并行工程在航空產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用研究

項(xiàng)寧

中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司 廣東 珠海 519040

1 并行工程的基本概念及與傳統(tǒng)方式的對(duì)比

1.1 并行工程的起源及基本概念

1982年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局開(kāi)始研究如何在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)施并行方法，直至1986年，美國(guó)國(guó)防分析所經(jīng)過(guò)大量分析及驗(yàn)證，發(fā)表了著名的R-338報(bào)告。報(bào)告中明確了并行工程（Concurrent Engineering，簡(jiǎn)稱CE）的完整概念，“并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程（包括制造過(guò)程和支持過(guò)程）的系統(tǒng)方法。這種方法要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在一開(kāi)始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求?！比鐖D1所示。

圖1 并行工程示意圖

并行工程的起源可謂源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，不論古代軍事方面還是近代科研方面皆有模糊的并行理念，只是80年代才上升和歸納為一種具體的方法。

并行工程是站在設(shè)計(jì)、制造全過(guò)程的高度，比對(duì)傳統(tǒng)串行模式提出的一種工程方法論。雖然提出了它的基本概念，但國(guó)際上尚無(wú)對(duì)其有明確定義，可以認(rèn)為，并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過(guò)程的系統(tǒng)方法。其目的為縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，增強(qiáng)企業(yè)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，提高設(shè)計(jì)一次性成功性。航空研發(fā)中應(yīng)用的并行工程是一種系統(tǒng)方法，該方法用于綜合與同步設(shè)計(jì)。

1.2 并行工程與傳統(tǒng)串行工程

串行工程或傳統(tǒng)串行工作方法是按一定順序?qū)嵤┊a(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一種方式，開(kāi)發(fā)人員按要求完成工作后將輸出結(jié)果向下游傳遞，出現(xiàn)問(wèn)題后再拋回上游。其流程如圖2，即在前一工作環(huán)節(jié)完成之后才開(kāi)始后一工作環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)中沒(méi)有信息的重疊和反饋，各階段工作人員被動(dòng)接受前一階段的工作結(jié)果。這樣無(wú)法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段中，考慮到后續(xù)的工藝設(shè)計(jì)、制造裝配、質(zhì)量保證等問(wèn)題，致使設(shè)計(jì)改動(dòng)量大，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、成本高[1]。

圖2 傳統(tǒng)串行方法的研發(fā)模式

并行工程是對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化的工作模式，這種模式力圖使開(kāi)發(fā)者從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品全壽命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度等。這種生產(chǎn)方式將時(shí)間上先后的知識(shí)處理的實(shí)施過(guò)程盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)處理的方式，如圖3。

圖3 并行工程研發(fā)模式

傳統(tǒng)的串行工程工作方式，從時(shí)間和空間上將企業(yè)內(nèi)部各個(gè)部門(mén)彼此獨(dú)立起來(lái)，信息不通，嚴(yán)重缺乏協(xié)調(diào)和配合。順序工作方式的結(jié)果，不僅延長(zhǎng)了產(chǎn)品研發(fā)的周期，而且大大增加了產(chǎn)品研發(fā)的成本。并行工程在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，系統(tǒng)、集成地對(duì)產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)一考慮，產(chǎn)品研發(fā)人員著眼于整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。

兩種方式中，雖然工程服務(wù)過(guò)程基本是一致的，但在并行工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，同時(shí)考慮了設(shè)計(jì)下游的其他因素，這使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)更為合理，更改得到減少，縮短了研發(fā)周期，避免過(guò)多的成本消耗。

1.3 實(shí)施并行工程的優(yōu)勢(shì)分析

1.3.1 縮短工程研發(fā)周期。將研發(fā)中各階段最大限度重疊，并將設(shè)計(jì)工作最大限度地集中起來(lái)并行處理，可有效地縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的時(shí)間周期，使產(chǎn)品早日投放市場(chǎng)。

1.3.2 加強(qiáng)研發(fā)人員之間的交流。并行工程運(yùn)行的基礎(chǔ)之一是共享數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，形成團(tuán)隊(duì)協(xié)同辦公，這種方式可使設(shè)計(jì)、工藝、制造、質(zhì)量等各個(gè)方面充分交換意見(jiàn)，避免孤島思維。

1.3.3 減少錯(cuò)誤，提高質(zhì)量。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在初始階段就考慮到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的所有因素，在研發(fā)初期能夠發(fā)現(xiàn)各方面問(wèn)題，可有效減少錯(cuò)誤的發(fā)生，減少設(shè)計(jì)更改，提高質(zhì)量，從而降低成本。

有資料統(tǒng)計(jì)，并行工程能夠使研發(fā)初期的工程更改減少50%以上，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短40%~60%，使制造成本降低30%~40%。

