基于集成设计和过程技术的产品开发

1、基于集成设计和过程技术（IDPT）的产品开发过程治理研究 本文是国家863/CIMS重点应用工程研究课题资助项目胥悦红 胥悦红,女,博士 通讯地址(100039)北京市玉泉路19号（甲） 中科院研究生院治理学院。(中科院研究生院100039)谢飞（天津大学治理学院300072）摘要 本文在将传统的开发过程治理模式与基于IDPT的产品开发过程治理思想进行比较后, 总结了基于IDPT的产品开发过程治理新模式对制造业进展的推动.进而阐述了基于IDPT的过程治理方法论,概括了IDPT理念在现有的产品开发过程治理中的应用.最后得出传统制造业的提升,必须依靠集成理念的贯彻和发扬的结论.关键词 集成设计和过

2、程技术(IDPT) 产品开发的过程治理 制造业1 引言当今在世界范围内制造业正在经历巨大的变革和分化，层出不穷的制造模式和理论成为医治传统制造业痼疾、孕育制造企业新生的一张张处方。在这种情况下，剖析理念、透视本质，就成为判不理论是否可信、是否可取的重要标准。任何忽略产品与过程的结合、融合及互补；违背系统集成理念的；突出单一侧面的理论和模式，或是深奥的纯技术解决方案都不可能取得成功。必须把握先进制造模式的核心理念，以集成的思路处理现代制造业创新开发中的差不多问题。产品的开发过程治理包括硬件技术和软件技术两大范畴。硬件技术包括从设计、运行到操纵的各环节的技术；软件技术则是指经营、治理、购销等方面的

3、问题。2 传统的开发过程治理模式 传统的开发过程治理模式中的硬件技术和软件技术的设计和策划差不多上分散的、相互孤立的，各环节间存在衔接障碍，要紧表现为：（1） 只从物流角度考虑，缺乏能量综合优化（特不在大系统范围内）；（2） 只考虑（原料、产品等）给定条件，缺乏柔性考虑（适应各种变化条件下的操作）； （3） 对环保要求考虑治理多，考虑减少污染物生成少；（4）只考虑给定条件下的常规运行和操纵，缺乏设计、操作、操纵总体优化的考虑；（5）只考虑现实技术经济条件，不考虑以后进展变化的压力例如，迄今在流程工业新产品开发过程中，在扩大生产能力、调整生产流程和产品方案、节能改造、磨损或腐蚀设备的更新、污染的

4、治理和操纵、安全等方面的投资决策，仍然是分不地、各个孤立地考虑、安排和进行，同时是由不同的上级部门主管；不同的职能部门建议、打算、组织和实施的，这必定造成资金及各种企业资源的白费和经济效益的减少。过去的格局，特不形象地强调了“扔过墙”的概念及明显的按顺序进行和各环节相互隔离的特征。在这种格局下，设计人员仍处于传统意识-只有在自己的设计方案完全“成熟”后，才情愿交给下游部门。这造成由于工艺人员事先未参与，因此需花专门长时刻去理解和消化设计图纸，因而导致时刻的无谓损失和交接上的曲解。基于IDPT的新产品开发过程治理思想3.1 什么是IDPT？集成设计和过程技术是指将硬件技术和软件技术的设计、规划和

5、实施本身相互衔接、统筹考虑并集成为一个过程。关于离散的生产行业，T.C.Ting在在敏捷制造环境中的产品设计和进化一文中阐述了面向对象的设计和制造。包括面向对象的数据库-面向对象的方法数据库和动态的、面向对象的产品数据库。通过对每个零部件的结构、功能及其演化的分析和归纳，使设计者可灵活地借用不同组合使产品满足用户的不同要求，从而使设计逐渐科学化。与此同时，制造业的生产和人员的治理；原材料的采购、运输、供应；产品的储存、销售及市场动态的监测等整个过程，都借助于计算机的应用而逐步实现科学的集成。以求用最小的基础设施投资、最小的运行费用，生产出最适合市场需要、最有竞争力的产品。3.2 基于IDPT的

