并行工程理论研究与应用

并行工程理论研究与应用摘要当前国际经济竞争日趋激烈，其主要体现在产品的竞争，而产品的竞争归根结底是设计与制造水平的竞争，竞争的焦点演变以最短的时间、最高的质量、最低的成本将产品投入市场。并行工程作为产品开发的新模式，把计算机辅助设计、制造、管理和质量保证等有机地集成为一体，实现信息集成、信息共享、过程集成。本文通过对并行工程有关问题的阐述和研究，讨论了并行工程的特点、体系结构及技术关键，对并行工程使能工具的基本特点和用途，产品数据管理技术在并行工程实施过程中的作用及并行工程实施过程中的几个重要问题进行了研究，并通过实例分析，提出了自己的学术观点和学术见解并给出了并行工程的定义。倡导在非制造领域应用并行工程，在开展对并行工程理论研究的同时，还对并行工程理论的应用进行创新研究。首次将并行工程理论应用到2002年辽宁省科技重点项目《基于并行工程的科学仪器设备共用系统平台建设》中，根据并行工程的基本原理，确定了项目的实施方案、过程重组及人员重组方案；建立了体系结构和指标体系数学模型，以TRS全文数据管理系统为技术平台，设计了数据库和相应的数据交换接口程序；最终在较短的时间内完成了该项目的研究与实施，建立了辽宁省科学仪器设备共用系统平台，并取得了较好的应用效果。目前，该项成果已被辽宁省有关部门所采用并通过辽宁省科技厅组织的专家鉴定，填补了辽宁省在该方面的空白，该项目的开发推进了我省科研条件大平台的建设。把并行工程理论应用到科学仪器设备共用网络建设中，拓展了并行工程理论的应用领域，扩大了并行工程理论的应用外延，填补了并行工程理论在该领域的空白，在一定程度上，发展了并行工程理论，推动了并行工程理论的创新，为今后并行工程理论的进一步研究、创新和发展奠定了基础。目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论……………………………………………………………………11.1研究背景…………………………………………………………………11.1.1先进制造技术的特点……………………………………………51.1.2先进制造技术的几种模式………………………………………61.2并行工程在国内外研究与发展现状……………………………………121.3并行工程的研究热点……………………………………………………181.4本论文主要研究内容和工作……………………………………………20第二章并行工程分析………………………………………………………222.1传统的设计方法…………………………………………………………222.2并行工程…………………………………………………………………242.2.1并行工程基本概念………………………………………………242.2.2并行工程的起源…………………………………………………252.2.3并行工程的涵义及影响并行工程的主要因素…………………272.2.4并行工程的实质及其过程………………………………………302.3并行工程原理……………………………………………………………332.4并行工程中的技术关键…………………………………………………342.5并行工程的体系结构……………………………………………………37……………………………………………………392.7小结………………………………………………………………………40第三章支持并行工程的使能工具………………………………………413.1质量功能配置……………………………………………………………413.2面向工程的设计…………………………………………………………473.2.1面向制造的设计…………………………………………………473.2.2面向装配的设计…………………………………………………503.2.3面向成本的设计…………………………………………………523.2.4面向并行工程的设计质量评估…………………………………543.3小结………………………………………………………………………58第四章并行工程的实施……………………………………………………604.1产品数据管理技术……………………………………………………604.1.1PDM系统的体系结构……………………………………………604.1.2PDM与并行工程的关系…………………………………………624.1.3本课题选择的软件………………………………………………634.2并行工程的实施过程……………………………………………………644.2.1系统结构…………………………………………………………644.2.2实施并行工程需要解决的问题…………………………………644.3开发过程重组……………………………………………………………664.4并行工程的组织形式……………………………………………………674.4.1基于框架系统的并行产品开发…………………………………684.4.2多功能团队………………………………………………………694.4.3团队组织…………………………………………………………704.4.4团队协同工作模式………………………………………………71……………………………………………………724.6冲突的协调解决…………………………………………………………744.6.1冲突的产生………………………………………………………744.6.2冲突解决过程……………………………………………………754.7并行工程的方案优化……………………………………………………764.8并行工程在制造领域和非制造领域应用分析…………………………794.8.1并行工程在汽车设计方面的应用………………………………794.8.2并行工程在非制造领域的体现…………………………………844.8.3分析………………………………………………………………854.9小结………………………………………………………………………87第五章基于并行工程的科学仪器共用网络数学模型的构建………885.1目的………………………………………………………………………885.2目前研