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1、基于集成成设计和和过程技技术（IIDPTT）的产产品开发过程程管理研研究 本文是国家863/CIMS重点应用工程研究课题资助项目胥悦红 胥悦红,女,博士 通讯地址(100039)北京市玉泉路19号（甲） 中科院研究生院管理学院。(中科院院研究生生院10000339)谢飞（天津大大学管理理学院33000072）摘要本文文在将传传统的开开发过程程管理模模式与基基于IDDPT的的产品开开发过程程管理思思想进行行比较后后, 总总结了基基于IDDPT的的产品开开发过程程管理新新模式对对制造业业发展的的推动.进而阐阐述了基基于IDDPT的的过程管管理方法法论,概概括了IIDPTT理念在在现有的的产品开开发
2、过程程管理中中的应用用.最后后得出传传统制造造业的提提升,必必须依靠靠集成理理念的贯贯彻和发发扬的结结论.关键词集集成设计计和过程程技术(IDPPT) 产品开开发的过过程管理理 制制造业1 引引言当今在世世界范围围内制造造业正在在经历巨巨大的变变革和分分化，层层出不穷穷的制造造模式和和理论成成为医治治传统制制造业痼痼疾、孕孕育制造造企业新新生的一一张张处处方。在在这种情情况下，剖析理理念、透透视本质质，就成成为判别别理论是是否可信信、是否否可取的的重要标标准。任任何忽略略产品与与过程的的结合、融合及及互补；违背系系统集成成理念的的；突出出单一侧侧面的理理论和模模式，或或是深奥奥的纯技技术解决决
3、方案都都不可能能取得成成功。必必须把握握先进制制造模式式的核心心理念，以集成成的思路路处理现现代制造造业创新新开发中中的基本本问题。产品的的开发过过程管理理包括硬硬件技术术和软件件技术两两大范畴畴。硬件件技术包包括从设设计、运运行到控控制的各各环节的的技术；软件技技术则是是指经营营、管理理、购销销等方面面的问题题。2 传统统的开发发过程管管理模式式 传统统的开发发过程管管理模式式中的硬硬件技术术和软件件技术的的设计和和策划都都是分散散的、相相互孤立立的，各各环节间间存在衔衔接障碍碍，主要要表现为为：（1） 只从物物流角度度考虑，缺乏能能量综合合优化（特别在在大系统统范围内内）；（2） 只考虑虑
4、（原料料、产品品等）给给定条件件，缺乏乏柔性考考虑（适适应各种种变化条条件下的的操作）； （3） 对环保保要求考考虑治理理多，考考虑减少少污染物物生成少少；（4）只只考虑给给定条件件下的常常规运行行和控制制，缺乏乏设计、操作、控制总总体优化化的考虑虑；（5）只只考虑现现实技术术经济条条件，不不考虑未未来发展展变化的的压力例如，迄迄今在流流程工业业新产品品开发过过程中，在扩大大生产能能力、调调整生产产流程和和产品方方案、节节能改造造、磨损损或腐蚀蚀设备的的更新、污染的的治理和和控制、安全等等方面的的投资决决策，仍仍然是分分别地、各个孤孤立地考考虑、安安排和进进行，并并且是由由不同的的上级部部门主
5、管管；不同同的职能能部门建建议、计计划、组组织和实实施的，这必然然造成资资金及各各种企业业资源的的浪费和和经济效效益的减减少。过去的格格局，特特别形象象地强调调了“扔过墙墙”的概念念及明显显的按顺顺序进行行和各环环节相互互隔离的的特征。在这种种格局下下，设计计人员仍仍处于传传统意识识-只有有在自己己的设计计方案完完全“成熟”后，才才愿意交交给下游游部门。这造成成由于工工艺人员员事先未未参与，因此需需花很长长时间去去理解和和消化设设计图纸纸，因而而导致时时间的无无谓损失失和交接接上的曲曲解。3 基于IDDPT的的新产品品开发过过程管理理思想3.1 什么是是IDPPT？集成设计计和过程程技术是是指
