并行工程的研究概况综述.docx

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1、企业管理并行工程的研究概况综述并行工程程的研究究概况综综述注意：本本文已经经在19999年年3月的的机械械制造(19999,3:99111)杂志志发表使用者请请注明文文章内容容出处陈晓川 张暴暴暴 刘晓晓冰 冯冯辛安（大连理理工大学学CIMMS中心心）内容提要要：先进制制造技术术越来越越受到人人们的重重视，其其中比较较成熟的的并行工工程哲理理已经在在国外推推广应用用，国内内也有些些初步的的成果。本文结结合国内内外的研研究实践践，对并并行工程程的概况况进行了了较为详详细的介介绍，并并分析了了国内外外的差距距所在，希望为为并行工工程的研研究提供供些有益益的帮助助。主题词词：并行工工程，虚虚拟制造造

2、，CAAD一、并行行工程的的定义19888年美国国国家防防御分析析研究所所（IDDAInsstittutee off Deefennse Anaalyzze）完完整地提提出了并并行工程程（CEEConncurrrennt EEngiineeerinng）的的概念，即“并并行工程程是集成成地、并并行地设设计产品品及其相相关过程程（包括括制造过过程和支支持过程程）的系系统方法法。这种种方法要要求产品品开发人人员在一一开始就就考虑产产品整个个生命周周期中从从概念形形成到产产品报废废的所有有因素，包括质质量、成成本、进进度计划划和用户户要求。”【11】如图图1所示。并行工工程的目目标为提提高质量量、降

3、低低成本、缩短产产品开发发周期和和产品上上市时间间。并行行工程在在实现上上述目标标中，主主要通过过以下方方法【77】： 设计质量量改进使早早期生产产中工程程变更次次数减少少50以上； 产品设计计及其相相关过程程并行使产产品开发发周期缩缩短400660； 产品设计计及其制制造过程程一体化化使使制造成成本降低低30400。 图1 并并行工程程示意图图二、并行行工程在在先进制制造技术术中的地地位与作作用并行工程程在先进进制造技技术中具具有承上上启下的的作用，这主要要体现在在两个方方面：1. 并行工程程是在CCAD、CAMM、CAPPP等技技术支持持下，将将原来分分别进行行的工作作在时间间和空间间上交

4、叉叉、重迭迭，充分分利用了了原有技技术，并并吸收了了当前迅迅速发展展的计算算机技术术、信息息技术的的优秀成成果，使使其成为为先进制制造技术术中的基基础。 2. 在并行工工程中为为了达到到并行的的目的，必须建建立高度度集成的的主模型型，通过过它来实实现不同同部门人人员的协协同工作作；为了了达到产产品的一一次设计计成功，减少反反复，它它在许多多部分应应用了仿仿真技术术；主模模型的建建立、局局部仿真真的应用用等都包包含在虚虚拟制造造技术中中，可以以说并行行工程的的发展为为虚拟制制造技术术的诞生生创造了了条件，虚拟制制造技术术将是以以并行工工程为基基础的，并行工工程的进进一步发发展方向向是虚拟拟制造（

5、VM?/FONNTVVirttuall Maanuffactturiing）。所谓谓虚拟制制造又叫叫拟实制制造，它它利用信信息技术术、仿真真技术、计算机机技术对对现实制制造活动动中的人人、物、信息及及制造过过程进行行全面的的仿真，以发现现制造中中可能出出现的问问题，在在产品实实际生产产前就采采取预防防措施，从而达达到产品品一次性性制造成成功，来来达到降降低成本本、缩短短产品开开发周期期，增强强产品竞竞争力的的目的【19】。 三、并行行工程的的应用概概况介绍绍并行工程程在美国国、德国国、日本本等一些些国家中中已得到到广泛应应用，其其领域包包括汽车车、飞机机、计算算机、机机械、电电子等行行业。例例

6、如：美美国佛杰杰尼亚大大学并行行工程研研究中心心应用并并行工程程开发新新型飞机机，使机机翼的开开发周期期缩短了了60（由以以往的118个月月减至77个月）；美国国Merrcurry计算算机联合合开发公公司在开开发400-MHHz IInteel ii8600微处理理芯片时时，运用用并行工工程方法法，使产产品从开开始设计计到被消消费者检检验合格格由原来来1255天减少少到900天；美美国HPP公司采采用并行行工程方方法设计计制造的的546600型型1000-MHHz波段段示波器器，在性性能及价价格上都都优于亚亚洲最好好的产品品，研制制周期却却缩短了了1/3；美美国的爱爱国者防防空导弹弹系统也也是

