并行工程中的工程更改

作者：朱全敏 熊光楞 辜承林

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 摘要:本文对并行工程环境下工程更改管理的需求作了分析, 并分别对有意更改和无意更改进行了过程建模。指出若干的工程更改管理的方法，作为验证，给出了铁路货车产品设计中工程更改的实例。 关键词：并行工程，过程管理，工程更改，质量保证 并行工程（Concurrent Engineering, CE）是一种现代工程方法，它站在产品设计与制造全过程的高度，打破传统的企业组织结构带来的部门分割封闭的观念，强调参与协同工作的效应、并行的产品开发方式；它应用先进的设计方法与技术手段，在产品设计的早期阶段就考虑到其后期发展的所有因素，以提高产品设计与制造的一次成功率。 为达到并行工程的目标，就必须要对一个产品生命周期中各个阶段进行分解、分析，进行开发过程的优化设计，按照产品规模的大小、涉及的范围及设计与加工方式，组织多学科开发团队来负责整个产品开发；它要求开发团队内部协调工作，使产品开发活动间多层次交互地并发进行。产品开发过程管理是解决这些问题的有效途径，它的一项重要职能是对于工程更改的管理, 有时又称为设计迭代(并行迭代或工程变更)的管理。 1. 工程更改管理的需求分析 工程更改(Engineering Change)是工业界普遍使用的术语[1]，在产品开发过程中的作用是产生必要的信息，改正设计错误，提高所设计产品的性能。国外学者常用“设计迭代”(Design Iteration)来定义它[2]。按照在过程中出现工程更改的原因以及出现的频率来划分，又有“有意更改” (Intentional) 和“无意更改” (Unplanned) 两种类型[3]。当产品开发过程中存在有工程更改的情况下，譬如某典型铁路货车产品的设计，若要达到设计要求，须在设计过程中进行相应子过程的二、三次设计反馈、更改，这种更改通常被认为是有意更改。又如典型的电动机产品的设计过程中，当设计活动已经启动后，会出现由用户提出的技术参数上的更改，由于这种更改具有不确定性，故被认为是无意更改。理解工程更改将十分有利于进行有效的过程管理。并行工程的目标是要在设计的早期阶段及早地考虑设计后期的因素，消除产品设计完工以后的大返工、大更改，用局部的小循环取代大循环，在设计阶段增加QFD(Quality Function Development)、DFX(Design For X)工具，从而缩短开发周期。因此，工程更改的管理在产品开发过程管理中有其特殊的地位,对它的应用研究是产品开发过程实行科学化管理的需要。 本文对工程更改进行建模，指出了有效的工程更改的管理方法，并结合某铁路货车产品的并行工程项目，进行了工程验证。 2. 工程更改的建模 产品设计过程的更改意见，除来自设计和管理部门外，还来自制造部门、销售商或客户。在过程建模上，多视图方法[4][5]能对有意更改给予很好的支持，它对于管理机械和电子产品的设计、软件产品的开发是重要的一环。设计结构矩阵(Design Structure Matrix, DSM)[2]被国外学者用来表示过程的更改，并应用到汽车的刹车系统的开发过程。但用DSM建模的方法属静态建模，它适用于分析。而对于无意更改的建模，因为返回到上游活动的工程更改是均值函数为时间的函数的随机过程，这种更改影响到下游活动的启动条件的预发布信息[1]。因此，通常情况下，并行工程中的建模是用随机模型来描述无意更改。该随机过程模型的基础活动部分是由六种状态来组成的：(1)基础工作的活动Wb；(2)需要质量保证(Quality Assurance)的活动Wq；(3)已批准的活动Wa；(4)已完成并提交的活动Wf；(5)需要返工的活动Wr；(6)需要协调的活动Wc。建立基础活动和返工需求的数学模型，如下一组微分方程组表示： (d/dt)Wb=-b (1) (d/dt)Wq=b+r-d-a(2) (d/dt)Wa=a-f (3) (d/dt)Wf=f-n (4) (d/dt)Wr=c-r (5) (d/dt)Wc=d+n-c(6) 其中：a—批准率； b—基础活动占用率； c—协调率； d—返工的发现率； f—完成并提交的活动占用率； n—需要协调并返工的活动占用率； r—返工率。 产品开发过程的四个基本的开发活动：基础活动、返工、协调和质量保证,其中的基础活动、返工和协调是有(1)、(2)、(5)、(6)四个方程来决定，而返工的需求和活动的批准是基于另一个基本的开发活动：质量保证。需要更改的活动是一次需要修改的任务的出现概率p(ρ) 与质量保证精度指标的乘积，后者用发现一个必要更改的需求的概率p(α|ρ) 来度量。建立质量保证的数学模型，如下一组代数方程组表示： d=q*p(ρ)*(p(α|ρ))(7) p(ρ)=(p(ρi)+p(ρe))-(p(ρi)*p(ρe)) (8) a=q-d (9) 其中：q—质量保证率； p(ρ)— 一个任务需要返工的概率； p(α|ρ)—发现返工需求的概率； p(ρi)— 一个任务由于内部的原因引起的需要返工的概率； p(ρe)— 一个任务由于外部的原因引起的需要返工的概率。 3. 工程更改的管理方法 及早发现和修改错误是产品开发成功的关键；工程更改亦是质量保证体系的环节，它等同于逐步求精的过程。产品开发过程中存在有意更改和无意更改各自的数学模型和不同的外在表现形式，过程的管理者应采用相应的不同方法在进行管理。