并行工程技术综述

并行工程技术综述

1总结1.1ce技术的定义作为一种缩短开发区生产时间的方法，其概念于1988年首次提出。随后,在各种文献中出现多种对并行工程的解释。今天,并行工程涵盖的内容更加广泛。CE是一种并行方法,取代耗时、高成本的顺序工程的线性过程,意图使产品开发人员从一开始就考虑“所有的工作”(包括企业的支持功能)。下面给出关于并行工程的一些公认的定义。(1)CE是一种集成、并行设计产品及其相关过程(包括制造和支持)的系统化方法。该方法力图使开发人员从一开始就考虑产品从概念到报废全生命周期的所有因素,包括质量、成本、计划和用户需求。(2)CE是一种系统化方法,它注重响应客户期望的集成产品开发(IntegrationProductDevelopment,简称IPD)。它包含团队合作、信任和信息共享,及早进行并发作业,以便达到共识。(3)CE是一种集成设计方法,在上游设计阶段考虑所有下游特征,以比顺序设计更低的成本产生更健壮的设计。(4)CE是设计工程环境。在该环境中,计算机辅助设计技术用于评价和改善产品质量,不仅在设计阶段,而且贯穿全生命周期。(5)CE是一种产品开发方法,它预先考虑产品和开发过程的可实现性(X-abilities),诸如:可制造性、可服务性、质量等。可实现性不是仅仅满足基本功能,而是定义满足客户所有需求的产品。CE的定义还有很多,但被人们普遍接受的是Winner等人给出的定义。从上述定义中,不难发现实现CE涉及的若干关键使能技术,诸如:团队、过程重组、DFX(DesignforX-abilities)、质量功能部署(QualityFunctionDeployment,简称QFD)、产品数据管理(ProductDataManagement,简称PDM)等。1.2影响员工流失的因素在CE中,时间是重要的考虑因素,许多因素依赖于决策和发现问题的时间。将近80%的产品生命周期开发成本由项目最初的20%时间内作出的决策和努力来决定。CE建立在8项基本原则之上:(1)及早发现问题:在产品开发过程的早期阶段(尤其是在开发过程的前20%的时间内)发现的问题比开发过程后期发现的问题更容易解决。(2)及早进行决策:在设计的早期阶段的决策比后期阶段的决策影响范围宽阔,成功的机会也更大。(3)工作结构化:事实上,人不可能同时做多项工作,并行计算机也如此。人们擅长于系统地组织工作,或更重要的,组织工作环境,以便使每项任务由人、机器或计算机单独进行。(4)团队亲和力:人们相对独立工作可以产生局部的优化设计,将这些局部优化的设计组合起来,并不一定保证整个系统优化。集体智慧大于个体智慧的简单求和,通过多学科的协同工作,可以产生全局优化设计。团队成员的相互信任尤为重要,团队成员必须为共同的目标而努力。(5)知识均衡:产品设计的领域通常是很广泛的,不可能建立满足所有目标、自动化或基于所有知识的系统,解决复杂问题的最佳方法是人类知识与工具的有机结合。(6)共同理解:如果团队成员知道其它成员在做什么,团队的工作将做得更好,它包括了解团队成员之间的相互影响。(7)所有权:如果团队被授权对设计进行决策,并被给予其产品的“所有权”,团队将热心地工作而创造更好的产品。(8)一致的目标:大多数部门都有一种使本部门看起来比其它部门好的倾向——谋求小集体利益,即使有损于总的合作目标。如果每个成员朝着共同的目标努力工作,而不考虑他们所属的部门,整个企业将运行得更好。这需要改变传统的思维方式,以全局利益为重,每个成员都尽自己最大的努力,实现企业共同的目标。2项目的组成2.1ppo主题和ipd主题Prasad采用2个同步圆轮描述完整的CE系统如何工作及各元素间的相互作用,这2个同步圆轮类似于自行车的2个车轮。第1个CE圆轮代表集成产品和过程组织(PPO),第2个CE圆轮实现集成产品开发(IPD),2个圆轮协调运转。每个圆轮由3个同心圆构成。中间的圆环表示CE工作组,它驱动客户和企业象骑自行车一样运行,该圆环被分成4个象限,用来描述4个所谓的CE团队。这些团队是:员工团队、技术团队、逻辑团队、虚拟团队。外部的圆环被分成8个部分,第1个圆轮的每个部分构成PPO主题,该主题解释CE设计过程如何提供稳定的、可重复的过程,通过它实现产品精度的提高。PPO主题从回顾制造竞争历史和揭示发展趋势开始,其余部分描述CE的设计过程,解释并发设计过程如何创造竞争优势,描述CE过程分类,以及阐述与PPO相关的主要问题;第2个圆轮的每个部分构成IPD主题。