并行工程

遗传算法在车间流水作业调度中的应用研究 并行 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 011107115李伟 摘要：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、集成化处理的系统方法和综合技术。随着市场经济的大环境并面临着日益激烈的竞争，企业迫切希望缩短产品开发周期、降低成本、提高质量。在这种形势下，并行工程哲孕育而生。并行工程在国外广泛应用，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。 关键词：并行工程，国内外应用，市场经济 CONCURRENT ENGINEERING LI Wei (College of Mechanical Engineering, Shanghai University of Engineering Science, 011107115) Abstract：Concurrent Engineering is a product and its related processes (including manufacturing and support processes) parallel, integrated and comprehensive systems approach for dealing with technology. As the market economy environment and facing increasing competition, companies are eager to shorten product development cycles, reduce costs and improve quality. In this situation, the concurrent engineering philosophy born out of. Widespread application of concurrent engineering in foreign and domestic also some preliminary results. This research practice at home and abroad, on the profile of concurrent engineering in a more detailed description and analysis of the gap between China and other countries. Key words：Concurrent Engineering; Application at home and abroad；Market economy 0 引　言 80 年代以来，世界经济的飞速发展和全球市场竞争的不断加剧给企业带来了巨大的压力，如何在竞争中求生存、求发展是每个企业面临的实际间题。而且，在激烈的市场竞争中，顾客对产品质量、成本和种类要求越越高，而产品生命周期越来越短。尽管许多企业通过柔性、集成技术获得了显著的经济效益，但并不意味着这些应用技术已不能再往前发展。因此，企业为了赢得市场的竟争，就不得不加速新产品开发、提高产品质量、降低产品成本和提供优质服务等。在这些问题中，迅速开发新产品，并尽快投放市场，成为企业赢得竞争的关键。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（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 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 和用户要求。”[1]如图1所示。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。并行工程在实现上述目标中，主要通过以下方法[2]： ​ 设计质量改进──使早期生产中工程变更次数减少50％以上； ​ 产品设计及其相关过程并行──使产品开发周期缩短40％～60％； ​ 产品设计及其制造过程一体化──使制造成本降低30％～40％。 　 　 图1 并行工程示意图 由于市场竞争的日益激烈，人们认识到有效利用企业资源的重要性，并希望通过采用某种有效的工作模式和支持技术来最大限度地提高产品质量、降低生产成本、缩短产品开发周期、满足用户需求，这正是CE所要实现的目的。[3] 1 并行工程在先进制造技术中的地位与作用 并行工程在先进制造技术中具有承上启下的作用，这主要体现在两个方面：1并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、信息技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的基础。 2在并行工程中为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为 了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟 制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展方向是虚拟制造（VM?/FONT>Virtual Manufacturing）。 所谓虚拟制造又叫拟实制造，它利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问 题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。