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图1并行工程示用意
二、并行工程在先进制造技术中的地位与作用
并行工程在先进制造技术中具有承先启后的作用,这要紧体此刻两个方面:
并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下,将原先别离进行的工作在时刻和空间上交叉、重迭,充分利用了原有技术,并吸收了当前迅速进展的运算机技术、信息技术的优秀功效,使其成为先进制造技术中的基础。
在并行工程中为了达到并行的目的,必需成立高度集成的主模型,通过它来实现不同部门人员的协同工作;
为了达到产品的一次设计成功,减少反复,它在许多部份应用了仿真技术;
主模型的成立、局部仿真的应用等都包括在虚拟制造技术中,能够说并行工程的进展为虚拟制造技术的诞生制造了条件,虚拟制造技术将是以并行工程为基础的,并行工程的进一步进展方向是虚拟制造(VM?
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gt;
VirtualManufacturing)。
所谓虚拟制造又叫拟实制造,它利用信息技术、仿真技术、运算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造进程进行全面的仿真,以发觉制造中可能显现的问题,在产品实际生产前就采取预防方法,从而达到产品一次性制造成功,来达到降低本钱、缩短产品开发周期,增强产品竞争力的目的【19】。
三、并行工程的应用概况介绍
并行工程在美国、德国、日本等一些国家中已取得普遍应用,其领域包括汽车、飞机、运算机、机械、电子等行业。
例如:
美国佛杰尼亚大学并行工程研究中心应用并行工程开发新型飞机,使机翼的开发周期缩短了60%(由以往的18个月减至7个月);
美国Mercury运算机联合开发公司在开发40-MHzInteli860微处置芯片时,运用并行工程方式,使产品从开始设计到被消费者查验合格由原先125天减少到90天;
美国HP公司采纳并行工程方式设计制造的54600型100-MHz波段示波器,在性能及价钱上都优于亚洲最好的产品,研制周期却缩短了1/3;
美国的爱国者防空导弹系统也是80年代后期运用并行工程方式迅速研制成功的【6】。
美国波音公司在1994年向全世界宣布,波音777飞机采纳并行工程的方式,大量利用CAD/CAM技术,实现了无纸化生产,试飞一次成功,而且比按传统方式生产节约时刻近50%。
德国西门子公司下属的公共通信网络集团(SimensAG,PublicCommunicationNetworkGroup)在开发复杂电子系统的核心子系统进程中,采纳了并行工程的方式,取得了显著的成效,在仿真时期共提出320份报告,发觉并纠正了许多错误【17】。
如表1所示,其他一些公司应用并行工程后也产生了庞大的经济效益。
案例
本钱
库存
生产周期
开发周期
劳动生产率
HP公司
降低4%
降低7%
降低9%
缩短3%
上升30%
AT&
amp;
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60~70%
缩短6%
在国内,并行工程作为CIMS进展的一个新时期,取得了一些企业的广为关注,其研究已于1992年末被列为国家863打算自动化领域的重点研究内容。
在国家科技部和863/CIMS主题专家组的领导下,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。
通过近两年的攻关,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】。
尽管并行工程在实际应用中产生了如此庞大的成效,可是也还存在一些不易解决的问题,如:
在设计中考虑后续工作增加了当前工作的难度,支持并行工程的主模型还未统一,工程数据库尚未完全成熟等。
为这人们进行了大量的研究工作,本文的介绍只能是挂一漏万的。
四、并行工程的研究热点
通过查阅国内外文献,了解到目前并行工程的研究热点要紧包括:
一、并行工程基础理论的研究:
要紧包括概念设计模型、并行设计理论、鲁棒设计及支持产品开发全进程的模型研究。
尤其是并行设计的建模技术,所谓建模确实是指成立产品模型,而产品模型包括产品生命周期各时期的信息及访问、操作这些信息的算法。
在运算机环境下,进行并行设计要求信息模型能够获取和表达产品信息、制造信息和资源信息;
能够方便地取得有关产品可制造性、可装配性、可保护性、平安性等方面的信息;
能够使小组成员共享信息。
要知足这些要求,必需成立一个能够表达和处置有关产品生命周期各时期所有信息的统一产品模型。
统一模型的成立能够在特点建模基础上进行,可是特点建模只是强调设计和制造信息的集成,在多学科人员协同工作环境下,当产品开发某环节数据被改动后,它不具有自动更新相关数据的能力,即不支持所谓全相关性。
国际标准化组织(ISO)提出的产品数据模型STEP标准是成立模型的工具,但由于产品数据复杂、多变此标准仍在试历时期。
从支持并行设计建模技术研究现状来看,目前的模型对详细设计时期和下游诸环节支持得较为充分,但在产品概念设计时期其信息描述能力较弱,这是需要深切研究的课题【9】。
二、制造环境建模:
在并行工程中产品的设计时期就考虑制造因素,使得产品设计和工艺设计同时进行,因此,不管在产品的初期方案设计或详细设计时期都要及时地进行产品可加工性及可装配性的评判并生成适合的工艺,这就必然涉及到从现实制造资源角度评判所涉及产品的制造工艺性能,同时还要工厂、车间、工段的生产能力、设备布局及负荷情形等,如此制造环境的数据和知识模型确实是达到并行必不可少的部份。
文献【12】运用二叉树及特点建模描述了制造环境建模情形。
3、面向并行工程的CAPP:
传统的CAPP不具有与产品设计并行交互的能力,不能对产品或零件进行可制造性评判并反馈结果,为实现运算机辅助并行工程,面向并行工程的CAPP是关键。
为了达到这一目的,零件信息模型应是一个动态的数据结构,设计者能够在设计中的任何时期将设计结果移交工艺评判模块,并依照评判结果修改模型或继续设计;
