并行产品研制

并行产品研制（精选三篇）

并行产品研制 篇1

木材旋切机是人造板、胶合板生产过程中的关键设备。随着木材资源的萎缩和人工速生林的发展，胶合板生产用原材料也出现了明显的变化，人工速生材逐渐成为木材加工业的主要加工对象。由于中国林区、城填的中小型企业及私人企业较多，受加工环境及经济条件的制约，仅有很少的企业能支付得起进口数控木工机床的昂贵费用。因此，研制开发适合中国国情的自动化木工机械显得非常迫切[1]。为了适应市场的快速变化，在旋切机研制开发中引入并行工程是非常有意义的。

1 无卡轴旋切机研制的并行需求分析

并行工程CE的概念是美国国防分析研究所IDA以武器生产为背景，在对传统的生产模式进行系统分析的基础上，于1988年首次系统化地提出的，即“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。这种方法要求产品开发人员设计伊始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。”并行工程的目标是提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。

产品的串行开发过程与并行开发过程比较如图1所示。

与传统的串行工程(Serial Engineering)方法相比，并行工程归纳起来有并行性、约束性、协调性、一致性和主动性五个特点[2,2]。

并行工程的实施，首先要考虑具体开发对象的特点，无卡轴旋切机设计和制造工艺有以下具体要求[1]：

(1)为保证与上下游设备的协调，要求单板输出的速度恒定，即旋切刀相对于圆木的旋切实恒线速度的。由于旋切过程中圆木直径不断减小，所以其转速非线性增大，驱动辊与压尺之间位置要实时调整，因此进给系统的传动比也需要实时变化。

(2)无卡轴旋切机取消了卡轴，提高了木材利用率，用驱动辊驱动圆木旋转，圆木与辊之间要有足够摩擦力，不允许打滑，以保证单板的连续性。如果采用旋切刀固定，驱动辊进给的方式，必须保证驱动辊位置变化同时保持恒转速。

(3)不同板厚规格的单板，在旋切过程中传动系统传动比变化规律不同，若要旋切任意板厚规格单板，能够满足连续旋切条件要求的纯机械传动系统将是很复杂、很难实现，如果不是不可能实现的话。因此，新型无卡轴旋切机需采取机构—控制—传感器—驱动的机电一体化系统设计。

(4)旋切刀与压尺的安装精度要求高，机架要保证旋切刀和压尺具有足够刚度，但同时要减少机架的重量。

由上述分析可知，无卡轴旋切机的开发各环节之间错综复杂，联系密切，相互制约，在时间上具有交叉性。显然，如果无卡轴旋切机在串行工作模式下模具开发，各环节是单一的，上游的结束就是下游的开始，不便于各环节之间的交互与理解(见图1 B))，而在并行环境下开发，每一个环节所要完成的是三个任务：(1)对上游结果的理解和分析;(2)执行本环节的决策任务;(3)考虑下游环节的相关因素[3]。并行工程虽然看起来增加了设计过程的复杂性，但对上游的理解和下游意图的表达可以并行进行，节约了大量时间，同时可以大大减少试模次数，极大的节约了时间和成本(见图1 A))。

2 关键技术分析

无卡轴旋切机开发中的并行工程技术，除了通常意义下的CAD、CAPP、CAM、产品数据管理系统(PDMS)等单元技术的应用外，还要着重解决以下一些关键技术问题：

无卡轴旋切机开发中的并行工程技术，除了通常意义下的CAD、CAPP、CAM、产品数据管理系统(PDMS)等单元技术的应用外，还要着重解决以下一些关键技术问题：

(1)无卡轴旋切机并行开发过程建模及优化技术。并行工程与传统生产方式的本质区别在于它把产品开发的各个活动作为一个集成的并行的产品开发过程，强调下游过程在产品开发早期参与设计过程：对产品开发过程进行管理和控制，不断改善产品开发过程。这种设计思想是在研究产品开发过程的基础上形成的。因此，实现产品的并行设计，首先必须建立产品并行开发的信息模型[4]。图2为无卡轴旋切机并行开发过程建模框图，开发过程的每一步骤都与无卡轴旋切机并行工程知识库进行信息交互。