7、800年代后后期运用用并行工工程方法法迅速研研制成功功的【66】。美美国波音音公司在在19994年向向全世界界宣布，波音7777飞飞机采用用并行工工程的方方法，大大量使用用CADD/CAAM技术术，实现现了无纸纸化生产产，试飞飞一次成成功，并并且比按按传统方方法生产产节约时时间近550。德国西西门子公公司下属属的公共共通讯网网络集团团（Siimenns AAG,PPubllic Commmunnicaatioon NNetwworkk Grroupp）在开开发复杂杂电子系系统的核核心子系系统过程程中，采采用了并并行工程程的方法法，取得得了显著著的效果果，在仿仿真阶段段共提出出3200份报告告，

8、发现现并纠正正了许多多错误【17】。如表表1所示示，其他他一些公公司应用用并行工工程后也也产生了了巨大的的经济效效益。案例成本库存生产周期期开发周期期劳动生产产率HP公司司降低4降低7降低9缩短3上升300AT&TT降低6缩短8上升233麦道公司司缩短2迪尔公司司降低300降低60070缩短6在国内，并行工工程作为为CIMMS发展展的一个个新阶段段，得到到了一些些企业的的广为关关注，其其研究已已于19992年年底被列列为国家家8633计划自自动化领领域的重重点研究究内容。在国家家科技部部和8663/CCIMSS主题专专家组的的领导下下，19995年年7月由清清华大学学、华中中理工大大学、北北京

9、航空空航天大大学、上上海交通通大学和和航天工工业总公公司二院院5个单位位人员组组成了“8633/CIIMS关关键技术术攻关棗棗并行工工程”的的技术攻攻关队伍伍，以航航天总公公司二院院的复杂杂结构件件为应用用背景，开展并并行工程程关键技技术的研研究与应应用。经经过近两两年的攻攻关，终终于取得得了重大大进展。该项目目在应用用上有特特色，在在某些关关键技术术上已经经达到国国际先进进水平，目前，该项目目已经通通过鉴定定【177】。虽然并行行工程在在实际应应用中产产生了如如此巨大大的效果果，但是是也还存存在一些些不易解解决的问问题，如如：在设设计中考考虑后续续工作增增加了当当前工作作的难度度，支持持并行

10、工工程的主主模型还还未统一一，工程程数据库库还没有有完全成成熟等。为此人人们进行行了大量量的研究究工作，本文的的介绍只只能是挂挂一漏万万的。四、并行行工程的的研究热热点通过查阅阅国内外外文献，了解到到目前并并行工程程的研究究热点主主要包括括：1、并行行工程基基础理论论的研究究：主要要包括概概念设计计模型、并行设设计理论论、鲁棒棒设计及及支持产产品开发发全过程程的模型型研究。尤其是是并行设设计的建建模技术术，所谓谓建模就就是指建建立产品品模型，而产品品模型包包括产品品生命周周期各阶阶段的信信息及访访问、操操作这些些信息的的算法。在计算算机环境境下，进进行并行行设计要要求信息息模型能能够获取取和表

11、达达产品信信息、制制造信息息和资源源信息；能够方方便地获获得有关关产品可可制造性性、可装装配性、可维护护性、安安全性等等方面的的信息；能够使使小组成成员共享享信息。要满足足这些要要求，必必须建立立一个能能够表达达和处理理有关产产品生命命周期各各阶段所所有信息息的统一一产品模模型。统统一模型型的建立立可以在在特征建建模基础础上进行行，但是是特征建建模只是是强调设设计和制制造信息息的集成成，在多多学科人人员协同同工作环环境下，当产品品开发某某环节数数据被改改动后，它不具具备自动动更新相相关数据据的能力力，即不不支持所所谓全相相关性。国际标标准化组组织(IISO)提出的的产品数数据模型型STEEP标

