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并行工程简介

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并行工程是通过组织多学科的设计团队,在设计的早期阶段全面考虑产品的各个方面,包括研制、制造和维修保障等,并充分利用先进的质量工程方法和计算机集成环境,实现在较短的时间内,以较低的成本,生产出高质量产品的一种系统方法。

一、并行工程在产品开发中的作用
并行工程在产品开发中的作用主要体现在以下几个方面:
缩短产品开发周期。将产品及其保障资源并行进行设计,可使得在设计阶段不仅设计出产品,而且同步确定与生产、保障有关的程序和计划,缩短生产准备时间,减少制造过程中的更改、返工等,从而使产品总的开发时间减少。例如,采用并行工程思想后,麦道公司AV-8B飞机的初步设计阶段由45周减少到8周,整个设计周期缩短18个月。

提高产品质量。在产品设计一开始就考虑生产、试验、使用、保障以及质量、可靠性、维修性等方面,可全面优化产品设计和过程设计,从而减少重新设计和工程更改,避免返工和废品,降低产品故障率。例如,因为采用了并行工程思想,麦道公司AV-8B飞机的废品率下降58%,返工费下降29%,由不协调发生的费用下降38%,飞机缺陷下降70%。
降低产品寿命周期费用。并行工程通过在设计中采用计算机仿真技术,动态模拟产品及生产过程,优化了设计,从总体上降低了产品的寿命周期费用,包括设计、制造、运输、维修、报废等各项费用。波音公司弹道导弹分部采用并行工程思想后,单位工时的费用平均下降28美元,产品的成本下降30%。

二、并行工程在国外的研究概况
在并行工程的研究与应用方面,美国起步较早,取得的成效最明显。1988年,美国国防先期研究计划局组织了一个并行工程研究会,制定了长期的并行工程研究计划,对并行工程的技术和方法进行了全面研究。同年,美国国防分析研究院在“并行工程在武器系统采办中的作用”研究报告中,完整地定义了并行工程的概念,总结了并行工程在实际应用中所发挥的作用,并阐述了并行工程在武器装备采办中的重要性。1989年,美国国防部接受了并行工程的概念,并在国防采办系统中大力推广,随后又在并行工程思想的基础上,提出了综合产品与过程开发方法,并制定了一系列指导性文件,有计划、有系统地在国防采办系统中推行该方法。美国波音、通用动力、IBM等大公司都应用了并行工程方法并取得了一定成效。此外,美国国家科学基金组织向许多大学提供了大量经费,资助并行工程的研究工作。

世界其他国家也都对并行工程的研究与应用给予了高度重视,投入大量资金,促进并行工程的研究在及本国的应用。如日本文部省投入巨额资金,支持本国的并行工程研究项目。墨西哥政府资助成立了并行工程研究组,引导人们对并行工程重要性的认识,期望通过应用并行工程相关技术来提高墨西哥国防企业的产品开发能力。欧洲许多国家也都先后采取相应措施,开展并行工程的研究与应用。

到目前为止,在世界范围内,已成立了很多并行工程学术组织,有国家性的,也有区域性的和国际性的,这些组织主要有:
美国的并行工程研究中心(CERC)。美国西弗吉尼亚大学于1993年在政府资助下成立了并行工程研究中心,重点对有关并行工程的各种方法和技术进行实践、综合、评价及验证。CERC配备了诸如卫星转播设备、录相设备、计算机、演示设备、办公设备等相关设备或设施,其主要开展的活动包括:通过卫星转播、因特网等方式,向工业界和学术界讲授并行工程课程;组织并行工程领域的讲座、座谈会或专题论文研讨会;提供并行工程技术培训等。该中心在美国有一定影响力,很多机构提供了资助或参加了其研究活动。目前其资助单位有美国国防部、美国宇航局、、洛克希德·马丁公司等。

美国的并行产品开发协会(SCPD)。美国的并行产品开发协会于1992年在洛杉矶组建,当时是一个国内组织,后来为适应产品开发过程的发展需要,逐步成为国际性的组织。SCPD是一个非营利的国际性专业技术组织,主要任务是促进并行工程和综合产品研制在全世界范围内的推广。SCPD组织开展的活动很多,如国际会议、教育项目、资料出版、建设网站等,其研究的领域涉及与并行工程和产品开发有关的战略、原理、过程、实践、工具、技术等方面。
欧洲并行工程协会(ESOCE)。欧洲并行工程协会成立于1991年,每年组织一次国际会议,与世界其他国际组织建立了广泛合作。
并行工程研究与应用国际杂志。并行工程研究与应用国际杂志于1991年创办,主要针对并行工程和综合产品开发方面的研究与应用,提供国际交流与沟通的渠道。它将并行工程的理论和实践相结合,反映了并行工程和IPD方面的理论与实践的最新水平。
国际生产率促进协会(ISPE)。成立于1984年的国际生产率促进协会,从1994年开始加入并行工程的研究行列,组织召开了多次并行工程研究与应用的研讨会。

