制造32现代制造技术之并行工程.ppt
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1、11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程的基本概念和案例分析并行工程的基本概念和案例分析罗意平罗意平中南大学中南大学11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所内容内容并行工程的基本概念并行工程的基本概念产品开发过程的并行化分析产品开发过程的并行化分析多功能团队的组织和运行多功能团队的组织和运行慧勤工作流管理慧勤工作流管理基于基于CBDCBD集成的集成的DFxDFx工具工具集成化产品信息模型集成化产品信息模型基于装配模型的模型快速重构功能基于装配模型的模型快速重构功能总结总结11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大
2、学先进制造技术研究所并行工程并行工程CIMS发展的新阶段发展的新阶段l信息集成:企业内各功能部门之间基于异构环信息集成:企业内各功能部门之间基于异构环境的信息共享境的信息共享l并行工程:产品开发过程的集成与并行并行工程:产品开发过程的集成与并行l敏捷制造:企业间的集成、动态联盟敏捷制造:企业间的集成、动态联盟11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所为什么要开展并行工程为什么要开展并行工程l产品开发是产品形成中的创造性阶段。一般认为产品开产品开发是产品形成中的创造性阶段。一般认为产品开发包括产品规划、产品设计、生产准备和样品试验发包括产品规划、产品设计、生产准备和
3、样品试验4 4个个阶段。在产品开发中,产品性能、产品形状、产品尺寸阶段。在产品开发中,产品性能、产品形状、产品尺寸及零件材料、数量、结构工艺和装配工艺性都将确定。及零件材料、数量、结构工艺和装配工艺性都将确定。它不仅确定了产品成本的大部分,而且也占用了产品生它不仅确定了产品成本的大部分,而且也占用了产品生产周期的大部分时间,下图表明虽然产品开发的成本只产周期的大部分时间,下图表明虽然产品开发的成本只占总成本的占总成本的5%5%,但是产品成本的,但是产品成本的70%70%都是在产品开发中都是在产品开发中确定的。因此,产品开发是降低产品成本、缩短产品上确定的。因此,产品开发是降低产品成本、缩短产品
4、上市时间的关键。市时间的关键。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所产品生命周期费用分布情况产品生命周期费用分布情况11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所产品开发过程的改进是关键产品开发过程的改进是关键l尽管许多企业已通过柔性制造和信息集成技术改善了生尽管许多企业已通过柔性制造和信息集成技术改善了生产条件,获得了显著的经济效益,但这些高新技术的应产条件,获得了显著的经济效益,但这些高新技术的应用远没有达到人们所期望的目标。对国内外企业的分析用远没有达到人们所期望的目标。对国内外企业的分析表明,企业组织结构的改进是企业从应用技术
5、中获得更表明,企业组织结构的改进是企业从应用技术中获得更大潜在效益的重要因素,改进产品的开发过程比改进产大潜在效益的重要因素,改进产品的开发过程比改进产品的生产过程获得的效益更为显著。品的生产过程获得的效益更为显著。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程定义并行工程定义l并并行行工工程程是是一一种种综综合合经经营营、工工程程和和管管理理的的哲哲理理、指指导导思思想想、方方法法论论和和工工作作模模式式。美美国国国国防防分分析析研研究究所所(IDA)在在R338研究报告中给出了如下的定义:研究报告中给出了如下的定义:“并并行行工工程程是是对对产产品品及及其
6、其相相关关过过程程(包包括括制制造造过过程程和和支支持持过过程程)进进行行并并行行、一一体体化化设设计计的的一一种种系系统统化化的的工工作作模模式式。这这种种模模式式力力图图使使开开发发者者从从一一开开始始就就考考虑虑到到产产品品生生命命周周期期(从从概概念念形形成成到到产产品品报报废废)中中的的所所有有因因素素,包包括括质质量量、成成本、进度与用户需求等。本、进度与用户需求等。”11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程原理和基本概念并行工程原理和基本概念l并行工程的原理可以概括为:有效的领导方法;并行设并行工程的原理可以概括为:有效的领导方法;并行设计
