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1、并 行 工 程,秦现生西北工业大学 机电学院工业工程系,Concurrent Engineering,并行工程的基本内涵,并行工程的定义 并行工程的主要特点 并行工程三域互动推拉体系 并行工程四个关键要素 并行工程五级演进模式 并行工程六项基本原则 并行工程的关键技术 并行工程的并行化途径,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,3,一、并行工程的定义,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,4,什么是并行工程,R.I.Winner,IDA R-338,Institute for Defense Analyses，1988,并行工程是对产品及其相关过程(包括制造过程及其支持过程)进行并
2、行、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从一开始就要考虑到产品全生命周期(从概念形成到产品报废)的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,5,二、并行工程的主要特点,并行工程所面对的是产品及其生命周期在产品开发的早期阶段并行考虑后续阶段的各种因素摆脱传统的“串行”，强调“并行”强调协同、一体化设计,由并行工程的定义，并行工程所面对的是产品及其生命周期，尤其是产品生命周期中早期的产品开发过程，这一点不同于CIMS。CIMS所面对的是企业及企业的整体生产经营和管理活动。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,6,二、并行工
3、程的主要特点,并行工程所面对的是产品及其生命周期在产品开发的早期阶段并行考虑后续阶段的各种因素摆脱传统的“串行”，强调“并行”强调协同、一体化设计,并行工程强调在产品开发一开始，就考虑到产品生命周期从概念生成到产品报废整个过程所有的因素，力求做到综合优化设计，最大限度避免设计错误，减少设计更改和反复次数，提高质量，降低成本，使产品开发一次成功，缩短产品的开发周期。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,7,二、并行工程的主要特点,在产品开发的早期阶段并行考虑后续阶段的各种因素摆脱传统的“串行”，强调“并行”强调协同、一体化设计重视客户的需求,并行工程摆脱了传统产品开发模式的“串行”，强调
4、产品开发过程的“并行”。通过过程的并行和集成优化，达到缩短产品开发周期的目的。产品开发过程一般由若干子过程组成，并行工程强调各子过程要尽可能地并行。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,8,二、并行工程的主要特点,摆脱传统的“串行”，强调“并行”强调协同、一体化设计重视客户的需求,并行工程强调产品及相关过程的一体化设计和协同设计。并行工程的“并行”其英文Concurrent除了具有“并行、平行”的含义，还具有“协作、协同”的意义。“协同”因而也是并行工程的重要特征。并行工程主张协同、集成和一体化，主张在产品开发过程取消专业部门及由此形成的人为阻隔，从根本上摒弃“抛过墙”式的串行产品开发
5、模式的种种缺陷。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,9,二、并行工程的主要特点,强调协同、一体化设计重视客户的需求突出人的作用，强调人们的协同工作并行交叉地进行产品及其有关过程的设计,并行工程重视用户声音（voice of customers,VOC），要求在产品开发早期阶段注重用户需求，提倡通过用户对整个产品开发过程的参与，及时发现并避免不满足用户需求的问题，确保最终产品的最佳用户满意度。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,10,二、并行工程的主要特点,重视客户的需求突出人的作用，强调人们的协同工作并行交叉地进行产品及其有关过程的设计持续地改进产品设计与开发的有关过程,产
6、品开发一是项创造性极强的劳动。人是整个产品开发的主体。也就是，产品的开发离不开人的参与，离不开人们的协同工作，因此，必须重视调动人的主观能动性，突出人的作用。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,11,二、并行工程的主要特点,重视客户的需求突出人的作用，强调人们的协同工作并行交叉地进行产品及其有关过程的设计持续地改进产品设计与开发的有关过程,“并行”不仅意味着产品开发过程的并行，而且更重要地意味着产品及相关过程设计的并行。一个复杂的产品往往需要开发人员共同完成大量的产品及相关过程的设计。并行工程强调所有这些人员要并行地进行设计。一些学者甚至将并行设计视作为并行工程，可见并行设计在并行工
