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1、并行工程及其实施摘要：为了在在市场上赢取最宝贵的时间，以最快的速度设计出高质量的产品，人们不得不想尽各种办法，而并行工程的思想只是其中一个，本文从并行工程的概念和目标出发，充分阐述了并行工程的特点，进一步论述了在机械产品开发过程中的并行，提出在产品并行开发过程中的冲突解决技术，最后谈到并行工程实施中的主要障碍。关键词：并行工程 团队 过程并行 冲突前言20世纪80年代中期以来，同类商品日益增多，企业之间的竞争愈来愈激烈， 而且越来越具有全球性。竞争焦点就是满足用户的T、Q、C、S(上市时间、产品质量、产品成本和售后服务)等指标。竞争的核心问题就是时间。为解决上述问题，提高市场竞争力，以最快的速
2、度设计出高质量的产品，并尽快投放市场，在20世纪80年代末，制造业提出了并行工程(Concurrent Engineering，CE)的思想。1.并行工程的定义与目标1988年12月，美国国防部防务分析研究所(IDA)提出了并行工程的概念，并给CE下了定义：并行工程是一门以集成、并行方式开发产品及其相关过程(包括制造过程和支付过程) 的系统工程方法。这种系统工程方法要求产品开发人员从设计一开始就考虑产品整个生命周期从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划及用户要求。并行工程其主要目标是:提高全过程(包括设计/工艺/制造/服务)中全面的质量；降低产品全生命周期中的成本(包括产
3、品设计、制造、发送、支持、客户使用至产品报废等成本)；缩短产品研制开发周期(包括减少设计反复，降低设计时间/生产准备时间/制造时间/发送时间等)。并行工程与传统生产方式之间的本质区别在于并行工程把产品开发的各个活动看成是一个集成的过程，并从全局优点的角度出发，对集成过程进行管理与控制。同时对已有的产品开发过程进行不断地改进与提高，以克服传统本行产品开发过程反馈造成的长周期与高成本等缺点，增强企业产品的竞争力。从经营方面考虑，并行工程意味着产品开发过程重组(Reengineering)，以便并行地组织作业。2.并行工程的特点从CE 的定义可以看出，CE具有如下特点：2.1.强调团队工作(Team
4、 work)“团队工作”是CE系统正常运转的首要条件。团队是共享工作活动，并对特定的产品负责的个体的组合，团队成员的工作相互依赖，即：他们需要其他成员的工作而实现共同的目标。团队的定义扩展为:(1)相互依赖：在团队中每个成员贡献自己的力量，其他成员依赖这些奉献， 并与他人共享这些信息，成员相互接纳，相互影响。(2)共同承担责任:全体成员共同对团队的目标负责,每一个成员都能理解其职责。(3)对团队产品负责：所有成员共同对团队的产品负责，它确定团队活动的焦点，当然包括服务和产品。团队是一个并行设计组织，该设计组织是一个包括设计、制造、装配、市场销售、安装及维修等各方面专业人员在内的多功能设计组。在
5、工作过程中, 团队的成员应按照如下的规则工作: (1) 所有成员共同对产品负责；采用并行的产品开发模式，按工作流程开发产品； (2)团队成员应及早考虑产品开发早期的所有影响因素；(3)团队成员之间在计算机网络支持下工作，通过内部邮箱、内部消息进行信息传递和沟通，各个成员有平等权力阐述个人的见解，以积极的态度解决团队冲突，避免个人独裁；(4) 定期组织团队会议，进行信息交流、讨论，做出团队决策，确保团队向目标迈进；(5)采用并行工程技术和方法，实施信息预发布制度，及时评审及反馈，及时更新过程状态，并提供在线的工作揭示和公告。(6)采用并行产品数字定义、数字预装配、CAD/CAE、DFX、QFD、