6、新产品开发的过程治理新模式基于IDPT的新产品开发的过程治理新模式不仅在硬件技术范围内从设计到操作和操纵、从物料流到能量流和信息流的集成考虑，而且在软件技术中考虑人流、资金流和备件流的集成。这包括从技术、规划、打算、调度、质量、能源、环保、设备到组织、人事、财务、供应、运输、销售、市场预测等方面的治理措施。如柔性设计确实是要在设计时便充分考虑和保证为适应市场情况千变万化而能采取各种软件技术措施，同时在实际运行中始终进行优化的综合集成。基于IDPT的产品开发过程治理新模式对制造业进展的推动IDPT在产品开发过程治理中带来制造理念上的更新，即：协调配合、缩短周期和互补提升。推进产品与过程集成理念的

7、最大目标在于为制造业各技术领域或先进制造模式增加更具科学性和规律性的理性概括和描述，使其运用传播工作更具有战略层次的高度自觉性。伴随着这些理念上的更新，对制造业进展的推动体现在以下方面：协调配合-相互沟通，减少矛盾、减少差错和返工；缩短周期-早期介入、强化反馈、及早预备、加快完成；互补提升-各部门互相补充和加强了解，并充分发挥自身及对方的长处和优势。有资料表明，美国的一个知名公司，通过采纳设计、制造和质量治理的集成，降低测量费用50%，设备调整费用40%，返工费用90%。为更充分地发挥集成的优势，从集成设计方面看，应具备的能力：一是对过程友好的解决方案，如可制造性；二是无差错设计；三是快速解决

8、问题的能力。而从过程技术方面看，应具备的能力：一是依照设计意图进行预见的能力；二是驾驭适度风险的能力；三是处置意外变化的能力。有了这些能力和相互关系，集成设计和过程技术自然就不再是一加一的简单叠加，而是蕴含着系统优化的能力倍加，也确实是质的升级。基于IDPT的过程治理方法论集成设计和过程技术是对传统工程学和传统治理科学的挑战。它的目标是将产品开发中的硬件技术和软件技术的集成优化由依靠经验和技巧走向科学和技术。为实现这一目标，在方法论上应借助各学科基础的支持体现在以下三点： （1）各学科和领域（包括所有硬件技术和软件技术）、所有单元和局部的创新和改进，无疑使整个系统内涵的所有方面和人们对系统实质

9、的认识和描述能力，都远远超过任何时候，而且还在不断改进提高。对对象本身的深刻理解和描述，为建立起全面而正确的模型提供了可能。 （2）信息科学的飞速进展，包括硬件和软件技术的不断创新，尤其是面向对象（Object Oriented）概念或技术的创立，提供了强大的技术支持；人工智能（Artificial Intelligence）的开发和应用，在处理模糊的、离散的和其它用经典的数学方法不能处理和描述的对象和问题上发挥了强大的作用。 （3）系统工程与应用数学，包括各种最优化技术、数学规划、遗传算法、模糊逻辑等，在处理庞大、复杂的对象系统的集成优化问题上，是可充分运用和借鉴的工具。在上述各学科基础上进

10、行的集成设计和过程技术的研究开发，极其强调多学科的交叉协同（Interdisciplinary Symbiosis）。这种交叉协同决不是各种方法的简单移植或套用，而是紧密结合深入研究对象系统本身来探究过程科学与工程的共性科学规律，从中创立和进展出新的交叉学科或在原有的学科中建立新的分支领域。例如，在制造业的集成设计和过程技术研究中，针对产品和工件的离散性特点，就需运用面向对象思想，研究和开发离散动力系统、离散数据系统技术；在过程系统能量综合（集成）研究中，需基于热力学和经济学研究，开发建立沿能量流的线索描述的系统结构模型等。IDPT理念在现有的产品开发过程治理中的应用6.1 基于资源模型的CA

11、PP/PPS集成在产品开发中，工艺预备活动（如夹具的预备、刀具的组装与调整等）需要一定的时刻，按资源实时状态生成的工艺将因此而无法立即实施，而应基于可能的资源能力选择资源才具有实际意义。为此，CAPP中与时刻因素无关的零件工艺分析等活动可较早完成，这也是CE环境下CAD与CAPP实现功能集成及DFM（面向制造的设计）的要求；资源状况随时刻变化，应在满足生产预备时刻要求的前提下，尽可能把资源决策靠后，即缩短资源决策与工艺实施间的时刻，使得PPS（产品打算和顺序）有更大的柔性，易于获得全局优化。这种分布式的工艺设计方法是CE（并行工程）环境下CAPP的一个重要进展方向。资源模型在产生可选工艺方案的

