并行工程

并行工程ConcurrentEngineering自从1982年美国国防部提出并行工程ConcurrentEngineering（同步工程simultaneousEngineering）多国家已成功地应用于国防、电子、飞机、汽车、机械制造等多个行业。美国波音公司、惠普公司(HP)、国际商用机器公司(IBM)、美国电话和电报公司(AT＆T)等取得了成功的实践，欧洲和日本也对并行工程开始了应用，如欧洲的ESPRIT计划、日本的智能制造系统(IMS)计划等。人们已明显地看到，由于采用了并行工程技术，在提高质量、降低成本、缩短开发周期上获得了重大效益。美国国防分析研究所的研究表明，不少企业在应用并行工程后，生产初期工程更改次数减少50％，产品开发周期缩短40％一60％，制造费用降低30％一40％，报废和返工减少75％。一、并行工程的内涵目前人们普遍采用美国国防分析研究所在R388报告中提出的并行工程的定义：并行工程是对产品及其有关过程(包括制造过程和保障过程)进行并行设计的一种系统的综合方法。它要求研制者从一开始就考虑产品整个寿命周期(从确定设计方案到最后处置)中的全部要素，包括质量、成本、进度和用户要求。对产品及其过程进行综合的、并行的设计是并行工程的关键。图a对比了产品开发中的串行方法模式和并行方法模式。需求分析产品设计过程设计原型产品图a-1串行工程模式需求分析产品设计过程设计原型产品图a-2并行工程模式长期以来，产品开发过程一直采用串行工程的方法，即首先由设计部门设计产品，产生工程文件(如工程图样)；然后由生产部门在理解这些文件的基础上，再根据这些文件制定生产计划(如加工工艺、装配工艺等)，并组织设备，安排生产，有时还需设计和制造专用夹具；质检部门依据有关技术要求安排检验。串行工程方法的缺陷在于：在设计过程中不能及早考虑制造过程及质量保证等，易造成设计与制造脱节，使产品开发过程成为设计、加工、测试、修改设计大循环，产品设计通过重复这一过程趋于完善，最终满足用户要求。这种方法不仅造成设计更改量大、产品开发周期长，而且使产品成本提高。在目前市场竞争激烈、产品更新换代快的市场经济条件下，这种方法的缺陷已经严重威胁着企业的发展。并行工程的工作模式与串行工程的最大区别在于产品及相关过程并行设计。在产品开发初期就考虑到产品全寿命周期中的有关因素，设计、工艺、质量管理、销售、财务、采购等部门人员聚集在一起，信息上相互沟通，决策上共同参与，工作上有序交叉、并行地开展、从而克服了串行工程存在的因产品质量难以一次满足用户要求而造成开发周期长、研制成本高等缺点。在理解并行工程的过程中，应该注意以下几个方面的问题：(1)并行工程不能随意取消一个完整的工程过程中现存的、顺序的、向前传递信息的任一必要阶段。所有的后续过程都是为了完成费效比最优的联合设计。(2)并行工程不是同时或交叉地进行设计和生产。并行工程要求同时进行产品及其后续过程设计，而不是在设计产品的同时执行生产过程。相反，并行工程强调所有设计工作要在生产开始前完成。(3)并行工程不仅是可加工性设计，也不仅仅是可靠性和维修性设计，并行工程包括产品的完美性、可装配性、耐用性甚至产品报废后的可处理性等更多需求能力的设计，其目的是优化设计。(4)并行工程不同于保守设计。保守设计通过使用减少零件、冗余技术等方法寻求健壮性，而在并行工程中，健壮性的实现是通过大量的过程优比和确定怎样用低成本零件达到预期的目标值。二、并行工程的实施1．并行工程的实施条件(1)需要上级管理部门的切实支持。并行工程基于全面质量管理理论，是一种自上而下、全面铺开的管理方法，可以认为管理工作是并行工程的首要因素。在实施并行工程过程中，企业管理层应给予切实的支持。例如，支持建立有效的实施并行工程的组织机构，为多学科小组提供有效的培训，制定执行情况的检查办法和合理的激励政策。(2)建立多学科小组。由于产品越来越复杂，仅仅依靠个别设计人员甚至一组设计人员已难以有效地设计产品，因而建立多学科小组对成功实施并行工程十分必要。