对于有意更改，为达到更快的实现更改的效果，采用的方法有： (1)使用计算机辅助设计技术，加快一些设计师的设计任务的进度，缩短设计周期； (2)使用工程分析工具和仿真技术，减少建立原型的时间消耗以及测试周期上的延迟； (3)使用包括数据库管理、网络管理的信息系统，在开发团队的成员间快速地交换技术信息，保障设计人员之间及设计人员与其它相关各部门的技术人员和制造人员的及时交流； (4)使用多视图的过程建模及管理的支持工具，进行过程的信息流跟踪管理，譬如版本管理。 对于无意更改，为达到较少地引入更改的效果，采用的方法有： (1)及时、准确了解用户的反馈； (2)加强相互有关系的设计活动间的协同； (3)对那些有密切联系的耦合活动更应促进其协作，允许设计师间频繁地交换信息和化解设计上的冲突； (4)最小化开发团队的规模，使得开发核心层人员的工作更高效； (5)适当地规定设计上的接口，减少过程中设计个人、团队间的更改(迭代)的需求。 4. 工程更改的应用实例 某铁路机车制造(集团)公司原有的产品开发过程是串行的，串行的产品开发过程形成了产品设计、工艺会签、生产准备、样机试制、实验、运用考验大循环，从而导致的缺陷有：产品开发周期长；产品开发的信息流是单向的，下游的设计结果不能及时反馈给上游进行设计评价和修改，产品设计质量差；产品设计与工艺准备的好坏直接反映在最终产品上，这种大循环不易控制产品质量，造成实物修改次数和产生废品的可能性增大，从而增加了产品的开发成本。采用并行工程方法可以有效地克服这些缺陷，带来的诸多益处包括产品开发周期被缩短35%；产品设计修改请求偶尔来自于工艺装备制造、样机试制、鉴定性试验、运用考验阶段，可以降低实物制造、修改次数以及产生废品的可能性，进而降低产品的开发成本等。 在完成“过程管理”的实施中发现，典型的铁路货车产品开发过程的工程更改出现在设计部门与工艺部门的会签的活动中。具体地，货车产品的设计由上体设计、下体设计和转向架设计组成。会签中，上体需10—15天的工时，包括有300多个件（299张图）需审核，其中10%需要修改；会签发现错误，大件必须返回到设计师进行修改，小件则当场修改。下体制动部分会签的工时较灵活，有50—60个件须审核，其中约10件通常是需要修改的。转向架的会签中，大的更改会有10次。假定每张设计图纸的设计工作是相互独立的，发生更改的概率可以认为是相等的。在设计域内，出现工程更改的次数是一离散型随机变量，其分布律满足泊淞分布。 应用过程管理中有关工程更改的原理，采用了多视图的建模工具对有意更改进行建模，收到了良好的应用效果。 又例：铁路货车产品的转向架的枕梁中央下盖板的组成如图1所示，原设计的L的尺寸长度为500，经厂级评审以后上报到铁道部，经部级评审以后改为700。由于转向架在车辆中起到支承车体的作用，该更改提高了整车产品的质量和性能。并构成了产品开发过程的“无意更改”的应用实例。 5. 结束语 并行工程中的工程更改的管理是产品开发过程实施科学化管理的重要部分。过程建模能使我们深入地理解有意更改和无意更改两种现象，并提供了描述有意更改的有效工具。采用不同方法来管理两种类型的工程更改：(1)更快地实现有意更改的效果；(2)较少地引入无意更改。应用实例为我们提出的工程更改原理进行了验证。本文的结论对于管理产品开发过程有着重要的意义。 参考文献 [1] Christoph H. Lich , Christian Terwiesch, “Communication and Uncertainty in Concurrent Engineering”, Management Science, Vol.44, No.8, August 1998, 1032-1048. [2] Robert P. Smith , Steven D. Eppinger, “Identify Controlling Features of Engineering Design Iteration”, Management Science, Vol.43, No.3, March 1997, 276-292. [3] Ali A. Yassine, Kennth R. Chelst, and Donald R. Falkenburg, “A Decision Analytic Framework for Evaluating Concurrent Engineering”, IEEE Trans. on Engineering Management, Vol.46, No.2, May 1999, 144-156. [4] Xiong Guangleng Penyi and Hao Liwu , “Integrated Multi-view Modeling for the Product Development Process”, Tsinghua Science and Technology, Vol. 4, No. 1, March 1999 , 1271-1277. [5] 朱全敏，熊光楞，辜承林，“并行工程中过程建模的多视图方法的研究”，华中科技大学学报，2001年第5期，21-23。 [6] 王林书，鲍兰平，赵瑞清编著，概率论与数理统计，科学出版社，1999年8月第一版。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/11/2004)