该模型应将零件功能与零件特点间成立一种映射关系;
此模型还应便于多知识源的协同处置,一样可采纳“黑板结构”,即一组负责相应功能的知识源系统在“治理者”的和谐操纵下,对领域黑板上的当前零件信息模型进行操作。
文献【11】给出了面向并行工程的CAPP体系结构及零件建模、环境建模等模块的结构。
文献【13】以轴类零件为例,采纳了链表作为数据结构表示零件的形状特点等,但距离有效还有必然的差距。
4、DFX:
在这一领域中,要紧集中于DFM和DFA这两个方向上。
面向制造的设计(DFM)是并行工程中最重要的研究内容之一,它是指在产品设计时期及早地考虑与制造有关的约束(如可制造性),全面评判产品设计和工艺设计,并提出改良的反馈信息,及时改良设计。
在DFM中包括着设计与制造两个方面,传统上制造都是考虑设计要求的,可是设计考虑制造上的要求不够充分,在DFM中必需充分考虑制造要求,一样通过可制造性评判来实现【14】【15】。
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,设计与装配在运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,节省装配时刻、降低装配本钱的目的【16】。
并行工程集成框架:
所谓集成框架确实是使企业内的各类应用实现信息集成、功能集成和进程集成的软件系统。
要紧包括基于思想模型的辅助决策系统、支持多功能小组的多媒体会议系统、运算机辅助冲突解决的和谐系统等。
一样能够采纳多媒体技术、客户效劳器模型进行开发,但在知识共享、多领域数据信息转换、设计用意表达等方面尚未找到切实可行的方法,成立一个包括信息集成、工具集成和人员集成的理想网络环境仍是一个长期的尽力进程。
六、冲突消解及知识处置、协同:
在并行工程中产品的初期涉及时期能够取得的信息大多是模糊和不确信的,仅仅运用经典数学的精准方式来处置往往不能真实地反映客观世界的现实,具有专门大的局限性,由美国自动操纵专家创建的模糊集理论在处置定性和模糊的知识方面显示了壮大的生命力,因此将模糊集理论应用于并行工程中的知识协同处置取得了良好的成效【10】。
文献【18】提出的一种新的设计知识的表示方式棗资源模型,对资源和资源间的运算关系进行了概念,对多功能小组、任务并行执行、质量治理、知识重用等进行了描述。
7、面向并行工程企业的体系结构和组织机制:
要紧包括人的集成(客户、设计者、制造者和治理者)、企业各部门功能集成、信息集成及设计、制造工具集成的组织机制。
八、并行工程中产品开发进程的治理。
九、仿真技术在企业各部门及产品开发进程中的应用。
10、质量工程的研究:
要紧包括田口(Taguchi)方式、全面质量治理(TQC)及质量功能配置(QFD)。
我国的研究工作要紧集中在高校中,据不完全统计如下表所示:
单位名称
要紧研究方向
清华大学
面向CE的CAD/CAPP/CAM的集成研究、DFM等
华中理工大学
并行设计的零件信息模型、面向CE的设备环境建模等
上海交通大学
面向CE的集成化设计信息模型及决策信息模型、DFA等
北京航空航天大学
CE中进程建模、进程治理及通信技术研究等
西安交通大学
CE的进程模型与并行品质评判等
西北工业大学
并行工程中的模糊知识(信息)协同方式、QFD等
北京理工大学
面向CE的协同工作环境等
天津大学
智能工程知识处置及并行设计支持环境等
五、终止语
通过对照国内与国外的研究情形,咱们发觉目前我国并行工程的研究工作要紧存在以下一些问题:
(1)研究的广度和深度不够:
尽管并行工程的研究工作已经普遍开展,可是不管从研究的内容上看,仍是从研究的水平上说都明显存在差距。
如:
并行工程在本钱和质量上的应用才方才起步,与供给商的集成问题尚未提上日程。
(2)与并行工程有关的技术有效化不够:
在有效技术研究方面,目前尚未商品化软件诞生,而国外公司(如:
PTC的Pro?
Engineering、CV的CADDS5)已经推出商品化软件。
(3)并行工程的实施队伍不够:
由于科研力量薄弱,在研究上还不能全面开花,并行工程的实施就更是难上加难了。
而且,当前国内机械行业在猛烈的市场竞争中经济效益不行,CAD/CAM技术还有待普及,全面实施并行工程还缺乏大体的物质基础。
综上所述,并行工程的实施将从全然上改变现行的制造模式,在国外已经取得了大量的成功应用,对此咱们必需引发高度重视,跟踪世界先进水平开展适合我国国情的研究工作,为并行工程在我国的普遍应用打下坚实的基础。
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THEGENERALRESEARCHSITUATIONOFCONCURRENTENGINEERING
ChenXiao-Chuan,ZhangBao-Bao,LiuXiao-Bing,FengXin-An
(DalianUniversityofTechnology,CIMSCentre,Dalian,116023)
Abstract:
PeoplerespecttheAdvancedManufacturingTechnology(AMT)moreandmore.ConcurrentEngineering(CE)whichisoneoftheATMhasbeenusedinabroadandtherearesomefruitsinChina.Inthispaper,wegivethegeneralresearchsituationofCE.ThenweanalyzedthedifferencesbetweenChinaandthedevelopedcountriesinCE’sresearch.AndwehopeourworkisbenefitonpersonswhoresearchCE.
Keywords:
ConcurrentEngineering,VirtualManufacturing,CAD
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