7、程中重要性。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,12,二、并行工程的主要特点,重视客户的需求突出人的作用，强调人们的协同工作并行交叉地进行产品及其有关过程的设计持续地改进产品设计与开发的有关过程,并行工程强调持续改进产品及相关过程的设计，持续改进产品开发过程。对于任何一项产品及相关过程的设计，产品生命周期上下游之间难免会出现冲突，通过设计协调，可使冲突消除，设计得到改进。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,13,三、并行工程三域互动推拉体系,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,14,1.支撑域,并行工程是建立在信息集成基础上的产品开发模式，它强调协同工作，强调产品从
8、概念设计到消亡整个生命周期中涉及到的所有开发人员一体化、并行地进行产品及相关过程的设计。要实施并行工程，必须首先建立一个支持协同工作，支持一体化、并行设计的自动化集成环境。支撑域 就是为并行工程提供一个自动化的集成环境，即为产品的并行、集成化和协同开发提供一个高效、可靠、功能完备和用户友好的数据通讯、信息集成乃至知识共享的工作环境。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,15,2.管理域,需要对产品开发过程进行监督、管理和控制，以保证产品开发人员严格按照并行工程的方法完成产品开发工作。需要对产品开发人员进行组织和指导，保证产品开发人员充分利用集成环境所提供的支持，更好地发挥个人的主观能动
9、性，完成产品和相关过程的协同、并行、一体化设计。,管理域的主要任务,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,16,管理+支撑=推拉（作用）,管理域与支撑域结合，共同对并行化产品开发起到了支撑和监控作用，对产品开发人员基于并行工程实施产品开发起到了推拉的作用。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,17,3.执行域,产品开发是一项以人为主导的创造性极强的活动，为此并行工程强调突出人的作用。在 执行域，IPT成员借助支撑域自动化集成环境所提供的CAX、DFX等工具和PDM信息集成平台，接受管理域基于并行工程的产品开发组织与管理，依照并行工程的原理与方法，开展产品及其相关过程的并行、协同、
10、一体化设计，完成产品开发任务。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,18,四、并行工程四个关键要素,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,19,1.组织（管理）要素,并行工程离不开高效、柔性和强健的组织，包括产品开发队伍的组织、产品开发过程的组织和产品开发工作的组织等。传统的产品开发模式，正是由于其串行化和按部门划分的组织模式的种种弊端，为并行、协同和一体化产品设计造成了一系列障碍。并行工程主张采用集成开发团队式的组织模式。来自于各相关专业的开发人员，共同组成一个集成化的产品开发团队，获得独立授权，对整个产品的开发负责。并行工程团队式的组织模式，打破了传统的按部门划分的组织模式，
11、更有利于产品开发工作的协作、协同和并行优化。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,20,2.（产品形成）过程要素,由于产品是过程的结果，产品形成过程的每个阶段对产品的性能都有着重要的影响，产品的TQCSE也在很大程度上取决于产品形成过程。并行工程面向产品的开发，必须对产品的形成过程，也就是产品的开发过程进行策划、组织和控制，实行面向并行、高效、敏捷和精良设计的过程集成。制造业从计算机集成制造发展到现代集成制造，集成作为不变的主题，也正在由信息集成进入过程集成并走向企业间集成。一般认为：CIMS重点解决信息集成，并行工程则强调过程集成。过程集成是并行工程最重要的技术特征。,2023/6/
12、25,西北工业大学工业工程系,21,3.产品要素,并行工程强调面向产品开发过程，最终目标是产品，产品和产品开发是并行工程的根本。产品的开发一般需要特定的产品设计/开发技术，尤其对于并行工程所强调的协同、并行及综合优化的产品设计，更需要先进的产品设计/开发技术与方法。产品的开发必须遵循产品形成规律与开发技术流程。在并行工程中，各产品开发活动既要协同和并行，又要实现产品和过程的综合优化。这些都需要DFX、CAX、QFD和PDM等技术与工具的支持。另外，不容忽视的是：产品开发仍是掌握着相关设计技术的产品开发人员借助于这些工具来完成的，是一种创造性强的工作。最终产品是否满足用户需求，主要取决于这些创造