研制过程体现了“最优化”核心准则。在对产品各项性能进行模拟仿真的基础上，进行产品各项性能，包括可加工性、可装配性、可检验性、易维护性，以及材料成本、加工成本、管理成本的综合评价和决策。

(2)协同工作环境。组织管理和协同工作是并行工程的关键问题。首先要有称职的领导和完善、良好的组织管理;其次是以产品为中心，全生命周期中各相关部门以及用户代表组成多学科小组(群)进行“团队”工作，他们在设计阶段协同工作，同时设计产品和有关过程[5]。

并行设计的实现核心是信息共享，各部门的信息流通过信息管理系统有机相联，实时交互协同参与，合作设计。根据国外的调查资料，产品开发过程中，工程师的全部工作工作时间中有30%～40%用于信息交流，产品开发过程由串行转变为并行后，对信息交流的直接性、及时性、透明度提出了更高的要求。

在并行工程产品开发模式下，产品开发是由分布在异地的采用异种计算机软件工作的多学科小组完成的。多学科小组之间及多学科小组内部各组成人员之间存在着大量相互依赖的关系，并行工程协同工作环境支持集成产品开发团队的异地协同工作。

新型无卡轴旋切机的研制是一项复杂的人机工程，涉及机械设计、电气控制、制造工艺设计等多个方面，不仅涉及技术科学，而且还涉及管理科学。如何管理协调不同子系统(模块)开发团队间的工作，是并行工程面临的关键问题。目前的企业组织机构是建立在产品开发的串行模式基础上的，并行工程的实施势必导致企业的机构设置、运行方式、管理手段发生较大的改变。图3为无卡轴旋切机研制并行工作组织框图。

(3)模拟仿真技术。在并行工程中，计算机仿真占有重要的地位。产品开发中的设计、制造等大多靠计算机仿真来描述、检验和验证，主要是指过程仿真(APS)、加工过程仿真(MPS)及生产计划调度仿真(PPDS)等[6]。

国外一份调查表明，为了纠正某一产品设计中的错误;需增加的花费情况如下：在设计阶段加以纠正，仅需花费35美元;在零件加工之前加以纠正，需花费177美元;在成批生产之前加以纠正，需花费368美元;如等到产品投放市场后才加以纠正，加以则需花费59000美元。因此，将设计中的错误和缺陷尽早发现并纠正在设计初期，提高产品开发的一次成功率，无论是对于提高产品设计质量，还是对于缩短设计周期、降低设计成本都是十分重要。

无卡轴旋切机的并行开发不仅在于设计过程中某些工作步骤的平行交叉，而且还在于在产品设计阶段就能充分考虑加工、装配，甚至使用、维修这些与产品开发相关的后续过程。当前，随着CAD/CAM/CAE/CAPP技术的发展，在无卡轴旋切机设计过程中，利用计算机实现不同旋切参数的旋切机的产品造型、机构设计与优化、结构强度分析与优化、虚拟制造、虚拟装配、产品静动态性能仿真，以及机电一体化仿真，大缩短了开发周期。

3 结语

并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程的系统方法，其主要理念是缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本。并行工程的核心问题是产品开发过程中的管理与技术的集成，就是集成产品开发团队(IPT)以改进的流程为核心，通过应用数字化产品模型定义、DFA,DFM,QFD,PDM等，在产品开发早期综合考虑产品生命周期中的各种因素，力争产品从设计到制造的一次成功。无卡轴旋切机的研制引用并行工程的方法，明显缩短了研制周期，而且由于采用模块化设计，同时也很好地解决了无卡轴旋切机的系列化问题，可以快速适应市场的变化，取得良好的效益。

参考文献

[1]赵大旭.新型无卡轴木材旋切机的研制[D].郑州:河南农业大学,2006.

[2]邹灵浩,吴伏家.现代设计制造中的并行工程技术[J].机械管理开发,2004(10):43～44,46.

[3]谭海欧,陈小艳.并行工程在冷冲压模具开发中的应用[J].机械管理开发.2008,(23)6:70～71.

