并行工程的体系结构和运行特性

1.并行工程的体系结构

并行工程包括4个分系统，介绍如下。

管理与质量分系统。分析某产品现有产品开发流程，提出改进的产品开发过程，运用计算机手段对综合产品开发队伍和产品开发过程进行管理和控制，通过质量功能配置的方法保证用户需求在产品开发阶段得到满足。

工程设计分系统。完成从产品设计到工艺过程设计的全部工作。

支持环境分系统。构造客户机/服务器结构的计算机系统和广域的网络平台，使异地分布的产品开发队伍能够协同工作。

制造分系统。并行工程的研究开发内容分阶段在实际企业得到应用或验证，加工并装配出合格的机械结构件。

下面是并行工程体系结构中的各分系统的详细描述。

（1）工程设计分系统

工程分系统以CIMS信息集成和CAD/CAE/CAPP/CAM为基础，扩展面向装配的设计（DFA）和面向制造的设计（DFM）功能，实现基于产品数据管理系统（PDM）的并行设计和产品全生命周期的数字化定义。它不仅要完成从产品设计到工艺过程设计的串行信息集成，而且要完成更高层次的功能集成，需要利用大量的工程文档、设计工具、测试、分析工具、仿真工具，产生大量的中间数据、图形和文档资料，还需要多学科、多功能小组地协同工作。因此，工程分系统采用产品数据管理系统作为并行设计框架，将工程设计领域中的CAX/DFX工具集成起来，并由网络和数据库提供有力的支持，如图5-7所示。工程分系统的主要特点如下。

1）采用统一的数据标准，建立完整统一的产品数据模型，并将其存放在共享数据文件或数据库中，通过并行框架，任一阶段的设计修改信息都能够直接反映到其他工作中，并保证数据的唯一性和可跟踪性。

2）在零部件详细设计阶段，利用DFX、CAE等工具充分考虑产品的可装配性、可制造性及结构设计的优化。避免在产品开发后期阶段对设计进行大调整所造成的人力、物力的浪费。

图5-7　工程分系统体系结构

3）后续设计过程可充分利用已有的产品信息进行设计，并将设计结果反馈给上游进行设计评价和修改，大大缩短了等待时间，缩短了产品开发周期。

（2）制造分系统

制造分系统的各类活动在管理调度系统的协调控制下进行，同时接受并行开发过程管理的控制，如图5-8所示。制造系统的主要活动是：快速工装准备、加工制造及快速原型的制造。制造设备、工具系统、夹具系统、物料储运系统及各种计算机软硬件构成对上述活动的支持。

图5-8　制造分系统体系结构

（3）支撑环境分系统(www.xing528.com)

并行工程的研究开发环境基于计算机网络结构，其特点如下。

1）Client/Server结构的计算机环境支持并行产品开发。

2）异构的广域网络支持群组协同工作。

3）并行工程的研发基于开放的计算机软件系统和开发工具，如产品数据管理系统Metaphase，群组协同工作软件Notes，多媒体会议系统Showme，CAD开发工具Pro/Develop，面向对象的数据库ObjectStore，信息集成开发工具STEP-DT，关系数据库Oracle。

图5-9　PDM集成框架

（4）产品数据管理系统

PDM系统可以作为支持并行工程的集成框架，在PDM环境中建立多功能开发团队的组织模式及协作环境，实现过程的管理与监控，如图5-9所示。并行工程强调多功能开发小组在产品开发过程中协调工作，由于多功能开发小组的成员来自多学科，其信息交换频繁、种类繁多、分布广泛，通信信息种类繁杂，涉及的信息种类有文本数据、图形、图像、语音、表格、文字等，而且信息量大，对网络传输实时性要求高，因此，并行工程对网络的通信能力有很高的要求，需要高带宽、低延迟、误码率小的网络系统。数据库要处理的信息不仅包括产品信息，还包括产品开发过程的描述信息、管理控制信息及各类反馈信息等。

2.并行工程的运行特性

并行工程不同于计算机集成制造，却能为计算机集成制造系统提供良好的运行环境。并行工程是一种哲理、指导思想、方法论和工作模式，其本质是：强调设计的制造过程可行性，包括可制造性、可装配性和可检测性等；注重根据企业的设备和人力资源条件，考虑产品的可生产性；考虑产品的可使用性、可维修性和报废时易于处理等特性。其主要特点如下。

1）突出人的作用，强调人的协同工作。

2）一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计，其中，尤其注重早期概念设计阶段的并行协调，重视产品方案设计和成本预测。

3）重视满足客户的要求，注重产品质量。

4）持续地改善产品有关过程。注重持续尽早地交换、协调、完善关于产品有关过程。

5）制造/支持等过程的约定和定义，重视过程质量和效率。

6）注重信息与知识财富的开发、利用与管理。

7）注重目标的不变性。

8）并行工程不能省去串行工作中的任一环节。

从并行工程的特点及本质可看出，并行工程在管理和技术两个方面对企业提出了要求。在组织管理上，建立以多功能、多学科小组为代表的产品开发团队及相应的平面化组织管理机制和企业文化；在设计、制造过程中，采用DFX技术、CAX技术、统一的产品数据交换标准、设计标准化和产品全生命周期数据库技术。DFX技术主要集中在DFM和DFA上，DFM在产品设计阶段尽早地考虑与制造有关的约束，全面评价产品设计和工艺设计，并提出改进的反馈信息，及时改进设计；面向装配的设计（DFA）与DFM类似，它是将可装配性在设计时加以考虑，使设计与装配在计算机的支持下统一于一个通用的产品模型，来达到易于装配，节省装配时问、降低装配成本的目的。CAX技术主要是指一系列的计算机辅助技术，包括CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺规划编程）、CAE（计算机辅助工程）等，随着计算机的出现，在很多专业领域（如机械、电子等）都开发出相应的软件，形成了一批CAX的软硬件系统，它们是并行工程实施中非常重要的工具。