7、产品及相关过程;满足客户要求;不断改进过程;开计产品及相关过程;满足客户要求;不断改进过程;开发管理信息和财富;重点放在通过长期计划和决策获取发管理信息和财富;重点放在通过长期计划和决策获取效益。效益。l并行工程是充分利用现代计算机技术,现代通信技术和并行工程是充分利用现代计算机技术,现代通信技术和现代管理技术来辅助产品设计的一种工作方法。它站在现代管理技术来辅助产品设计的一种工作方法。它站在产品全生命周期的高度,打破传统的部门分割的、封闭产品全生命周期的高度,打破传统的部门分割的、封闭的组织模式,强调参与者的协同工作,重视产品开发过的组织模式,强调参与者的协同工作,重视产品开发过程的重组、重
8、构。程的重组、重构。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程原理和基本概念并行工程原理和基本概念l并行工程又是一种集成产品开发全过程的系统化方法,并行工程又是一种集成产品开发全过程的系统化方法,它要求产品开发人员从设计一开始即考虑产品生命周期它要求产品开发人员从设计一开始即考虑产品生命周期中的各种因素。它通过组成多学科产品开发队伍、改进中的各种因素。它通过组成多学科产品开发队伍、改进产品开发流程、利用各种计算机辅助工具等手段产品开发流程、利用各种计算机辅助工具等手段,使产使产品开发的早期阶段能及早考虑下游的各种因素品开发的早期阶段能及早考虑下游的各种因素
9、,以提高以提高产品设计、制造的一次成功率。达到缩短产品开发周期、产品设计、制造的一次成功率。达到缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本,增强企业竞争能力的目提高产品质量、降低产品成本,增强企业竞争能力的目标。标。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程覆盖产品生命全周期并行工程覆盖产品生命全周期11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程与现代信息技术并行工程与现代信息技术l并行工程的关键是产品及其相关过程的并发与集成。相并行工程的关键是产品及其相关过程的并发与集成。相关过程包括市场分析、原材料采购、产品成本估算
10、、加关过程包括市场分析、原材料采购、产品成本估算、加工、装配、检验、销售、售后服务以及报废处理等等。工、装配、检验、销售、售后服务以及报废处理等等。产品开发过程中的各阶段工作交叉、并行进行。这种工产品开发过程中的各阶段工作交叉、并行进行。这种工作方式依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员的相作方式依赖于产品开发中各学科、各职能部门人员的相互合作、相互信任和信息共享,通过彼此间有效的通讯互合作、相互信任和信息共享,通过彼此间有效的通讯和交流,尽早考虑产品整个生命周期中的所有因素,尽和交流,尽早考虑产品整个生命周期中的所有因素,尽快发现问题并解决问题,以达到各项工作的协调一致。快发现问题并解决问题
11、,以达到各项工作的协调一致。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程与现代信息技术并行工程与现代信息技术l为了解决以上问题,就必须应用现代信息技术对整个产为了解决以上问题,就必须应用现代信息技术对整个产品开发过程进行建模、仿真和管理,将过去串行的开发品开发过程进行建模、仿真和管理,将过去串行的开发过程经过细化、过程重组,实现产品开发过程的并行,过程经过细化、过程重组,实现产品开发过程的并行,使参加开发的人员更加协调、高效地完成产品开发工作。使参加开发的人员更加协调、高效地完成产品开发工作。因此并行工程的管理主要涉及到过程建模与管理、工作因此并行工程的管理
12、主要涉及到过程建模与管理、工作流管理、知识管理和集成、产品数据管理、质量保证体流管理、知识管理和集成、产品数据管理、质量保证体系和标准化体系等等。系和标准化体系等等。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行工程的研究和应用现状并行工程的研究和应用现状l1986-19921986-1992左右:是并行工程的研究与初步尝试阶段:左右:是并行工程的研究与初步尝试阶段:美国国防部支持的美国国防部支持的DARPA/DICEDARPA/DICE计划,欧洲的计划,欧洲的ESPRIT II&IIIESPRIT II&III计计划,日本的划,日本的IMSIMS计划等。计划等。