缩短产品投放市场的时间：顾客正要求越来越短的交货期。在产品供不应求的时代，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，商品充足，顾客看重产品的价格。当制造商通过诸如精益生产等方式尽力降低成本，把价格降到一定程度后，顾客又注重产品质量。市场的发展态势表明，缩短交货期将会成为下一阶段的主要特征。并行工程技术的主要作用就是可以大大缩短产品开发和生产准备时间。据报道，由于实施了并行工程的虚拟产品开发策略，福特公司和克莱斯勒公司将他们新型汽车的开发周期由36个月缩短至24个月。设计和试制周期仅为原来的50%。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，在产品生命周期中，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”、“反复做直到满意”的作法，强调“一次达到目的”。这种“一次达到目的”的要求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；其三，由于在设计时考虑到加工、装配、检验、维修等因素，强调了产品的整体成本优化，因此，产品的全生命周期成本就降低了，既有利于顾客，也有利于制造者。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。并行工程技术主要是从根本上保证了质量的提高。 2​ 并行工程的研究热点 通过查阅国内外文献，了解到目前并行工程的研究热点主要包括： 1、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[4]。 2、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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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。文献[5]运用二叉树及特征建模描述了制造环境建模情况。 3、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[4]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[5]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。 4、DFX：在这一领域中，主要集中于DFM和DFA这两个方向上。面向制造的设计(DFM)是并行工程中最重要的研究内容之一，它是指在产品设计阶段尽早地考虑与制造有关的约束（如可制造性），全面评价产品设计和工艺设计，并提出改进的反馈信息，及时改进设计。在DFM中包含着设计与制造两个方面，传统上制造都是考虑设计要求的，但是设计考虑制造上的要求不够充分，在DFM中必须充分考虑制造要求，一般通过可制造性评价来实现[6] [7]。面向装配的设计（DFA）与DFM类似，它是将可装配性在设计时加以考虑,设计与装配在计算机的支持下统一于一个通用的产品模型，来达到易于装配，节省装配时间、降低装配成本的目的[7]。 并行工程集成框架：所谓集成框架就是使企业内 的各类应用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。主要包括基于思想模型的辅助决策系统、支持多功能小组的多媒体会议系统、计算机辅助冲突解决的协 调系统等。一般可以采用多媒体技术、客户服务器模型进行开发，但在知识共享、多领域数据信息转换、设计意图表达等方面还没有找到切实可行的办法，建立一个 包括信息集成、工具集成和人员集成的理想网络环境仍是一个长期的努力过程。 6、冲突消解及知识处理、协同：在并行工程中产品的早期涉及阶段能够得到的信息大多是模糊和不确定的，仅仅运用经典数学的精确方法来处理往往不能真实地反映客观世界的现实，具有很大的局限性，由美国自动控制专家L.A.Zadeh创立的模糊集理论在处理定性和模糊的知识方面显示了强大的生命力，因此将模糊集理论应用于并行工程中的知识协同处理取得了良好的效果[8]。文献[9]提出的一种新的设计知识的表示方法棗资源模型，对资源和资源间的运算关系进行了定义，对多功能小组、任务并行执行、质量管理、知识重用等进行了描述。 7、面向并行工程企业的体系结构和组织机制：主要包括人的集成（客户、设计者、制造者和管理者）、企业各部门功能集成、信息集成及设计、制造工具集成的组织机制。 8、并行工程中产品开发过程的管理。 9、仿真技术在企业各部门及产品开发过程中的应用。 10、质量工程的研究：主要包括田口(Taguchi)方法、全面质量管理(TQC)及质量功能配置(QFD)。 3​ 并行工程在国外的应用 并行工程在美国、德国、日本等一些国家中已得到广泛应用，其领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业。例如：美国佛杰尼亚大学并行工程研究中心应用并行工程开发新型飞机，使机翼的开发周期缩短了60％（由以往的18个月减至7个月）；美国Mercury计算机联合开发公司在开发40-MHz Intel i860微处理芯片时，运用并行工程方法，使产品从开始设计到被消费者检验合格由原来125天减少到90天；美国HP公司采用并行工程方法设计制造的54600型100-MHz波段示波器，在性能及价格上都优于亚洲最好的产品，研制周期却缩短了1/3；美国的爱国者防空导弹系统也是80年代后期运用并行工程方法迅速研制成功的。