并行设计

一种对产品及其相关过程进行并行和集成设计的系统化工作模式

并行设计是一种对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行和集成设计的系统化工作模式。其基本思想是在产品开发的初始阶段（即规划和设计阶段），就以并行的方式综合考虑其寿命周期中所有后续阶段（包括工艺规划、制造、装配、试验、检验、经销、运输、使用、维修、保养直至回收处理等环节），降低产品成本，提高产品质量。

设计简介

并行设计是充分利用现代计算机技术、现代通信技术和现代管理技术来辅助产品设计的一种现代产品开发模式。它站在产品设计、制造全过程的高度，打破传统的部门分割、封闭的组织模式，强调多功能团队的协同工作，重视产品开发过程的重组和优化。并行设计又是一种集成产品开发全过程的系统化方法，它要求产品开发人员从设计一开始即考虑产品生命周期中的各种因素。它通过组建由多学科人员组成的产品开发队伍，改进产品开发流程，利用各种计算机辅助工具等手段，使产品开发的早期阶段能考虑产品生命周期中的各种因素，以提高产品设计、制造的一次成功率。可以缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本，进而达到增强企业竞争能力的目的。

并行设计技术可以在一个工厂、一个企业（包括跨地区、跨行业的大型企业）及跨国公司等以通信管理方式在计算机软、硬件环境下实现。其核心是在产品设计的初始阶段就考虑到产品生命周期中的各种因素，包括设计、分析、制造、装配、检验、维护、质量、成本、进度与用户需求等，强调多学科小组、各有关部门协同工作，强调对产品设计及其相关过程并行地、集成地、一体化地进行设计，使产品开发一次成功，缩短产品开发周期，提高产品质量。美国于20世纪80年代末首先在福特、通用和克莱斯勒三大汽车公司组织实施并行工程技术，取得了显著的经济效益。我国近年来在一些大型企业中也开始部分实施并行工程技术，这项技术是提高我国企业水平，参与全球化竞争的一个重要发展方向。

区别

传统的产品设计，是按照一定的顺序进行的，它的核心思想是将产品开发过程尽可能细地划分为一系列串联的工作环节，由不同技术人员分别承担不同环节的任务，依次执行和完成。图1为传统的产品开发过程示意图，传统的产品开发过程划分为一系列串联环节，忽略了各个环节，特别是不相邻环节之间的交流和协调。每个阶段的技术设计人员只承担局部工作，影响了对产品开发整体过程的综合考虑。并且如果任一环节发生问题，都要向上追溯到某一环节中重新开始，从而导致设计周期冗长。

并行设计工作模式是在产品设计的同时考虑其相关过程，包括加工工艺、装配、检测、质量保证、销售、维护等。在并行设计中，产品开发过程的各阶段工作交叉进行，及早发现与其相关过程不相匹配的地方，及时评估、决策，以达到缩短新产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本的目的。并行设计的工作模式如图2所示，设计从一开始就考虑到产品生命周期中的各种因素，将下游设计环节的可靠性以及技术、生产条件作为设计的约束条件，以避免或减少产品开发到后期才发现设计中的问题，以至再返回到设计初期进行修改。每一个设计步骤都可以在前面的步骤完成之前就开始进行，尽管这时所得到的信息并不完备，但相互之间的设计输出与传送是持续的。设计的每一阶段完成后，就将信息输出给下一个阶段，使得设计在全过程中逐步得到完善。

关键技术

并行设计的关键技术主要包括以下几点：

1、并行设计过程建模

并行设计的实施是在产品数据集成的基础上实现过程的集成。并行设计的过程建模是描述产品开发的各个过程以及相关信息的一种系统化的方法，是产品开发过程的抽象，是进行并行设计理论研究的第一步。

2、协同工作

机械产品的并行设计需要由分布在不同部门或不同场所的、具有不同领域知识的专家群组协同合作完成。在计算机网络环境下，模拟人类专家群组合作工作的自然属性，开发具有网络协同作业功能的CAD系统，是实施并行设计的一项重要技术。

3、集成化产品模型

产品结构是产品数据的核心部分，传统的静态产品结构定义方式无法满足新产品开发过程中对产品结构的动态修改的要求，也不适合并行设计中数据交换的需求，为此需要建立集成化的产品模型。

基本方法

集成CAD/CAM并行设计方法

目标是同时进行产品和工艺过程的设计，使设计的产品或零件是可制造和便于制造的。传统的CAD系统缺乏对复杂数据模型的管理机制，不能处理或提供工艺计划活动所需要的大量信息，产品设计与其工艺设计缺乏有效的通信。实现CAD/CAM集成的一种方法是特征建模技术，是自动化并行设计首先要解决的关键问题。

面向制造的设计方法(DFM)

虽然产品制造的费用占产品成本的绝大部分比例，但改进制造方法所带来的成本节约是十分重要的。采用DFM技术，提供改进的反馈信息，及时改进设计，以保证产品设计、工艺设计、制造能依次成功。达到降低成本，提高产品质量，缩短产品开发周期的目的。 DFM方法对于不同的企业有不同的制造准则和设计约束以及制造可行性评估方法。 DFM实现的关键在于制造知识的有效表达和使用，基于产品特征模型的DFM方法通过对特征的可制造性评价，比对整个零件或产品可制造性评价更方便直接，特征制造知识更便于表达和使用。

面向装配设计方法(DFA)

由于装配成本通常占产品制造总成本的 40%以上。因此，为降低成本，提高企业的经济效益和竞争能力，在装配方面采取积极措施显得非常重要和迫切。然而设计决策直接影响装配方法和装配顺序的选择，是决定产品装配成本的主要因素。在设计阶段就充分考虑产品的装配性和工艺性是提高装配效益，保证装配质量，实现自动化装配，降低装配成本的一个重要因素。装配系统的最大柔性主要来源于被制造零件族的全面、合理的设计。

由于装配操作是用操作的零件特征来定义的，所以基于装配特征的产品模型是面向装配设计的基础。产品特征信息建摸仍然是问题的关键所在。整个设计的性能检验主要来自产品的装配层，因此DFA方法已被认为是并行设计的重要组成部分和关键的单元技术。

面向维修的设计方法(DFS)

维修性表示产品进行维修的难易程度，维修性和产品的功能、可靠性一样，都是通过设计、制造赋予产品的基本性质。实践证明:无论产品可靠度如何提高，也不可能排除对产品维修的必要，产品维修活动在产品生命周期中是不可避免的，是保证产品正常使用的基本措施。然而，产品或设备的维修简化性、维修效率等直接是由设计确定的。同时，降低产品维修成本，也是设计所要考虑的因素之一。

实质及意义

并行设计的实质就是集成地、并行地设计产品及其各部分和相关过程的一种系统方法。这种方法要求各专业设计人员与其它人员共同工作，在设计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处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。采用并行设计方法具有缩短产品投放市场的时间、降低成本、提高质量、保证功能的实用性、增强市场竞争能力等意义。

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