[2]李秀,姜澄宇,王宁生.基于并行工程的产品开发过程建模[J].机械设计与制造工程,2000(1):34～37.

[5]徐勇,李富柱,封士彩.精密剪切设备开发中的并行工程技术[J].制造业信息化.2007,(2):34～35.

基于卫星产品保证的并行工程的研究 篇2

针对在产品保证基础上实施并行工程，简述了卫星研制串行工程和并行工程之间的概念和关系，并通过建立在卫星研制过程中无产品保证要求和有产品保证要求两种条件下串行工程和并行工程的模型，从质量、成本、效率等方面来比较、分析和刻画卫星研制过程中实施并行工程的思想和作用;在此基础上分析了在实际中实施并行工程的.条件。

作 者：舒适 朱鸿昌 作者单位：舒适(上海卫星工程研究所,)

朱鸿昌(上海航天技术研究院,)

并行产品研制 篇3

并行工程 (Concurrent Engineering, CE) 是在需求牵引和技术推动下产生并结合现有技术基础发展起来的新技术, 80年代末首先出现于美国。它主要是由美国60年代取得巨大成功的系统工程, 并参照日本70年代后大力推行的全面质量控制 (TQC) 取得的成功经验, 吸取全面质量管理 (TQM) 的核心要素发展而来。它是兼有系统工程管理 (SEM) 和全面质量管理 (TQM) 特点和优点的新技术。

并行工程出现后, 美国在20世纪90年代的新武器系统和民用产品的研制中都推行了这一方法, 如波音公司、IBM公司、PW公司等均竞相采用, 且成效显著。采用并行工程的效益体现在以下几个方面。

1) 改善了产品的质量。

制造缺陷下降87%, 故障率下降83%;

2) 缩短了研制和生产准备时间。

产品研制时间缩短60%, 生产准备时间减少10%;

3) 改善了工程过程。

工程更改和图纸更改减少15倍, 早期的生产工程更改量减少50%, 备件储存减少60%, 工程原型机的制造工作量减少3倍, 废品和返工减少87%。

并行工程与传统工程方法相比, 工程更改量有明显减少, 且大部分更改在产品交付以前完成。

2 并行工程研制过程与传统研制过程的比较

传统工程设计是按阶段顺序进行的, 对一个新产品的开发大多采用所谓“抛过墙式”的序列化设计开发过程, 产品从上一部门递交给下一部门 (例如:设计开发部-工艺部-制造加工部-装校部等) , 各部门都按自己的需求修改, 很少考虑下一部门的需求 (可制造性、可装配性、可测试性、可维修性等) 。即使有所考虑 (如很有经验的设计人员) , 也不可能把下一个后续过程的要求详尽地反映出来。由于这种传统的序列化研制过程不能在产品的早期反映产品在整个生命周期内的各种需求, 使所制造的产品存在较多的缺陷, 也就导致从概念设计到工艺过程设计的多次修改, 而且在不同的环节中重复这一过程, 造成了对原设计的大量改动, 甚至是产品的返工, 延长了产品的开发周期。

据统计, 产品成本的70%是在概念设计阶段确定的, 但概念设计的修改费用占总费用的比例很小, 而产品序列化研制过程的设计修改费用将大大增加, 详细设计修改的费用是概念设计修改的10倍;生产工艺制造阶段修改的费用是详细设计修改的10倍, 所以序列化研制方法难以适应激烈的市场竞争。

并行工程是一种用来综合、协调产品的设计及其相关过程, 包括制造和保障过程的系统化方法。这种方法使研制人员从一开始就考虑从方案设计直到产品报废整个周期的所有要素。这种设计开发过程允许不同的研制阶段并行进行, 且有一段搭接时间, 如图1所示, 其特点是:

(1) 在每一后续阶段开始时, 前一阶段尚未结束;

(2) 在后续阶段刚开始时, 绝大多数信息是单向传输的 (由上向下流动) , 但经过一段时间后就变成双向的了, 亦即在两个阶段的人员之间有了信息交流;

(3) 当后续阶段发现以前的阶段存在问题时, 可及时反馈信息, 以便对上一阶段的设计进行修改。同时, 前一阶段应将现行方案提交给后一阶段的工作人员, 以便观察是否会产生矛盾和不协调的问题。