12、工艺匹配及资源决策中发挥作用，见图1 图1 资源模型在CAPP/PPS中的作用6.2 CAPP与CIMS各子系统的信息集成CAPP是连接CAD和CAM的桥梁，它起着从CAD中提取几何信息和工艺信息、通过工艺决策，生成供NC编程用的接口文件，向CAM提供信息的作用。CAPP与CIMS各子系统的信息集成关系如图2所示 图2 CAPP与CIMS各子系统的信息流图6.3 产品全寿命周期工程设计产品全寿命周期工程设计是一种在设计时期就考虑整个产品寿命周期内价值的设计方法。这些价值不仅包括产品所需的功能，还包括产品的可生产性、可装配性、可测试性、可维修性、可运输性、可循环利用性和环境友好性。传统设计要紧考

13、虑以成品为终点的产品的性能和价格。全寿命周期设计为设计带来了一个新的概念-设计对象是一个时变系统。传统设计是把产品当成是时不变系统。面向制造的设计只保证加工质量，即制造出来得新产品符合质量检验标准，而不考虑使用以后性能随时刻变化的规律。设计时变系统，不仅设计工程师要明白设计对象的时变规律，而且还要让用户随时明白产品使用中当前的状况。因此，关于重大产品，具有状态监测和故障诊断子功能是设计时必须考虑的。同时，关于要求状态稳定的产品，状态补偿和操纵子系统也将在以后的产品中得到广泛应用。6.4 并行工程、DEF和成组技术并行工程最出色地实现和体现了产品和过程的集成。面向下游的设计技术（DEF）中，有许

14、多是过程导向的设计技术，如为制造而设计、为装配而设计、为检测而设计等，其核心思想也是推进设计和制造的有机结合和整体优化。成组生产布局，能够将产品技术和过程技术最好地结合起来，在相对独立的工作单元中，作到最大限度的灵活、快捷、高效率，是今后现代工厂布局的要紧进展方向。并行工程、DEF和成组技术，差不多上运用产品与过程集成理念的最差不多的解决方案，也是进一步迈向虚拟制造、快速原型制造、全系统精益生产、敏捷制造等的基础，而这些差不多取得一定效果的先进制造模式也都以系统解决的特征融合了各种先进制造技术、组织和方法，使产品和过程的集成得到更完善的体现。结论面向二十一世纪，传统制造业正在经历一次脱胎换骨的

15、全然性大调整，并由此实现整个产业由粗放转向集约、由适应短缺型经济时代的打算治理模式转向适应知识经济时代的产品个性化、治理特色化的新型知识型制造业。如此一种具有划时代意义的产业转化和提升，将在专门大程度上得益于集成理念的贯彻和发扬。这关于充分运用信息技术提高产品和服务的技术水平和知识含量，关于快速响应和适时满足用户的高层次个性化需求，关于合理组织开发、生产和营销、实现低代价高效益满足客户，差不多上必不可少的有效措施和重要途径。参考文献1 Dorothy Leonard-Barton. “Core Capabilities and Core Rigidities: A Paradox in Man

16、aging New Product Development”. Strategic Management Journal, Vol.13, 1992.2 Muniagurria, M. E. and Singh, N. Foreign technology, spillover, and R&D policy. International Economic review, No.2, 19973 Sakakibara, Mariko. Heterogeneity of firm capabilities and cooperative research and development: An

17、empirical examination of motives. Strategic Management Journal, Vol.18, 1997.4 Joe Tidd, John Bessant, Keith Pavitt. Managing Innovation: Integrating Technological. Market and Organizational Change. New York, 1997,9.5 Michel, Grabisch. Fuzzy integral in midticriteria decision making. Fuzzy Sets and

18、Systems, 1996(66): 279-2986 B. Clark and Fujimioto. Product Development Performance. Boston: Harvard Business School Press, 1991.The Process Management of Production Development (PMPD)Based on IDPTXu Yue Hong (Postgraduate Institute of National Science Institute,100039)Xie Fei (Management School of Tianjin University ,300072)Abstract By comparing the old management mold of PMPD with PMPD Based on IDPT, The author summarized the improvement to the manufacture of PMPD Based on IDPT. So elaborated the method theory of Process Management. Described the appli