1.4 航空研發(fā)需要并行工程

航空產(chǎn)品的研發(fā)最突出的特點(diǎn)是其研發(fā)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，面對(duì)激烈的飛機(jī)競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，如何提升航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造單位的能力，是每個(gè)航空產(chǎn)品研制單位致力于解決的難題。其歸根結(jié)底是設(shè)計(jì)、制造水平的競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)是以最短的周期、最低的成本、最好的質(zhì)量將產(chǎn)品投入市場(chǎng)。并行工程作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的新模式，其相對(duì)于傳統(tǒng)串行模式，有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。其不僅有利于提升我國(guó)航空產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也有利于推進(jìn)我國(guó)航空產(chǎn)業(yè)體制的改革[2]。

2 并行工程在航空研發(fā)中的應(yīng)用原理和措施分析

2.1 并行工程的原理和基本結(jié)構(gòu)

并行工程是產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的重要方式，其中心思想是在產(chǎn)品研發(fā)初期（理解為航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)的概念定義階段），綜合考慮產(chǎn)品生命周期中的工藝設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量、成本等相關(guān)因素及其相關(guān)活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品可能產(chǎn)生的影響，將各個(gè)產(chǎn)品活動(dòng)并行進(jìn)行，已達(dá)到縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低成本和提高質(zhì)量的目的。

并行工程的核心過(guò)程為設(shè)計(jì)過(guò)程，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中與其他產(chǎn)品活動(dòng)協(xié)調(diào)和并行。

并行工程在不同工程領(lǐng)域的應(yīng)用往往使其體系結(jié)構(gòu)有不同的表現(xiàn)形式，以航空研發(fā)工程為例，其體系結(jié)構(gòu)包括5個(gè)方面：工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量管理和控制、支持環(huán)境、過(guò)程項(xiàng)目管理，如圖4所示。

圖4 航空產(chǎn)品研發(fā)并行工程體系結(jié)構(gòu)

航空研發(fā)中的并行工程需將這5個(gè)方面綜合考慮，以工程設(shè)計(jì)為核心，集成的、順序交叉的、并行的進(jìn)行各個(gè)部分的產(chǎn)品活動(dòng)。

2.2 并行工程的實(shí)質(zhì)

2.2.1 并行工程強(qiáng)調(diào)面向整個(gè)過(guò)程和產(chǎn)品對(duì)象。它特別強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)人員在考慮設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需考慮工藝性、可制造性、可生產(chǎn)性、成本、可采購(gòu)性、進(jìn)度等因素。工程設(shè)計(jì)需著眼于整個(gè)過(guò)程和目標(biāo)，并將二者同時(shí)考慮。

2.2.2 并行工程強(qiáng)調(diào)整體優(yōu)化，它不能追求單個(gè)零件和部件的最優(yōu)，而是追求全局優(yōu)化。在產(chǎn)品活動(dòng)的各個(gè)階段，可能側(cè)重點(diǎn)不同，有時(shí)是成本，有時(shí)是客戶需求或性能指標(biāo)，并行工程需要對(duì)每一產(chǎn)品，都給予一個(gè)合理的定位，其對(duì)整個(gè)工作的評(píng)價(jià)，往往根據(jù)其整體結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)。

2.2.3 并行工程著眼于產(chǎn)品的全生命周期。產(chǎn)品活動(dòng)分為許多階段，每個(gè)階段有其自身的時(shí)間段。在并行工程的實(shí)施方法中，相鄰的兩個(gè)階段會(huì)出現(xiàn)一部分重疊，必要時(shí)會(huì)發(fā)生兩個(gè)以上的階段的重疊。這需要著眼于產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行考量。

2.2.4 并行工程對(duì)數(shù)據(jù)共享的要求。在并行工程的實(shí)施中，由于不同階段的生產(chǎn)活動(dòng)重疊進(jìn)行，每個(gè)階段產(chǎn)生的輸入輸出可能是未完成或不完整的，這就需要建立某種手段使既有信息可以在全團(tuán)隊(duì)共享，以保證設(shè)計(jì)工作及其他產(chǎn)品活動(dòng)的一致性。

2.2.5 并行工程對(duì)更改模式的要求。無(wú)論在并行工程中還是傳統(tǒng)串行工程中，設(shè)計(jì)的更改無(wú)法避免，某個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息的更改，可能會(huì)使下游產(chǎn)品活動(dòng)受到影響。為了不使上游的設(shè)計(jì)更改導(dǎo)致下游活動(dòng)從頭開(kāi)始，需建立一種數(shù)據(jù)更改模式[3]。

2.3 在航空產(chǎn)品研發(fā)中運(yùn)行并行工程的關(guān)鍵因素

為能夠有效實(shí)施并行工程，須切實(shí)地根據(jù)航空產(chǎn)品的性質(zhì)、需求、開(kāi)發(fā)方式、限制條件以及參研單位的實(shí)際情況進(jìn)行考量。實(shí)施并行工程的影響因素主要有：

