内容提要：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。本文结合国内外的研究实践，对并行工程的概况进行了较为详细的介绍，并分析了国内外的差距所在，希望为并行工程的研究提供些有益的帮助。

主题词：并行工程，虚拟制造，CAD

　

一、并行工程的定义

1988年美国国家防御分析研究所（IDA—Institute of Defense Analyze）完整地提出了并行工程（CE—Concurrent Engineering）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。”【1】如图1所示。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【7】：

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

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上启下的作用，这主要体现在两个方面：

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；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展方向是虚拟制造（VM?/FONT>Virtual Manufacturing）。所谓虚拟制造又叫拟实制造，它利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、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计算机联合开发公司在开发40-MHz Intel i860微处理芯片时，运用并行工程方法，使产品从开始设计到被消费者检验合格由原来125天减少到90天；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；美国的爱国者防空导弹系统也是80年代后期运用并行工程方法迅速研制成功的【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，并且比按传统方法生产节约时间近50％。德国西门子公司下属的公共通讯网络集团（Simens AG,Public Communication Network Group）在开发复杂电子系统的核心子系统过程中，采用了并行工程的方法，取得了显著的效果，在仿真阶段共提出320份报告，发现并纠正了许多错误【17】。如表1所示，其他一些公司应用并行工程后也产生了巨大的经济效益。

案例

成本

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&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1992年底被列为国家863计划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。经过近两年的攻关，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】。

虽然并行工程在实际应用中产生了如此巨大的效果，但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，工程数据库还没有完全成熟等。为此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。尤其是并行设计的建模技术，所谓建模就是指建立产品模型，而产品模型包括产品生命周期各阶段的信息及访问、操作这些信息的算法。在计算机环境下，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；能够方便地获得有关产品可制造性、可装配性、可维护性、安全性等方面的信息；能够使小组成员共享信息。要满足这些要求，必须建立一个能够表达和处理有关产品生命周期各阶段所有信息的统一产品模型。统一模型的建立可以在特征建模基础上进行，但是特征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，它不具备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标准是建立模型的工具，但由于产品数据复杂、多变此标准仍在试用阶段。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阶段以及下游诸环节支持得较为充分，但在产品概念设计阶段其信息描述能力较弱，这是需要深入研究的课题【9】。

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，这就必然涉及到从现实制造资源角度评价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、设备布局及负荷情况等，这样制造环境的数据和知识模型就是达到并行必不可少的部分。文献【12】运用二叉树及特征建模描述了制造环境建模情况。

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。为了达到这一目的，零件信息模

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