计算机集成制造技术之并行工程.docx

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计算机集成制造技术之并行工程

计算机集成制造

题目计算机集成制造技术之并行工程

学院机电工程学院

专业制造业信息化技术

姓名宋文磊

学号14113822366

计算机集成制造技术之并行工程

摘要

结合并行工程的定义与特点，对工程项目的实质进行论述，对工程项目中并行工程理念进行分析，利用工程项目和并行工程的共同特点，建立基于并行工程的工程项目管理模式的组织结构。

通过对企业的具体情况进行分析，对其现有的工作模式进行改进，使其缩短设计时间，降低成本，以产品全生命周期为对象，实现人与对象之间一体化、系统化协同工作。

关键字：

CIMS、并行工程、工程应用、组织管理。

Abstract

Basedonthecombinationofparallelthedefinitionandcharacteristicsofengineering,theessenceoftheprojectisdiscussed,andonengineeringprojectconcurrentengineeringconceptanalysis,usingtheengineeringprojectandtheconcurrentengineeringofcommoncharacteristics,theestablishmentoftheorganizationalstructureoftheengineeringprojectmanagementmodebasedonconcurrent. Throughthespecificcircumstancesoftheenterpriseareanalyzed,ontheexistingmodeofoperationwasimproved,toshortenthedesignperiod,reducethecost,tothewholelifecycleoftheproductsastheobject,toachievebetweenhumanandobjectintegrationandsystematizationofcollaborativework..

Keywords:

 CIMS, parallel engineering, engineeringapplication, organizationandmanagement.

前言

CIMS是英语ComputerIntegratedManufacturingSystem的缩写，意思是计算机集成制造系统。

它是随着计算机辅助设计与制造的发展而产生的。

它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算机技术把分散在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化制造系统。

集成化反映了自动化的广度，智能化则体现了自动化的深度，它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。

CIMS的技术构成有先进制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程。

本文主要针对计算机集成制造技术中的并行工程进行详细说明。

1、并行工程的理论

一、并行工程的产生背景

并行工程产生之前，产品功能设计。

生产工艺设计、生产准备等步骤以串行的生产方式进行。

这样的生产方式的缺陷在于：

后面的工序是在前一道工序结束后才参与到生产链中来，它对前一道工序的信息反馈具有滞后性。

一旦发现前面的工作中产生有较大的失误，就需要对设计进行重新修改、对半成品进行重新加工，于是延长了产品的生命周期、增加产品的生产成本、造成不必要的浪费。

产品的质量也不可避免的受到影响。

1986年，美国国防工程系统首次提出“并行工程”的概念，初衷是为了改进国防武器和军用产品的生产，缩短生产周期，降低成本。

由于该方法的有效性，不久，各国的企业界和学术界研究它，并行工程方法也从军用品生产领域扩展到民用品生产领域。

二、并行工程的概念

关于并行工程有很多定义，但是，至今得到公认的是1986年美国国防分析研究所在其R-338研究报告中提出的定义：

“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）进行并行的一体化设计的一种系统化的工作模式。

这种工作模式力图使开发者们从一开始就考虑到产品的全生命周期（从产品的形成到产品的报废）中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。

”

简单地来讲，并行技术即ConcurrentEngineer，CE，是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程（包括制造过程和相关过程）的一种系统方法。

话句话说，就是融合公司的一切资源，在设计新产品时，就前瞻性的考虑和设计与产品的全生命周期相关的过程。

再设计阶段就预见到产品的制造、装配、质量检验、可靠性、成本等各种因素。

并行技术使企业在设计阶段就预见产品的整个生命周期，是一种基于产品整个生命周期的具备高度预见性和预防性设计。

需要指出的是，有人把并行工程简单的等同于并行生产或者是并行工作，认为并行工程就是同时或者交错的开展生产活动。

这种看法是错误的。

并行工程最大的一个特点是强调所有的设计工作要在生产之前完成。

2、并行工程的实施

一、并行工程的实施方法

并行工程的实施方法的实质就是要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计阶段就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。