6、将硬硬件技术术和软件件技术的的设计、规划和和实施本本身相互互衔接、统筹考考虑并集集成为一一个过程程。对于离散散的生产产行业，T.CC.Tiing在在在敏敏捷制造造环境中中的产品品设计和和进化一文中中阐述了了面向对对象的设设计和制制造。包包括面向向对象的的数据库库-面向向对象的的方法数数据库和和动态的的、面向向对象的的产品数数据库。通过对对每个零零部件的的结构、功能及及其演化化的分析析和归纳纳，使设设计者可可灵活地地借用不不同组合合使产品品满足用用户的不不同要求求，从而而使设计计逐渐科科学化。与此此同时，制造业业的生产产和人员员的管理理；原材材料的采采购、运运输、供供应；产产品的储储存、销销售及
7、市市场动态态的监测测等整个个过程，都借助助于计算算机的应应用而逐逐步实现现科学的的集成。以求用用最小的的基础设设施投资资、最小小的运行行费用，生产出出最适合合市场需需要、最最有竞争争力的产产品。3.2 基于IIDPTT的新产产品开发发的过程程管理新新模式基于IDDPT的的新产品品开发的的过程管管理新模模式不仅仅在硬件件技术范范围内从从设计到到操作和和控制、从物料料流到能能量流和和信息流流的集成成考虑，而且在在软件技技术中考考虑人流流、资金金流和备备件流的的集成。这包括括从技术术、规划划、计划划、调度度、质量量、能源源、环保保、设备备到组织织、人事事、财务务、供应应、运输输、销售售、市场场预测等
8、等方面的的管理措措施。如柔柔性设计计就是要要在设计计时便充充分考虑虑和保证证为适应应市场情情况千变变万化而而能采取取各种软软件技术术措施，并且在在实际运运行中始始终进行行优化的的综合集集成。4 基于IDDPT的的产品开开发过程程管理新新模式对对制造业业发展的的推动IDPTT在产品品开发过过程管理理中带来来制造理理念上的的更新，即：协协调配合合、缩短短周期和和互补提提升。推推进产品品与过程程集成理理念的最最大目标标在于为为制造业业各技术术领域或或先进制制造模式式增加更更具科学学性和规规律性的的理性概概括和描描述，使使其运用用传播工工作更具具有战略略层次的的高度自自觉性。伴随着着这些理理念上的的更
9、新，对制造造业发展展的推动动体现在在以下方方面：协调配配合-相相互沟通通，减少少矛盾、减少差差错和返返工；缩短周周期-早早期介入入、强化化反馈、及早准准备、加加快完成成；互补提提升-各各部门互互相补充充和加强强了解，并充分分发挥自自身及对对方的长长处和优优势。有资料表表明，美美国的一一个知名名公司，通过采采用设计计、制造造和质量量管理的的集成，降低测测量费用用50%，设备备调整费费用400%，返返工费用用90%。为更充分分地发挥挥集成的的优势，从集成成设计方方面看，应具备备的能力力：一是是对过程程友好的的解决方方案，如如可制造造性；二二是无差差错设计计；三是是快速解解决问题题的能力力。而从从过
10、程技技术方面面看，应应具备的的能力：一是根根据设计计意图进进行预见见的能力力；二是是驾驭适适度风险险的能力力；三是是处置意意外变化化的能力力。有了了这些能能力和相相互关系系，集成成设计和和过程技技术自然然就不再再是一加加一的简简单叠加加，而是是蕴含着着系统优优化的能能力倍加加，也就就是质的的升级。5 基于IDDPT的的过程管管理方法法论集成设计计和过程程技术是是对传统统工程学学和传统统管理科科学的挑挑战。它它的目标标是将产产品开发发中的硬硬件技术术和软件件技术的的集成优优化由依依靠经验验和技巧巧走向科科学和技技术。为为实现这这一目标标，在方方法论上上应借助助各学科科基础的的支持体体现在以以下三
