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1、并行工程的研究概况综述注意：本文已经在1999年3月的机械制造(1999,3:911)杂志发表使用者请注明文章内容出处陈晓川 张张暴暴 刘晓冰冰 冯辛辛安（大连理工工大学CCIMSS中心）内容提要：先进制制造技术术越来越越受到人人们的重重视，其其中比较较成熟的的并行工工程哲理理已经在在国外推推广应用用，国内内也有些些初步的的成果。本本文结合合国内外外的研究究实践，对对并行工工程的概概况进行行了较为为详细的的介绍，并并分析了了国内外外的差距距所在，希希望为并并行工程程的研究究提供些些有益的的帮助。主题词词：并行工工程，虚虚拟制造造，CAAD一、并行工工程的定定义1988年年美国国国家防御御分析研
2、研究所（IDAInstitute of Defense Analyze）完整地提出了并行工程（CEConcurrent Engineering）的概念，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在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。”【1】如图1所示。并行工程的目标为提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程在实现上述目标中，主要通过以下方法【7】： 设计质量改改进使早期期生产中中工程变变更次数数减少550以以上； 产品设计及及其相关关过程并并行使
3、产品品开发周周期缩短短40600； 产品设计及及其制造造过程一一体化使制制造成本本降低33040。 图1 并行行工程示示意图二、并行工工程在先先进制造造技术中中的地位位与作用用并行工程在在先进制制造技术术中具有有承上启启下的作作用，这这主要体体现在两两个方面面：1. 并行工程是是在CAAD、CAMM、CAPPP等技技术支持持下，将将原来分分别进行行的工作作在时间间和空间间上交叉叉、重迭迭，充分分利用了了原有技技术，并并吸收了了当前迅迅速发展展的计算算机技术术、信息息技术的的优秀成成果，使使其成为为先进制制造技术术中的基基础。 2. 在并行工程程中为了了达到并并行的目目的，必必须建立立高度集集成
4、的主主模型，通通过它来来实现不不同部门门人员的的协同工工作；为为了达到到产品的的一次设设计成功功，减少少反复，它它在许多多部分应应用了仿仿真技术术；主模模型的建建立、局局部仿真真的应用用等都包包含在虚虚拟制造造技术中中，可以以说并行行工程的的发展为为虚拟制制造技术术的诞生生创造了了条件，虚虚拟制造造技术将将是以并并行工程程为基础础的，并并行工程程的进一一步发展展方向是是虚拟制制造（VVM?/FONNTVVirttuall Maanuffactturiing）。所所谓虚拟拟制造又又叫拟实实制造，它它利用信信息技术术、仿真真技术、计计算机技技术对现现实制造造活动中中的人、物物、信息息及制造造过程进
5、进行全面面的仿真真，以发发现制造造中可能能出现的的问题，在在产品实实际生产产前就采采取预防防措施，从从而达到到产品一一次性制制造成功功，来达达到降低低成本、缩缩短产品品开发周周期，增增强产品品竞争力力的目的的【199】。 三、并行工工程的应应用概况况介绍并行工程在在美国、德德国、日日本等一一些国家家中已得得到广泛泛应用，其其领域包包括汽车车、飞机机、计算算机、机机械、电电子等行行业。例例如：美美国佛杰杰尼亚大大学并行行工程研研究中心心应用并并行工程程开发新新型飞机机，使机机翼的开开发周期期缩短了了60（由以以往的118个月月减至77个月）；美国MMerccuryy计算机机联合开开发公司司在开发
6、发40-MHzz Inntell i8860微微处理芯芯片时，运运用并行行工程方方法，使使产品从从开始设设计到被被消费者者检验合合格由原原来1225天减减少到990天；美国HHP公司司采用并并行工程程方法设设计制造造的5446000型1000-MMHz波波段示波波器，在在性能及及价格上上都优于于亚洲最最好的产产品，研研制周期期却缩短短了1/3；美美国的爱爱国者防防空导弹弹系统也也是800年代后后期运用用并行工工程方法法迅速研研制成功功的【66】。美美国波音音公司在在19994年向向全世界界宣布，波波音7777飞机机采用并并行工程程的方法法，大量量使用CCAD/CAMM技术，实实现了无无纸化生生
