收稿日期:2004—10—10作者简介:郭秀英(1962-),女,辽宁营口市人,讲师,主要从事计算机辅助设计与制造等研究.【应用研究】并行工程研究及应用概况郭秀英1,徐洪学2(1.营口职业技术学院,辽宁营口115000; 2.东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110004) 摘　要:介绍了并行工程的基本概念和特点,综述了并行工程当前的研究和应用概况以及其发展前景和研究热点.关键词:并行工程;发展前景;研究热点中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1008-5688(2004)04-0072-04传统的产品设计采用串行工程方式进行,各部门间较少联系,致使一些问题在产品制造阶段或装配阶段才有可能被发现,造成产品开发周期长、成本较高、质量难以得到保证.并行工程作为一项以改进产品开发过程为手段、达到缩短开发周期为目的的系统化技术,正日益受到广泛重视.国际上一些著名的制造企业自上世纪九十年代以来在新产品开发领域实施并行工程,并已获得了可观的经济效益,充分证明企业实施并行工程是缩短产品开发周期、提高产品质量及降低产品成本的有效方法.并行工程是一种系统的集成方法,它采用并行方法处理产品设计及其相关过程,包括制造过程和支持过程.这种方法力图使产品开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到产品报废的整个产品生命周期中的所有因素,包括质量、成本、作业调度及用户要求.其运行机理,一方面表现在突出了人的因素,强调人们的协调作用;另一方面则表现在要求一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计,尤其是注重早期概念设计阶段的并行与协调.1　并行工程的特点并行工程的核心内容是并行设计,并行设计的特点是“集成”与“并行”.所谓“集成”是指在信息集成的基础上,更加强调过程的集成,过程集成需要优化和重组产品的开发过程,组织多学科专家队伍,在协同工作环境下,齐心协力,共同完成设计任务;所谓“并行”是指一个以上的事件在同一时刻或同一时段内发生,以此来减少整个设计过程的时间.并行工程的特点可概括为五个“C ”,即并行性(Concurrence ):产品设计与其后续相关过程在同一时间框架内并行处理;约束性(Constrains ):在充分考虑产品设计约束的同时引入其后续相关过程约束;协调性(Coordination ):对产品设计及其后续相关过程进行统一协调和管理;一致性(Consensus ):产品设计过程中的所有重大决策都要建立在工作组成员意见一致的基础上;计算机性(Computerization ):产品设计需要在计算机及其网络系统支持下实现集成和并行.2　并行工程的研究及应用概况211　并行工程在国外的研究及应用概况并行工程在美国、德国及日本等一些国家得到广泛研究和应用,领域包括汽车、飞机、计算机、机械、电子等行业.其共同特点是通过并行工程的研究和应用,在不同程度上取得了显著的经济效益.在国外研究与应用并行工程项目中,水平最高的当属美国国防部并行工程研究中心(CERC ).CERC 的主要工作是研究支持虚拟团队的工具和企业实施并行工程的分析方法.在虚拟团队支撑技术方面,CERC 提出了“协同使能技术(Enabling Technologies for Collaboration )”,内容包括:(1)信息共享技术(Information Sharing Technologies -IIS ),即建立企业的信息模型,并将它们集成于已有的分布式数据库中;(2)协作技术(Collocation Technologies ),即开发了一种网络会议的配合工具,使得团队成员第6卷第4期2004年12月 辽宁师专学报Journal of Liaoning T eachers College V ol 16N o 14Dec 12004可以通过桌面视频会议系统进行通讯,在计算机环境下共同工作,并通过互联网交换信息.在企业实施并行工程的分析方法方面,ECRC 提出了“并行工程现状评价标准Readiness Assessment for Concurrent Engineering (RACE )”,类似于软件工程中的“软件成熟度模型”,为企业实施并行工程提供了客观的评价标准.目前ECRC 仍继续在协同技术等方面进一步从事研究工作.212　并行工程在国内的研究及应用概况在国内,随着我国全面进入市场经济激烈竞争的大环境,企业更加希望缩短产品开发周期、降低成本、提高质量.为了解决我国企业在产品设计领域存在的一些问题,提高企业产品开发和市场竞争能力,并行工程已于1992年底被列为国家863计划自动化领域的重点研究内容.并行工程在国内的研究与应用主要分为以下几个阶段:(1)1992年前:预研阶段,863/CIMS 年度计划和国家自然科学基金资助并完成了一些并行工程相关技术的研究课题,如面向产品设计的智能DFM 、并行设计方法研究、产品开发过程建模与仿真技术研究等.