圆轮最内部的圆环代表4个支持“M元素”:模型(Models)、方法(Methods)、度量(Metrics)和测度(Measures),提供指导产品实现过程的方法。团队是方法(在圆心部分列出)的驱动力和技术(在外圆部分列出)的控制器。该圆轮图集提供了CE的完备描述。2.2系统层、数据库层、应用支撑层、用户层并行工程集成系统的体系结构应由7层结构组成,分别为:计算机及操作系统层、网络数据库层、共性中件层(如JAVA,ROSE等)、企业框架、领域框架、应用支撑软件层、用户层,如图2所示。图2CE的体系结构Fig.2ArchitectureofCE3co的活力和组成3.1团队培训的重要作用Prasad将影响CE的驱动力划分为7个方面:人才(Talents)、任务(Tasks)、团队(Teams)、技能(Techniques)、技术(Technology)、时间(Time)、工具(Tools)。团队首要的问题是分解任务,团队通常用于协同解决问题。技术问题的出现源于竞争,CE中的技术包括软件原型、可视化、产品数据管理、DFX、多媒体、电子数据交换(EDI)等。工具包括软件、硬件和网络。时间是CE的核心,即缩短产品开发周期。培训在CE中也起重要作用。7个驱动力之间的关系如图3所示。3.2改善企业的tCE为企业在日益变化的全球市场中获得竞争优势提供了一条有效途径,其目的是为了改善企业的T(TimetoMarket),Q(Quality),C(Cost),S(Service),E(Environment)。实现CE至少涉及4个要素:组织、通讯、需求、产品开发。(1)建立ce的环境,培养适合企业发展的人才企业现有的文化和组织策略通常与CE环境存在一定的差异,甚至对立。管理者应该做好必要的准备,确保企业文化适应这种变化。管理者必须建立CE的环境、组建产品开发团队,不断评价团队的职业和技术需求,并提供所需的训练、教育和奖励。管理者和团队成员必须明白自身在组织要素的位置与作用。(2)通讯簿CE需要一个或多个团队在集成产品开发环境中工作与共享信息,因此,有效的通讯是成功的关键。(3)ce成功释决目前所有内部需求CE拓宽了对需求的解释,除外部客户的需求外,还包括所有内部的需求。充分捕获和完整表达需求是CE成功的关键。在产品开发的所有活动中,客户需求是衡量进展和质量的主要准绳。(4)开发过程要素该要素包括设计和制造需求的产品的所有活动过程,甚至包括定义需求、市场和客户支持等过程。产品开发要素的核心是持续优化开发过程。CE的要素应该不断调整,以保证各要素之间的平衡。如何做依赖于团队任务覆盖的范围,即任务、项目、工程或企业。组织与通讯要素是“哲理”,而需求与产品开发要素是“方法”。4ce的关键可靠性技术4.1团队合作是企业发展的核心任务团队是共享工作活动,并对特定的产品负责的个体的组合。团队成员的工作相互依赖,即:他们需要其他成员的工作而实现共同的目标。团队的定义扩展为:(1)相互依赖在团队中每个成员贡献自己的力量,其他成员依赖这些奉献,并与他人共享这些信息。成员相互接纳,相互影响。(2)共同承担责任全体成员共同对团队的目的和目标负责,每一个成员都能理解其职责。(3)对团队产品负责所有成员共同对团队的产品负责,它确定团队活动的中心,当然包括服务和产品。团队成员来自不同的部门,并被授权代表其部门参与团队活动,进行团队决策。团队的组成与产品开发过程密切相关,下游活动的成员必须及早介入上游活动,共同发现和解决问题,及早进行决策。由于团队成员的经历和知识、技能存在较大的差异,必须均衡这些差异,以积极的态度解决团队冲突,达到共识。团队的核心是共同奉献,这种共同奉献需要一个成员们能够为之信服的目标。团队业绩既包括员工个人成果,也包括集体工作成果。简单地说,团队大于各部分之和。毫不夸张地讲,团队与协同工作是现代企业竞争获胜的核心和灵魂。通过跨部门、学科的人员的协同工作,充分发挥集体的智慧,企业可发挥巨大的潜能,及时为用户提供满意的产品或服务。没有团队为共同的目标而协同工作,企业在全球激烈的市场竞争中生存的希望将十分渺茫。许多全球著名的公司,如Boeing,Ford,Lockheed,IBM,ABB,HP,SIMENS,丰田,日产等,在产品开发过程中皆采用团队技术,进行多学科协作,共享企业信息资源和重用历史经验,在支持环境中,在较短的时间内,开发出了用户需求的、特定的产品,取得了预定的效果,获得了较大的市场份额。4.2经营过程重组bpr框架多年来,传统的串行开发过程一直占主导地位,由于串行过程自身存在的缺陷,致使产品开发周期较长,质量也不稳定。