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第十章:现代设计理论和方法—CE

  并行工程的概念

  并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程的系统方法。并行工程把产品从概  

   念、设计到开发的串行过程缩短为并行过程。

   并行工程是新产品概念生成、性能描述、开发、制造和维护机构各部分的直接融合

   并行工程旨在:改善产品质量、降低开发成本、缩短开发周期、提高生产率。

   并行工程强调为实现目标而进行的协作。组织多学科协作小组上实施并行工程,运用可制造性方

   法、成功开发新产品的一种极好的组织形式。

   鼓励企业不同职能部门间的协同团队工作。并行工程的核心是产品开发过程中的管理与技术集

   成,即集成产品开发团队以改进的流程为核心,通过应用数字化产品模型DFA、DFM产品数据管理

   等,在产品开发早期综合考虑产品生命周期中的各种因素,力争从设计到制造一次成功。

     

  全球市场的形成与发展趋势:

      信息与计算机、自动化、航空业的发展促进了全球市场的形成制造业的发展趋势:

   70年前,规模经济。

   80年代,满足用户需求,综合的TQCS指标

   90年代,以最短的时间开发出满足用户需

    求的产品,不断创新21世纪,知识含量、用

    户需求个性化,市场零碎、环境保护

 

  可能的解决方案:

全球企业的动态联盟、敏捷制造

企业自身的产品开发能力、市场开拓能力

  我国制造业现状有为传统产品开发模式中存

    在的问题:

   技术问题:

缺乏数字化产品定义;

缺乏基于DFA/DFM的工艺,复杂装配工艺周期长;

缺乏跨平台的产品数据管理工作,对原图档,产品数据,非结构化信息管理与维护耗费了产品开发人员的大量精力,而且因版本不一,造成无法估量损失;

缺乏CAD/CAE/CAPP /CAM 工具和信息集成;

对适应市场竞争的新设计方法认识不足,如质量功能配置(QFD);人机工程,成本驱动的设计等。

                             

    产品开发问题

缺乏新产品开发设计能力,很多企业没有产品开发能力:长期计划经济模式造成的结果具有开发能力的企业,大多采用串行产品开发模式。

   管理问题:

部门制执行串行流程:

部门间信息不畅;

开发过程不增值环节多;

生产准备周期上,更改反馈频繁。

                                                  

  包袱重,设计水平落后,如何快速开发满足用户要求的新  

     产品,尽快上市,成为企业赢得竞争的关键问题,必须采

     用新的工具、方法。

 

背景

          国外对产品开发问题的认识

产品开发早期阶段决定产品成本的绝大部分;

设计早期的决策错误对后续的影响是: 1X10原则,

产品开发周期和使用周期的对比是: 新产品必须尽快上市

      现代的并行工程思想起源于日本的企业。

       60年代,日本最有名的汽车公司棗丰田汽车公司率先开展并行产品开发工作,卓有成效。

       80年代,丰田汽车的世界市场占有份额上升到25%。日本企业国际竞争力的急剧提高动摇了美国在世界市场的统治地位,尤其在汽车等行业,日本超越了美国。

       考虑到产品开发周期的长短已经成为企业产品竞争力的非常重要的决定因素,而并行工程实施要求企业的设计、生产活动并行地进行,即自产品开发的早期阶段开始,不同的部门便介入这一并行过程,因此并行工程实施在缩短产品开发周期方面能够获得显著效益,

      80年代末,国外的一些制造业企业开始将并行工程当作产品开发过程方法论。

       美国企业首当其冲,纷纷引进日本企业的先进的管理方法和技术手段,特别是通过组织机构重组、设计过程的构造化、多功能团队建设等方式实施并行工程。

      此后,并行工程迅速地得到学术界和企业界的重视,并行工程方法和技术的研究与应用进入高潮。

 

   实施并行工程的企业普遍反映整个产品开发周期缩短30%-70%。

   美国Chreysler公司开发高级跑车Viper,从初始的概念设计到批量生产只用了不到三年,而通常需要五年多时间。

美国国防部和航天局是并行工程实施的有力推动者。

     Northrop公司成功地应用团队设计方法于B-2轰炸机的开发。

    麦道公司在自由号空间站开发工作中采用并行工程技术所取得的成果也得到公认。

                                                                            

  并行工程是集成的,并行的设计产品及相关过程的系统化方法,它要求产品开发人员从设计

开始考虑产品生命周期中的各种因素.

