并行工程案例分析

并行工程案例分析

并行工程(Concurrent Engineering)是对于产品和其有关的过程(包括制造和保障过程)进行并行设计的一种系统的综合方法，它要求研制者从一开始就考虑整个产品寿命周期(从概念形成到产品报废处置)中的全部要素，包括质量、成本、进度及顾客需求。并行工程要求特别重视源头设计，在设计的开始阶段，就设法把产品开发所需的所有信息进行综合考虑，把许多学科专家的经验和智慧汇集在一起，融为一体。

1988年美国国家防御分析研究所（IDA—Institute of Defense Analyze）完整地提出了并行工程（CE—Concurrent Engineering）的概念，即“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（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的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。并行工程的目标为提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程的具体做法是：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，从而保证了设计的质量，避免了大量的返工浪费.

－在产品的设计开发期间，将概念设计、结构设计、工艺设计、最终需求等结合起来，保证以最快的速度按要求的质量完成。

－各项工作由与此相关的项目小组完成。进程中小组成员各自安排自身的工作，但可以定期或随时反馈信息并对出现的问题协调解决。

－依据适当的信息系统工具，反馈与协调整个项目的进行。利用现代CIM技术，在产品的研制与开发期间，辅助项目进程的并行化。

一.波音777并行设计工程实例分析

1.背景介绍

随着商业飞机的不断发展，波音公司在原有模式下的产品成本不断增加，并且积压的飞机越来越多。在激烈的市场竞争当中，波音公司是如何用较少的费用设计制造高性能的飞机？资料分析表明，产品设计制造过程中存在着巨大的发展潜力，节约开资的有效途径是减少更改、错误和返工所带来的消耗。一个零件从设计完成后，要经过工艺计划、工装设计制造、制造和装配等过程，在这一过程内，设计约占15％的费用，制造占85％的费用，任何在零件图纸交付前的设计更改都能节约其后85％的生产费用。过去的飞机开发大都延用传统的设计方法，按专业部门划分设计小组，采用串行的开发流程。大型客机从设计到原型制造多则十几年，少则七到八年。

美国波音公司在777大型民用客机的开发研制过程中，运用CIMS（计算机集成制造系统）和CE技术，在企业南北地理分布50千米的区域内，由200个研制小组形成了群组协同工作，产品全部进行数字定义，采用电子预装配检查飞机零件干涉有2500多处，减少了工程更改50%以上，建立了电子样机，除起落架舱外成为世界上第一架无原型样机而一次成功飞上蓝天的喷气客机，也是世界航空发展史上最高水平的“无图纸”研制的飞机。它与波音767的研制周期相比，缩短了13个月，实现了从设计到试飞的一次成功。

2.波音公司并行工程技术实施特点

1）.集成产品开发团队

波音公司在商业飞机制造领域积累了75年的开发经验，成功地推出了707~777等不同型号的飞机。在这些型号开发中，产品开发的组织模式在很大程度上决定了产品开发周期。下图表示了这些型号开发的组织模式演变过程。

IPT 作为一种新的产品开发组织模式，与企业的文化背景和社会环境密切相关。IPT 包括各个专业的技术人员，他们在产品设计中起协调作用，制造过程IPT 成员的尽早参与，最大程度的减少更改、错误和返工。

2）.改进产品开发过程

为什么波音公司在过去的十多年中也采用了CAD/CAM 系统却没有明显地加快进度、降低费用和提高质量呢？原因是其开发过程和管理还停留在原来的水平上，CAD/CAM 系统的应用能有效地减少更改和设计返工的次数，设计进程也大大加快，由此而带来的效益远比减少更改和返工所带来的直接效益大。波音777采用全数字化的产品设计，在设计发图前，设计出777所有零件的三维模型，并在发图前完成所有零件、工装和部件的数字化整机预装配。同时，采用其它的计算机辅助系统，如用于管理零件数据集与发图的IDM 系统，用于线路图设计的WIRS 系统，集成化工艺设计系统，以及所有下游的发图和材料清单数据管理系统。由于采用了一些先进的计算机辅助手段，波音公司在777开发时改进了相应的产品开发过程，如在发图前进行系统设计分析，在CA TIA 上建立三维零件模型，进行数字化预装配，检查干涉配合情况，增加设计过程的反馈次数，减少设计制造之间的大返工。

3）下面对几个主要的设计过程进行描述。

（1）工程设计研制过程

设计开发组

图 3 波音公司民用飞机开发组织结构的演变过

程

设计研制过程起始于3D模型的建立，它是一个反复循环过程。设计人员用数字化预装配检查3D模型，完善设计，直到所有的零件配合满足要求为止。最后，建立零件图、部装图、总装图模型，2D图形完成并发图。设计研制过程需要设计制造团队来协调。

（2）数字化整机预装配过程

数字化预装配利用CAD/CAM系统进行有关3D飞机零部件模型的装配仿真与干涉检查，确定零件的空间位置，根据需要建立临时装配图。作为对数字化预装配过程的补充，设计员接受工程分析、测试、制造的反馈信息。数字化预装配模型的数据管理是一项庞大、繁重的工作，它需要一个专门的数字化预装配管理小组来完成，确保所有用户能方便进入并在发图前作最后的检查。

（3）数字化样件设计过程

777利用CAD/CAM系统进行数字化预装配，数字化样件设计过程负责每个零件设计和样件安装检查。

（4）区域设计（AM）

区域设计是飞机区域零件的一个综合设计过程，它利用数字化预装配过程设计飞机区域的各类模型。区域设计不仅零件干涉检查，而且包括间隙、零件兼容、包装、系统布置美学、支座、重要特性、设计协调情况等。区域设计由每个设计组或设计制造团队成员负责，各工程师、设计员、计划员、工装设计员都应参与区域设计。区域设计是设计小组或设计制造团队每个成员的任务，它的完成需要设计组、结构室、设计制造团队的通力协作。