(2)1993年:863/CIMS 主题组织清华大学、北航、上海交大、华工和航天等204所单位,组成并行工程可行性论证小组,提出在CIMS 实验工程的基础上开展并行工程的攻关研究.(3)1995年5月:863/CIMS 主题重大关键技术攻关项目“并行工程”正式立项,投入大量资金开展并行工程方法、关键技术和应用实施的研究.(4)1995年8月～1997年12月:开始“并行工程”项目的攻关研究.(5)1998年起至今:在“并行工程”项目已有攻关成果的基础上进一步研究,并在国内若干工厂进行应用实施.3　“863/CIMS 重大关键技术攻关项目———并行工程”概况1995年5月,在863/CIMS 主题专家组的领导下,由清华大学、华中理工大学、北京航空航天大学、上海交通大学及“长峰集团”等单位的科研人员组成了“863/CIMS 关键技术攻关项目———并行工程”的技术攻关队伍,以“长峰集团”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,经过不懈的攻关和努力,终于取得了重大进展,某些关键技术已经达到国际先进水平.311　项目主要特点“并行工程”项目是具有明确应用背景的重大技术攻关项目,其攻关成果得到具体应用与验证.该项目具有以下主要特点:(1)创新性强:是国内首次大规模、系统化研究并行工程关键技术和实施模式,并在明确应用背景中取得应用验证的项目.(2)实用性好:研究与开发的工具,如Q FD 、DFA/DFM 等都已得到实际应用,真正实现了支持并行工程模式的产品开发.(3)效益显著:节约制造成本10%、复杂结构件开发周期平均缩短1/3、工程设计更改减少50%以上、毛坯合格率提高近30%.312　系统组成及功能“并行工程”项目包括四个分系统,它们的功能分别为:(1)管理与质量分系统:分析特定产品现有开发流程,提出改进的开发过程,并运用计算机手段对产品开发队伍和开发过程进行管理和控制,通过质量功能配置方法保证用户需求在产品开发阶段得到满足.(2)工程设计分系统: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.(3)支持环境分系统:构造客户机/服务器(Client/Server )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.(4)制造分系统:将“并行工程”项目的研究开发内容分阶段应用于实际企业并进行验证.313　项目攻关成果“并行工程”项目系统化、集成化地开发和应用了以下13项关键技术:(1)产品开发过程改进决策支撑系统(CEPDP ):该系统提出了并行工程产品开发过程的集成多视图建模方法,并开发了一个支持过程建模和仿真的软件工具原型.郭秀英,等并行工程研究及应用概况73　(2)产品数据管理系统(PDM ):建立跨平台的客户/服务器(Client/Server )管理模式,通过统一的图形化用户界面(GU I ),使分布在异地的产品开发团队成员可以实时共享各种产品数据;对各种产品数据进行管理;通过电子仓库对所有的产品数据进行多级安全控制;具有产品结构定义与配置管理、生命周期管理、零件库与设计检索、电子文档评审等功能;在不同的层次封装应用工具,使工具、数据、过程与人员无缝地集成起来.(3)质量功能配置决策支持系统:通过瀑布分解把用户需求层层分解为对产品零部件的需求以及对加工装配的要求,能够支持产品开发的早期需求分析及概念设计过程中的决策过程.(4)计算机辅助设计与信息集成:基于参数化特征造型系统建立零件模型,并在设计阶段定义制造工艺参数.几何、拓扑、设计特征、工艺特征等可以通过STEP 标准的物理文件或接口支持CAX/DFX 集成.开发了基于商业化CAD 系统的制造特征建模与STEP 集成系统.(5)面向装配的设计系统(DFA ):具有自顶向下的装配建模、静态干涉检验、人机交互的装配工艺设计与仿真、机构运动分析与仿真等功能,支持产品开发人员对复杂结构件的装配问题进行全面的分析,减少实物实验,避免实际装配阶段发生大的返工.(6)面向制造的设计系统(DFM ):具有结构工艺性分析、制造系统资源能力与状态的约束分析、加工周期与成本分析等功能,支持产品开发人员对零件的可加工性和总体工艺性进行分析,减少加工过程中的工程更改.(7)计算机辅助工程分析系统(CAE ):实现了与CAD 的集成,对部件和零件的力学性能和结构的稳定性进行分析,使事后分析提前到结构设计的早期阶段,提高产品的质量,减少实物实验,加快设计进程.(8)铸造设计与分析系统:具有毛坯浇注的温度场分析、流场分析和应力应变分析等功能,用于对毛坯缺陷进行分析,改进浇注工艺,提高毛坯的质量,降低废品率.(9)计算机辅助工艺设计系统(CAPP ):具有人机交互的工艺设计、CAD/CAPP 基于STEP 集成、与CAM/CAFD 集成等功能,缩短工艺准备周期.(10)计算机辅助工装设计系统(CAFD ):具有柔性工装设计的功能,提高工装的利用率,缩短工装准备周期,降低生成成本.(11)计算机辅助数控编程系统(CAM ):具有与CAD/CAPP 集成进行数控编程的功能,提高NC 编程的效率.