小组成员由与产品设计、制造及相关过程有关的人员组成，由技术水平高、管理经验丰富、组织协调能力强的人员担任组长、小组成员根据共同制定的任务、质量目标和工作计划采用并行作业的方式，集成地设计完成各技术专题。(3)建立有效的组织机构。西方学者认为、实施并行工程的组织工作十分重要，这是因为一旦组织结构出现某些偏差，必然会影响全局。条块分割的组织结构是不能适应并行工程的，因此矩阵式组织结构是一种适合于将产品与部门交叉组织、运作的结构，因而比较适合于并行工程的要求。(4)计算机技术的支持。计算机硬件、软件的推广应用及不断发展，为实施并行工程提供了有力的支援。国外，不少企业在并行工程中从设计、制造到检验的所有工作都通过互联的计算机实现信息处理过程自动化，从而改善了产品质量控制环境，提高了产品开发放率。(5)应用工具的支持。目前，有很多应用工具被视为并行工程的使用技术。灵活运用这些工具，有利于提高产品质量和产品开发效率。其中，面向产品质量控制的应用工具大致有质量功能展开，过程控制技术，价值工程，可靠性技术，成组技术，建模和仿真技术，In—house技术CAD，CAM，CAE等。2．并行过程的实施步骤在产品开发过程中，实现并行过程有多种途径，它与企业的计算机应用水平有关，实现的范围可以在企业层，也可以在项目层。其实施步骤如下：(1)简要分析高层管理的并行工程，进行总体规划。考虑有关高层管理的优先程度，研究并行工程的哪些方面可以在企业的近期内进行活动。(2)未应用过并行工程的企业应先选择一个试验项目进行并行工程实践，以加强现有的方法和技术手段。(3)建立产品开发多学科小组，确定小组负责人，营造小组成员相互合作的良好环境。(4)根据产品的用途、特性，制定包括最终质量目标在内的总目标和计划时间表，并对所开发产品的资源进行分配。(5)为多学科小组成员提供有效的培训。(6)由小组负责人考虑如何把用户所关心的问题理解到一个新高度，如何实现所选择的技术等。(7)在高层管理下实施产品的质量控制、进度控制和成本控制。(8)对完成的产品质量效果进行总结，取得经验，进而制定下一阶段目标。三、并行工程的方法和技术1．并行过程的管理(1)多功能小组多功能小组是进行产品功能优化的重要方法之一。产品功能包括性能、可生产性、维修性、可靠性、成本等。多功能小组的成员应具有产品寿命周期不同阶段的专业知识，他们既是产品开发过程，又是生产和保障等后续过程的工程师。这些人参与设计，特别是一开始就介入，对缩短整个产品开发周期发挥了很好作用。例如，制造或生产部门的代表参加产品设计，能够减少更改。多功能小组的组织形式因公司而异，有根据过程组织多功能小组的，也有根据产品组织的。小组成员可以是固定的，也可以随产品的设计进程而变动。小组成员一般安排在一起，但工作地点可随产品由设计转向生产而改变。由于人与人之间的沟通是此方法的基本特征，所以小组一般较小(少于12人)。(2)设计文件管理设计文件的管理涉及到在设计产生、分析、验证、修改和批准过程中所遵循的程序。设计文件管理对任何设计工作都是必不可少的，但在并行工程中就有着更为重要的意义。由于并行工程使具有技术专长、但并非传统设计者的人员参与设计过程，就必须让他们有收集信息的途径并把信息引入设计。一项设计从产生到细化要经历一段时间。形成设计的过程，包含一定数量的反复试验、尝试不同的方案直到得到一个结果。设计文件管理的一个复杂问题是必须保证工程师在进程中自由尝试新方案，而又能控制他在被许可的情况下改变设计，它还涉及到如何在被评价的几个选择方案中选定其中的一项作为指定的设计方。在并行工程中，设计文件管理必须解决这个难题，既要允许小组成员有几个可选择的设计方案，以便他们能够根据他们所特别关心的专业来评价方案的特征，又要防止他们选择的方案由于失误而在后面的工程阶段被淘汰，从而产生更多的工作量。(3)收集需求收集需求是把产品和过程的特征与需求(顾客的声音)联系起来的方法。