12、准准是建立立模型的的工具，但由于于产品数数据复杂杂、多变变此标准准仍在试试用阶段段。从支支持并行行设计建建模技术术研究现现状来看看，目前前的模型型对详细细设计阶阶段以及及下游诸诸环节支支持得较较为充分分，但在在产品概概念设计计阶段其其信息描描述能力力较弱，这是需需要深入入研究的的课题【9】。2、制造造环境建建模：在在并行工工程中产产品的设设计阶段段就考虑虑制造因因素，使使得产品品设计和和工艺设设计同时时进行，因此，无论在在产品的的初期方方案设计计或详细细设计阶阶段都要要及时地地进行产产品可加加工性及及可装配配性的评评价并生生成合适适的工艺艺，这就就必然涉涉及到从从现实制制造资源源角度评评价所涉

13、涉及产品品的制造造工艺性性能，同同时还要要工厂、车间、工段的的生产能能力、设设备布局局及负荷荷情况等等，这样样制造环环境的数数据和知知识模型型就是达达到并行行必不可可少的部部分。文文献【112】运运用二叉叉树及特特征建模模描述了了制造环环境建模模情况。3、面向向并行工工程的CCAPPP：传统统的CAAPP不不具备与与产品设设计并行行交互的的能力，不能对对产品或或零件进进行可制制造性评评价并反反馈结果果，为实实现计算算机辅助助并行工工程，面面向并行行工程的的CAPPP是关关键。为为了达到到这一目目的，零零件信息息模型应应是一个个动态的的数据结结构，设设计者可可以在设设计中的的任何阶阶段将设设计结

14、果果移交工工艺评价价模块，并根据据评价结结果修改改模型或或继续设设计；该该模型应应将零件件功能与与零件特特征间建建立一种种映射关关系；此此模型还还应便于于多知识识源的协协同处理理，一般般可采用用“黑板板结构”，即一一组负责责相应功功能的知知识源系系统在“管理者者”的协协调控制制下，对对领域黑黑板上的的当前零零件信息息模型进进行操作作。文献献【111】给出出了面向向并行工工程的CCAPPP体系结结构及零零件建模模、环境境建模等等模块的的结构。文献【13】以轴类类零件为为例，采采用了链链表作为为数据结结构表示示零件的的形状特特征等，但距离离实用还还有一定定的差距距。4、DFFX：在在这一领领域中，

15、主要集集中于DDFM和和DFAA这两个个方向上上。面向向制造的的设计(DFMM)是并并行工程程中最重重要的研研究内容容之一，它是指指在产品品设计阶阶段尽早早地考虑虑与制造造有关的的约束（如可制制造性），全面面评价产产品设计计和工艺艺设计，并提出出改进的的反馈信信息，及及时改进进设计。在DFFM中包包含着设设计与制制造两个个方面，传统上上制造都都是考虑虑设计要要求的，但是设设计考虑虑制造上上的要求求不够充充分，在在DFMM中必须须充分考考虑制造造要求，一般通通过可制制造性评评价来实实现【114】【15】。面向向装配的的设计（DFAA）与DFFM类似似，它是是将可装装配性在在设计时时加以考考虑,设

16、计与与装配在在计算机机的支持持下统一一于一个个通用的的产品模模型，来来达到易易于装配配，节省省装配时时间、降降低装配配成本的的目的【16】。5. 并行工程程集成框框架：所所谓集成成框架就就是使企企业内的的各类应应用实现现信息集集成、功功能集成成和过程程集成的的软件系系统。主主要包括括基于思思想模型型的辅助助决策系系统、支支持多功功能小组组的多媒媒体会议议系统、计算机机辅助冲冲突解决决的协调调系统等等。一般般可以采采用多媒媒体技术术、客户户服务器器模型进进行开发发，但在在知识共共享、多多领域数数据信息息转换、设计意意图表达达等方面面还没有有找到切切实可行行的办法法，建立立一个包包括信息息集成、工

17、具集集成和人人员集成成的理想想网络环环境仍是是一个长长期的努努力过程程。 6、冲突突消解及及知识处处理、协协同：在在并行工工程中产产品的早早期涉及及阶段能能够得到到的信息息大多是是模糊和和不确定定的，仅仅仅运用用经典数数学的精精确方法法来处理理往往不不能真实实地反映映客观世世界的现现实，具具有很大大的局限限性，由由美国自自动控制制专家LL.A.Zaddeh创创立的模模糊集理理论在处处理定性性和模糊糊的知识识方面显显示了强强大的生生命力，因此将将模糊集集理论应应用于并并行工程程中的知知识协同同处理取取得了良良好的效效果【110】。文献【18】提出的的一种新新的设计计知识的的表示方方法棗资资源模型