7、产，试试飞一次次成功，并并且比按按传统方方法生产产节约时时间近550。德德国西门门子公司司下属的的公共通通讯网络络集团（Simens AG,Public Communication Network Group）在开发复杂电子系统的核心子系统过程中，采用了并行工程的方法，取得了显著的效果，在仿真阶段共提出320份报告，发现并纠正了许多错误【17】。如表1所示，其他一些公司应用并行工程后也产生了巨大的经济效益。案例成本库存生产周期开发周期劳动生产率率HP公司降低4降低7降低9缩短3上升30AT&T降低6缩短8上升23麦道公司缩短2迪尔公司降低30降低6070缩短6在国内，并并行工程程作为CCIMS
8、S发展的的一个新新阶段，得得到了一一些企业业的广为为关注，其其研究已已于19992年年底被列列为国家家8633计划自自动化领领域的重重点研究究内容。在在国家科科技部和和8633/CIIMS主主题专家家组的领领导下，1995年7月由清华大学、华中理工大学、北京航空航天大学、上海交通大学和航天工业总公司二院5个单位人员组成了“863/CIMS关键技术攻关棗并行工程”的技术攻关队伍，以航天总公司二院的复杂结构件为应用背景，开展并行工程关键技术的研究与应用。经过近两年的攻关，终于取得了重大进展。该项目在应用上有特色，在某些关键技术上已经达到国际先进水平，目前，该项目已经通过鉴定【17】。虽然并行工工程
9、在实实际应用用中产生生了如此此巨大的的效果，但但是也还还存在一一些不易易解决的的问题，如如：在设设计中考考虑后续续工作增增加了当当前工作作的难度度，支持持并行工工程的主主模型还还未统一一，工程程数据库库还没有有完全成成熟等。为为此人们们进行了了大量的的研究工工作，本本文的介介绍只能能是挂一一漏万的的。四、并行工工程的研研究热点点通过查阅国国内外文文献，了了解到目目前并行行工程的的研究热热点主要要包括：1、并行工工程基础础理论的的研究：主要包包括概念念设计模模型、并并行设计计理论、鲁鲁棒设计计及支持持产品开开发全过过程的模模型研究究。尤其其是并行行设计的的建模技技术，所所谓建模模就是指指建立产产
10、品模型型，而产产品模型型包括产产品生命命周期各各阶段的的信息及及访问、操操作这些些信息的的算法。在在计算机机环境下下，进行行并行设设计要求求信息模模型能够够获取和和表达产产品信息息、制造造信息和和资源信信息；能能够方便便地获得得有关产产品可制制造性、可可装配性性、可维维护性、安安全性等等方面的的信息；能够使使小组成成员共享享信息。要要满足这这些要求求，必须须建立一一个能够够表达和和处理有有关产品品生命周周期各阶阶段所有有信息的的统一产产品模型型。统一一模型的的建立可可以在特特征建模模基础上上进行，但但是特征征建模只只是强调调设计和和制造信信息的集集成，在在多学科科人员协协同工作作环境下下，当产
11、产品开发发某环节节数据被被改动后后，它不不具备自自动更新新相关数数据的能能力，即即不支持持所谓全全相关性性。国际际标准化化组织(ISOO)提出出的产品品数据模模型STTEP标标准是建建立模型型的工具具，但由由于产品品数据复复杂、多多变此标标准仍在在试用阶阶段。从从支持并并行设计计建模技技术研究究现状来来看，目目前的模模型对详详细设计计阶段以以及下游游诸环节节支持得得较为充充分，但但在产品品概念设设计阶段段其信息息描述能能力较弱弱，这是是需要深深入研究究的课题题【9】。2、制造环环境建模模：在并并行工程程中产品品的设计计阶段就就考虑制制造因素素，使得得产品设设计和工工艺设计计同时进进行，因因此，