作为产品开发来说，首要的任务是收集“顾客的声音”，并用工程师能理解的语言进行描述，而不是把工程师的想法表达出来以激起顾客对更好的产品的期望。收集顾客的声音是非常必要而又困难的。可以建立多功能小组来收集顾客的声音，一般由销售部门代表担任领导。尽管在这一阶段可以进行全面调查，但是调查的资料中一般存在着带有偏差的信息。收集需求并把它们转变成产品和过程参数的一个常用方法叫做质量功能展开。它包括一系列建立和完善矩阵表的方法，这些矩阵表表明产品的特征和体现顾客声音的表述之间的关系。质量功能展开使用协同工作、创造性的“智慧风暴”法以及市场调研来识别顾客需要和设计参数。把需求和设计参数之间的相互关系进行分类并进行规范化。竞争对手产品的参数要识别出来并进行分等，自上而下的设计过程连续进行，同时对照重要的用户要求和竞争产品鉴别对比功能、结构、失效模式、零件和组件、新原理、重要的生产制造环节等。矩阵表是记录相互关系信息的一个手段。如果把用户需求做为矩阵的行，产品特性做为列，在矩阵上方的三角形表格中可以显示出产品特性之间的正负相关。三角形表在矩阵表的上方就象是加了一个屋项，因此也称之为“质量屋”：(4)过程设计过程设计是设计和展开过程的方法。生产过程的详细描述可追溯到本世纪泰勒对制造过程的研究。工程师，特别是工业工程师，设计出了用于制造过程的程序。这些程序一旦被管理人员所理解，管理和改进过程的任务就可执行了。在许多成功的企业中，制造工艺是用戴明所说的“作业指导书”来表述的，作业指导书用明确的词句告诉工人要做什么，这样就可以验证所遵循的程序是否正确。AT＆T公司提出的过程质量管理和改进(PQMI)方法可用于简化改进工作的管理任务。过程质量管理和改进的中心内容是了解自己所处的过程，理解顾客和供方，了解有关的输入和输出。AT＆T一直把过程质量管理和改进方法应用于各个“白领”过程，如票据处理，记帐，会计和硬件、软件开发项目的管理。过程质量管理和改进方法所规定的方法减少了“消防”工作量，分清了工作的优先权，预防了问题的发生。过程质量管理和改进方法包括七个步骤①定过程管理职责；②规定过程并识别需求；③规定并建立方法；④评定与顾客要求的一致性；⑤调查过程，寻找改进机会；⑥排列改进机会并确立目标；⑦改进过程的质量。2．计算机支持技术(1)信息管理与传递信息管理与传递技术包括采集、描述、显示、处理和综合产品设计及生产产品的工艺设计信息的方法。它可以包括产品设计和工艺设计过程中的信息，也可以包括把信息推广到设计小组成员的工作场所所需要的技术。信息采集技术包括人员用于体现原始设计方案及其所有衍生方案的软件和硬件。它包括采集生产产品的工艺信息，设计规则的信息，各种备选设计的后续效果的信息的方法，也包括筛选和整理产生这些信息的资料的必要技术。信息在经过采集筛选后，必须用能被各种软件工具和在不同硬件设备上使用的格式进行存贮。所以必须应用数据标准化。在对数据描述的已被证实的标准模式中，著名的标准有ASCII字符代码标准，JTAG边界扫描或LSSD仪器设计标准，变换数据描述标准等。信息采集到以后，假定能以有用的方式捞述，就必须以清楚的格式显示给设计小组的成员们。显示技术包括图形显示及其软件，三维实体建模语言，彩色显示器，纸张和电话会议设备，也包括支持开发可以扩充和可以传送的显示软件包的标准。设计过程的要求不仅是对信息进行采集、存贮和检索，它要求信息有一些附加值，信息的附加值可以是合成、功能分解或设计对象分析的形式，在并行工程中，附加值也包括建立生产和保障产品的后续过程的模型。模拟复杂的后续过程的能力在一些领域内限制了并行工程的开展。(2)技术综合并行工程把各方面的专家组织在一个小组内，尤其是利用自己的表达方法，用手工及自动化工具进行设计的专业人员。为使设计的收集、合成和分析朝着自动化的方向发展，多功能设计小组需要使合作变容易的工具和表述方式。技术综合的目的在于降低取得可展开的、可剪裁的工具的交互使用能力的成本。在技术综合中，有两点是