工程系统规划与设计_5-1 并行工程

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1、工程系统规划与设计,章文晋 ,第四章 并行工程,本节课内容提要,并行工程概述,1 并行工程概述,（1） 并行工程的产生背景并行工程（Concurrent Engineering，简称为CE）是上世纪80年代后期在美国首先提出的新观念，并于90年代蓬勃发展成为一项新的工程技术，属于系统工程范畴。 国内、外几十年来飞行器研制的经验和教训是：由于设计制造使用过程之间的不协调和不沟通，在整个产品研制过程中产生了大量的设计更改和返工；以致造成研制中的周期延长、费用增加、质量下降。,1 并行工程概述,（1） 并行工程的产生背景根据系统工程的理论，得出了一条已为广大技术人员和管理）人员所熟知的原理：在仅化费

2、寿命周期费用（LCC1-3的产品初始研制阶段，就已决定了9095的LCC。显然，巨大的设计潜力应当在设计过程中，特别是在设计一开始就应予以发挥，即在产品研制一开始，就应考虑决定LCC的基本要素，并把它们设计进产品中去。 由此, 并行工程第一次使上述理论变成了现实。,1 并行工程概述,（2） 并行工程的定义美国R.I.Winner在国防分析研究院（IDA）R338研究报告中的定义： “并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程与保障过程）进行并行的、综合设计的一种系统化方法。这种方法力图使开发者从一开始就考虑到产品全寿命周期（从概念形成到产品报废）中的所有因素，包括质量、费用、进度与用户需求”。

3、,1 并行工程概述,（3） 并行工程的特点将传统的序列化研制过程转变为并行的、相互间不断有信息交流的交互作用的研制过程。 强调协作精神。 强调人在产品研制中的主动精神。,1 并行工程概述,（4） 并行工程的实施要素把用户需求转化为完整的产品和过程要求的规范化方法 交互作用的相协调的并行研制过程是将设计过程、制造过程与保障过程的研制协调地予以综合，将传统的序列化的研制过程转化为并行的、相互间不断有信息交流的交互作用的研制过程。 多学科（多专业）的综合产品研制机构 综合计算机辅助工程环境,1 并行工程概述,（5） 实施并行工程的巨大效益国外大量权威性的统计数据表明： 并行工程能降低研制费用30-6

4、0； 并行工程能缩短研制周期30-60； 并行工程能显著提高产品质量，如： 提高设计质量，使工程更改量减少2/3； 提高制造质量，制造缺陷下降80，废品和返工减少了80； 提高使用与保障质量，外场故障率下降了80，备件贮存量减少了60。,1 并行工程概述,（5） 实施并行工程的巨大效益反映在以下几个方面： 降低研制费用 对麦道公司、波音公司及IBM公司等单位的调查表明：采用综合产品研制可使费用下降30-60，其中包括： 降低设计阶段费用； 减少了加工、制造和装配阶段的费用； 由于减少了返工和废品以及降低了零、部件库存而省下的费用。,1 并行工程概述,（5） 并行工程的巨大效益缩短研制周期 对麦

5、道公司等单位调查结果表明，采用综合产品研制可使研制周期缩短35-60。对复杂的武器系统研制来说，效果尤为明显。 显著提高产品质量，包括： 减少了重新设计(re-design)和工程更改； 减少了返工(re-work)和废品； 减少了缺陷和产品故障率。,1 并行工程概述,美国国防部对IPD效益的调查结果,1 并行工程概述,美国国防部对IPD效益的调查结果,采用IPD后的工程更改数量比传统工程方法有明显减少，而且90以上的工程更改已在产品交付前完成。,采用与未采用IPD 的工程更改量比较,1 并行工程概述,（6） 并行工程的组织方式综合产品研制组织由：一个顶层的综合研制小组和下属的各分系统和主要项

