并行工程的关键技术及应用

先进制造技术课程论文论文题目：【并行工程的关键技术及应用】系部：机械工程系专业：机械制造与自动化班级：机制1242014年10月25日绪论先进制造技术越来越受到人们的重视，其中比较成熟的并行工程哲理已经在国外推广应用，国内也有些初步的成果。

本文结合国内外的研究实践，对并行工程的概况进行了较为详细的介绍，并分析了国内外的差距所在，并行工程是提高我国企业产品竞争能力的重要手段。

传统的新产品开发大多沿用串行工程方法，部门间的沟通和互动不够，从而导致设计改动量非常大，产品开发周期长，新产品开发过程低效而缓慢，难以适应激烈的市场竞争。

并行工程是制造领域的关键技术之一，主要研究如何将产品的创新、构思、规划、设计、制造、使用、服务的整个生命全周期的信息和知识在产品设计阶段以并行的方式实施，以大大缩短产品上市周期、提高质量、减少成本、降低污染和能耗。

因此，并行工程是全球制造业和学术界长期关注的高技术领域之一。

在我国制造产业面临从原始设备制造商到原始设计制造商转型升级的关键时期，并行工程和并行设计是我国工程界、产业界和学术界高度关注的领域。

在此形势下召开的CE2014并行工程国际会议对我国有着重要的学术意义和产业价值，给我们一次重要的学习、交流、演示、展望的机会。

国际并行工程学术会议将于2014年9月在北京举行。

本系列国际会议自1990年代开始每年轮流在各大洲召开，该会是并行工程领域重要的国际会议，在全球具有广泛影响力。

这种形势迫切要求企业采用新的产品开发手段以保证产品开发早期阶段能作出正确的决策，从而缩短产品开发时间，提高产品质量，降低研发成本。

并行工程是对传统产品开发模式的一种根本性改进，是一种新的设计哲理与产品开发技术。

它一开始就考虑整个产品生命周期，把产品开发活动看成一个整体、集成的过程，组织以产品为核心的多学科跨部门集成产品开发团队来进行产品开发，并通过改进开发流程、采用计算机信息技术辅助工具，实现产品的全生命周期数字化和信息集成，从而使在产品开发过程的早期便能作出的正确的决策，进而达到缩短产品上市周期，降低生产成本，提高产品质量的目的。

本文针对如何通过并行工程来提升企业的新产品开发绩效便成为学界和业界相当关注的问题。

本文针对产品开发探讨并行工程的关键技术及应用分析。

第一章并行工程的原理及特点1.1 并行工程的原理一个新产品从概念构思到生产出来是一个完整的过程。

传统的串行工程方法是基于二百多年前英国政治经济学家亚当·斯密的劳动分工理论。

该理论认为分工越细，工作效率越高。

因此串行方法是把整个产品开发全过程细分为很多步骤，每个部门和个人都只做其中的一部分工作，而且是相对独立进行的，工作做完以后把结果交给下一部门。

西方把这种方式称为“抛过墙法”，他们的工作是以职能和分工任务为中心的，不一定存在完整的、统一的产品概念。

而并行工程则强调人唢要面向整个过程或产品对象，因此它特别强调设计人员在设计时不仅要考虑设计，还要考虑这种设计的工艺性、可制造性、可生产性、可维修性等等，工艺部门的人也要同样考虑其他过程，设计某个部件时要考虑与其他部件之间的配合。

所以整个开发工作都是要着眼于整个过程和产品目标。

从串行到并行，是观念上的很大转变。

在传统串行工程中，对各部门工作的评价往往是看交给它的那一份工作任务完成是否出色。

就设计而言，主要是看设计工作是否新颖，是否有创造性，产品是否有优良的性能。

对其他部门也是看他的那一份工作是否完成出色。

而并行工程则强调系统集成与整体优化，它并不完全追求单个部门、局部过程和单个部件的最优，而是追求全局优化，追求产品整体的竞争能力。

对产品而言，这种竞争能力就是由产品的TQCS综合指标--交货期、质量、价格、和服务。

在不同情况下，侧重点不同。

在现阶段，并货期可能是关键因素，有时是质量，有时是价格，有时是它们中的几个综合指标。

对每一个产品而言，企业都对它有一个竞争目标的合理定位，因此并行工程应酬围绕这个目标来进行整个产品开发活动。

只要达到整体优化和全局目标，并不追求每个部门的工作最优。

因此对整个工作的评价是根据整体优化结果来评价的。

1.2 并行工程的特点并行工程作为一种管理理念和工作模式，其特点在于重视用户的要求，全面考虑整个产品生命周期，对产品开发过程进行集成管理和控制。

2.1全方位考虑产品。

在并行工程项目中，集成产品开发团队协同工作，同时处理新产品的多个方面，并在新产品开发活动中，职责和权利共享，制造部门成员和其他功能成员不会等到产品开发完成才参与进来，而是一直和产品设计师紧密配合完成产品开发和过程处理，故而影响产品设计从而最终使产品具有更好的可生产性及更低的成本。

为了更好地制造新产品、销售新产品、运送新产品及售后服务，并行工程全面考虑产品设计开发、制造、销售、服务部门等信息需求。

2.2集成产品开发团队。

并行工程中突出了组织和人的因素。

现代客户需求越来越多样化，产品功能越来越多，设计越来越复杂，为了确保产品的可装配性，管理者必须建立一套标准流程。

另外，开发过程涉及的学科门类和专业人员也是非常多的，为达到开发过程的整体最优，企业必须更好地发挥并掌握现代先进技术的人的群体协作，组成集成产品开发团队和支持团队进行协同工作(指计算机系统、各种软件工具、网络手段与设计工具在一起的支持环境系统等)，把产品开发过程看成一个有机系统，消除传统串行模式中各部门之间的壁垒，使各部门协调一致，提高团体效益。

