DFMA-技术白皮书

DFMA技术包皮书DFMA面向制造与装配的设计——并行工程的核心技术摘要本文首先引入了并行工程基本理念和定义，强调了并行工程是企业制胜于市场竞争的有效选择，介绍了实施并行工程需要建立相应的管理措施、掌握相应的管理方法以及一些技术工具，继而阐述了DFMA面向制造与装配的设计是并行工程的核心技术，最后介绍了高品质DFMA软件的供应商BDI公司及其DFMA系列软件和BDI公司中国合作伙伴－北京艾克斯特科技股份有限公司。一．并行工程产生的背景、基本理念和定义：80年代初期以来，世界制造业产品市场发生了根本性的变化，同类产品日益增多，企业之间的竞争愈来愈激烈，而且越来越具有全球性，长期卖方市场变成了买方市场。顾客对产品质量、成本和种类要求越来越高，产品的生命周期越来越短。因此，企业为了赢得市场竞争的胜利，就不得不加速解决新产品开发、提高产品质量、降低成本和提供优质服务等一连串的问题。然而在这些问题中，迅速开发出新产品，加快上市时间是获胜的关键。要解决这一问题，必须改变长期以来传统的产品开发模式。传统的产品开发模式是沿用“串行”的方法，即先进行市场需求分析，将分析结果交给设计部门，设计人员进行产品设计，然后将图纸交给另一部门进行工艺方法的设计和制造工装的准备，采购部门根据要求进行采购，等一切都齐备以后进行生产加工和测试。产品结果不满意时再反复修改设计和工艺，再加工、测试，直到满足要求。这种方法由于产品设计中各个部门总是独立地进行，特别是在设计中很少考虑到工艺和工装部门地要求，制造部门地加工生产能力、采购部门地要求，以及检测部门地要求等，因此常常造成设计修改大循环，严重影响产品的上市时间、质量和成本。为了改变这种传统的产品开发模式，人们不得不开始寻找更为有效的新产品开发方法。在这其中，最重要的一件事情就是在1982年，美国国防高级研究项目局（DefenseAdvancedResearchProjectsAgency:DARPA）开始研究如何在产品设计过程中提高各活动之间的“并行度”（concurrency）的方法。五年以后，DARPA发表了其研究结果。后来的事实证明，该研究结果成为其后所有这方面研究的重要基础。在1986年，美国国防部防御分析研究所（TheInstituteforDefenseAnalysis:IDA）发表了非常著名的R－338报告，提出了“并行工程”（ConcurrentEngineering:CE）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。”二．并行工程是企业制胜于市场竞争的有效选择市场经济的发展和竞争的加剧总是促成买方市场的形成，制造业也不例外，企业要想生存和发展，就必须不断快、廉、好地推出满足市场需求的新产品。从制造业发展的历程来看，70年代之前的竞争焦点是企业规模和产品成本。而80年代的竞争焦点则是满足用户需求和综合的上市时间、产品质量、产品成本和售后服务(T.Q.C.S.)指标。90年代、特别是2000年的市场则要求企业以最短的时间开发出质量更高的、用户可接受的新产品。那种不注重产品开发的企业将在市场竞争中处于劣势。迅速开发出满足用户需求的新产品并尽快上市成为企业赢得市场竞争的关键。企业为具备这种能力，最重要的是必须不断采用新技术来改善产品制造系统的各个环节，信息技术的不断发展更加速了企业研究和应用新技术的步伐。国际上一些著名的制造企业如波音、摩托罗拉、惠普等，自90年代以来纷纷在新产品开发领域实施并行工程，他们的目的是采用新的产品开发管理模式和过程、把传统的制造技术与计算机技术和自动化技术相结合，在产品开发的早期阶段全面考虑产品生命周期中的各种因素，力争使产品开发能够一次获得成功。实践证明：并行工程能够缩短产品开发周期40％～60％、减少工程变更次数50％以上、降低产品成本30％～40％。我国经济在改革开放20多年来已经取得了巨大的进展，并呈现稳定发展的趋势。