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论产品开发中的并行设计
作者:罗彩霞
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工业设计/产品设计展厅
产品设计, 工业设计, 样件打样, 手板制作, 模型制作, ...
产品是企业的生命线,是企业在市场竞争中取胜的关键。社会发展和需求的变化对产品的品种、质量和性能不断提出新的要求,迫使激烈竞争中的企业竞相采用先进的技术手段开发新的产品,而新产品的开发又不断地对技术的发展提出新的要求。面对瞬息万变的市场环境,企业只有具备高度的灵敏性,能抓住稍纵即逝的机遇,快速开发出高质量、低成本的新产品,变被动适应用户为主动引导市场,才能保证在竞争中立于不败之地。

1 并行设计提出的必要性和其优势

大量实践表明,开发新产品的首要环节是必须抓好产品设计。好的产品是设计出来的,然后才是制造出来的。传统制造工业中,产品的开发过程是沿用从设计到制造的串行生产模式,如图1 所示:


图1 传统的串行设计方法

其表现为从时间上和功能上把各部门的专职人员彼此孤立开来,信息不通,难以交流,缺乏协调统一。这种设计不能及时考虑到产品的制造、装配等要求,难以对产品开发过程中的各种可选方案进行充分的评价和筛选,加长了设计周期,提高了产品成本,使设计过程多次反复;又由于各个设计阶段设计人员知识和经验的局限性,加之设计过程的复杂性,设备、材料、工艺和实现技术的多样性,难以确定以最低成本制造出高质量产品方案;且串行设计过程时间紧迫,使设计师只能把可选方案局限在最方便的方案上,而不是最佳的设计方案。同时在产品开发过程中,没有营销、财务、采购及用户的积极参与和指标考核,设计者对目标成本、用户的期望和要求很少考虑,造成了产品难以适应市场的需求。上述这些问题使得产品开发持续时间长,反复次数多,研制费用高,很显然已不能适应快速变化的市场需求。

并行是基于传统中的串行而提出的。并行设计是指在产品设计一开始,就考虑到产品整个生命周期中从概念形成到报废处理的所有因素,包括产品质量、制造成本、进度计划,充分利用企业内的一切资源,最大限度地满足用户的要求,同时及时全面评价产品设计,尽早发现后续过程中可能存在的问题,及时提出改进信息,保证产品设计、工艺设计、制造的一致性。如图2 所示:


图2 并行设计过程

它能够使现代产品设计做到“运筹于帷幄之中,决胜与千里之外”,使产品设计具备高度预见性和预防性,具体表现为:①缩短产品投放市场的时间。并行设计将产品及其保障资源并行进行设计,可使得在设计阶段不仅设计出产品,而且同步确定与生产、保障有关的程序和计划,缩短生产准备时间,减少制造过程中的更改、返工等,从而使产品总的开发时间减少; ②降低成本。并行技术不同于传统的“反复试制样机”的作法,强调“一次达到目的”。虽然这可能会提高产品设计阶段的某些费用,但与后续的生产、维修过程所减少的费用相比,对降低成本很有意义。另外它采用仿真技术,模拟产品的工作过程,对其“软样品”进行仿真实验,实现优化设计,从而省去了昂贵的样机试制。这样,产品的寿命循环价格降低了,既有利于制造者,也有利于顾客; ③提高质量。并行设计在一开始就已经注意到产品的制造问题,可全面优化产品设计和过程设计,使所设计的产品便于制造,易于维护,避免返工和废品,降低产品故障率。这就为质量的“零缺陷”提供了基础,使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市; ④产品符合市场或用户的需求。由于在设计过程中,同时有销售人员参加,甚至还包括顾客,所以设计出的产品能够反映用户的需求,从而提高了产品的可靠性和实用性。另外此技术能较快地推出适销对路的产品并投放市场,增强了企业的市场竞争能力。

2 运用并行设计开发产品的关键因素

a) 群组协同合作。现代产品越来越复杂,产品从设计到售后服务涉及到各个方面的知识。为了设计出最优的产品,并行设计中应成立专门的工作小组,小组的成员包括不同部门的专家,他们不仅要具有高品质,有准时完成设计目标的技术水平和制造工艺技术知识,还要具备相互合作的协作精神;应随时对设计出的产品和零件从各个方面进行审查,以实现信息利用最大化,资源利用最优化。

b) 设计过程的并行性。并行性有两方面的含义:其一是在设计过程中通过专家把关同时考虑产品其生命周期中所有的后续过程:制造、装配、检测、企业的设备能力和人力资源、使用、维修和报废等;其二是在设计阶段就要集中有关产品研制周期的各部门的工程技术人员同时进行工艺(包括加工工艺、装配工艺和检验工艺) 过程设计,并对工艺设计的结果进行计算机仿真,直至用快速原型法产生出产品的样件。

c) 系统集成与整体优化。并行设计作为现代设计方法,其核心准则是“最优化”。但并行设计不完全追求单个部门、局部过程和单个部件的最优,而是追求全局优化,追求产品整体的竞争能力。对产品而言,这种竞争能力就是指产品的TQCS 综合指标———交货期(time) 、质量(quality) 、价格(cost) 和服务( service) 。在不同情况下,侧重点不同。在某阶段,交货期可能是关键因素,也可能是质量,也可能是价格,有时是它们中的几个综合指标。对每一个产品而言,企业都对它有一个竞争目标的合理定位,因此并行设计是围绕这个目标来进行整个产品开发活动。只要达到整体优化和全局目标即可,而并不追求每个部门的工作最优。

d) 设计过程的管理。并行设计系统是一项复杂的人机工程,不仅涉及技术科学,而且还涉及管理科学。目前的企业组织机构是建立在产品开发的串行模式基础上的,并行设计希望产品开发的各项活动尽可能在时间上平行地进行,这就要求较高的管理水平与之相适应。并行设计能取得成功的根本原因在于它管理、协调全过程的技术,而且随着并行设计的逐步推广,必将导致企业的机构设置、运行方式、管理手段发生较大的改变。

e) 计算机仿真技术。并行设计中,为了达到产品的一次设计成功,减少反复,在许多部分都要用到仿真技术:装配过程仿真,加工过程仿真,生产计划调度仿真等。仿真技术的运用使生产制造等后期工作中产生的问题能在设计早期发现,及时处理。

3 并行设计技术的应用成效

国外一些著名的企业通过实施并行设计取得了显著的效益,证明它是企业产品开发过程中的有效方法。例如,波音公司在767 一X 的开发过程中采用了全新的“并行产品定义”的概念,通过优化设计过程集合了最新管理方案,改善设计,提高飞机生产质量,降低成本,改进计划,实现了三年内从设计到一次试飞成功的目标;洛克希德在1992 年开始的新型号导弹开发中,采用并行设计的方法,将导弹开发周期从5 年缩短到2年。在我国,齐齐哈尔铁路车辆(集团) 有限公司通过并行工程的实施,全面支持铁路货车的集成化应用开发,在国内率先实现了铁路货车的数字化并行设计,减少了新产品试验、试制次数,节约了大量的试验费用,极大地提升了企业的产品创新设计能力,使其整体水平达到20 世纪90 年代国际先进水平,增强了公司的国际竞争能力。

4 结论

产品是企业生存和发展的根本保障。并行设计技术的运用缩短了产品开发周期,降低了成本,提高了质量,极大地提高了企业开发新产品的竞争能力,为企业带来巨大的经济效益。它是企业开发新产品的需要,是企业提高设计能力和现代制造技术发展的一个主要方向。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2006-10-26)
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