6、CAPP、CAFD、MPS 等设计工具和团队工具；2.2.强调设计过程的并行性并行设计是并行工程的主要组成部分，是对产品设计及相关过程进行并行处理，也是设计相关过程并行化、一体化、系统化的工作模式。并行性有两方面的含义：一是力图使开发者从一开始就考虑产品的生命周期，二是在产品设计的同时考虑其相关过程(包括加工工艺、装配、检测、质量保证、销售、维护等)，并对设计的结果进行计算机仿真，直至用快速原型法产生出产品的样件。以便达到缩短产品开发周期、提高质量、降低成本的目的。并行设计将产品开发周期分解成多个阶段、每个阶段都有自己的时间段，各时间段之间有一部分相互重叠，如图1所示。重叠部分代表过程的同时进
7、行。这种方式与如图2所示传统的串行设计方法大不相同，从图1、图2中可以看出两者的显著差别。产品开发的各阶段产品生命周期图1 并行设计过程设计反馈加工反馈市场反馈销售服务制造、装配施工设计、工艺规划需求分析方案设计工程分析技术设计方案论证市场需求产品功能定义生产系统技术产品设计系统决策方法生产系统定义生产系统设计生产成本模型图2 传统串行设计过程2.3.强调设计过程的系统性在CE中，设计、制造、管理等过程不再是一个个独立的单元，而是一个统一的系统。比如：在方案设计和技术设计的一定阶段向下游活动提前进行信息预发布。一方面，设计及时得到信息反馈，以提高工艺性、可加工性、可采购性等；另一方面，由于下游
8、部门提前介入，就可以及时领会设计意图，在适当的时候进行生产准备，从而缩短产品开发周期，提高产品质量与水平。2.4.并行设计能与用户保持密切对话，可以充分满足用户要求。在设计时，通过与客户和销售部门进行信息交流，即时获取客户和销售部门对设计过程的快速反馈，修正设计。2.5.强调设计过程的快速反馈CE强调对设计结果及时进行审查，并及时反馈给设计人员。这样可以将错误消灭在“萌芽”状态，大大的缩短设计的时间，提高产品的质量和可靠性。产品并行开发过程中各个部门的联系如图3所示。设 计 公 告 板采购部门工艺部门制造部门设计部门客户销售部门财务部门：预发布：反馈指定采购计划指定工艺计划指定生产计划图3 产
9、品并行开发过程中的各个部门的联系3.机械产品开发过程中的并行3.1.开发流程模型的并行模型如图4并行设计产品开发流程图所示。产品需求分析以及方案设计概念设计及优化 提出产品概念 提出工艺设计指标详细设计 DFA、DFM、DFS（零部件设计）方案评价优化设计及评价输出产品面向并行设计知识库图4 并行设计产品开发流程图在这种模型中，设计知识库应包含产品分析组件、工艺分析组件以及产品零部件与工艺特性的并行考虑、评析组件。产品分析组件用来为获取产品数据，评价设计方案，分析产品关键特性提供支持；工艺分析组件用来为设计者提供对此流程去捕获相关数据和分析作用。因此，概念设计、详细设计和方案评价都是在面向装配
10、、制造和服务的设计知识库的支持下进行的，实现了全局优化，避免了传统设计中对设计以外的其它过程因素考虑较少的特点。3.2.总体设计方案的并行并行工程的核心是使产品开发人员在设计过程中尽早地考虑产品生命周期中的所有因素，解决好产品的T、Q、C、S、E 难题，即以最快的上市速度T(time to market)、最好的质量Q(quality)、最低的成本C(cost)、最优的服务S(service) 及最清洁的环境E(environment)来满足顾客的不同需求和社会可持续发展的需求。而总体方案的设计与论证作为以后详细设计的依据，必须从总体上保证最优， 优化设计，降低成本，缩短研制周期。由于在总体方