2.3.1 工程設(shè)計(jì)環(huán)境。并行工程要求考慮到航空產(chǎn)品研發(fā)活動(dòng)的各個(gè)階段和各個(gè)方面，保證研發(fā)設(shè)計(jì)活動(dòng)的數(shù)據(jù)共享為不可或缺的條件。因此，需要計(jì)算機(jī)輔助工程環(huán)境的建設(shè)，使各種信息能夠關(guān)聯(lián)，這是實(shí)施并行工程的基本保證。

2.3.2 組織結(jié)構(gòu)。并行工程體現(xiàn)了一種同步、多方面的方法，在研發(fā)設(shè)計(jì)早期，建立綜合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)（IPT），將工程設(shè)計(jì)、工藝、制造、市場(chǎng)需求、質(zhì)量、采購(gòu)、項(xiàng)目等不同職能部門(mén)聚集到一起開(kāi)展協(xié)同工作可以及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以解決，從而提高了一次設(shè)計(jì)成功率。

2.3.3 管理模式。并行工程在整個(gè)航空產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程中，使用交互式的管理模式替代傳統(tǒng)的逐級(jí)管理方式，通過(guò)合理的項(xiàng)目管理手段，在產(chǎn)品活動(dòng)中采用綜合性的管理調(diào)度，不僅可減少管理層次，簡(jiǎn)化管理流程，更可發(fā)揮人員積極性，合理利用資源。

2.4 在航空研發(fā)中并行工程的實(shí)施措施

2.4.1 建立產(chǎn)品項(xiàng)目綜合開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)（IPT），將工程設(shè)計(jì)、工藝、制造、市場(chǎng)需求、質(zhì)量、采購(gòu)、項(xiàng)目等傳統(tǒng)職能部門(mén)人員變成以產(chǎn)品為主線的多功能產(chǎn)品集成開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)被賦予一定的職責(zé)權(quán)利，對(duì)產(chǎn)品負(fù)責(zé)，其團(tuán)隊(duì)成員應(yīng)與團(tuán)隊(duì)保持一致性。

2.4.2 改變傳統(tǒng)的串行開(kāi)發(fā)模式，及早使產(chǎn)品活動(dòng)的各個(gè)部分介入產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中，使用并行的思維將產(chǎn)品活動(dòng)階段進(jìn)行合理重疊，并共享產(chǎn)品信息，提高研發(fā)設(shè)計(jì)效率，縮短研發(fā)周期。

2.4.3 建立協(xié)同工作環(huán)境和信息共享數(shù)據(jù)庫(kù)，將設(shè)計(jì)、工藝、制造等方面數(shù)據(jù)信息以數(shù)據(jù)庫(kù)形式進(jìn)行管理，開(kāi)發(fā)支持團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作的計(jì)算機(jī)輔助工作平臺(tái)，并建立相應(yīng)設(shè)施。

2.5 我國(guó)航空產(chǎn)品研發(fā)中使用并行工程的可行性和必要性

2.5.1 并行工程的實(shí)施有利于我國(guó)航空產(chǎn)品研發(fā)效率及質(zhì)量水平的提高。我國(guó)航空產(chǎn)品研制中，不論研發(fā)周期還是質(zhì)量問(wèn)題都較為突出，飛機(jī)型號(hào)長(zhǎng)期不能設(shè)計(jì)定型，難以在市場(chǎng)上占得先機(jī)，工程更改較多，造成成本的浪費(fèi)。并行工程是一種以集成性技術(shù)和先進(jìn)管理為內(nèi)涵的管理技術(shù)，可有效提高型號(hào)的管理水平，改進(jìn)管理技術(shù)和手段，從而提高研制工作的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.5.2 并行工程的實(shí)施有利于推進(jìn)航空產(chǎn)品國(guó)際合作。我國(guó)的航空工業(yè)大多利用國(guó)外資金和技術(shù)，減少研制風(fēng)險(xiǎn)，國(guó)際合作是重要趨勢(shì)，國(guó)際合作的重要條件之一是管理模式的接軌。并行工程已成為國(guó)外航空產(chǎn)品研發(fā)的重要管理手段之一，及早地學(xué)習(xí)和使用這種方法，對(duì)我國(guó)航空工業(yè)參與國(guó)際合作有十分重要的作用[4]。

2.5.3 我國(guó)航空產(chǎn)品研發(fā)實(shí)施并行工程的可行性。首先，我國(guó)航空工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)和科技人員為改進(jìn)管理模式，提升企業(yè)和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)實(shí)施并行工程管理技術(shù)都寄予希望；其次，我國(guó)航空工業(yè)近年來(lái)對(duì)先進(jìn)管理方法的研究取得了一定進(jìn)展，幾所院校在進(jìn)行并行工程方法的研究和應(yīng)用方面形成了一定思路；第三，我國(guó)航空工業(yè)部分廠、所對(duì)實(shí)施并行工程管理技術(shù)已有部分成功的嘗試。因此，我國(guó)航空產(chǎn)品研發(fā)實(shí)施并行工程管理技術(shù)具備一定的基礎(chǔ)，其應(yīng)用是可能的。

