并行工程研究概况与制造信息化及其关联研究

资源类型:pdf 资源大小:296.00KB 文档分类:经济 上传者:王淑慧

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【作者】 陈思维 

【关键词】并行工程 制造信息化 先进制造 自动化 

【出版日期】2005-04-30

【摘要】先进制造技术越来越受到人们的重视,其中比较成熟的并行工程哲理已经在国外推广应用,国内也有些初步的成果。结合国内外的研究实践,对并行工程及制造信息化的概况进行了较为详细的介绍,同时通过研究它们的关系和相关运用改造传统产业,促进产业结构优化和产品结构调整,提高企业的竞争能力和生产力的发展。

【刊名】国外建材科技

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1并行工程的定义1988年美国国家防御分析研究所(instituteof defenseanalyze,IDA)完整地提出了并行工程(concurrentengineering,CE)的概念,即“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法”。这种方法要求产品开发人员在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的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求。见图1。并行工程的目标为提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程在实现上述目标中,主要通过以下方法:设计质量改进——使早期生产中工程变更次数减少50%以上;产品设计及其相关过程并行——使产品开发周期缩短40%~60%;产品设计及其制造过程一体化——使制造成本降低30%~40%。图1并行工程示意图2并行工程在先进制造技术及制造信息化中的地位与作用并行工程在先进制造技术中具有承上启下的作用,这主要体现在2个方面:并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下,将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭,充分利用了原有技术,并吸收了当前迅速发展的计算机技术、信息技术的优秀成果,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,必须建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,它在许多部分应用了仿真技术。3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得到广泛应用,其领域包括汽车、飞机、计算机、机械电子等行业。例如:美国HP公司采用并行工程方法设计制造的54600型100-MHz波段示波器,在性能及价格上都优于亚洲最好的产品,研制周期却缩短了1/3。美国波音公司在1994年向全世界宣布,波音777飞机采用并行工程的方法,大量使用CAD/CAM技术,实现了无纸化生产,试飞一次成功,比按传统方法生产节约时间近50%。在国内,并行工程作为CIMS发展的一个新阶段,得到了一些企业的广为关注,其研究已于199年底被列为国家863计划自动化领域的重点研究内容。4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主要包括:(1)并行工程基础理论的研究主要包括概念设计模型、并行设计理论、鲁棒设计及支持产品开发全过程的模型研究。(2)制造环境建模:在并行工程中产品的设计阶段就考虑制造因素使得产品设计和工艺设计同时进行,因此,无论在产品的初期方案设计或详细设计阶段都要及时地进行产品可加工性及可装配性的评价并生成合适的工艺。(3)面向并行工程的CAPP:传统的CAPP不具备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价并反馈结果,为实现计算机辅助并行工程,面向并行工程的CAPP是关键。(4)DFX:在这一领域中,主要集中于DFM和DFA这2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,它是指在产品设计阶段尽早地考虑与制造有关的约束(如可制造性),全面评价产品设计和工艺设计,并提出改进的反馈信息,及时改进设计。