(12)加工过程仿真系统(MPS ):具有数控代码可靠性检验、数控加工过程碰撞干涉检验等功能,减少试刀次数,提高工艺准备的效率,降低生产成本.(13)计算机支持群组协同工作环境(CSCW ):开发了基于微机和工作站的计算机协同工作环境,包括白板、音频、视频及应用共享等基本功能,可较好地支持异地并行设计.314　项目技术创新点“并行工程”的研究与应用在以下几个主要方面做出了突破与创新:(1)提出了一种集成化、并行化的产品开发过程,开发了相应的建模与仿真工具;(2)提出了集成产品开发团队的建立与实施模式,实现了网络环境中的协作产品开发;(3)实现了全数字化产品定义,基于STEP 标准和产品数据管理系统进行集成化与并行化产品开发;(4)提出了一套实施并行工程的参考模式,包括企业问题分析、产品开发过程重组、集成产品开发团队的建立与管理、全数字化产品定义以及计算机工具的应用等.4　并行工程的发展前景及研究热点411　并行工程的发展前景并行工程作为现代设计技术的发展方向,已经引起国内外的高度重视.随着因特网技术的发展,并行工程将向跨国界的全球化方向发展,其发展前景可概括为:(1)由建立在“集成”基础上的产品生命周期的宏循环向微循环发展;(2)由企业内部并行向企业间并行和经营过程重构方向发展;(3)更加完善的PDM 是实现并行工程的关键;(4)应用范围的不断扩大.412　并行工程的研究热点并行工程的研究具体体现为如下热点问题:(1)并行工程基础理论研究;(2)面向并行工程的制造环境建模研究;(3)面向并行工程的CAPP 研究;(4)面向并行工程的DFX 研究;(5)并行工程集成框架研究;(6)面向并行工程的冲突消解及知识处理74　辽宁师专学报2004年第4期与协同研究;(7)面向并行工程企业的体系结构和组织机制研究;(8)并行工程中产品开发过程的管理研究;(9)虚拟现实及仿真技术在企业各部门及产品开发过程中的应用研究;(10)质量保证工程的研究.5　结束语并行工程的实施打破了企业内部各部门间的传统界限,建立了以人际合作关系为基础的协同工作模式.国内外知名企业对并行工程的成功实施,充分证明了并行工程技术是缩短产品开发周期、提高产品质量及降低产品成本的有效方法.本文在介绍并行工程基本概念和特点的基础上,综述了并行工程在国内外的研究和应用概况以及其发展前景和研究热点.参考文献:[1]田庚明1并行工程———CIMS 的理想运行环境[J ]1机械工业自动化,1995,17(4):17-181[2]孙正兴,等1并行工程环境下CAD 系统设计[J ]1计算机辅助设计与制造,1997,(9)1[3]何浩,徐燕申1并行设计研究现状及其发展趋势[J ]1机械设计,1998,1:1-41[4]陈晓川,张暴暴,刘晓冰,等1并行工程的研究概况综述[J ]1机械制造,1999,3:9-111[5]窦万峰,詹永照,谢立1面向并行工程的协同设计系统研究[J ]1机械设计,2000,1:1-51[6]郧建国,王锦红,刘卫1面向并行工程的集成产品信息模型的建立[J ]1先进制造技术,2001,31(1):43-441[7]李开龙,等1并行工程在机械产品开发中的应用研究[J ]1山东科技大学学报(自然科学版),2001,20(2):47-501(责任编辑　胡　坤,于　海)(上接42页)3　师生必须具备新的素质以适应网络教学带来的新要求为了深化教育改革和提高教学质量,教师应在传授知识的同时不断对自身素质进行充实和提高.首先,培养参与者的参与意识.网络教学中,学生是学习的主体,教师是教学过程的组织者、参与者和管理者,是学生学习的帮助者.教师要适应新的教学环境,不能总是习惯地向学生灌输,要努力培养参与者的参与意识.其次,教师应从传统教育手段中发现新的可供借鉴的闪光点,将其灵活运用于现代教育当中.同时教师自身的知识和学术水平应不断提高,在了解自身任教课程所需掌握的知识之余,需加强如计算机操作、音视频技术等,以适应网络教学中图、文、声、像并存的现代教学环境,增强对辅助学科知识的了解,以丰富和扩充网络课程的内容.再次,教师应加强对软件知识的了解,并能够独立进行课件制作.课件设计过程中,要充分注意到学生的自主学习问题,除要呈现大量与教学相关的文字、图形、动画和声音等内容外,还要提供许多与知识点相关的知识内容,供使用者根据自己的实际情况进行选择教学,让学习者根据自己的学习情况进行选择学习,使课件发挥最大的教学效能.最后,教师应对支持网络教学的平台熟练掌握,以确保教学系统运行稳定.这就要求教师在网络教学环境当中,熟练掌握多种媒体器材,熟悉多种媒体软件的使用,计算机与多媒体器材的连接及转换技术等,并能解决一些计算机突然出现的小故障,避免死机现象与其它问题的发生.作为学生,面对网络教学带来的新要求,应不断充实头脑,完善知识结构,适应新型教学模式的需要:(1)网络教学要求学生能够熟练操作计算机及与之相连的其它设备,懂得常用的计算机知识和网络常识,在学习过程中独立迅速地解决遇到的简单故障.(2)学生要掌握正确的学习方法,不断培养自己的能力.能力的培养重要的一条在于必须独立观察、分析寻找学习过程中的疑点难点,积极主动地通过网络与教师进行交流,最终达到解决问题,获取知识的目的.(责任编辑　高亚华,于　海)郭秀英,等并行工程研究及应用概况75　。