随着客户需求的不断变化与市场竞争的日益紧张激烈,企业为在较短的时间内开发出满足客户要求的产品,占领全球市场,迫使企业必须改变其设计、制造的方式,以便赢得竞争。BPR技术正是计算机技术发展和企业需求驱动下的产物。自80年代中后期开始,经营过程重组或改进(BPR,BPI)已成为开发高质量产品和提供优质服务的先导技术之一,BPR作为一种新的管理哲理正迅速发展。尽管企业对BPR的兴趣日益浓厚,许多企业通过BPR获得了巨大的成功,然而经营过程重组仅是经营过程管理的一个方面,至少可以确定3种不同类型的过程管理,即:正在进行的经营过程管理、经营过程的改进和经营过程的重组。到目前为止,还没有一套完整的方法和模式可以指导企业迅速实现其战略目标。企业经营的目的是改进、重新设计经营过程和为用户提供满意的产品和服务。BPR的主要目标是过程的有效性和柔性,主要考虑过程是否增值、过程的时间是否缩短、并发活动是否替代顺序活动等因素,实现对市场快速多变的响应。4.3从产品设计到制造质量控制qfd目的控制到设计、生产和制造企业1966年,YojiAkao在日本首次提出了QFD概念。1970年,Kobe造船所开始使用QFD技术开发用于制造大型复杂货船的后勤系统。1978年,日本出版了第一本QFD专著。然而,遗憾的是欧美国家业界和研究人员没有读日文原著。直到1994年,该书被Mizuno和Akao译成英文后,才引起欧美相关人士的重视。1990年,Akao将QFD定义为:“QFD是一种开发设计质量的方法,目的在于使客户满意,并将客户的需求转化为贯穿整个产品阶段的设计目标和主要的质量保证点。QFD是一种保证设计质量的方式,此时产品仍处于设计阶段”。QFD是一种结构化过程、一种可视化语言和一组相互关联的工程与管理图表,它使用“客户的声音(VoC)”获取客户的需求,并将需求转化为设计、生产和制造过程的特征。定义客户的声音是QFD中最重要和最耗时的步骤,如果不清楚了解客户的声音,QFD则无法发挥作用。QFD技术贯穿从产品开发到制造质量控制的4个阶段,即阶段1:产品规划(即TheHouseofQuality,简称HoQ);阶段2:产品设计;阶段3:工艺规划;阶段4:生产规划。使用瀑布分解法和矩阵图来转化从产品初始规划到生产过程控制的客户需求。阶段1是定义客户需求与产品参数间关系的最重要的阶段。阶段2与产品工程功能相关联,将设计参数转化为零件特征和目标值。阶段3表示从设计到制造的过渡,前一阶段的目标值转化为制造和装配的工艺参数。阶段4将来自工艺规划的目标值转化为生产标准,该阶段利用工厂底层员工的知识技能制造产品。QFD可用于产品开发的每个阶段,但总的来说越早越有效。QFD方法十分灵活,设计团队可决定何时启动和终止QFD过程。4.4dx工具介绍DFX技术是在CAX技术基础上发展起来的一类新兴技术,DFX中的X可代表产品全生命周期的所有因素,诸如:成本、质量、装配、制造、检测、维护、支持、服务、报废等。DFX包括面向装配的设计(DesignforAssembly,DFA)、面向成本的设计(DesignforCost,DFC)、面向环境的设计(DesignforEnvironment,DFE)、面向检测和测试的设计(DesignforInspectionandTesting,DFIC)、面向制造的设计(DesignforManufacturing,DFM)、面向生产的设计(DesignforProducibility,DFP)、面向质量的设计(DesignforQuality,DFQ)、面向回收的设计(DesignforRecycleability,DFR)、面向服务和支持的设计(DesignforServiceabilityandSupportability,DFSS)等。DFX是一种开发技术,旨在产品开发的早期阶段尽可能考虑影响产品生命周期的各种因素,在产品投产之前,解决设计中存在的各种问题,避免产品开发后期的设计返工。DFX工具不但支持数字化产品开发,而且直接影响产品开发过程的改进。目前较为成熟的DFX技术有DFA,DFM和DFT等,这些工具已在并行工程实施中采用,其它的DFX技术还处于研究与工具开发过程中。4.5提高管理效率和信息共享水平CE团队的成员来自企业的不同部门,不同的专业领域,按产品进行组织,队伍庞大且地域分散。为了适应多专业的协同工作,必须建立一个协同工作环境,即建立一个内部可以交互操作的(Interoperable)支持环境,一方面做到:正确的信息,在正确的时刻,以正确的方式,送给正确的人,作出决策、修改或认可;另一方面建立各种数据库及方法库,积累在设计和管理中的经验,重复使用以前所获得的成果,辅助决策。