6、目的综合产品研制小组组成。 顶层的综合产品研制小组一般由：产品研制的技术总负责人（如型号总设计师）任组长，由传统工程、专门工程、生产工程部门的技术主管（如各有关工程部门的副总设计师等）、质量主管、合同主管、技术状态管理主管等组成。,1 并行工程概述,（6） 并行工程的组织方式然后，根据工作分解结构（WBS）选定重要的分系统、主要项目和部件、组建各个综合产品研制小组。 各有关人员集中在一处工作“综合产品研制小组”（Integrated Product Team，缩写为IPT） 借助先进的通信工具，通过在工程研制人员中进行系统的通信，使他们能够及时获得有关的纵向和横向的交互信息，能够同时考虑产品的

7、所有方面的问题洛克希德公司的“臭鼬工程队”工作法,1 并行工程概述,综合产品研制组织机构,1 并行工程概述,波音公司IPT组织机构,1 并行工程概述,波音公司IPT组织机构三个IPT层次的划分是以所承担任务的类别和研制顺序的先后为依据的。 第一层IPT在公司下达的737-X的总体方案、结构布局、载荷分布等参数基础上，分解任务，协调和组织研制工作。 第二层IPT承担全机重要零、部件及连接设计。如翼身对接接头、机翼前后梁、机身重要承力件、加强框、对接框的设计等等。 第三层IPT承担详细设计任务，任务要分解到人，IPT小组数量较多。例如波音737-700，以737-300为原准机，为保持飞机有良好的

8、结构继承性，737-700在结构上未作大的改变，第三层IPT小组数量相对较少，但也有约150个。,1 并行工程概述,IPT的人员组成及对成员的要求在组织IPT时，要特别强调IPT是多功能(Multifunctional)和多专业(Interdisciplinary)的小组。多功能是指包括与产品相关的各个功能领域(或部门)，多专业是包括与该产品研制的各相关专业，特别是R.M.T.S.S专业的人员。IPT人员组成一般包括设计、制造、工艺、强度、重量、R.M.T.S.S部门和三维CAD绘图系统(CATIA)等方面的专家，材料、成本控制及各部门代表，甚至还包括市场、航空公司代表、供应商、承包商代表。根

9、据任务完成情况或根据需要，对IPT人员还要不断调整。IPT在工作中以设计人员为中心，其他专业人员和部门代表配合设计，协助把来自各方面的要求和意见反映到设计中，使设计更加完善。,1 并行工程概述,IPT的人员组成及对成员的要求IPT工作法要求小组研制人员把每一道后续工作作为自己的用户，必须千方百计为用户提供最佳服务，即以产品为中心，把提高工作效率、提供优质服务作为主要目标。IPT工作法要求小组研制人员把每一道后续工作作为自己的用户，必须千方百计为用户提供最佳服务，即以产品为中心，把提高工作效率、提供优质服务作为主要目标。 IPT小组要求成员关心设计进展情况，及时发现问题，及时解决问题，不得将问题

10、留到设计后期再解决。,1 并行工程概述,IPT的指导原则IPT通过并行的产品设计来综合其产品，并利用优选的过程来完成其综合； IPT对他们的产品负责。 IPT是一个团队 IPT成员在同一地点工作 IPT成员被授权可全权代表其专业或功能部门 IPT在研制过程中将有变化,2 并行工程中的规范化方法,（1） 运用将用户需求转化为产品与过程要求的规范化方法 QFD(Quality Function Deployment)是一种把用户需求转化为产品开发过程各阶段技术要求的系统方法。 运用可将用户需求逐层分解展开为产品系统级要求；分系统、部件、零件技术要求；加工过程的工艺要求，生产要求；最后输出操作指令单

11、。如是，则可做到由用户需求驱动产品研制、生产的全过程。,2 并行工程中的规范化方式,（2） QFD的四类矩阵 产品规划矩阵 产品规划矩阵又称质量屋，它的功能是将用户需求转化为对应的产品系统级的技术特性（或设计特性），并确定关键技术特性，准备转入部件、零件展开矩阵。其转化过程可通过一系列规范化的步骤来完成。 部件、零件展开矩阵 “部件、零件展开矩阵”的功能是把前一阶段传下来的技术要求（或设计特性）,特别是关键技术要求,转化为对应的零件特性与技术要求；并应确定出关键的零件特性，然后将其转入过程规划矩阵。,2 并行工程中的规范化方式,（2） QFD的四类矩阵 过程规划矩阵 过程规划矩阵的功能是把前一