但国有大中型企业，尤其是制造业的发展普遍不景气，在市场竞争中处于十分被动的局面。造成制造企业困难的原因是多方面的，但产品开发问题是国内制造企业普遍存在的问题之一，即缺乏新产品的设计与开发能力。首先，大部分企业没有自己的产品开发能力。我国产业中R&D投入的含量太低，很大程度上影响了企业产品开发能力的培养和提高。其次，具有一定产品开发能力的企业主要延用传统的产品开发模式。即在产品开发中采用串行的开发流程，由各功能部门或专业组承担设计任务中，由于在设计过程中不能很好地考虑用户需求、加工、装配、支持、计划等，并且缺乏相应的技术手段，使设计出的产品存在不可加工、不可装配、不能完全满足用户需求等种种现象。这样就需要不止一次的修改设计，不仅延长了产品开发周期，增加了成本，而且用户的需求也不能很好地保证。而且随着中国正式加入WTO，国内制造企业在面临内部竞争的同时，也将迎来与国外先进制造企业的平等竞争与合作，因此实施并行工程更具有重要的现实意义。三．并行工程的实施需要管理和技术两方面的配合进入新千年以来，并行工程内涵更为丰富、外延更为广泛，它要求在产品设计中的既要考虑其上游的社会要求、客户需求，又要同时考虑其下游的工艺、制造、装配、检测、维修、对环境的影响、直至报废处理方面的内容，也就是说要同时考虑产品生命周期中各项因素。所以并行工程的实施是一项复杂、艰巨的系统工程，要满足并行工程的基本要求，需要从两个方面的来保证：第一是从管理的方面，第二是从技术的方面，两者相辅相成，缺一不可，前者是基本前提，后者是技术支持。管理的方面各国的研究和实践表明，要实施并行工程，关键是组织机构改革和人的因素等一系列的管理问题。管理方面的措施包括：建立有利于并行工程实施的跨部门组织机构从对并行工程的定义分析可以看出，要实现并行工程，显然最重要的就是要加强各个部门之间的信息沟通和交流，为此就需要建立有利于信息交流的组织模式，跨部门多专业的新产品开发团队（Cross-functional,multidisciplinarynewproductdevelopmentteam）就是满足这种要求的组织形式，这个团队包括了市场、设计、工艺、制造、采购、销售、维修服务等个部门的人员以及客户、供应商和社会某些职能部门或单位（如环保部门、法律咨询）的代表。建立有利于并行工程的人力资源管理措施人力资源管理方面主要包括：1．团队成员和团队领导的选拔2．人员的培训3．人员的绩效评价和激励建立有利于并行工程的运作管理方法并行工程团队运作管理主要包括：1．并行工程团队运作管理的纲领性文件的建立2．并行工程的计划管理3．并行工程的技术管理4．并行工程的质量管理5．实施并行工程的工作任务管理6．实现产品并行开发的基本方法7．并行工程实施过程中人员需求的动态特点8．并行工程团队地理上的集成9．并行工程中的会议管理10．并行工程团队中的决策建立有利于并行工程的企业与供应商及客户的关系1．企业与供应商的关系管理2．企业与客户的关系管理建立有利于并行工程实施的社会环境1．制造工业产业结构和组织方式的变革2．高等教育的变革3．整个社会的文化环境技术的方面并行工程的支持技术包括以下几个方面,其中DFX是其核心技术：DFX技术1．DFA(Designforassembly)，面向装配的设计2．DFM(Designformanufacture)，面向制造的设计3．DFT(Designfortesting)，面向测试的设计4．DFS(Designforservice)，面向维护的设计5．DFE(Designforenvironment)，面向环境的设计6．DFD(Designfordiscarding)，面向报废的设计CAX技术1．CAD(Computeraideddesign)，计算机辅助设计2．CAM(Computeraideddesign)，计算机辅助制造3．