11、案设计阶段，无法提供该方案非常完备的信息，因而很难在该阶段对方案作出准确的定量评估，只能根据以往的经验作出预评估，为此可通过建立专家系统模拟工程专家，通过对获取的总体方案设计信息进行分析、推理，对所开发产品性能指标的优劣作出预评，并依据预评结果采用多级模糊综合评价的方法实现对产品性能的评估以达到总体方案设计系统的评价。据此评价的总体方案体系结构如图5所示。图5 总体方案结构图信息获取模块主要从外部的总体方案设计系统获取评估所需的全部信息，并将其存储于事实库中，信息的获取可分为工人方式、智能编辑及自动方式。专家系统中，知识库是核心，它由以往的丰富经验构成，这些经验不仅包含了可以提取并升华为理论的
12、经验知识及可从现有理论演绎出的知识，还包含有不能用现有理论与技术解释的经验知识。在一定的控制策略下，推理机根据事实库的当前信息，选取知识进行推理，以求解总体设计方案的结果。本模块不但实现了评价对象本身的评估，而且还为不同对象之间的横向比较提供了依据，以便能最终得到一个最佳总体设计方案。3.3.部门之间的并行开发产品的最终结果是需要制造出该产品，当详细设计结束后，企业还要组织生产，包括原材料采购、生产计划制订、加工工艺方案设计、机床、夹具、量具的准备、标准件的采购等一系列过程。传统上机械产品的开发需要产品的所有零件图、装配图绘制和技术文档编制工作全部完成后，与生产有关的工作才开始， 这样不仅延长
13、了设计周期，而且一旦在制造中发现设计中存在的问题，需要回到设计部门，修改零件图或装配图。为了解决这类问题，除了在零件或部件设计时运用设计技术知识库来减少设计中存在的问题以外，产品开发组还必须要运用并行工程原理采用有效的组织形式，协同地工作(Team Work)。产品开发组应采用矩阵式的集成团队开发小组(Integrated Produce Team，IPT)，开发小组内有市场部、销售部、产品开发项目组、工程设计部、生产部、采购部、品质管理部和后勤部等。每个部门有自身的工作计划和目标，团队成员之间使用相同的术语和共同信息资源工具协助地完成共同任务，如市场部需要有目的地进行市场调研，了解该产品销售
14、情况以及用户使用情况等，对产品进行技术可行性分析并及时将分析结果送到产品开发项目组；销售部在产品设计方案完成并通过模拟与仿真对产品设计质量进行综合评价后，就必须对产品的功能、性能，质量和技术含量、服务进行宣传，打开产品的销售渠道，以便产品开发完成后马上进入销售；后勤部在产品未销售前就需要对产品的售后服务保障进行培训，以便产品销售后及时提供保障；采购部当某些零件基本确定下来后，就可以进行与制造有关的部门工作，如零件的原材料、机床、刀具、夹具、量具等方面的准备，当设计全部完成后就可以马上组织生产。为了更有效地协同工作，每个团队成员不仅应精通自己所从事的工作，还需要知道他们的活动在整个设计中的地位和
15、作用，为此，必须明确以下六个问题： 1.任务、输入对象、输出对象、过程步骤、评价和决策；2.参加人员、功能小组、顾客和协作单位：3.采用技术、实现目标、具有的功能和理论根据；4.开始时间、结束时间、各个过程的排列顺序；5.技术难点，过程之间的联系及其与整体的关系；6.使用工具和方法，过程限度及过程流程。4.产品开发中的冲突解决技术运用并行工程原理开发机械产品，部门之间不可避免地存在着冲突，为了使产品开发顺利进行，提高IPT小组协同工作的效果和效率，以较低的成本开发出高质量的产品，就必须要解决设计中出现的各种冲突问题，协调产品的开发过程， 常用的冲突解决技术与方法有：4.1.基于规则的冲突解决在
