并行工程技术

并行工程技术
  
     一、技术概述  
     并行工程技术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。它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品全生命周期（从概念形成到产品报废）内各阶段的因素（如功能、制造、装配、作业调度、质量、成本、维护与用户需求等等），并强调各部门的协同工作，通过建立各决策者之间的有效的信息交流与通讯机制，综合考虑各相关因素的影响，使后续环节中可能出现的问题在设计的早期阶段就被发现，得以解决，从而使产品在设计阶段便具有良好的可制造性、可装配性、可维护性及回收再生等方面的特性，最大限度地减少设计反复，缩短设计、生产准备和制造时间。
    并行工程技术的研究范围一般可分为：
    1.并行工程管理与过程控制技术
    （1）以多功能/多学科小组/群组（Teamwork）为代表的产品开发团队及相应的平面化组织管理机制和企业文化的建立；
    （2）集成化产品开发过程的构造；
    （3）过程协调（含冲突仲裁）技术与支持环境；
    2.并行设计技术
    （1）集成产品信息描述；
    （2）面向装配、制造、质量的设计；
    （3）面向并行工程的工艺设计；
    （4）面向并行工程的工装设计；
    3.快速制造技术
    （1）快速工装准备
    （2）快速生产调度  
    二、现状及国内外发展趋势  
     自80年代提出并行工程出来，美国、欧共体和日本等先进发达国家均给予了高度重视，成立了研究中心，并开展实施一系列以并行工程为核心的政府支持计划，如美国DICE计划（投资逾亿美元）、欧洲ESPRITⅡ、ESPRITⅢ计划以及日本的IMS计划。
    通过大量的研究，国际上已在并行工程的思想、方法和实现技术上取得了一些成果，如：阵列型机构、稻草人指导原则等企业组织机构形式和多功能综合产品开发（群）组（Team Work）的组织与管理方式；动态经营模型、高级petri网等产品开发过程的建模和仿真技术；DFx（面向装配/制造/拆卸/检测/维护/..的设计）等并行设计技术。
    很多企业，特别是麦道公司、波音公司弹道系统部、ABB、西门子、IBM等一系列大公司开始了并行工程实践的尝试，取得了良好效果。
    近几年来，由于各大计算机软、硬件公司看好并行工程的前景，纷纷开始对支持并行工程的工具软件及集成环境的开发，取得了一批初步成果。如：在群组工作集成环境方面，有DEC公司的FBE（Framework-Based Enviornment）、Lotus公司的Notes群件、Montor Graphics公司的Falcon Framework、Spatial Technology公司的ACIS Framework等；在集成产品开发过程的建模与管理方面，DEC和Perceptronics公司均开发了相应的软件工具；在并行设计方面，一方面不少公司在开发DFA、DFM工具，另一方面，许多大的CAD/CAM软件商都在重构、修改原有系统，推出支持并行工程的新版本、新系统，如PTC公司的Pro/E、IBM公司的CATIA、CV公司的CADDS、EDS公司的UGⅡ等。美国著名的信息技术公司GartnerGroup最近发布的一项研究备忘录阐明了将在今后几年内研制出新一代的CAD/CAM系统，或称第四代CAD/CAM系统。第四代CAD/CAM系统称为“并行产品设计新技术环境—CAPE(Concurrent Art-to-Product Environment)”。现阶段的CAPE可定义为在计算机网络环境内对产品开发的整个设计和管理进行全方位的定义和设计，强调并行工程和面向装配，全面采用PDM技术，并借此提高整个生产效率。
    总之，美国等先进发达国家正在以发展产业的模式与规模进行并行工程的研究与开发，也就是说，我们刚刚起步的一些课题在美国等发达国家已经从概念、技术原理验证转入到市场竞争前的产品开发阶段，其中一小部分产品已进入市场与市场开拓阶段，而且并行工程的应用和研究进一步向纵深发展，其技术内容不断扩展。随着灵活（敏捷）制造、虚拟制造的出现，并行工程已不仅仅局限在一个企业内部，它正在向形成插入兼容式企业和企业之间集成方向发展。
    进入90年代，并行工程也引起了我国学术界的高度重视，成为我国制造业和自动化领域的研究热点，一些研究院、所和高校均开始进行一些有针对性的研究工作。1995年“并行工程”正式作为关键技术列入863/CIMS研究计划，有关工业部门也开始设立小型项目资助并行工程技术的预研工作。国内部分企业也已自觉地运用并行工程思想和方法来缩短产品开发周期、增强竞争能力。但是，由于投资规模比较小，绝大部分研究项目还仅仅局限在学术讨论的层次上，相关成果还只是一些原理化、特例化的推理和公式，未得到系统化、工程化的扩充和完善，难以满足企业实践的要求。可以说，无论从技术研究还是企业实践上，我国都落后于国际先进水平十年左右，许多工作仍处在探索阶段。  
     三、“十五”目标及主要研究内容  
     1.目标
    通过对关键技术的攻关，提高我国并行工程技术研究和相关软件工具的自主开发水平，建立企业的协同工作环境和集成框架技术及标准化的研究，选择3-5个典型企业开展并行工程技术实施的示范工程，积极有效地改善和解决我国制造业新产品开发周期过长、市场竞争力弱的通病。
    2.主要研究内容
    （1）并行工程组织管理技术
    从我国制造业企业的实际出发，提出具有可操作性的与并行方式相适应的平面化、网络化企业组织管理机制、企业文化以及产品开发团队的组织、运行方式，并对企业从目前串行的组织管理模式方式转变为适应并行方式的过程中所要面临的问题、所应采取的措施和方法进行深入研究。
    （2）集成化产品开发过程的构造
    剖析机械工业企业现行的产品开发过程，研究产品开发过程的动、静态描述（建模）方法、图形化显示、编辑技术以及在资源约束下产品开发过程的优化算法，提出改进的产品开发流程。
    （3）过程协调（含冲突仲裁）技术与支持环境
    研究冲突检测与仲裁技术，通过先进通信和多媒体技术，进行管理约束和进程跟踪，保证把正确的信息，在正确的时刻，以正确的方式送给正确的人，及时作出决策、修改或认可，从而保证并行工程总目标的实现。
    （4）面向装配的设计
    在综合考虑经济性、生产时间及生气柔性的前提下，在产品设计阶段就考虑零件间的配合、定位、装配方向和路径等，选择有利于装配的产品结构、几何尺寸和材料等。
    （5）面向制造的设计
    在设计一开始就把制造系统的约束集成到设计过程中去，并从制造可行性的角度对设计不断进行评价，使设计满足可制造性要求并得到加工时间、加工成本的优化。
    （6）面向并行工程的工艺设计
    研究并行环境下CAPP的工作模式，利用协调模型实现CAPP系统与设计系统、CAED系统、CAM系统及本系统内部的信息交换方式，并采用专家系统的知识表达方法和面向对象技术，完成CAPP系统的开发并实现产品设计的可加工性评价。
    （7）面向并行工程的工装设计
    研究工装的参数化特征设计方法并建立相应的特征库：总结工装设计中的知识及其表达方法，建立各类工装的精度与强度模型，实现加工夹具、装配夹具与专用夹具的计算机辅助设计。
    （8）快速工装准备
    以功能部件的可组装化、参数化为核心，消除传统工装准备中的备料、切削加工、检测环节，使得工装准备基本上成为一个组装过程，并通过建立参数化元件、部件库为工装设计提供便利，使制造过程的设计时间显著缩减。