12、无无论在产产品的初初期方案案设计或或详细设设计阶段段都要及及时地进进行产品品可加工工性及可可装配性性的评价价并生成成合适的的工艺，这这就必然然涉及到到从现实实制造资资源角度度评价所所涉及产产品的制制造工艺艺性能，同同时还要要工厂、车车间、工工段的生生产能力力、设备备布局及及负荷情情况等，这这样制造造环境的的数据和和知识模模型就是是达到并并行必不不可少的的部分。文文献【112】运运用二叉叉树及特特征建模模描述了了制造环环境建模模情况。3、面向并并行工程程的CAAPP：传统的的CAPPP不具具备与产产品设计计并行交交互的能能力，不不能对产产品或零零件进行行可制造造性评价价并反馈馈结果，为为实现计计
13、算机辅辅助并行行工程，面面向并行行工程的的CAPPP是关关键。为为了达到到这一目目的，零零件信息息模型应应是一个个动态的的数据结结构，设设计者可可以在设设计中的的任何阶阶段将设设计结果果移交工工艺评价价模块，并并根据评评价结果果修改模模型或继继续设计计；该模模型应将将零件功功能与零零件特征征间建立立一种映映射关系系；此模模型还应应便于多多知识源源的协同同处理，一一般可采采用“黑黑板结构构”，即即一组负负责相应应功能的的知识源源系统在在“管理理者”的的协调控控制下，对对领域黑黑板上的的当前零零件信息息模型进进行操作作。文献献【111】给出出了面向向并行工工程的CCAPPP体系结结构及零零件建模模
14、、环境境建模等等模块的的结构。文文献【113】以以轴类零零件为例例，采用用了链表表作为数数据结构构表示零零件的形形状特征征等，但但距离实实用还有有一定的的差距。4、DFXX：在这这一领域域中，主主要集中中于DFFM和DFAA这两个个方向上上。面向向制造的的设计(DFMM)是并并行工程程中最重重要的研研究内容容之一，它它是指在在产品设设计阶段段尽早地地考虑与与制造有有关的约约束（如如可制造造性），全全面评价价产品设设计和工工艺设计计，并提提出改进进的反馈馈信息，及及时改进进设计。在在DFMM中包含含着设计计与制造造两个方方面，传传统上制制造都是是考虑设设计要求求的，但但是设计计考虑制制造上的的要
15、求不不够充分分，在DDFM中中必须充充分考虑虑制造要要求，一一般通过过可制造造性评价价来实现现【144】【115】。面面向装配配的设计计（DFFA）与与DFMM类似，它它是将可可装配性性在设计计时加以以考虑,设计与与装配在在计算机机的支持持下统一一于一个个通用的的产品模模型，来来达到易易于装配配，节省省装配时时间、降降低装配配成本的的目的【116】。5. 并行工程集集成框架架：所谓谓集成框框架就是是使企业业内的各各类应用用实现信信息集成成、功能能集成和和过程集集成的软软件系统统。主要要包括基基于思想想模型的的辅助决决策系统统、支持持多功能能小组的的多媒体体会议系系统、计计算机辅辅助冲突突解决的
16、的协调系系统等。一一般可以以采用多多媒体技技术、客客户服务务器模型型进行开开发，但但在知识识共享、多多领域数数据信息息转换、设设计意图图表达等等方面还还没有找找到切实实可行的的办法，建建立一个个包括信信息集成成、工具具集成和和人员集集成的理理想网络络环境仍仍是一个个长期的的努力过过程。 6、冲突消消解及知知识处理理、协同同：在并并行工程程中产品品的早期期涉及阶阶段能够够得到的的信息大大多是模模糊和不不确定的的，仅仅仅运用经经典数学学的精确确方法来来处理往往往不能能真实地地反映客客观世界界的现实实，具有有很大的的局限性性，由美美国自动动控制专专家L.A.ZZadeeh创立立的模糊糊集理论论在处理
17、理定性和和模糊的的知识方方面显示示了强大大的生命命力，因因此将模模糊集理理论应用用于并行行工程中中的知识识协同处处理取得得了良好好的效果果【100】。文文献【118】提提出的一一种新的的设计知知识的表表示方法法棗资源源模型，对对资源和和资源间间的运算算关系进进行了定定义，对对多功能能小组、任任务并行行执行、质质量管理理、知识识重用等等进行了了描述。7、面向并并行工程程企业的的体系结结构和组组织机制制：主要要包括人人的集成成（客户户、设计计者、制制造者和和管理者者）、企企业各部部门功能能集成、信信息集成成及设计计、制造造工具集集成的组组织机制制。8、并行工工程中产产品开发发过程的的管理。9、仿真
