并行工程在航空产品研发中的应用研究

项宁

中航通飞华南飞机工业有限公司 广东 珠海 519040

1 并行工程的基本概念及与传统方式的对比

1.1 并行工程的起源及基本概念

1982年，美国国防高级研究计划局开始研究如何在产品的设计过程中实施并行方法，直至1986年，美国国防分析所经过大量分析及验证，发表了著名的R-338报告。报告中明确了并行工程（Concurrent Engineering，简称CE）的完整概念，“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。”如图1所示。

图1 并行工程示意图

并行工程的起源可谓源远流长，不论古代军事方面还是近代科研方面皆有模糊的并行理念，只是80年代才上升和归纳为一种具体的方法。

并行工程是站在设计、制造全过程的高度，比对传统串行模式提出的一种工程方法论。虽然提出了它的基本概念，但国际上尚无对其有明确定义，可以认为，并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程的系统方法。其目的为缩短产品开发周期，提高产品质量，降低成本，增强企业在市场上的竞争力，提高设计一次性成功性。航空研发中应用的并行工程是一种系统方法，该方法用于综合与同步设计。

1.2 并行工程与传统串行工程

串行工程或传统串行工作方法是按一定顺序实施产品开发的一种方式，开发人员按要求完成工作后将输出结果向下游传递，出现问题后再抛回上游。其流程如图2，即在前一工作环节完成之后才开始后一工作环节，各个环节中没有信息的重叠和反馈，各阶段工作人员被动接受前一阶段的工作结果。这样无法在产品设计的各个阶段中，考虑到后续的工艺设计、制造装配、质量保证等问题，致使设计改动量大，产品开发周期长、成本高[1]。

图2 传统串行方法的研发模式

并行工程是对产品及其相关过程进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式，这种模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全寿命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度等。这种生产方式将时间上先后的知识处理的实施过程尽可能转变为同时处理的方式，如图3。

图3 并行工程研发模式

传统的串行工程工作方式，从时间和空间上将企业内部各个部门彼此独立起来，信息不通，严重缺乏协调和配合。顺序工作方式的结果，不仅延长了产品研发的周期，而且大大增加了产品研发的成本。并行工程在产品研发过程中，系统、集成地对产品研发和设计及其相关过程进行统一考虑，产品研发人员着眼于整个开发流程。

两种方式中，虽然工程服务过程基本是一致的，但在并行工程的产品设计中，同时考虑了设计下游的其他因素，这使得产品设计更为合理，更改得到减少，缩短了研发周期，避免过多的成本消耗。

1.3 实施并行工程的优势分析

1.3.1 缩短工程研发周期。将研发中各阶段最大限度重叠，并将设计工作最大限度地集中起来并行处理，可有效地缩短设计开发的时间周期，使产品早日投放市场。

1.3.2 加强研发人员之间的交流。并行工程运行的基础之一是共享数据信息系统，形成团队协同办公，这种方式可使设计、工艺、制造、质量等各个方面充分交换意见，避免孤岛思维。

1.3.3 减少错误，提高质量。开发团队在初始阶段就考虑到设计开发中的所有因素，在研发初期能够发现各方面问题，可有效减少错误的发生，减少设计更改，提高质量，从而降低成本。

有资料统计，并行工程能够使研发初期的工程更改减少50%以上，使产品开发周期缩短40%~60%，使制造成本降低30%~40%。

1.4 航空研发需要并行工程

航空产品的研发最突出的特点是其研发设计的复杂性，面对激烈的飞机竞争市场，如何提升航空产品设计、制造单位的能力，是每个航空产品研制单位致力于解决的难题。其归根结底是设计、制造水平的竞争，竞争的重点是以最短的周期、最低的成本、最好的质量将产品投入市场。并行工程作为产品开发的新模式，其相对于传统串行模式，有无可比拟的优势。其不仅有利于提升我国航空产品的市场竞争力，也有利于推进我国航空产业体制的改革[2]。

2 并行工程在航空研发中的应用原理和措施分析

2.1 并行工程的原理和基本结构

并行工程是产品设计开发中的重要方式，其中心思想是在产品研发初期（理解为航空产品设计的概念定义阶段），综合考虑产品生命周期中的工艺设计、技术设计、制造、质量、成本等相关因素及其相关活动对产品可能产生的影响，将各个产品活动并行进行，已达到缩短产品开发周期、降低成本和提高质量的目的。

并行工程的核心过程为设计过程，并在设计过程中与其他产品活动协调和并行。

并行工程在不同工程领域的应用往往使其体系结构有不同的表现形式，以航空研发工程为例，其体系结构包括5个方面：工程设计、生产制造、质量管理和控制、支持环境、过程项目管理，如图4所示。

图4 航空产品研发并行工程体系结构

航空研发中的并行工程需将这5个方面综合考虑，以工程设计为核心，集成的、顺序交叉的、并行的进行各个部分的产品活动。

2.2 并行工程的实质

2.2.1 并行工程强调面向整个过程和产品对象。它特别强调设计人员在考虑设计的过程中，还需考虑工艺性、可制造性、可生产性、成本、可采购性、进度等因素。工程设计需着眼于整个过程和目标，并将二者同时考虑。