13、l1991199119961996年是并行工程的全面应用阶段:年是并行工程的全面应用阶段:航空领域:波音航空领域:波音777777,737-X737-X,麦道,麦道,Northrop B-2Northrop B-2轰炸机等;轰炸机等;航天领域:航天领域:Lockhead/ThaadLockhead/Thaad导弹开发;导弹开发;汽车领域:汽车领域:Ford 2000 C3/PFord 2000 C3/P,Chrysler Viper,RenaultChrysler Viper,Renault等;等;电子领域:电子领域:SimensSimens,DECDEC,HPHP,IBMIBM,GEGE等;
14、等;机械领域:机械领域:ABBABB,GMGM等;等;l19951995至今,是新的发展阶段:并行工程作为一种哲理,至今,是新的发展阶段:并行工程作为一种哲理,其中新技术不断更新:如网络上的异地协同设计,虚拟其中新技术不断更新:如网络上的异地协同设计,虚拟现实技术在设计中的应用,新的设计方法学等。现实技术在设计中的应用,新的设计方法学等。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所开展并行工程的关键技术开展并行工程的关键技术-产品开发过程的并行化分析产品开发过程的并行化分析产品开发过程的并行化分析产品开发过程的并行化分析11/26/2022中南大学先进制造技术研究所
15、中南大学先进制造技术研究所无法加工无法加工 ,装配困难装配困难.产品开发过程的并行化分析产品开发过程的并行化分析l传统的产品开发模式传统的产品开发模式功能部门制,信息共享存在障碍功能部门制,信息共享存在障碍串行的流程,设计早期不能全面考虑产品生命周期中串行的流程,设计早期不能全面考虑产品生命周期中的各种因素的各种因素基于图纸的手工设计为主,设计表达存在二义性基于图纸的手工设计为主,设计表达存在二义性缺少先进的计算机平台,不足以支持协同化产品开发缺少先进的计算机平台,不足以支持协同化产品开发11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所方案设计与论证详细设计结构分析与优
16、化工艺审查原理实验与分析确定工艺方案生产准备加工制造与测试产品验证较多一般频繁偶尔“并行并行”:用更频繁的小循环用更频繁的小循环来避免代价昂贵的大循环来避免代价昂贵的大循环串串型型产产品品开开发发过过程程并并型型产产品品开开发发过过程程11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所串型过程的并行化重组串型过程的并行化重组l要将产品开发过程从传统的串行产品开发流程转变成集要将产品开发过程从传统的串行产品开发流程转变成集成的、并行的产品开发过程,必须要强调的是并行的概成的、并行的产品开发过程,必须要强调的是并行的概念:并行并不是串型活动的简单并发,这在实际上是做念:并行并
17、不是串型活动的简单并发,这在实际上是做不到的。许多活动的本质就决定了它们之间的串型关系。不到的。许多活动的本质就决定了它们之间的串型关系。因此不加分析,不对现行的过程和活动进行打乱重组是因此不加分析,不对现行的过程和活动进行打乱重组是不可能实现并行的目标的。我们这里的并行强调的是这不可能实现并行的目标的。我们这里的并行强调的是这么两个观点;一是重组的观点,并行化的核心是对现行么两个观点;一是重组的观点,并行化的核心是对现行过程的分析细化和对现行活动的分解重组。第二个观点过程的分析细化和对现行活动的分解重组。第二个观点是集成的观点,并行化强调的是不同过程的集成和不同是集成的观点,并行化强调的是不
18、同过程的集成和不同设计人员的协同工作。强调通过产品预发布技术使下游设计人员的协同工作。强调通过产品预发布技术使下游过程的设计者能在产品开发早期参与设计过程。过程的设计者能在产品开发早期参与设计过程。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所典型的串型开发过程典型的串型开发过程11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所串型过程的分解和细化串型过程的分解和细化11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行化的产品开发过程并行化的产品开发过程11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究
19、所扔过墙式的工作方式和基于图纸的扔过墙式的工作方式和基于图纸的审批制度,造成了工作的串型化审批制度,造成了工作的串型化标准化审查A6成本核算A5工艺检查A4审批A3A2设A1设计结果标准化审查意见设计结果成本审查意见设计结果工艺审查意见设计结果审批意见设计结果校核意见设计结果设计校核11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所通过设计预发布促进并行工作通过设计预发布促进并行工作11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所并行开发过程的建模与仿真并行开发过程的建模与仿真l产品开发过程的并行化是一个产品开发过程的并行化是一个BPR BPR 的