 

 

 

  产品开发队伍重构

 

1、传统部门制成专业组变成以产品(型号)为主线的多功

能集成产品开发团队(IPT),IPT被赋予相应的责权利对

所开发的产品对象负责;IPT是按产品结构的纵向线划分

的,根据产品的零部件组成方式,IPT是递阶层次关系。

 

2、 IPT的成员来自各功能部门,他们代表产品生命周期的各个环节在开发过程中作出决策,集体对IPT开发的产品负全责,鼓励跨学科的信息共享和及时交换,取消递交阶式的审签制度。

 

3、IPT负责人从总任务出发定义产品开发计划、活动、角

色、资源等。相对独立的任务由功能部门单独执行

 

4、功能部门负责根据IPT负责人从定义的任务角色指派相

应的人员参加,配备必要工作环境,一个角色可由多人作

为小组参加,一个人也可以承担多个角色

 

5、IPT和IPT的角色在产品开发任务完成后,回到功能部门。

  数字化产品定义

  • 包括数字化产品模型和产品生命周期数据管理

  • 全局产品模型定义:STEP(产品数据交换标准)

  • 数字化工具定义:计算机辅助工具

  • 信息集成,如DFA,DFM,

  • CAD/CAE/CAM,

  • 产品数据管理:PDM

  • 协同工作环境:支持IPT协同工作的网络与计算机平台。

 

  过程重构

    从传统的串行产品开发流程转变成集成并行产品开发过程,并行过程不仅是活动的开发,更主要的在设计早期制造员参予进入,缩短生产周期。

    产品开发过程中的活动高度随机,开发过程间没有严格的界限,要对企业现有产品开发流程进行深入的分析,找出影响产品开发顺利进行的根本原因,重新构造一个能为有关方面所接受的新模式。

保证条件:组织变动和计算机工具支持。

全局管理、协调和面向TQC的仿真分析。

 

1985-1992初步尝试;

1991-1996全面应用:航空电子、机 

  械航天;

1996至今 网络上异地设计,虚拟现

  实,新的设计方法;

    把并行工程作为企业基本战略已成为提高企业竞争力的绝

    对关键问题,应由高层决策人员重视和参予。

   863/CIMS重大关键项目

       背景目标:改进某结构件开发,产品开发周期下降:30-40%,废品率下降:50%

       方案:并行开发过程,Teamwork,产品开发工具,信息集成与PDM,计算机支持协同工作环境与网络

       实例:产品开发过程管理

  第一步:设计,造型(基于特征)CAD STEP结构

  第二步1、装配模型 DFA

装配过程规划 仿真(静态、动态)(发现于29处错误)

可制造性分析DFM

集成CAE/CAD:应力等

铸造CAE(减少废品5%)

  第三步:Electronic Review

Support Virtual Designing team work cooperatively

加快产品开发进程

异地网络多媒体(基于共享设计系统)

  第四步:工艺设计

代码生成,加工仿真MPS NCP

集成产品开发团队在分布式环境中根据改进产品开发流程,包括信息颁发布,并行活动,新的评析工具,进行并行集成化开发。

数字化产品定义可使各CAX/DFX工具基获得准确几何与特征信息。

经过用户化配置和二次开发的产品数据管理系统可以把正确Date在正确Time,正确方式传输。

DFM工具可以正确Date在正确Time,正确方式模拟和检验加工。

DFA在设计早期于有效检验静干涉,动态干涉,缩短些安装周期。

CAE,CAD可有效检验力,热力,稳定问题。

铸造CAD可降低毛坯废品率。

集成化CAD,工装设计,数控代码可使生产准备周期,提高代码正确性和加工安全性验证。

多媒体设计支撑工具用于异地设计小组在网络上实际讨论产品开发过程。

协同工作的决策判断问题。

      并行工程正从理论向实用化发展,许多企业 

通过实施并行工程取得了显著效益,在市场经济

大环境下,我国制造能力必须增强产品开发能力, 并行工程是一个非常重要的选择。

    并行工程成功实施的最关键因素是,企业领导

的高度重视,积极参与,包括授权给集成产品开

发团队对所设计的对象负责,在人财为上予以支

持投资建立协网工作环境及必要的支持工具。

 

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Copyright 1999—2000 IMT,GDUT Prof.Dr.Wang Chengyong.

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