究现状……………………………………………………………915.3全国大型科学仪器设备分布分析………………………………………925.4并行工程的应用…………………………………………………………945.4.1组建多功能团队…………………………………………………945.4.2总体结构的建立…………………………………………………965.4.3确定建设模型……………………………………………………975.4.4方案评价…………………………………………………………995.5小结……………………………………………………………………101第六章科学仪器共用网络系统平台的设计………………………1026.1数据库平台选择………………………………………………………1036.1.1TRS全文管理系统概述………………………………………1046.1.2TRS全文管理系统基本原理…………………………………1056.1.3系统需求………………………………………………………107统平台的设计…………………………………1086.2.1确定系统工作流程……………………………………………1086.2.2确定数学模型和指标体系……………………………………1096.3建立数据库……………………………………………………………1116.3.1设置用户组……………………………………………………1116.3.2数据库结构设计与创建………………………………………1126.3.3添加数据记录…………………………………………………1136.3.4远程传输功能及采用的技术…………………………………1186.3.5实现多库跨接…………………………………………………1206.3.6数据库的访问权限……………………………………………1206.4控制台管理……………………………………………………………1206.5基于Web的接口模块设计……………………………………………1226.5.1概览模块设计…………………………………………………1226.5.2细览模块设计…………………………………………………1256.5.3检索模块设计…………………………………………………1286.6其它功能的建立………………………………………………………1306.7Web发布平台…………………………………………………………1316.8应用举例………………………………………………………………1326.9小结……………………………………………………………………136第七章结论与建议…………………………………………………………1387.1结论…………………………………………………………………1387.2建议…………………………………………………………………139参考文献…………………………………………………………………………140致谢……………………………………………………………………………148第一章绪论1.1研究背景随着市场经济的发展和世界经济一体化时代的到来，各国制造业都面临着市场全球化、制造国际化、品种需求多样化、管理信息化的新挑战。从上世纪70年代以前的企业规模和产品成本的竞争，80年代的用户需求和上市时间、产品质量、产品成本和售后服务的竞争，发展到90年代的“市场响应速度第一”的竞争。当前的竞争要求企业以最短的时间开发出质量最高的、用户可接受的新产品[1]，这就要求各企业在管理、信息利用等方面进行大规模的技术变革，如企业重构、信息集成、过程集成、后勤管理等。这种技术变革意味着“控制时代”向“柔性时代”的转变。为了在日益激烈的市场竞争中获胜，企业必须在产品的研制周期、产品的创新、质量、价格等方面具有竞争优势，其中时间和创新竞争力已是企业赢得竞争胜利的首要因素，为实现这一目标，必须在开发和应用新技术方面开展研究。然而新技术的发展，必然会增加产品的复杂性。这种复杂性主要来源于产品的复杂、开发过程的复杂、团队合作和通信的复杂、计算机与网络的复杂和国际规则及安全性能标准的复杂等五个方面，在过去的时间里，新产品的功能、品种已由“很简单”变得“非常复杂”，而同时“上市时间”却减少了许多。从人类发展的历史来分析，产品的生产模式，基本上可分为串行和并行两大类，其中经历了三个主要阶段[3]。①手工业生产方式其特点是产量小，品种也不多，生产率较低，但体现了体脑结合，设计与制造密切结合，形成一体。生产者是工匠，既是设计者，又是制造者，具有很高的技艺，有时甚至无图纸，图样都在工匠的头脑中。由于当时的社会生产力比较低，这种生产方式基本上是适应其生产的，如陶器、农具、乐器、珠宝玉石、工艺品等，它们在尺寸、形状上没有严格的一致性要求，这是一种初级的并行生产模式。②大工业生产方式18世纪的工业革命促进了生产的发展，形成了大批量生产状况。由于生产规模变大，生产模式就发生了改变，设计与制造分开了，一部分专门从事产品设计，另一部分专门从事生产制造，由于分工严格，造成了设计与制造脱节、体脑分离。这时的生产模式是串行的，形成了需求分析——方案设计——结构设计——工艺设计——加工制造——检验测试的生产过程。从生产发展的过程来看，这是一个很大的进步，提高了生产率，但却存在着设计与制造脱节的问题，并且长期未能得到解决。③虚拟工业生产方式其特点是要快速响应市场需求，缩短产品开发周期。它是基于敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造上的生产模式，要求从产品设计的一开始就要考虑到全生命周期中的问题。提出了并行工程的概念，强调了并行有序的产品开发和上下游共同决策过程。而且要在产品数据管理下进行过程控制与管理，从而解决了设计与工艺长期脱离的矛盾，并为多品种单件小批生产的自动化提供了有效途径。在这一阶段，主要是借助于信息技术、计算机技术、网络技术，采用集成制造、并行工程、计算机仿真、虚拟制造、动态联盟及电子商务等举措，将设计与制造高度结合，进行计算机辅助装配、计算机辅助工艺设计和数控加工，使产品在设计阶段就能发现在制造中可能存在的问题，进行改进设计。同时，可集各方、各地资