11、点点： （11）各学学科和领领域（包包括所有有硬件技技术和软软件技术术）、所所有单元元和局部部的创新新和改进进，无疑疑使整个个系统内内涵的所所有方面面和人们们对系统统实质的的认识和和描述能能力，都都远远超超过任何何时候，而且还还在不断断改进提提高。对对对象本本身的深深刻理解解和描述述，为建建立起全全面而正正确的模模型提供供了可能能。 （22）信息息科学的的飞速发发展，包包括硬件件和软件件技术的的不断创创新，尤尤其是面面向对象象（Obbjecct OOrieenteed）概概念或技技术的创创立，提提供了强强大的技技术支持持；人工工智能（Arttifiiciaal IInteelliigennce
12、）的开发发和应用用，在处处理模糊糊的、离离散的和和其它用用经典的的数学方方法不能能处理和和描述的的对象和和问题上上发挥了了强大的的作用。 （33）系统统工程与与应用数数学，包包括各种种最优化化技术、数学规规划、遗遗传算法法、模糊糊逻辑等等，在处处理庞大大、复杂杂的对象象系统的的集成优优化问题题上，是是可充分分运用和和借鉴的的工具。在上述各各学科基基础上进进行的集集成设计计和过程程技术的的研究开开发，极极其强调调多学科科的交叉叉协同（Intterddisccipllinaary Symmbioosiss）。这这种交叉叉协同决决不是各各种方法法的简单单移植或或套用，而是密密切结合合深入研研究对象象
13、系统本本身来探探索过程程科学与与工程的的共性科科学规律律，从中中创立和和发展出出新的交交叉学科科或在原原有的学学科中建建立新的的分支领领域。例例如，在在制造业业的集成成设计和和过程技技术研究究中，针针对产品品和工件件的离散散性特点点，就需需运用面面向对象象思想，研究和和开发离离散动力力系统、离散数数据系统统技术；在过程程系统能能量综合合（集成成）研究究中，需需基于热热力学和和经济学学研究，开发建建立沿能能量流的的线索描描述的系系统结构构模型等等。6 IDPTT理念在在现有的的产品开开发过程程管理中中的应用用6.1 基于资资源模型型的CAAPP/PPSS集成在产品开开发中，工艺准准备活动动（如夹
14、夹具的准准备、刀刀具的组组装与调调整等）需要一一定的时时间，按按资源实实时状态态生成的的工艺将将因此而而无法立立即实施施，而应应基于预预计的资资源能力力选择资资源才具具有实际际意义。为此，CAPPP中与与时间因因素无关关的零件件工艺分分析等活活动可较较早完成成，这也也是CEE环境下下CADD与CAAPP实实现功能能集成及及DFMM（面向向制造的的设计）的要求求；资源源状况随随时间变变化，应应在满足足生产准准备时间间要求的的前提下下，尽可可能把资资源决策策靠后，即缩短短资源决决策与工工艺实施施间的时时间，使使得PPPS（产产品计划划和顺序序）有更更大的柔柔性，易易于获得得全局优优化。这这种分布布
15、式的工工艺设计计方法是是CE（并行工工程）环环境下CCAPPP的一个个重要发发展方向向。资源源模型在在产生可可选工艺艺方案的的工艺匹匹配及资资源决策策中发挥挥作用，见图11图1 资源模模型在CCAPPP/PPPS中的的作用6.2 CAPPP与CCIMSS各子系系统的信信息集成成CAPPP是连接接CADD和CAAM的桥桥梁，它它起着从从CADD中提取取几何信信息和工工艺信息息、经过过工艺决决策，生生成供NNC编程程用的接接口文件件，向CCAM提提供信息息的作用用。CAAPP与与CIMMS各子子系统的的信息集集成关系系如图22所示图2 CAAPP与与CIMMS各子子系统的的信息流流图6.3 产品全全寿命周周期工程程设计产品全寿寿命周期期工程设设计是一一种在设设计阶段段就考虑虑整个产产品寿命命周期内内价值的的设计方方法。这这些价值值不仅包包括产品品所需的的功能，还包括括产品的的可生产产性、可可装配性性、可测测试性、可维修修性、可可运输性性、可循循环利用用性和环环境友好好性。传传统设计计主要考考虑以成成品为终终点的产产品的性性能和价价格。全全寿命周周期设计计为设计计带来了了一个新新的概念念-设计计对象是是一个时时变系统统。传统统设计是是把