13、性工作。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,22,4.（支持）环境要素,并行工程需要一个支持协同、一体化、并行设计的自动化集成环境。这个环境是并行工程实施的必要条件。自动化集成环境。,首先，必须能够实现产品生命周期信息的集成，真正做到“在正确的时刻把正确的信息以正确的方式传递至正确的地方”；其次，必须实现自动化产品数据管理；,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,23,4.（支持）环境要素,第三，在产品数据管理的基础上，进一步实现产品生命周期包括产品信息、组织管理信息、过程信息和资源信息等所有信息的自动化管理；第四，为各阶段不同单元的产品开发活动和产品开发管理提供支持工具，如C
14、AX、数控加工设备和产品开发管理视图工具等；第五，通过知识管理，支持上层产品开发决策和产品优化设计等；最后，为产品开发人员创造一个轻松愉快的工作环境。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,24,五、并行工程五级演进模式,互操作 计算机环境,互操作 工具和任务,产品数据管理,过程管理,决策支持,信息,数据,知识,当前,未来,第一阶段,第三阶段,第二阶段,建立、存取和归档,通信,协同,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,26,六、并行工程六项基本原则,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,27,1.关注早期设计阶段原则,产品开发的早期阶段产品设计阶段，在整个产品开发周期中的地
15、位十分重要。产品设计阶段对于最终产品的质量和产品的开发成本具有至关重要的决定性作用，对产品开发周期的长短也有着极其重要的影响。设计上的“先天不足”，往往造成后续过程的“后患无穷”，使产品原型的更改和反复次数增加，以此引起开发成本提高、产品质量下降和开发周期延长等。在整个产品开发过程，各阶段对最终产品TQCSE的影响随时间的推进呈反比关系，即越是早期，对最终产品TQCSE的影响越大。早期的失误常造成更大的TQCSE损失。由于产品的设计在整个产品开发过程中特殊的地位，并行工程因此特别强调要关注早期的产品设计。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,28,2.重视用户的需求原则,多数情况下，用
16、户往往难以在一开始就对要求设计与开发的产品提出具体、准确的要求，用户的要求常常伴随产品设计与开发工作的不断进展而逐步完善。用户的需要也已不仅仅局限于对最终产品质量的要求，常常渗透到对整个产品形成过程的关注585。为此，并行工程坚持在产品开发的早期阶段要充分重视用户的需求，强调用户在早期的产品设计阶段及整个产品开发过程中的积极参与，整个产品开发过程中的所有产品开发人员都要注意倾听用户的呼声，及时响应用户的需求变化，接收用户对产品开发工作的监督。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,29,3.突出人的作用原则,越来越多的人们已经意识到，提高制造企业的产品开发能力，不单是技术问题，必须涉及人
17、的组织与管理，必须要把人（组织）、技术和经营（策略）三方面集成起来。我国实施CIMS的实践经验也证明了实施CIMS应由强调技术支撑变为强调技术、人和经营的集成。初期的CIMS以比较高的自动化程度为特征，结果在实践过程中遇到了很大困难。随着许多无人化工厂实践的失败，人们对无人自动化制造问题进行了反思，逐步形成人机协同（HumanMachine Synergism）和人人协同（HumanHuman Synergism）以“人”为中心的思想，重视人在产品开发过程中的地位以及人的智能、经验、主观能动性及自我价值观等在产品开发过程中的作用。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,30,4.协同工作
18、方式原则,协同工作方式是并行、一体化产品开发所必须采取的工作方式。离开了“协同”，并行工程将无法实现“并行”。传统的串行产品开发模式，由于过分强调分工，专业部门各自为政相互之间似有大墙阻隔之势，难以有效地实施一体化设计和全局综合优化设计；各专业部门以各自利益为重，遇到问题相互推委扯皮，不利于技术协作和工作协调；各专业部门强调相对独立性，客观上淡化了技术交流与成果共享在整体产品开发中的重要作用。与此形成鲜明的对应，并行工程却正是强调一体化集成设计、全局综合优化设计和并行设计，强调产品开发过程的技术交流、技术协作与成果（知识）共享，强调产品开发工作的协同与协调，传统的串行产品开发模式显然已不能适应
19、并行工程的这些要求。为此，并行工程摒弃产品开发过程中的专业部门设置并淡化专业分工观念，主张采取协同化工作方式。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,31,5.一体化并行设计原则,一体化、并行设计是并行工程的重要特点。并行工程的定义已明确强调，“并行工程是对产品及其相关过程进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式”。通过一体化、并行设计，主要目的是实现产品及相关过程设计的综合优化，提高产品开发的TQCSE。“并行”一般针对产品开发的工作流程而言，强调各项产品开发活动在工作进程上的并行化。“一体化”比“并行”要更深刻一层，它在“并行”的基础上，进一步强调产品开发工作/活动的集成性，强调所