从上述定义可以看出，想要开展并行工程，必须如下几个方面来努力：

团队工作方式

并行工程在设计一开始，就应该把产品整个生命周期所涉及的人员都集中起来，确定产品性能，对产品设计方案及进行全面的评估，集中众人的智慧，得到一个优化结果。

这种方式使使各方面的专才，甚至包括潜在的用户都汇集在一个专门小组里，协同工作，以便一开始就能够设计出便于加工、便于装配、便于维修、便于回收、便于使用的产品。

并行技术需要成员具备团队精神，这样不同专业的人员才能在一起协同工作（Teamwork）。

这样的工作方式从相当大的程度上克服了原来串行生产模式的弊端。

过去，由于单个设计人员的知识和经验的局限性，很难全面的考虑到产品生产中的各个阶段的要求：

加上设备、工艺、材料的复杂性和多样性，难以对多个设计方案进行充分的评价和筛选，在时间紧迫的情况下，设计人员大多选择最方便的方案，而不是最适合的方案。

于是返工现象在所难免。

技术平台

实施并行工程，必须有相应的技术支持，才能完成基于计算机网络的并行工程。

技术平台包括：

（1）一个完整的公共数据库，他必须集成并行设计所需要的诸方面的知识、信息和数据，并且以统一的形式加以表达。

（2）一个支持各方面人员并行工作、甚至异地工作的计算机网络系统，他可以实时在线地在各个设计人员之间沟通信息、发现并解调冲突。

（3）一套切合实际的计算机仿真模型和软件，它可以由一个设计方案预测、推断产品的制造及使用过程，发现所隐蔽的阻碍并行工程实施的问题。

对设计过程及进行并行管理

技术平台是并行工程的物质基础，各行业专家是并行工程的思想基础。

并行工程是基于专家协作的并行开发。

但是，并不是说有了专家和技术平台，就自然而然的产生效益，还要对这个并行过程进行有效地管理，由于每个专业人士受其专业知识的限制，往往对产品的某一个方面的因素考虑的较多，而忽视产品的整体指标，因此要确定一个全面的设计方案，需要各专家多次的交流、沟通和协商。

在设计过程中，团队领导要定期地组织讨论，团队成员都畅所欲谈，可以随时对设计出的产品和零部件各个方面进行审查，力求使设计出的产品不仅外观美、成本低、便于使用；而且便于加工，便于装配，便于维修，便于运送，在产品的综合指标方面达到一个满意值。

这种并行工程方式与传统方式相比，可以保证设计出的最终原型能够集中各方面专家的智慧，是一个现行情况下最完美的模型，在很大程度上可以避免设计缺陷造成产品返工，由于设计反复修改引起人、财、物的浪费。

图2.1和图2.2表现了传统设计方式与并行工程方法。

图2.1传统设计过程

图2.2并行设计过程

强调设计过程的系统性

并行设计将设计、制造、管理等过程纳入一个整体的系统来考虑，设计过程不仅出图纸和其他设计资料，还要进行质量控制、成本核算，也要产生进度计划等。

比如在设计阶段就可同时进行工艺（包括加工工艺、装配工艺和检验工艺）过程设计，并对工艺设计的结果进行计算机仿真，直至快速原型法产生出产品的样件。

见图2.3所示。

图2.3并行设计的系统化管理

基于网络进行快速反馈

并行工程往往采用团队工作方式，包括虚拟团队。

在计算机及网络通讯技术高度发达的今天，工作小组完全可以通过计算机网络向各方面专家咨询，专家成员既包括企业内部的专家，也包括企业外部的专家。

工作方式见图2.4.

图2.4基于网络的设计团队

这样专家可以对设计结果及时进行审查，并及时反馈给设计人员。

不仅大大缩短设计时间，还可以保证将错误消灭在“萌芽状态”。

图中的计算机、数据库和网络是并行技术必不可少的支撑环境。

二、并行工程的实施效益

实施并行工程，会为企业带来许多明显的效益：

缩短产品投放市场的时间

顾客正需要越来越短的交货期。

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，其他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，顾客又注重产品的质量。

市场发展态势表明，缩短交货期将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的时间。

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开发周期有三十六个月缩减为二十四个月。

设计和调制周期仅为原来的百分之五十。

降低成本

并行工程可在三个方面降低成本：

首先，他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，错误发现的越晚，造成的损失就越大。

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”的做法，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机生成实现的。

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。

3、并行工程的应用实例

目前，并行工程广泛的应用在国防、飞机、汽车、电子、机械制造等行业，产品从简单的零件开发到诸如飞机、计算机等复杂系统的开发，从单件产品（如车载导弹装置）发展到批量产品（如汽车），下面举几个例子来说明。