16、工程实践中存在着较多解决冲突的经验知识，许多经验知识表现为冲突解决规则的形式，把这些冲突解决规则总结成知识库的形式，在一定推理机制的支持下辅助设计人员进行冲突解决，能大大加快解决冲突的过程，有效支持协同工作。冲突解决规则是一类独特的专家知识，它由前提条件和冲突解决建议组成。前提条件是对冲突高度概括的描述，它说明了冲突的类型、发生部位、现象或程度等。冲突解决建议则是对于前提条件中所描述的冲突解决方法，它是领域专家在长期的实践中经常采用并被证明是有效的冲突解决方法。4.2.基于实例的冲突解决实例是过去的实践经验的一种体现，在工程实践中存在着大量的设计实例、冲突解决实例。通过找出一个同当前冲突相似的
17、实例，可以较快提出大致的冲突解决方案，在此基础上进一步修改与完善，可较好地解决冲突，而不必从中冲突的起始条件和目标开始从头进行计算与推理工作。搜集工程实践中的冲突解决实例，并相应建立起实例知识库，在基于实例推理工具的支持下进行冲突解决能极大提高冲突解决的效率。4.3.基于约束的冲突解决约束管理在设计过程中起着重要的作用。由于冲突直接表现为约束违反的形式，因此，可以基于约束对冲突进行解决，如取消约束、放松约束或在约束管理工具的约束传播计算功能的支持下，计算出某些设计属性允许的大小和范围，推算出一个合理的能消除冲突的设计解决方案。4.4.冲突协商支持在设计中，当冲突涉及多个设计人员、多个学科小组，
18、个人无法独立地解决冲突时，冲突涉及的各方就必须通过协商来解决冲突。冲突协商是并行设计中解决冲突的一种重要形式。协商是一个反复交叉逐步解决的过程，在这个过程中，冲突解决建议和理由被反复交叉，冲突协商各方提出自己的建议及支持理由、对他人建议的评价及接受程度、对建议的修改意见等，直至最终达成一致。对于产品开发人员个人范围内的冲突，或者虽然涉及多个产品开发人员，但可以在产品开发人员个人范围内解决的冲突，则产品开发人员可采用基于规则的冲突解决、基于实例的冲突解决、基于约束的冲突解决来独自解决冲突；而对于涉及多个产品开发人员或多个学科小组的冲突，若冲突无法在产品开发人员个人范围内妥善解决，则必需由多个产品
19、开发人员共同参与通过冲突协商活动来解决。5.并行工程实施中的主要障碍应该说并行工程实施中遇到的问题，更多的是管理问题，而不是技术问题。并行工程的实施，需要彻底改变企业的组织形式、管理方法，以及人员的文化素养和思想观念等，这必然会受到来自各个方面的阻力。首先，传统的科层机制和串行业务流程阻碍了实施并行工程，面对各部门之间的利益和冲突很难做出公正的裁决。其次，由于人的传统观念，在思维模式上的无法适应对知识的共享。设计人员不愿意将掌握和了解的知识和技术与别人分享；部门之间存在的对抗意识，不愿意进行合作。最后，相对落后的企业文化对实施并行工程的影响。并行工程不仅仅是一种方法，它代表着一种不同的文化。这
20、种文化上的差异往往表现为对知识共享缺乏正确的认识，不支持正面的价值观念和共享行为选择。企业的效益是企业生存的根本，也是企业的员工工作的追求。并行工程和其他先进的理念一样，对增强企业的竞争实力，提高企业对市场的应变能力，提高企业的效益是必须进行的改革。企业人应该解放思想，放下小我的蝇头小利，努力追求企业的效益，企业的效益上去了，员工自己的利益才会有保证。在信息技术高速发达的今天，在机械设计制造水平高速提高的今天，企业一定要抓住机遇，凡是对企业的利益有利的先进的技术、理念，凡是能提高企业竞争力的方法都要敢于去尝试，不要墨守成规。努力的汲取一切对企业有利的事物和理念，企业才会有美好的明天。参考文献1
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