3 航空產(chǎn)品研發(fā)中應(yīng)用并行工程的建議和思考

3.1 在航空研發(fā)工程中實(shí)施并行工程的幾點(diǎn)建議

我國(guó)航空工業(yè)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，已經(jīng)逐步形成比較齊備的科研開(kāi)發(fā)體系，目前，航空工業(yè)已由傳統(tǒng)的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐允袌?chǎng)經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向，國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)品研制商必須根據(jù)市場(chǎng)需求，以較高的設(shè)計(jì)研發(fā)水平，較低的成本以及較短的時(shí)間將航空產(chǎn)品推向市場(chǎng)。對(duì)于并行工程在航空工業(yè)中的應(yīng)用，需要根據(jù)自身單位的情況全面衡量和謹(jǐn)慎地嘗試，針對(duì)我國(guó)航空工業(yè)的特點(diǎn)[5]，提出幾點(diǎn)建議和看法：

3.1.1 并行工程需要政策及資金的支持。實(shí)施并行工程，需要企業(yè)的技術(shù)、設(shè)備、產(chǎn)品得到更新改造，缺少有利的政策和足夠的資金支持將成為主要障礙。

3.1.2 企業(yè)內(nèi)部尋找試點(diǎn)，逐步推廣。在推行并行工程的同時(shí)，需考慮到自身企業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況，以一些先進(jìn)項(xiàng)目和部門(mén)為試點(diǎn)，逐步嘗試使用并行工程，并切實(shí)確定合理的轉(zhuǎn)變策略。

3.1.3 配置適用于協(xié)同辦公的輔助支持環(huán)境是實(shí)施并行工程的有力保障，這包括配置先進(jìn)的軟、硬件支持工具。

3.1.4 使用合理的組織方式。綜合產(chǎn)品研發(fā)小組來(lái)自生產(chǎn)活動(dòng)中的各個(gè)部分，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，需全面考慮產(chǎn)品的各種問(wèn)題，使用合理的組織方式能對(duì)并行工程的實(shí)施起到關(guān)鍵作用。

3.2 在航空研發(fā)工程中實(shí)施并行工程產(chǎn)生的思考

3.2.1 在我國(guó)航空工業(yè)現(xiàn)有行政組織體系和質(zhì)量體系下實(shí)施并行工程，會(huì)有一些矛盾和不協(xié)調(diào)之處，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生沖突，這都需要在嘗試和實(shí)踐中逐步調(diào)和，在探索中尋求解決方法。

3.2.2 并行工程需要一定的信息化手段作為支持，并行工程的支持環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)通信手段，計(jì)算機(jī)仿真軟件等軟、硬件手段，這些條件不論在配備方面還是使用方面，都有較大的探索空間。

3.2.3 并行工程的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)，不僅限于集成工程設(shè)計(jì)、工藝、制造、成本、質(zhì)量等方面，工程設(shè)計(jì)本身還有許多可以集成重疊的可能性，包括布置、重量、強(qiáng)度等方面，而圖紙的形成與發(fā)放，往往是工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用并行工程的常用領(lǐng)域。處理每張圖紙節(jié)省出來(lái)的一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間，這些時(shí)間累積起來(lái)能夠顯著地縮短了研發(fā)的周期[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)際航空產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈化，主要體現(xiàn)在航空產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造水平的競(jìng)爭(zhēng)方面。并行工程作為一種新技術(shù)，為企業(yè)在動(dòng)態(tài)多變、競(jìng)爭(zhēng)激烈的航空產(chǎn)品市場(chǎng)環(huán)境中獲得優(yōu)勢(shì)，提供了新的思想和方法，從而給經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了機(jī)會(huì)。航空企業(yè)如果在產(chǎn)品的各個(gè)研制環(huán)節(jié)中實(shí)施并行工程，從設(shè)計(jì)初期就考慮到產(chǎn)品生命周期的各項(xiàng)因素，就可以有效地縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，從而增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力。并行工程為改善航空產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程提供了有力支持，其巨大的生命力為國(guó)內(nèi)外許多廠商的應(yīng)用實(shí)踐所證明。目前在我國(guó)航空產(chǎn)品研發(fā)范疇實(shí)踐并行工程，仍存在許多困難和障礙，企業(yè)應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，逐步深入研究和探索，使并行工程這種先進(jìn)的技術(shù)在企業(yè)內(nèi)發(fā)揮其作用。