(5)并行工程集成框架:所谓集成框架就是使企业内的各类应用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。(6)冲突消解及知识处理、协同:在并行工程中产品的早期涉及阶段能够得到的信息大多是模糊和不确定的,因此将模糊集理论应用于并行工程中的知识协同处理取得了良好的效果。(7)面向并行工程企业的体系结构和组织机制:主要包括人的集成(客户、设计者、制造者和管理者)、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。(8)并行工程中产品开发过程的管理。(9)仿真技术在企业各部门及产品开发过程中的应用。(10)质量工程的研究:主要包括田口(Taguchi)方法、全面质量管理(TQC)及质量功能配置(QFD)。5制造业信息化及其与并行工程的联系经过50多年的发展,我国制造业取得了飞速发展,总体规模已跃居世界第4位,仅次于美国、日本和德国,制造业增加值占GDP的比重基本维持在40%,中国财政收入的一半来自于制造业。但我们现在还远不是制造业强国,制造业总体规模仅相当于美国的1/5,大部分企业技术创新能力薄弱,不少关键技术及设备仍然依赖国外,产品的技术含量较低。目前,制造业信息化技术的主要内容及作用是:设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理数字化和企业数字化。设计数字化技术实现了产品设计手段与设计过程的数字化,缩短产品开发周期,提高企业的产品创新能力;制造装备数字化技术实现了加工和装配的自动化和精密化,提高产品的精度和加工装配的效率;生产过程数字化技术实现了生产过程控制的自动化和智能化,提高企业生产过程自动化水平;管理数字化技术实现了企业内外部管理的数字化和最优化,提高企业管理水平;企业数字化技术实现了全球化环境下的企业内外部资源的集成和最佳利用,促进制造企业的业务过程、组织结构与产品结构的调整,提高我国企业、区域和行业的竞争能力。从国际形势看,实施制造业信息化,是应对经济全球化,提高我国制造业国际竞争力的迫切需要。随着第三轮经济全球化的加快,包括资金、技术和人才在内的各种生产要素流动和配置的范围越来越大。制造业也不例外,部分制造行业将向包括中国在内的发展中国家和地区转移。为了尽快提高我国制造业的整体素质和竞争力,必须大力推进制造业信息化。从国内形势看,实施制造业信息化,是以信息化带动工业化,促进传统制造业结构调整和优化升级的必然选择。我国目前还处在工业化进程之中,距离实现现代化还有很长的一段路要走。但是在信息时代工业化的过程是可以缩短的。应该大力推进以制造业信息化为代表的国民经济信息化,实现全社会生产力的跨越发展。在制造业信息化并未建立之前,企业习惯于沿用顺序工作的模式进行生产技术准备,即:大体上上一个部门的工作完成后,下一个部门才接着开始工作,这种顺序的生产技术准备工作模式,显然会使生产技术准备的周期拉得很长。这样必然不利于新产品的迅速推向市场。如果能有一种新的生产技术准备工作模式,使得各个有关生产技术准备部门能够并行工作,那么必将大大缩短新产品的生产技术准备周期。当然,这里所说的并行,绝非指各个部门同时开始、齐头并进。实际上,彼此间在时间上是有某种相位差的。这种新的生产技术准备模式,也就是当前先进制造技术领域中脍炙人口的“并行工程”由此可见,制造业信息化和CE的首要目的,是通过各生产技术准备部门的并行工作,而使产品的生产技术准备时间可以显著缩短。其次,由于各部门的工作同步进行,因此,各种相关问题在生产准备阶段便能得到及时沟通和解决,不至于将问题拖到日后正式投产时才暴露,从这一意义上说,CE还有保证并提高产品质量的功效。再者,CE既能缩短生产准备时间,又能防止日后发生生产质量问题,故而它也必将有利于降低成本。正因为CE有着这样的优点,所以在当今竞争日益激烈的环境下,便成为企业要想取得竞争优势的一项重要技术。近10多年来,我国有关部门有计划地部署了一系列重点科技项目,有效地促进了我国制造业信息化技术的研究与应用推广,如:科技部组织实施的CAD应用工程和CIMS应用示范工程等,有力地推动了我国制造业信息化技术的发展,取得了显著的效益。6信息化对制造业和工业化的影响随着经济全球化和信息化的迅猛发展,以计算机技术和通信技术为核心的现代信息技术对社会发展产生着巨大的影响。制造业是国民经济最重要的支柱产业,信息技术加快了制造技术的发展和新产品的开发节奏,形成了以先进制造技术为代表的先进生产力,提高了制造业生产对市场需求的应变能力。