18、技技术在企企业各部部门及产产品开发发过程中中的应用用。10、质量量工程的的研究：主要包包括田口口(Taagucchi)方法、全全面质量量管理(TQCC)及质质量功能能配置(QFDD)。我国的研究究工作主主要集中中在高校校中，据据不完全全统计如如下表所所示：单位名称主要研究方方向清华大学面向CE的的CADD/CAAPP/CAMM的集成成研究、DFM等华中理工大大学并行设计的的零件信信息模型型、面向向CE的设设备环境境建模等等上海交通大大学面向CE的的集成化化设计信信息模型型及决策策信息模模型、DDFA等等北京航空航航天大学学CE中过程程建模、过过程管理理及通讯讯技术研研究等西安交通大大学CE的过
19、程程模型与与并行品品质评价价等西北工业大大学并行工程中中的模糊糊知识（信信息）协协同方法法、QFFD等北京理工大大学面向CE的的协同工工作环境境等天津大学智能工程知知识处理理及并行行设计支支持环境境等五、结束语语通过对比国国内与国国外的研研究情况况，我们们发现目目前我国国并行工工程的研研究工作作主要存存在以下下一些问问题：(1)研究究的广度度和深度度不够：虽然并并行工程程的研究究工作已已经广泛泛开展，但但是无论论从研究究的内容容上看，还还是从研研究的水水平上说说都明显显存在差差距。如如：并行行工程在在成本和和质量上上的应用用才刚刚刚起步，与与供应商商的集成成问题还还没有提提上日程程。(2)与并
20、并行工程程有关的的技术实实用化不不够：在在实用技技术研究究方面，目目前还没没有商品品化软件件诞生，而而国外公公司（如如：PTTC的Proo?/FFONTTEnnginneerringg、CV的CADDDS55）已经经推出商商品化软软件。(3)并行行工程的的实施队队伍不够够：由于于科研力力量薄弱弱，在研研究上还还不能全全面开花花，并行行工程的的实施就就更是难难上加难难了。而而且，当当前国内内机械行行业在激激烈的市市场竞争争中经济济效益不不好，CCAD/CAMM技术还还有待普普及，全全面实施施并行工工程还缺缺乏基本本的物质质基础。综上所述，并并行工程程的实施施将从根根本上改改变现行行的制造造模式，
21、在在国外已已经取得得了大量量的成功功应用，对对此我们们必须引引起高度度重视，跟跟踪世界界先进水水平开展展适合我我国国情情的研究究工作，为为并行工工程在我我国的广广泛应用用打下坚坚实的基基础。主要参考文文献1. W.I. Winnnerr ett. “Thee Roole of Conncurrrennt EEngiineeerinng iin WWeapponss Syysteem AAcquuisiitioon ”,IDDA RRepoort R-3338.AD-A2003/6615,Decc,19988 2. Sohleenluus GGetaal. Conncurrrennt EEngi
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28、DDaliian,11660233)Abstrractt: PPeopple resspecct tthe Advvancced Mannufaactuurinng TTechhnollogyy (AAMT) moore andd moore. Cooncuurreent Enggineeeriing(CE) whhichh iss onne oof tthe ATMM haas bbeenn ussed in abrroadd annd ttherre aare somme ffruiits in Chiina. Inn thhis papper, wee giive thee geener
29、ral ressearrch sittuattionn off CEE. TThenn wee annalyyzedd thhe ddifffereencees bbetwweenn Chhinaa annd tthe devveloopedd coounttriees iin CCEs rreseearcch. Andd wee hoope ourr woork is bennefiit oon pperssonss whho rreseearcch CCE.Keywoordss: CConccurrrentt Ennginneerringg , Virrtuaal MManuufaccturringg ,CCAD