因此, 采用并行的研制过程必须要求不同研制阶段的所有成员都能了解所研制产品的总目标和技术要求。虽然这个过程的每一阶段的周期延长了, 但由于减少了返工和修改量, 因而能使产品的整个开发周期大大缩短。

通常认为, 并行工程的实施要素有5个方面: (1) 把用户需求转化为完整的产品和过程要求的规范化方法; (2) 交互作用、协调的并行研制过程; (3) 多学科 (多专业) 的集成产品开发团队IPT; (4) 综合的计算机辅助环境; (5) 人员的培训。

3 并行工程的实施方法

确定产品要求是产品研制的基础。并行工程为人们提供了一种科学、规范化的方法来确定产品的综合要求, 被称作质量功能展开或质量功能布置 (QFD) 。它采用一种矩阵技术来改进其设计过程, 为产品研制 (包括生产) 的每个阶段提供了将用户需求转换成相应技术要求的方法, 其规范化流程见图2。一般需产生5个矩阵:用户需求 (产品规划) 矩阵;设计矩阵;产品特性矩阵;生产采购规划矩阵;质量控制矩阵。下面以我院研制的柴油终沸点研制为例简要说明如何编制产品规划矩阵。

3.1 确定用户需求

了解用户需求, 并按重要程度对需求项目排序, 重要度按1～5划分, 分数越高越重要。

3.2 制作规划矩阵, 见表1

3.2.1 第一栏, 用户需求

3.2.2 第二栏, 产品设计特性

把产品的各种特性作为矩阵的水平行, 这些特性必须尽可能直接反映用户的需求, 且要以可测试性的术语来表达, 以便进行监控, 并应定期与目标值相比较。

3.2.3 第三栏, 用户需求与产品特性的关系

3.2.4 第四栏, 市场评价

用户的满意度量化后, 按满意的程度用1～5递增表示。

3.2.5 第五栏, 技术评价

3.2.6 第六栏, 确定竞争目标

竞争策略的确定, 是在考虑了现有产品 (包括本单位产品和市场上的同类产品) 的竞争能力评价后, 研制单位在新产品开发中所选择的方针策略。在确立竞争策略时, 要考虑的因素有:用户需求重要度的高低;在这些领域中, 本单位的过去和现状;与产品特性相关的成本与进度;竞争对手的潜在能力等。最后, 应根据市场和用户的需求确立产品各项指标的目标值 (从1～5递增) , 并记录下来。

3.2.7 第七栏, 确立各项技术要求的指标

3.2.8 第八栏, 技术难度

由确立技术要求的综合产品研制小组商定, 按难度递增用1～5表示。

3.2.9 第九栏, 选择需进一步展开的技术要求

对那些难度高、技术难度大的技术要求, 应该进一步展开, 以便在各阶段中均得以控制, 并在规划矩阵的第十栏中填入“Y”。

以上是构成产品规划矩阵的规范化步骤。采取类似的步骤可依次生成设计矩阵、产品特性矩阵以及生产采购规划矩阵。

3.3 对产品要求的管理

对产品要求的管理必须贯穿于产品研制的全过程。因此要组建由多个专业的顶层技术与管理人员组成的多功能小组。该小组的任务不仅应当提出和确定技术要求和设计方案, 而且还对产品的整个研制过程进行跟踪以随时协调解决问题。

3.4 利用综合的计算机辅助环境设计制造产品

综合的计算机环境通常是指CAD/CAM/CALS三位一体的计算机辅助设计制造和后勤保障的成套软件包。目前我院只有CAD系统, 但我们仍可利用现有的CAD对产品进行开发研制, 尽量使用100%的三维数字化产品设计, 在发图前进行电子样机模拟。从而发挥出CAD工作站的强大功能。并且强化图纸的校对审核工作。在物理样机投入生产之前, 及时发现仪表各部件的干涉、配合等存在的问题。这样, 许多问题就可以消灭在图纸设计阶段, 大大提高产品合格率并降低费用。

4 结束语