美国波音公司在1994年向全世界宣布，波音777飞机采用并行工程的方法，大量使用CAD/CAM技术，实现了无纸化生产，试飞一次成功，并且比按传统方法生产节约时间近50％。德国西门子公司下属的公共通讯网络集团（Simens AG,Public Communication Network Group）在开发复杂电子系统的核心子系统过程中，采用了并行工程的方法，取得了显著的效果，在仿真阶段共提出320份 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ，发现并纠正了许多错误[10]。如表所示，其他一些公司应用并行工程后也产生了巨大的经济效益。 案例 成本 库存 生产周期 开发周期 劳动生产率 HP公司 降低4％ 降低7％ 降低9％ 缩短3％ 上升30％ AT&T 　 降低6％ 缩短8％ 　 上升23％ 麦道公司 　 　 　 缩短2％ 　 迪尔公司 降低30％ 降低60～70％ 　 缩短6％ 　 4​ 并行工程在国内的应用 随着我国全面进入市场经济的大环境并面临着日益激烈的竞争，企业迫切希望缩短产品开发周期、降低成本、提高质量。在这种形势下，当CIMS技术发展到一定程度时，以信息技术为基础的并行工程（concurrent engineering, CE）技术应运而生。CIMS和并行工程在提高企业自动化水平、改善企业的T.Q.C.S.、增强企业的市场应变能力和竞争能力等方面发挥了重要的作用。 并行工程在国外一些企业中的应用已获得了可观的经济效益，证明了它是解决企业产品开发过程的有效方法。到目前为止，我国已有近200家企业进行了CIMS 应用工程的实施，其中，有些企业迫切需要在产品开发领域采用一些先进的技术方法，以提高效益。 我国制造业要想进入世界竞争，必须增强自身的产品开发能力，并行工程是一个非常重要的选择。CE在中国的研究与应用分为以下几个阶段：1992年前是并行工程的预研阶段，863/CIMS年度计划和国家自然科学基金资助了一些并行工程相关技术的研究课题，如面向产品设计的智能DFM，并行设计方法研究，产品开发过程建模与仿真技术研究等。1993年，863/CIMS主题组织清华大学、北航、上海交大、华工和航天204所等单位，组成CE可行性论证小组，提出在CIMS实验工程的基础上开展CE的攻关研究。1995年5月，863/CIMS主题重大关键技术攻关项目“并行工程”正式立项，投入大量资金开展CE方法、关键技术和应用实施的研究。1995年5月-1997年12月，进行了“并行工程”项目的攻关研究。1998年至今，“并行工程”已有攻关成果并进一步深入研究，应用于航天等领域。国内对CE的研究也已发展到了一定的高度，以下是几个成功应用并行工程的典型范例。 西安飞机工业(集团)有限公司 在已有软件系统的基础上，开发支持飞机内装饰并行工程的系统工具，包括：适用于飞机内装饰的CAID系统、DEA系统和模具的CAD/CAE/CAM系统。如Y7-200A内装饰设计制造并行工程。通过了过程建模与PDM实施，工业设计，DFA，并行工程环境下的模具CAD/CAM，飞机客舱内装饰数字化定义等技术手段。Y7-700A飞机内装饰工程中，研制周期从1.5年缩短到1年，减少设计更改60%以上，降低产品研制成本20%以上。 以波音737-700垂直尾翼转包生产为例，研制周期缩短3个月;节约工装引进费用370万美元;减少样板1165块，合计人民币50万元;减少标工、二类工装23项，合计人民币125万元;减少过渡模136项，合计人民币68万元;提高数控编程速度4~6倍，减少数控零件试切时间40%;工艺设计效率提高1.5倍等。 齐齐哈尔铁路车辆并行工程中改进后的棚车开发流程。其改进的措施包括：在产品开发的早期阶段，就能够充分考虑冲压件、铸钢件等零件的可制造性问题和铁路货车的结构强度、刚度及动力学品质等产品性能问题，从而能够尽量减少设计错误，提高设计质量;同时增加DFX，使得在产品设计阶段即可考虑产品加工、装配和工艺等问题，提高一次设计成功的可能性。实现工艺和工装的并行开发，精简设计过程;制造系统与产品开发过程不构成大循环，从而缩短产品开发周期，提高产品质量与水平。 结论 通过对比国内与国外的研究情况，我们发现目前我国并行工程的研究工作主要存在以下一些问题： (1)研究的广度和深度不够：虽然并行工程的研究工作已经广泛开展，但是无论从研究的内容上看，还是从研究的水平上说都明显存在差距。如：并行工程在成本和质量上的应用才刚刚起步，与供应商的集成问题还没有提上日程。 (2)与并行工程有关的技术实用化不够：在实用技术研究方面，目前还没有商品化软件诞生，而国外公司（如：PTC的Pro?/FONT>Engineering、CV的CADDS5）已经推出商品化软件。 (3)并行工程的实施队伍不够：由于科研力量薄弱，在研究上还不能全面开花，并行工程的实施就更是难上加难了。而且，当前国内机械行业在激烈的市场竞争中经济效益不好，CAD/CAM技术还有待普及，全面实施并行工程还缺乏基本的物质基础。 综上所述，经过近几年的发展，CE技术已经取得了长足的进展，CE技术正逐渐成为支持现代企业适应市场发展的重要方法。CE在国外一些著名企业成功实施并取得了很好的效益，在我国技术攻关的初步应用也充分证明了这一点。CE是解决企业产品开发问题的有效方法，是提高我国企业产品竞争能力的重要手段。并行工程的实施将从根本上改变现行的制造模式，在国外已经取得了大量的成功应用，对此我们必须引起高度重视，跟踪世界先进水平开展适合我国国情的研究工作，为并行工程在我国的广泛应用打下坚实的基础。 参 考 文 献 [1] W.I. 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