20、开发产品的综合优化，并强调产品开发过程的整体、有机和集成优化。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,32,6.持续地改进原则,再完美的设计有时也难免会有瑕疵存在。是否会有瑕疵并不十分重要，重要的是发现有了瑕疵要及时修正、改进。这一点对于所要开发的产品来说，是这样；对于产品的形成过程也同样应该是这样。并行工程强调要持续地改进产品及产品的开发过程。通过产品及产品开发过程的持续改进，不断地提高产品的质量和过程的效率与效果。,产品是活动或过程的结果，所有工作也都是通过过程来完成，因此，改进首先着力于过程的改进。改进是一种以追求更高的效果和效率为目标的持续活动，持续化是改进的必然属性。改进是无穷
21、的，改进的机会也是无穷的，要敏锐地捕捉住一切可能存在的改进机会，实时地进行改进。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,33,七、并行工程的关键技术,集成产品开发团队产品开发过程建模产品生命周期数字化定义 产品数据管理 质量功能展开 面向X的设计 并行工程集成框架,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,34,1.集成产品开发团队,集成产品开发团队是并行工程的组织模式。这种模式的基本组织思想是：第一，对应于产品形成过程的不同阶段，来自不同专业背景的技术人员，组成一个集成化的产品开发团队；第二，所有的产品开发技术人员在统一的规划和组织下，共同完成产品及相关过程的设计；第三，集成产品开发
22、团队作为一个独立的团体，获得制造企业的授权，负责整体产品的开发；第四，不同专业背景的产品开发技术人员一方面分管与各自专业领域有关的产品或相关过程的开发/设计，另一方面，对其它的产品及相关过程的开发/设计进行技术审查，并倾听其它开发人员对其所做开发/设计的反馈意见，发现问题，及时协商解决。并行工程的集成产品开发团队式组织模式，不同于传统的串行产品开发组织模式，它已打破“泰勒制”的强调专业分工、按专业部门组织管理产品的开发，它更注重于产品开发的合作、协同和一体化，为产品开发创建了一种协同化的工作环境，并营造出并行工程的协同企业文化。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,35,2.产品开发过
23、程建模,并行工程与传统的产品开发方式的本质区别在于它把产品开发的各个活动视为一个集成的过程，从全局优化的角度出发对该集成过程进行管理与控制，并实施过程的不断改进。无论是过程的集成、还是全局优化或对过程实施管理与控制以及过程的改进，其基础都过程模型。产品开发过程建模就是用数学化的语言、工具和手段，设计、描述并表示出产品的开发过程，形成产品开发过程的数学模型。基于所建立的过程模型，对产品开发过程的并行性、集成性、敏捷性和精良性等各种过程特性进行仿真。通过仿真，优化和改进产品的开发过程。依据所建立的产品开发过程模型，面向进度、质量、成本、技术流程、人员（组织）和资源等，实施产品开发管理。,2023/
24、6/25,西北工业大学工业工程系,36,3.产品生命周期数字化定义,产品生命周期数字化定义，即数字化产品建模（digital product model），将产品开发人员头脑中的设计构思转换为计算机所能够识别的图形、符号和算式，形成产品的计算机内部数据模型，存储于计算机之中。不同专业背景的产品开发人员，基于同一的数字化产品模型协同、并行地开展产品及相关过程的设计，实施技术交流和协商、协作，并进行产品不同组成单元及阶段的设计综合优化。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,37,4.产品数据管理,采用了产品生命周期数字化定义之后，伴随产品的开发，各产品开发阶段必然生成大量与产品有关的工程设
25、计数据，需要存储于计算机。产品数据管理系统要高效、自动化地组织和管理这些数据，以方便产品开发人员有效地存取、游览或修改这些产品数据，并支持对这些数据进行再利用或做进一步的处理等。产品数据管理作为产品生命周期信息集成的重要工具和手段，可以帮助不同产品开发阶段或活动的产品开发人员协同、并行地开展产品及相关过程的设计。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,38,5.质量功能展开,质量功能展开是一种用户驱动的产品开发方法，它首先是采用系统化、规范化的方法调查和分析用户的需求，然后将用户的需求作为重要的质量保证要求和控制参数，通过质量屋（House of Quality，HOQ）的形式，一步一步
