【转】并行设计中的关键技术

并行设计是一种系统化、集成化的现代设计技术，它以计算机作为主要技术手段，除了通常意义下的CAD、CAPP、CAM、产品数据管理系统（Product Data Management System——PDMS）等单元技术的应用外，还要着重解决以下一些关键技术问题。

1．产品并行开发过程建模及优化

并行设计的思想是在研究产品开发过程的基础上形成的，要实现产品的并行设计，首先要建立起产品并行开发的信息模型。
对产品开发过程信息模型的研究始于60年代末70年代初，当时的术语结构分析，用一套符号及一些规约方法表示出产品开发中的信息流动，提出数据流动图（Data Flow Diagram——DFD）建模技术。美国软件技术公司通过类似的研究，提出了结构功能分析方法，把出人员、机械、方法、材料、产品等组成的系统用图形、文字加以表示，建立了结构分析和设计技术（Structural Analysis and Design Technology——SADT）系统，1978年被美国空军选作支持集成计算机辅助制造（Integration Computer Aided Manufacturing——ICAM）系统的软件技术，以后又在SADT的基础上将其发展成为四类集成计算机辅助制造定义方法（ICAM Definition Technology——IDEF），分别用于含有计算机及软件工程的系统、信息分析、动态分析和过程建模，在工业界得到应用。
产品开发是一个十分复杂的过程，以什么样的理论、策略和方法建立产品开发过程的数学模型，一直并行设计技术形容的重要课题。目前，这样一种观点已取得国内外学术界的认同，即：产品开发过程是一个基于约束的技术停息创成和细化的过程，这些约束包括：
目标约束：市场的需求，用户的要求，设计性能指标等；
环境约束：可选材料，加工设备，工艺条件等；
　 耦合约束：各子过程之间的约束。
　 按约束的性质又可分为数值型约束、逻辑型约束、刚性约束、柔性约束、模糊约束等。
　 各种约束通过共有变量连成约束条件网络，国外文献中提出的“概念网络”、“动态语义网络（Aktiven Semantischen CNetz）”等都属于这种约束条件网络，并且已出现适用于并行设计的约束条件网络建模工具，如MCEL（Multivaluded Concurrent Engineering Logic）等。
　 在产品的并行开发中，工作群组从市场用户的需求（初始约束）出发开展设计工作，同时从不同专业的角度对设计活动提出约束，这些约束协调和优化后形成约束条件网络，对群组的设计工作施加影响，直至在设计空间中获得东路各种约束的最终设计结果。

2．支持并行设计的计算机信息系统

信息交流对产品开发具有特别重要的意义。根据国外的调查资料，产品开发工程师的全部工作工作时间中有30％～40％用于信息交流，产品开发过程由串行转变为并行后，对信息交流的直接性、及时性、透明度提出了更高的要求。因此，计算机信息系统是支持并行设计的文体框架，国外文献中介绍CSCW（Computer Supported Cooperation Work)就是这种信息系统的范例。
　 通信和协调是并行设计计算机信息系统的两个主要功能。
　 由于工作群组的成员不一定同处一地，民不一定同时工作。因此，并行设计要求计算机信息系统具有多种通信功能（同时同地、同时异地、异时同地、异时异地），并且能对产品开发中发生的冲突和分歧进行协调。
例如，分处两地的群组成员可以通过计算机通信会商有关问题，共同处理同一电子文件，或绘制同一张图样。
　 又如，工作群组的某个成员（或某个小组）根据强度校核计算的结果修改了某个尺寸，却没有意识到这一修改将对另一成员（或另一小组）的工作发生影响，约束条件网络发现了这一问题，马上向双方发出警告信息，提醒双方进行协调。
图3-3为并行设计系统结构示意图。

图3－3 并行设计系统结构示意图

3.模拟仿真技术

并行设计的含义不仅在于设计过程中某些工作步骤的平行交叉，而且还在于在产品设计阶段就能充分考虑加工、装配，甚至使用、维修这些与产品开发相关的后续过程。
　 传统的产品开发过程是“设计一样机制作——修改设计”的循环过程，不仅样机制作既费时　又费工，延长了产品开发周期，而且在样机制作后才发现设计存在的问题，将会造成巨大的浪费。
　 国外一份调查表明，为了纠正某一产品设计中的错误；需增加的花费情况如下：
　 在设计阶段加以纠正，仅需花费35美元；
　 在零件加工之前加以纠正，需花费177美元；
　 在成批生产之前加以纠正，需花费368美元；
　 如等到产品投放市场后才加以纠正，加以则需花费59000美元；
　 因此，将设计中的错误和缺陷尽早发现并纠正在设计初期，提高产品开发的一次成功率，无论是对于提高产品设计质量，还是对于缩短设计周期、降低设计成本都是十分重要。但是，并行设计中还是通过费时费工的样机制作来发现可能影响加工、装配、使用、维修的设计错误和缺陷，而是通过计算机模拟仿真（当然也可通过快速样模制作）来实现这一目的。例如：虚拟制造、虚拟装配、结构有限元计算、产品静动态性能仿真，直至应用虚拟现实技术，让用户“身临其境”地体验产品的各项性能。

4.产品性能综合评介和决策系统

　 并行设计作为现代设计方法，其核心准则是“最优化”。在对产品各项性能进行模拟仿真的基础上，要进行产品各项性能，包括可加工性、可装配性、可检验性、易维护性，以及材料成本、加工成本、管理成本的综合评价和决策系统是并行设计系统不可缺少的模块。

5.并行设计中的管理技术

　 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，并行设计的实施势必导致企业的机构设置、运行方式、管理手段发生较大的改变。