是減少設(shè)計重復(fù),提高設(shè)計質(zhì)量,避免無謂浪費的有效手段,因而也一直是設(shè)計人員所關(guān)注的重點問題。但由于種種原因,目前解決沖突主要還是通過有關(guān)人員面對面直接交流的方式。在這種方式下,仲裁的效果很大程度上取決于決策人員有關(guān)沖突領(lǐng)域知識的豐富程度,這與開發(fā)人員所采用設(shè)計工具的技術(shù)水平極不相稱。實際上,沖突各方面應(yīng)當(dāng)充分利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能等有關(guān)技術(shù)改進現(xiàn)有的沖突仲裁方法,以提高仲裁效率,縮短仲裁所需時間。六、并行工程實施實例美國波音飛機制造公司投資40多億美元,研制波音777型噴氣客機,采用龐大的計算機網(wǎng)絡(luò)來支持并行設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)制造。從1990年10月開始設(shè)計到1994年6月僅花了3年零2個月就試制成功,進行試飛,一次成功,即投入運營。在實物總裝后,用激光測量偏差,飛機全長63.7m,從機艙前端到后端50m,最大偏差僅為0.9mm。 AT&T公司在生產(chǎn)計算機配套印刷組產(chǎn)品時,由于原來的設(shè)計中未考