26、地转换为产品特征、零部件特征、工艺特征和制造特征等，并将用户需求全面映射到整个产品开发过程的各项开发活动，用以指导、监控产品的开发活动，使所开发的产品完全满足用户需求。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,39,6.面向X的设计,并行工程的工作模式强调“力图使开发者们从一开始就考虑到产品生命周期（从概念形成到产品报废）中的所有因素”，DFX中的X代表的就是产品生命周期中的这所有的因素，包括制造、装配、拆卸、检测、维护、测试、回收、可靠性、质量、成本、安全性以及环境保护等。对应于这些因素，常见的DFX有：DFM、DFA、面向质量的设计、面向成本的设计、面向可靠性的设计、面向可维修性的设计
27、、面向可测试性的设计、面向可再制造性的设计、面向安全性的设计以及面向环保的设计等。通过这些面向X的设计，使得产品开发人员能够在早期的产品设计阶段并行地考虑产品生命周期后续阶段的各种影响因素，实现产品设计的综合优化，实现产品及相关过程设计的协同和一体化。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,40,7.并行工程集成框架,产品开发不同阶段和不同产品开发活动，需要使用不同的工具软件。例如：CAD、CAE、CAPP、CAM、DFX、CAQ、计算机辅助快速报价、计算机辅助项目管理、计算机辅助采购供应以及面向产品开发的资源管理等各种工具软件也都会在产品开发过程用到。这些工具软件可能是基于相同的计算机
28、及网络硬件软件平台，也可能不是，一般来自于不同开发商。在产品开发过程，这些工具软件面向同一产品数据模型，为着共同的产品开发任务，协同地辅助各具体产品及相关过程开发，它们之间必须能进行数据交换、信息集成和知识共享，在功能上也要互相支持、相互配合。为了这一目的，这些工具软件首先要能够互操作并相互集成在一起。并行工程的集成框架就是要集成这些产品开发过程中不同类型的工具软件，集成源于这些工具的产品生命周期各种信息模型，集成产品创新开发及开发管理所应用的诸方法，集成产品创新开发及开发管理过程的各项任务，实现异构、分布式计算机环境下企业内各类应用系统的信息集成、功能集成和过程集成。,2023/6/25,西
29、北工业大学工业工程系,41,八、并行工程的并行化途径,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,42,1.建立集成化的支撑环境,并行、一体化的产品创新与开发，离不开一个高效自动化的产品开发及管理集成环境的支持。通过这样的一个集成环境，实现产品开发过程数据通讯、信息集成和知识共享，实现产品开发工具和方法的共用，实现产品开发活动的协同和综合优化。不难想象，若产品开发人员相互之间连信息都无法及时地沟通，能实现产品开发工作或活动的并行和一体化。因此，要实现产品创新与开发并行和一体化，就必须首先建立一个支持并行工程工作方式的自动化集成环境，使原本串行才能完成的任务，得以并行地实现。,2023/6/25
30、,西北工业大学工业工程系,43,2.实施并行化的过程规划,面向产品生命周期的过程并行规划是并行工程实现产品创新与开发活动的并行和一体化的技术关键，它需要并行的产品开发过程建模、分析等技术和工具的支持，需要并行化的产品开发过程控制理论和思想的指导，并需要依靠并行、一体化的组织模式与管理方法来组织和管理产品的创新与开发。传统的基于线性规划和运筹学的方法如网络计划法，对于前后两活动间具有典型串行特性的过程规划问题具有明显的优势，但它对于产品开发过程的并行规划不一定再适应。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,44,3.采取团队式组织模式和管理方式,面向并行工程的集成开发团队式产品创新与开发过
31、程的管理，与传统产品开发过程的管理模式、方法和思想等，都有较大的不同，采用的各种使能工具和技术手段也将不同。这种管理更注重团队精神，注重开发团队的协同，注重创新，注重创新与开发活动的并行和一体化，注重产品及过程的持续改进，并关注用户的满意度。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,45,4.引用现代化使能工具和技术手段,现代产品创新与开发，离不开现代化的开发工具和技术手段的支持。借助于这些现代化的计算机辅助工具以及先进的产品设计制造技术手段和装备，可以促进并行工程的并行化理念在实际产品开发中的实现，推动产品创新与开发的并行化进程。DFX、PDM、CAx、QFD等都是并行工程所强调和依重的具有代表性的技术工具。它们蕴涵了并行工程的基本思想与理念。,2023/6/25,西北工业大学工业工程系,46,5.坚持并行工程的产品创新与开发,产品创新与开发人员，是实施产品创新与开发的主体。并行工程不同于传统的产品开发模式，它对产品开发模式、开发方法及支持工具等，都提出了独特的要求，并形成为并行工程先进的思想与理念。产品创新与开发人员必须按照并行工程的这些思想与理念，并依据并行工程的方法和原则，实施具体的产品创新与开发。,