三、并行工程的研究热点和发展趋势
目前并行工程的研究热点主要有:并行工程的基础理论研究,包括概念设计模型、并行设计理论及支持产品开发全过程的模型研究;制造环境建模;面向并行工程的CAD、CAPP、CAM等设计技术;DFX(Design for X),主要有面向制造的设计(DFM)、面向装配的设计(DFA)、面向成本的设计(DFC)等;并行工程集成框架;冲突处理;面向并行工程的企业体系结构和组织机制;并行工程中产品开发过程的管理;仿真技术的应用;质量工程技术的应用。

此外,随着以美国为首的西方发达国家对并行工程方法的不断研究和应用,并行工程的思想也不断得到丰富和发展。综合产品与过程开发(IPPD)就是由并行工程思想发展而来的。它是通过采用综合产品组,将产品从方案到生产和保障的所有活动综合起来的一种管理方法,其目的是同时优化产品及其制造、使用和保障过程,从而满足费用和性能目标。

美国国防部正在积极推行IPPD方法。1995年5月,美国国防部长指示要对国防部采办商品和服务的方式作根本性的改变,要求在最大可行的范围内,把综合产品与过程开发的理念用于采办的全过程之中。随后,国防部长办公室自1996年开始,陆续颁布了《国防部综合产品与过程开发指南》和《国防部综合产品与过程开发手册》等指导性文件,以指导和促进综合产品与过程开发方法在国防采办系统中的应用。

美国国防部在采办项目中,要求项目经理应尽可能采用IPPD方法,综合考虑项目整个寿命周期中的所有活动,包括系统管理、研制、制造、试验、部署、使用、保障、培训和报废处理。其中,建立综合产品组是其实施IPPD的一条重要途径。综合产品组一般由一个顶层的综合产品组和若干个重要分系统或设备的综合产品组组成。典型的综合产品组人员一般包括设计、制造、工艺、材料、强度、重量、质量、可靠性、维修性、综合保障、销售等各部门或领域的专家和代表,甚至还包括用户及分承包商。综合产品组的组长一般由项目的行政或技术负责人担任,同一综合产品组的组长可根据综合产品组的层次及所处阶段的不同而更换。例如:在系统顶层设计阶段,综合产品组的组长可能是项目经理,这样便于设计、制造和保障的并行综合,便于人、财、物资源的统一指挥调度。而在研制阶段,产品或设备级的综合产品组组长可由设计负责人担任,生产阶段则可由工艺(或工程)负责人担任。综合产品组的成员也可在不同阶段根据工作需要进行适当调整。

四、国外并行工程应用实例
90年代以来,美、英等国在新型武器系统和民用产品的研制中大量采用了并行工程这一新概念。其中,IPT方法作为并行工程的核心工具受到高度重视,据美国斯坦福大学研究人员调查,目前已有近500家美国公司在应用IPT方法。

波音公司较早应用了并行工程并取得了显著成效。波音公司自1990年开始在波音777新型飞机的研制中尝试并行工程,取得成功后,又在波音737-X上进一步改进研制流程,优化了研制过程。在波音777的设计中,把过去的串行研制流程变成并行研制流程,先后组织了238个“设计-生产协同组”,强调所有小组的成员必须在同一个地方办公,注重从设计开始就把可靠性、维修性都设计到产品中去,以减少设计更改和缩短研制周期,达到提高质量、降低成本的目的。

诺斯罗普(Northrop)公司是美国生产军用和民用飞机及导弹的主要公司之一。由于产品越来越复杂,使得设计队伍不断扩大,并且设计、制造人员很分散,存在对客户需求变化反应慢、信息传递渠道不通畅等问题。为此公司决定采用并行工程方法,在设计阶段就考虑制造、材料、质量、保障等方面的问题,建立包含全部产品信息的计算机数据库,所有设计人员共享一个数据库,及时交流信息,修改和完善产品设计。这种做法使公司获得了良好效益,其飞机舱壁设计时间由13周减少到6周,人员利用率也大大提高。

罗克韦尔公司。该公司的航天系统工程部为应用并行工程而成立了若干个综合产品组(IPT)。这些IPT存在于型号的整个寿命周期中,有自行决策权。每个型号可以有一个或多个IPT,IPT的成员有全职的,也有兼职的,来自与型号生产相关的各个部门,包括顾客、供应商、子公司,以及联合制造商等。这些IPT有明确的章程、计划、职权范围、财务等。
该公司最初在空间站和“先进发射系统”计划中组建了IPT,继而在空间拦截器、航天飞机轨道器改进项目中应用了IPT。空间系统部曾拥有159个小组,其中47个小组是严格意义上的IPT。在该公司,并行工程已被用到所有新型号研制中。

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