18、型，对资资源和资资源间的的运算关关系进行行了定义义，对多多功能小小组、任任务并行行执行、质量管管理、知知识重用用等进行行了描述述。7、面向向并行工工程企业业的体系系结构和和组织机机制：主主要包括括人的集集成（客客户、设设计者、制造者者和管理理者）、企业各各部门功功能集成成、信息息集成及及设计、制造工工具集成成的组织织机制。8、并行行工程中中产品开开发过程程的管理理。9、仿真真技术在在企业各各部门及及产品开开发过程程中的应应用。10、质质量工程程的研究究：主要要包括田田口(TTaguuchii)方法法、全面面质量管管理(TTQC)及质量量功能配配置(QQFD)。我国的研研究工作作主要集集中在高高

19、校中，据不完完全统计计如下表表所示：单位名称称主要研究究方向清华大学学面向CEE的CADD/CAAPP/CAMM的集成成研究、DFMM等华中理工工大学并行设计计的零件件信息模模型、面面向CEE的设备备环境建建模等上海交通通大学面向CEE的集成成化设计计信息模模型及决决策信息息模型、DFAA等北京航空空航天大大学CE中过过程建模模、过程程管理及及通讯技技术研究究等西安交通通大学CE的过过程模型型与并行行品质评评价等西北工业业大学并行工程程中的模模糊知识识（信息息）协同同方法、QFDD等北京理工工大学面向CEE的协同同工作环环境等天津大学学智能工程程知识处处理及并并行设计计支持环环境等五、结束束语

20、通过对比比国内与与国外的的研究情情况，我我们发现现目前我我国并行行工程的的研究工工作主要要存在以以下一些些问题：(1)研研究的广广度和深深度不够够：虽然然并行工工程的研研究工作作已经广广泛开展展，但是是无论从从研究的的内容上上看，还还是从研研究的水水平上说说都明显显存在差差距。如如：并行行工程在在成本和和质量上上的应用用才刚刚刚起步，与供应应商的集集成问题题还没有有提上日日程。(2)与与并行工工程有关关的技术术实用化化不够：在实用用技术研研究方面面，目前前还没有有商品化化软件诞诞生，而而国外公公司（如如：PTTC的Proo?/FFONTTEnnginneerringg、CV的CADDDS55）

21、已经经推出商商品化软软件。(3)并并行工程程的实施施队伍不不够：由由于科研研力量薄薄弱，在在研究上上还不能能全面开开花，并并行工程程的实施施就更是是难上加加难了。而且，当前国国内机械械行业在在激烈的的市场竞竞争中经经济效益益不好，CADD/CAAM技术术还有待待普及，全面实实施并行行工程还还缺乏基基本的物物质基础础。综上所述述，并行行工程的的实施将将从根本本上改变变现行的的制造模模式，在在国外已已经取得得了大量量的成功功应用，对此我我们必须须引起高高度重视视，跟踪踪世界先先进水平平开展适适合我国国国情的的研究工工作，为为并行工工程在我我国的广广泛应用用打下坚坚实的基基础。主要参考考文献1. W

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28、 GENNERAAL RRESEEARCCH SSITUUATIION OF CONNCURRRENNT EENGIINEEERINNGChenn Xiiao-Chuuan, Zhhangg Baao-BBao , LLiu Xiaao-BBingg, FFengg Xiin-AAn(Dalliann Unniveersiity of Tecchnoologgy, CIMMS CCenttre,Dalliann,11160223)Absttracct: Peooplee reespeect thee Addvanncedd Maanuffactturiing Tecchnoologgy (AM

29、TT) mmoree annd mmoree. CConccurrrentt Ennginneerringg(CEE) wwhicch iis oone of thee ATTM hhas beeen uusedd inn abbroaad aand theere aree soome fruuitss inn Chhinaa. IIn tthiss paaperr, wwe ggivee thhe ggeneerall reeseaarchh siituaatioon oof CCE. Theen wwe aanallyzeed tthe diffferrencces bettweeen CChinna aand thee deevellopeed ccounntriies in CEs rreseearcch. Andd wee hoope ourr woork is bennefiit oon pperssonss whho rreseearcch CCE.Keywwordds: Conncurrrennt EEngiineeerinng , Viirtuual Mannufaactuurinng ,CADD