12、阶段传递下来的零件特性转化为对应的工艺要求。并为每个零件特性各准备一份工艺计划图表。该阶段要确定关键的工艺要求，对于这些关键的工艺要求，首先要在该阶段采取措施，如果问题在本阶段不能解决，还要向下一个步骤转移，作为生产规划矩阵的输入。 生产规划矩阵 “生产规划矩阵”的功能是把工艺要求转化为相应的生产要求，并通过操作指令单传递到生产现场。,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程确定用户的需求 了解用户需求，亦即设法获取用户需求的原始信息。 将原始的用户需求规范化、工程化 用户需求重要度的排序,2 并行工程中的规范化方式,（3）

13、 QFD的规范化流程用户需求的推演,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程产品规划阶段 根据用户需求确定产品相应的技术特性，并构成“规划矩阵”。 确定用户需求与产品技术特性的关系矩阵。 确定产品技术特性之间的相关关系。 与其它产品的比较分析（市场评价） 列出现有产品和对手产品技术特性的量值进行技术评价,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程产品规划阶段 确定竞争策略 为每个技术要求确定指标值 计算每个技术要求的重要度 确定技术难度 选择应予进一步展开的技术要求,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程部件、零件展开阶段 本阶段工作主要是通过构成“部

14、件、零件展开矩阵”来完成，该矩阵的组成内容和步骤与“规划矩阵”相似，区别仅在于没有“规划矩阵”中的市场评价、竞争策略和技术评价这三项。 在规划矩阵中确定的都是产品系统级的技术要求，应将其转化为分系统、部件，直至零件的技术要求。可以通过一系列的矩阵转换来实现这一过程。,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程工艺过程规划阶段 本阶段将上一阶段被选中的关键部件、零件特性转换为对应的工艺要求，两者构成过程矩阵的垂直列和水平行，分析其相关程度，填写关系矩阵，参考规划阶段有关步骤，确定关键工艺要求。另外还应为每个关键零件各准备一份工艺计划图表，表中列有关键零件的各特性，对应的工艺过程，对关

15、键零件的重要参数建立的控制点及过程监控计划等。,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程生产规划阶段 本阶段进行产品生产规划，分析工艺要求，特别是关键工艺要求转化为相应的生产要求，对上阶段的重要工艺过程编写操作指令单，作为输出以指导操作人员进行具体的产品加工和检验。,2 并行工程中的规范化方式,（3） QFD的规范化流程,各研制阶段对QFD的管理,3 并行的研制过程,（1） 并行的研制过程上世纪90年代以来，在系统工程技术的基础上发展出的并行工程方法对产品及其相关过程（包括制造过程和保障过程）进行并行交叉的综合设计；并在研制初期就考虑到产品全寿命期内所有因素，包括性能、质量、费用

16、、进度、风险以及用户需求等，其中特别重视用户的需求，运用“质量功能展开（QFD）”技术，使用户需求得以驱动产品的研制和生产过程，并通过综合权衡技术使产品及其过程均予优化，保证用户能获得满意的产品。,3 并行的研制过程,（2） 研制过程并行运作方式的特点在研制过程中对产品自身的设计及其相关的制造过程和保障过程的设计同样重视，采取并行运作。 根据并行工程的定义，并行工程就是将传统的产品设计过程及其制造过程和保障过程综合在一起进行并行、综合研制，使产品及其相关过程两方面都得以优化，并能显著降低其LCC和研制周期。,3 并行的研制过程,（2） 研制过程并行运作方式的特点,传统的产品设计和制造过程,3 并行的研制过程,（2） 研制过程并行运作方式的特点,产品设计过程和制造过程的并行研制,3 并行的研制过程,（2） 研制过程并行运作方式的特点 传统工程、生产工程和专门工程综合、并行运作 现代先进飞行器研制中包括的工程专业越来越多，一般分为三大类，即传统工程专业、生产工程专业和专门工程专业。 传统工程专业是指与传统的产品设计相关的工程专业，如空气动力学、机械学、力学、结构学、电子学等等。 生产工程专业是指各种生产系统设计和各类制造工艺技术门类。,