并行工程必须要有一个来自公司各部门的集成产品开发团队并让战略合作伙伴、重要供应商及客户参与进来。

2.3并行交叉有序。

并行工程作为一种方法，旨在产品开发的早期阶段就能综合评估产品全生命周期的各种因素，做出正确决策。

它强调产品设计与工艺工程设计、生产技术准备、采购、生产等各种活动并行交叉进行。

并行工程强调各种活动并行交叉、并不是也不可能违反产品开发过程必要的逻辑顺序和规律，不能取消或超越任何一个必经的阶段，而是充分考虑整个产品的各个子模块，找出它们之间的逻辑关系，尽量并行交叉进行。

并行设计是并行工程主体，它利用计算机仿真技术等系列工具，对产品开发的全生命周期进行并行而有序的设计，使传统的在生产制造阶段才能发现的问题能够在设计早期得到解决。

2.4尽早开始工作。

正因为强调各活动之间的并行交叉和节省时间，并行工程往往要求人们学会在信息不完整的情况下就开始工作。

综上所述，并行工程的本质特征包括：1)强调产品开发设计的并行性，强调产品最终的上市时间；2)强调集成产品开发团队紧密合作，权责利结合，有效沟通与协调，尽量确保产品开发的一次性成功；3)强调和战略伙伴、重要供应商和客户的合作，降低产品成本。

第二章并行工程的作用2.1并行工程对新产品开发的促进作用并行工程是一种集成系统的方法，设计、制造、测试、售后支持等活动同时进行考虑，使得在产品开发时各种问题尽早地被考虑到，产品设计修改减少，从而降低了产品开发成本，缩短了产品上市时间。

其与串行工程的根本区别在于并行工程把产品开发的各个活动看成是一个整体、集成的过程，要求产品开发人员从设计伊始就要考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品处理的全部因素，并从全局优化的角度出发，对集成过程进行管理与控制。

并行工程的重要目标就是尽可能使产品设计一次性成功(熊光楞)。

Marko等学者认为采用并行工程的目标在于：(1)缩短新产品开发时间。

并行产品开发缩短50%以上时间是由于开发活动并行进行、团队成员能够经常性交换信息，责任在于团队而不是浪费时间去追寻某个人的责任。

(2)相对传统的串行开发而言，并行工程新产品开发降低了产品开发成本。

在产品串行开发，由于各个活动串行执行产品开发成本增长很慢，但由于反复的修改过程制造成本增长很快。

而产品开发如采用并行工程，早期产品开发活动成本增长很快，反复的修改过程少，制造成本增长慢，进而降低了产品开发成本。

并行工程在新产品开发中的意义。

如前所述，采用并行工程进行新产品开发能够提高新产品开发效率，增加新产品竞争优势，从而获得新产品成功。

这主要表现在以下几方面：(1)新产品研制时间缩短；(2)新产品设计质量提高；(3)新产品设计的反复次数减少；(4)新产品提高了工艺质量；(5)减少了新产品的制造时间。

2.2并行工程的研究热点并行工程基础理论的研究：主要包括概念设计模型、并行设计理论、鲁棒设计及支持产品开发全过程的模型研究。

尤其是并行设计的建模技术，所谓建模就是指建立产品模型，而产品模型包括产品生命周期各阶段的信息及访问、操作这些信息的算法。

在计算机环境下，进行并行设计要求信息模型能够获取和表达产品信息、制造信息和资源信息；能够方便地获得有关产品可制造性、可装配性、可维护性、安全性等方面的信息；能够使小组成员共享信息。

要满足这些要求，必须建立一个能够表达和处理有关产品生命周期各阶段所有信息的统一产品模型。

统一模型的建立可以在特征建模基础上进行，但是特征建模只是强调设计和制造信息的集成，在多学科人员协同工作环境下，当产品开发某环节数据被改动后，它不具备自动更新相关数据的能力，即不支持所谓全相关性。

国际标准化组织(ISO)提出的产品数据模型STEP标准是建立模型的工具，但由于产品数据复杂、多变此标准仍在试用阶段。

从支持并行设计建模技术研究现状来看，目前的模型对详细设计阶段以及下游诸环节支持得较为充分，但在产品概念设计阶段其信息描述能力较弱，这是需要深入研究的课题。

制造环境建模：在并行工程中产品的设计阶段就考虑制造因素，使得产品设计和工艺设计同时进行，因此，无论在产品的初期方案设计或详细设计阶段都要及时地进行产品可加工性及可装配性的评价并生成合适的工艺，这就必然涉及到从现实制造资源角度评价所涉及产品的制造工艺性能，同时还要工厂、车间、工段的生产能力、设备布局及负荷情况等，这样制造环境的数据和知识模型就是达到并行必不可少的部分。

运用二叉树及特征建模描述了制造环境建模情况。

面向并行工程的CAPP：传统的CAPP不具备与产品设计并行交互的能力，不能对产品或零件进行可制造性评价并反馈结果，为实现计算机辅助并行工程，面向并行工程的CAPP是关键。

为了达到这一目的，零件信息模型应是一个动态的数据结构，设计者可以在设计中的任何阶段将设计结果移交工艺评价模块，并根据评价结果修改模型或继续设计；该模型应将零件功能与零件特征间建立一种映射关系；此模型还应便于多知识源的协同处理，一般可采用“黑板结构”，即一组负责相应功能的知识源系统在“管理者”的协调控制下，对领域黑板上的当前零件信息模型进行操作。

文献给出了面向并行工程的CAPP体系结构及零件建模、环境建模等模块的结构。

文献以轴类零件为例，采用了链表作为数据结构表示零件的形状特征等，但距离实用还有一定的差距。