20、过程。一个集成化的过程。一个集成化产品开发过程的正确描述是对它进行进一步分析、评价产品开发过程的正确描述是对它进行进一步分析、评价和仿真的必须。这个模型应该是一个能描述产品开发过和仿真的必须。这个模型应该是一个能描述产品开发过程及其和产品、资源、组织等相关关系的集成化模型。程及其和产品、资源、组织等相关关系的集成化模型。对涉及的三流(信息流,物料流和资金流)三要素(组对涉及的三流(信息流,物料流和资金流)三要素(组织、技术、资源)进行统一的定义和控制。我们通过对织、技术、资源)进行统一的定义和控制。我们通过对经营过程各个活动的描述来把企业的产品结构模型,资经营过程各个活动的描述来把企业的产品结
21、构模型,资源利用模型和组织管理模型集成在一起;并通过对产品源利用模型和组织管理模型集成在一起;并通过对产品结构、资源利用和组织管理模型的控制和评价来实现对结构、资源利用和组织管理模型的控制和评价来实现对过程模型的管理和优化。过程模型的管理和优化。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所集成化集成化P_PROCE模型模型企业经营过程模型企业经营过程模型产品结构产品结构资源利用资源利用组织管理组织管理控制和评价控制和评价三三流流三三要要素素11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所P_PROCE模型的仿真和优化模型的仿真和优化P_PRO
22、CE模型仿真模型仿真人力人力 设备设备资金资金 产出产出人力人力 设备设备资金资金 产出产出A0EsA1E0A2E2A3A4E1EnA5E4A6A7X X11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所重组前后过程的资源利用仿真重组前后过程的资源利用仿真对应原串形开发过程的资源利用统计0102030405060ABC人员资源设备05101520253035a1+a3+b2+c3a2b1c1+c2人员资金设备11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所小结:过程重组和优化小结:过程重组和优化l产品开发过程的并行化是一个产品开发过程的并行化是一个
23、BPR BPR 的过程。一个集成化的过程。一个集成化产品开发过程的正确描述是对它进行进一步分析、评价产品开发过程的正确描述是对它进行进一步分析、评价和仿真的必须;和仿真的必须;l并行化重组不是简单地把现行的串型开发过程并行化。并行化重组不是简单地把现行的串型开发过程并行化。合理的并行化需要对现有过程进行认真的分析;合理的并行化需要对现有过程进行认真的分析;l并行化的前提是要对现行过程进行细化和分解,再在分并行化的前提是要对现行过程进行细化和分解,再在分析和分解的基础上进行重组、实现并行;析和分解的基础上进行重组、实现并行;l扔过墙式的工作方式和基于图纸的审批制度,造成了工作的串型化,扔过墙式的
24、工作方式和基于图纸的审批制度,造成了工作的串型化,而而设计预发布可以有效的促进并行工作。设计预发布可以有效的促进并行工作。11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所开展并行工程的关键技术开展并行工程的关键技术-多功能团队的组织和运行多功能团队的组织和运行多功能团队的组织和运行多功能团队的组织和运行11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所无法加工无法加工 ,装配困难装配困难.新的产品开发过程要求新的产品开发过程要求新的新的组织模式新的新的组织模式l传统的产品开发组织模式传统的产品开发组织模式功能部门制,信息共享存在障碍功能部门制,信息
25、共享存在障碍串行的流程,设计早期很难全面考虑产品生命周期中串行的流程,设计早期很难全面考虑产品生命周期中的各种因素的各种因素面向部门、专业的使能工具不能有效的协同工作面向部门、专业的使能工具不能有效的协同工作部门间的协同工作缺乏过程控制系统的有效协调部门间的协同工作缺乏过程控制系统的有效协调11/26/2022中南大学先进制造技术研究所中南大学先进制造技术研究所多功能团队的成立多功能团队的成立l并行工程需要不同专长的成员之间的合作。原有的按专并行工程需要不同专长的成员之间的合作。原有的按专业部门确定技术人员归属、通过部门合作来推动专业人业部门确定技术人员归属、通过部门合作来推动专业人员合作的组
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