（5）设计制造过程

设计制造团队由各个专业的技术人员组成，在产品设计中起协调作用，最大程度的减少更改、错误和返工。

（6）综合设计检查过程

综合设计检查过程用于检查所有设计部件的分析、部件树、工装、数控曲面的正确性。综合设计检查过程涉及到设计制造团队和有关质量控制、材料、用户服务和子承包商，一般在发图阶段进行。有关人员定期检查情况，对不合理的地方提出更改建议。综合设计检查是设计制造团队任务的一部分。

（7）集成化计划管理过程

集成化计划管理是一个提高联络速度、制定制造工艺计划、测试及飞机交付计划的过程。集成化计划管理过程不但制定一些专用过程计划，而且对整个开发过程的各种计划进行综合。集成化计划的管理，将提高总体方案的能见度。

3. 采用DPA等数字化方法与工具在设计早期尽快发现下游的各种问题

数字化整机预装配（DPA）是一个计算机模拟装配过程，它根据设计员、分析员、计划员、工装设计员要求，利用各个层次中的零件模型进行预装配。零件是以3D实体形式进行干涉、配合及设计协调情况检查。利用整机预装配过程，全机所有的干涉能被查出，并得到合理解决。波音757的1600～1720站位之间的46段，约1000个零件，它们需要容纳于12个CATIA模型中进行数字化预装配。

4.大量应用CAD/CAM/CAE技术，做到无图纸生产

采用100％数字化技术设计飞机零部件；建立了飞机设计的零件库与标准件库；采用CAE工具进行工程特性分析；计算机辅助制造工程与NC编程；计算机辅助工装设计。

5.利用巨型机支持的产品数据管理系统辅助并行设计

要充分发挥并行设计的效能，支持设计制造团队进行集成化产品设计，还需要一个覆盖整个功能部门的产品数据管理系统的支持，以保证产品设计过程的协同进行，共享产品模型和数据库。

777采用一个大型的综合数据库管理系统，用于存储和提供配置控制，控制多种类型的有关工程、制造和工装数据，以及图形数据、绘图信息、资料属性、产品关系以及电子检字等，同时对所接收的数据进行综合控制。

管理控制包括产品研制、设计、计划、零件制造、部装、总装、测试和发送等过程。它保证将正确的产品图形数据和说明内容发送给使用者。通过产品数据管理系统进行数字化资料共享，实现数据的专用、共享、发图和控制。

3.效益分析

波音公司并行设计技术的有效运用带来了以下几方面的效益：

①提高设计质量，极大地减少了早期生产中的设计更改；

②缩短产品研制周期，和常规的产品设计相比，并行设计明显地加快了设计进程；

③降低了制造成本；

④优化了设计过程，减少了报废和返工率。

二.并行工程的发展趋势

经过10余年的研究与工程实施，并行工程技术思想、方法、工具取得了飞速的进展，从理论研究走向工程实用化，为企业获得市场竞争优势提供了有效地手段。随着需求的进一步深入，可以预计，在今后的一段时间内，并行工程的发展主要集中在以下几个方面：（1）并行工程的方法体系结构更加完备

并行工程已经从传统的产品与过程设计的并行发展到产品、过程、设备的开发与组织管理的并行集成优化，集成范围更加广泛，而在此基础上，并行工程的方法体系也将更加完备。

（2）团队与支持团队协同工作环境支持全球化动态企业联盟

团队技术发展十分迅猛，各种类型的团队和组织管理模式在发展中逐步统一和规范化。随着计算机网络技术的进展，项目管理软件功能的增加，集成框架、CAX/DFX、PDM/ERP、INTERNET/INTRANET，以及协同工作环境与工具的飞速发展和应用领域的不断扩大，以集成产品团队为核心的组织管理模式日益成熟。IPT从企业内部走出，进一步发展为与客户和供应商共同工作，并在特定情况下与竞争对手合作。可以说：IPT（或其他团队形式）正在逐步发展为跨企业、地域，乃至遍布全球的规模。IPT的组织管理方式也发生了根本变化，散步性和动态性更加明显。团队、CSCW技术将有力支持全球化动态企业联盟。

（3）过程重组技术逐渐成熟、应用范围和规模不断扩大

随着信息技术的广泛使用（共享数据库、专家系统、决策支持工具、通讯、过程建模仿真、internet等），团队等并行并行工程技术的发展，企业组织结构由金字塔变为扁平化，人员素质的提高，BPR技术将逐渐成熟，应用范围和领域也不断扩大，经营过程重组也随之从单一企业的重组逐步走向世界范围内跨国经营过程重组的需求。值得注意的是，跨地域、企业的国际化合作因其多面性和深层次结构增加了经营过程的复杂性，也对重新设计经营过程的选择产生巨大的影响。经营过程重组必须考虑其内容、活动结构、国际化和复杂性的巨大变化。

（4）产品数字化定义技术、工具和支撑平台将日趋完善

研究人员的工作重点进一步完善CAX/DFX理论，开发商正致力于实现数字化产品定义工具的实用化与通用化。产品全局十字花模型将更加完备，基于标准和特征技术实现集成化也将成为人们关注的中心。产品数据管理（PDM）系统和支持并行工程的框架技术的功能将不断加强，跨平台的PDM系统和框架已问世，基于Web技术的系统成为其发展新方向。

（5）实施模式与评价方法的系统化、规范化

随着并行工程技术的推广，实施模式与评价方法的研究也将逐渐加深，企业对实施模式与评价体系的系统化、规范化的要求日益强烈。有关并行工程实施的通用方法、评价体系方面的研究都取得了很大的进展，系统化、规范化工作将进一步完善。