因此,运用现代信息技术改造传统制造业是实现制造业跨越式发展的重要途径。6.1信息的作用显著提高,信息产业成为主导产业信息正在超越物质和能量,成为促进经济和社会发展的关键要素,涉及信息采集、处理、传输和利用的信息产业以平均高出国民经济3倍的速度发展,带动了经济增长。6.2信息技术改变了传统工业的竞争模式信息技术促进了产业的融合与转变,为传统产业的跨越式发展提供了技术上的可能性。传统工业早期的降低产品成本、提高效率、追求质量的竞争,发展为在交货期、质量、价格和服务等方面全面满足顾客需求的竞争,并进而发展到以知识为基础的创新能力的竞争。科技发明转化为生产力的速度大大加快,产品的批量越来越小,品种越来越多,顾客对产品功能、性能和质量的要求越来越高,规模化的刚性大生产开始让位于个性化的柔性生产;环保意识越来越强,实现绿色制造的呼声越来越高。6.3因特网突破了地理和时空的限制,促进了制造业竞争的全球化信息的全球共享性和网络化,使企业的信息、管理和交易成本大大降低,推动了企业的跨国经营。6.4信息技术改变了产业结构和产品结构信息技术的广泛应用使产业结构、产品结构、生产工艺、劳动方式等发生了重大的变化,新兴产业、新的生产过程、新的就业、投资和增长的机会不断涌现。生产的高能耗、高物耗和大型化、规模化向低能耗、低物耗和个性化、专业化方向变化;产品由“重厚大”型向“轻薄小”型变化;劳动力密集型、资本密集型的工业向技术密集型、知识密集型工业转化。6.5信息技术改变了企业的组织方式信息技术不仅提升了企业的技术水平,强化了企业的技术创新能力,还改善了企业组织结构和运作方式,提高了企业的运行效率和管理水平,从而提高了劳动生产率和对外部环境变化的应变速度。总之,现代制造业以个性化、柔性化为主要标志,以客户需求主导产品生产。信息技术、现代管理和制造技术结合,实现了信息流、物资流和价值流的集成与优化,彻底改变了制造从设计生产到销售服务的全部过程。劳动者的体力和智力同时得到解放,劳动者不再依附于机器而成为生产和创新的主体。信息技术成为工业竞争力的关键因素,用信息化武装起来的先进制造体系,又为信息化提供坚实的物质基础。信息化促进了发达国家经济的发展,对发展中国家带来严峻的挑战,同时也为发展中国家创造了跨越发展的机遇和可能。7制造业信息化技术应用形式现代信息技术发展迅速,内容丰富,在制造业企业中的应用可概括如下。(1)用信息技术与传统产品相融合,提高产品信息技术附加值,增加产品的市场竞争力。(2)在生产制造过程中,信息引导、控制和指挥物质的流动。利用计算机软硬件进行产品的辅助设计(CAD)、辅助制造(CAM)、辅助工艺过程计划(CAPP)、产品数据管理(PDM);进行信息的收集处理、传输、存储和使用,使产品的加工、工艺编制以及控制、测量、运输、包装等整个生产过程实现信息化和智能化,提高了设计技术、生产工艺和生产自动化水平。(3)在企业管理中,信息技术代替人的一部分体力、脑力劳动,通过电子数据处理系统(EDPS)、管理信息系统(MIS)、决策支持系统(DSS)、专家系统(ES)、高层主管信息系统(EIS)等对生产经营活动中的计划、组织、控制、协调、监督以及人事、财务、物资、生产、供应、销售等管理实现自动化、信息化和智能化。(4)在企业办公管理中,办公信息系统及办公设备使办公活动中的公文、文档、文书、日程、会议、文件生成、视频会议、决策支持等广泛采用信息技术,以提高办公自动化、信息化和智能化水平。(5)把以上领域集成,形成现代制造集成制造系统(CIMS),包括信息集成和生产过程集成、企业集成等。(6)制造业信息化还包括企业商务活动的电子化,指企业通过管理信息系统(MIS)、电子数据交换(EDI)、电子订货系统(EOS)以及企业内部网、外部网、因特网等使企业实现电子订货、电子营销、电子支持、电子报关等商务运作。制造企业性质和类型各异,基础与发展需求也不相同。在实施制造业信息化的过程中,一定要从实际出发,从上述领域找准切入点,分步骤、分阶段、分主次的从生产制造过程中几个环节,从企业管理某个子系统或从办公活动入手,然后逐步发展和完善进而局部集成或全部集成。8实施制造业信息化工程需要注意的几个问题8.1坚持政府引导,市场化运作政府的主要任务是营造环境,做好顶层设计,通过制定政策、建立标准、整合资源、发展中介服务机构以及组织对重大关键技术的研究开发、推广应用和试点示范等,为实施制造业信息化进程提供必要的“温度”、“水分”、和“土壤

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