一、并行工程在国外的应用

波音公司的飞机生产

美国波音飞机制造公司投资40多亿美元，研制波音777型喷气客机，采用庞大的计算机网络来支持并行设计和网络制造。

从1990年10月开始设计到1994年6月仅花了3年零2个月就试制成功了，进行试飞，一次成功，即投入运营。

在实物总装后，用激光测量偏差，飞机全长63.7米，从机舱前端到后端50米，最大偏差仅为0.9毫米。

波音777的整机设计、部件测试、整机装配以及在各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，使其开发周期从过去的8年时间缩减为3年多，甚至在一架样机未生产的情况下就获得了订单。

如果没有并行工程技术的应用，设计如此庞大的设备，要想在这么短的时间内，达到这样高的精度，几乎是不可能的。

波音公司在其他飞机制造中也广泛使用了并行技术，波音一西科斯基公司在设计制造RAH-66直升机时，使用了全任务仿真的方法进行设计和验证，通过使用数字样机和多种仿真技术，话费4590小时的仿真设计时间，却省下了11590小时的飞行时间，节省经费总计6.73亿美元，获得了巨大的收益。

同时，数字式设计使得所需的人力减少到最少，在CH-53E型直升机设计中，38名绘图员花费6个月绘制飞机外形生产轮廓图，而在RAH-66中，一名工程师用了一个月就完成了。

AT&T公司的产品生产

AT&T公司在生产计算机配套印刷组产品时，由于原来的设计中未考虑生产工艺性问题，致使产品质量低下，合格率仅为百分之五，采用并行设计以后，利用计算机虚拟检测，找出设计中的缺陷，是产品合格率达到90%。

HP公司的产品开发

HP公司采用并行技术来改进产品质量，其实施要点包括管理部门的支持、对用户的关注、统计过程控制、系统的问题解决过程以及全体人员参与五个方面，实施的结果是公司全部产品的综合故障率降低了85%成本降低了42%，二产品开发周期缩短了35%。

二、并行工程在中国的应用

齐车公司是我国一家专门生产铁路货车的大型工业企业。

过去，在企业的铁路货车产品开发过程中，产品开发周期长。

体现在：

设计过程中，数据传递速度慢，不能集成与共享，数据的一致性与完整性难以保证；更改管理过程不规范，容易产生意外错误；手工纸质管理方式管理复杂、查询困难，使利用已有资源受到限制，而铁路货车产品的继承性较强，这就严重影响了已有资源的有效利用，难以进行快速开发。

另外，齐车公司现行的产品开发采用部门制，设计出完成产品设计后交给工艺处进行工艺设计，工艺设计完成后进行产品的试制。

这种部门制不利于产品开发的上游阶段全面考虑下游阶段的一些因素，从而导致修改次数过多，产品开发周期长。

齐车公司于是实施并行工程，首先建立开发团队，在原来设计处、冷工艺处、热工艺处的基础上组建产品开发中心，建立包括设计、工艺、制造等部门技术人员的集成化产品开发团队，建立以产品为中心的产品开发模式；其次，建立产品数据管理系统，实现产品数据的集成化管理；另外采用了先进的产品性能分析软件，降低冲压模具和铸造模具的制造的返工次数，仅澳粮一项产品开发，在产品试验和模具制造两项费用就节约129万元，缩短了30%——40%的产品开发周期。

这样并行工程的实例还有很多。

4、结论

（1）通过对并行工程理论的概述及应用分析，强化了“并行工程是以缩短实际时间、降低成本为目标，以全生命周期为研究对象，以计算机辅助应用为研究手段，以信息技术为基础，以协调的团队精神为核心，强调人与对象之间一体化、系统化协同工作的思想集成和方法论”这一定义。

（2）通过对并行工程理论应用与工程项目管理的可行性进行了探讨，从系统工程的角度出发，建立基于并行工程的工程项目管理模式的组织结构，扩大了并行工程理论应用的外延。

为并行工程理论的进一步研究、创新和发展奠定了一定的基础。

（3）通过研究、分析和应用，可以认为，随着科学技术的发展，各学科、各领域的交叉越来越紧密，并行工程理论将得到越来越广泛的应用。

参考文献

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