并行工程环境是由通讯组织的多任务协作。作为一个多任务的集体队伍,在产品开发的长时期中,所有的人在一起工作,每一个成员拥有产品数据的一部分,每个成员依靠和调用其他成员建立的信息。协同工作环境应无缝支持现有应用程序,并具有一致的用户界面且支持多种平台。团队成员只需要较少的训练,即可使用该环境。要尽可能把成员熟悉的应用程序集成在协同环境中,这样既可以保护企业现有投资,也会减少用户的阻力。协同工作环境为团队的成员实现其共同的目标,进行创造性的工作提供了便利条件,每个成员仅需在自己的终端便可获得所需的信息,对产品的阶段设计结果进行设计评审。4.6产品结构配置管理PDM是一个系统,管理、存取和控制与企业产品相关的所有数据,并管理产品的整个生命周期。整个产品生命周期的产品信息,不仅仅是设计阶段的数据。PDM是面向对象的数据库,它不仅可以管理大量繁杂的数据信息,同时可以管理产品开发的全过程,如工程图纸信息,设计、审核、批准的过程,产品的零部件结构和材料标准等等。在PDM中通过对象(Object)技术对上述信息进行管理。例如,CAD系统产生的文件可被表示为一个对象,在PDM中打开对象,可以自动启动原CAD软件,将对象调入软件中。为用户在一个有多厂商提供的硬件平台和应用软件的混杂网络环境中高效地工作提供了可能。PDM的功能:在信息使用前,进行信息收集;信息收集后,进行存储;基于结构查询方法,查询工程信息;工程信息以各种格式发布;文档、图形和其他信息可被审查;自动生成工作流程;定义产品数据及产品的开发过程;产品结构配置管理和工程变更管理。PDM的结构和特点使用户能够采用并行工程方法,在计算机集成制造系统中开发高质量、低成本的产品。目前,在流行的CAD系统中都含有PDM的模块和部分产品数据管理功能,但基本上是为开发商自己的CAD系统设计的。5组建产品设计团队基于研究与工程实践,总结和归纳实施CE的基本模式如下:(1)需求分析和发展战略的制定实施CE首先涉及的是需求分析,必须明确实施的目标、内容和途径以及可能遇见的障碍,并制定发展战略,使各级人员了解进行变革的意义和必要性。(2)组织机构的调整实施CE的组织机构调整涉及管理者和组织各有关部门代表参加的产品开发团队两个方面。管理者必须坚信CE的意义和价值,充分认识实现CE对原有企业文化的冲击,引导员工,通过共同努力,实现现有组织向CE组织的过渡,组建产品开发团队,实现机构的扁平化,积极支持团队活动,并对团队活动全过程进行管理。产品开发团队必须从客户需求及企业的全局出发,分工明确,协同工作并支持其它团队的工作。(3)企业经营过程与产品开发过程的重组过程重组涉及企业经营的全过程,应根据竞争的目标(例如,时间、成本、市场占有率),采用建模、仿真及优化技术,从企业的实际出发重组经营和产品开发过程,使上、下游活动及早交流与协调,实现并发作业。(4)员工的技能培训实施CE不但在组织、过程等方面发生变革,对员工知识、技能也提出了新的要求。例如,团队的组织管理、工作模式与协同工具,经营过程重组的方法、工具,各类CAX/DFX工具、网络环境的使用等。其目的是使员工具有对新环境、工作模式、并发过程等的适应能力,为实施CE做好必要的技术储备。(5)支撑环境的建立实施CE还必须建立支持团队进行产品开发的环境,它包括软/硬件系统,网络/数据库,框架/平台系统,支持设计、制造、管理和协同工作应用软件的开发工具,应用软件,人/机接口等。支撑环境是支持团队协同工作和确保通讯准确、及时的必要手段。虽然实施并行工程是企业的战略,涉及全企业的参与,但是由于实施CE需要企业在人员、技术、资金、工具与环境等方面都要进行相应的改进与完善,企业会面临极大的风险,因此,基于企业发展战略先在一定的范围内进行“试点”应用,积累经验逐步拓展到企业的整个范围,最终实现企业的经营战略目标。6并行工程技术的进展经过10余年的研究与工程实施,并行工程技术思想、方法、工具取得了飞速的进展,从理论研究走向工程实用化,为企业获得市场竞争优势提供了有效手段。随着需求的进一步深入,可以预计,在今后一段时期,并行工程的发展主要集中在以下几个方面:(1)并行工程的方法体系结构更加完备并行工程已经从传统的产品与过程设计的并行发展到产品、过程、设备的开发与组织管理的并行与集成优化,集成范围更加广泛,而在此基础上,并行工程的方法体系也将更加完备。(2)团队与支持团队协同工作环境支持全球化动态企业联盟团队技术发展十分迅猛,各种类型的团队和组织管理模式在发展中逐步统一和规范化。随着计