CAPP(Computeraidedprocessplanning)，计算机辅助工艺规划编程4．CAE(Computeraidedengineering)，计算机辅助工程PDM技术PDM(Productdadamanagement)，产品数据管理系统全面质量管理技术方法和工具1．Taguchimethod，田口方法田口方法考虑了客户对产品的一贯要求及制造商生产的低成本零件的要求，它把产品和过程设计分为三各阶段，即系统设计、参数设计和公差设计。该方法是质量方法学上的一大贡献。2．QFD(Qualityfunctiondeployment)，质量功能部署方法它是一种将客户需求转换成各设计阶段和各生产阶段对产品要求的方法。3．SPC(Statisticalprocesscontrol)，统计过程控制主要是指通过对工序工程中质量的统计分析，找出规律性和问题所在，从而有利于在制造过程中控制产品质量。4．VE(Valueengineering)，价值工程工具价值过工程能以最低成本开发出满足功能要求的产品和服务。价值工程是面向功能的，所以，它在提高产品价值的同时降低了产品的生产成本。价值工程是集公司内设计资源、工程资源和制造资源的极好工具。设计开发过程网络计划技术1．CPM(Criticalpathmethod)，关键路径法CPM是美国杜邦公司和兰德公司于1957年联合提出的，它假定每项活动的作业时间是确定值，重点在于费用和成本的控制。2．PERT(ProgramEvaluationandReviewTech),计划评价与审查技术PERT是在1958年由美国海军特种计划局和洛克希德航空公司提出的，PERT中的作业时间是不确定的，是用概率方法进行估计的估算值，它主要用于大量不确定因素的大规模开发研究项目，重点在于时间控制。后来，它与CPM有发展一致的趋势，常常被结合使用，以取得时间和费用的最佳控制。网络及各种通讯工具包括各种电子数据交换工具，各种通讯方式，融声、光、电等于一体的计算机多媒体技术，计算机屏幕会议系统，多媒体电视会议系统等等。计算机协调管理系统当并行工程发展到高级阶段，多功能交叉团队变成虚拟团队（Virtualteam）就需要计算机协调管理系统，在这种系统中，给定了在产品生命周期中各方面的约束和限制条件，对不同的方面和人员也有不同的授权，设计人员必须根据这些条件来解决彼此的冲突问题。如果协调不了，就要通过计算机协商或开会，大家一起在计算机上发表意见，并进行表决。实施并行工程的几个误区这里要强调的是，并行工程的实施需要消除以下几个误区：第一，一些企业的高层管理者（总裁、总经理、厂长）认为，产品开发实施并行工程主要是研发部门的事情，只要研发部门好好配合其他部门，就可以实现产品的并行开发。要知道，产品开发实施并行工程往往牵涉到本企业的各个部门以及客户、供应商和社会某些职能部门或单位（如环保部门、法律咨询），研发部门的经理由于权力和知识、技术背景所限，无法协调与各个部门的关系，因此，高层管理者必须有足够的重视和支持，成立交叉功能团队，授给团队长足够的权力（如：团队长对团队成员有奖励和晋升的权力等），配备给团队足够的资源（人、财、物）。有时对于关系到企业生命的新产品开发，高层管理者应亲自出任团队长，国际有些著名公司的总裁就是这么做的。第二，过分依赖管理方面的作用，只要企业管理层重视，建立了相应的并行工程的组织结构和管理措施，掌握了相应的管理方法，不需要什么技术工具（包括软件），也能实现并行工程，这也是并行工程的实施的一个误区。正如本节前面所强调的那样，管理和技术两者相辅相成，缺一不可，前者是基本前提，后者是技术支持。因为，自90年代中期以来，并行工程越来越注重科学性和准确性，并行工程中的一些优化判断是建立在大量计算、大量分析、大量准确的数据基础之上的，没有一些技术工具和软件（如DFMA、CAD、CAM、CAPP、PDM、ERP等软件）的支持，无法取得一些准确数据，并行工程就无法真正实