2.2.2 并行工程强调整体优化，它不能追求单个零件和部件的最优，而是追求全局优化。在产品活动的各个阶段，可能侧重点不同，有时是成本，有时是客户需求或性能指标，并行工程需要对每一产品，都给予一个合理的定位，其对整个工作的评价，往往根据其整体结果来评价。

2.2.3 并行工程着眼于产品的全生命周期。产品活动分为许多阶段，每个阶段有其自身的时间段。在并行工程的实施方法中，相邻的两个阶段会出现一部分重叠，必要时会发生两个以上的阶段的重叠。这需要着眼于产品的全生命周期进行考量。

2.2.4 并行工程对数据共享的要求。在并行工程的实施中，由于不同阶段的生产活动重叠进行，每个阶段产生的输入输出可能是未完成或不完整的，这就需要建立某种手段使既有信息可以在全团队共享，以保证设计工作及其他产品活动的一致性。

2.2.5 并行工程对更改模式的要求。无论在并行工程中还是传统串行工程中，设计的更改无法避免，某个产品设计信息的更改，可能会使下游产品活动受到影响。为了不使上游的设计更改导致下游活动从头开始，需建立一种数据更改模式[3]。

2.3 在航空产品研发中运行并行工程的关键因素

为能够有效实施并行工程，须切实地根据航空产品的性质、需求、开发方式、限制条件以及参研单位的实际情况进行考量。实施并行工程的影响因素主要有：

2.3.1 工程设计环境。并行工程要求考虑到航空产品研发活动的各个阶段和各个方面，保证研发设计活动的数据共享为不可或缺的条件。因此，需要计算机辅助工程环境的建设，使各种信息能够关联，这是实施并行工程的基本保证。

2.3.2 组织结构。并行工程体现了一种同步、多方面的方法，在研发设计早期，建立综合产品开发团队（IPT），将工程设计、工艺、制造、市场需求、质量、采购、项目等不同职能部门聚集到一起开展协同工作可以及早发现问题并予以解决，从而提高了一次设计成功率。

2.3.3 管理模式。并行工程在整个航空产品研发的过程中，使用交互式的管理模式替代传统的逐级管理方式，通过合理的项目管理手段，在产品活动中采用综合性的管理调度，不仅可减少管理层次，简化管理流程，更可发挥人员积极性，合理利用资源。

2.4 在航空研发中并行工程的实施措施

2.4.1 建立产品项目综合开发团队（IPT），将工程设计、工艺、制造、市场需求、质量、采购、项目等传统职能部门人员变成以产品为主线的多功能产品集成开发团队，团队被赋予一定的职责权利，对产品负责，其团队成员应与团队保持一致性。

2.4.2 改变传统的串行开发模式，及早使产品活动的各个部分介入产品设计当中，使用并行的思维将产品活动阶段进行合理重叠，并共享产品信息，提高研发设计效率，缩短研发周期。

2.4.3 建立协同工作环境和信息共享数据库，将设计、工艺、制造等方面数据信息以数据库形式进行管理，开发支持团队协同工作的计算机辅助工作平台，并建立相应设施。

2.5 我国航空产品研发中使用并行工程的可行性和必要性

2.5.1 并行工程的实施有利于我国航空产品研发效率及质量水平的提高。我国航空产品研制中，不论研发周期还是质量问题都较为突出，飞机型号长期不能设计定型，难以在市场上占得先机，工程更改较多，造成成本的浪费。并行工程是一种以集成性技术和先进管理为内涵的管理技术，可有效提高型号的管理水平，改进管理技术和手段，从而提高研制工作的效率和产品质量。

2.5.2 并行工程的实施有利于推进航空产品国际合作。我国的航空工业大多利用国外资金和技术，减少研制风险，国际合作是重要趋势，国际合作的重要条件之一是管理模式的接轨。并行工程已成为国外航空产品研发的重要管理手段之一，及早地学习和使用这种方法，对我国航空工业参与国际合作有十分重要的作用[4]。

2.5.3 我国航空产品研发实施并行工程的可行性。首先，我国航空工业的领导和科技人员为改进管理模式，提升企业和产品的市场竞争力，对实施并行工程管理技术都寄予希望；其次，我国航空工业近年来对先进管理方法的研究取得了一定进展，几所院校在进行并行工程方法的研究和应用方面形成了一定思路；第三，我国航空工业部分厂、所对实施并行工程管理技术已有部分成功的尝试。因此，我国航空产品研发实施并行工程管理技术具备一定的基础，其应用是可能的。

3 航空产品研发中应用并行工程的建议和思考

3.1 在航空研发工程中实施并行工程的几点建议

我国航空工业经过60多年的发展，已经逐步形成比较齐备的科研开发体系，目前，航空工业已由传统的计划经济转变为以市场经济为导向，国内航空产品研制商必须根据市场需求，以较高的设计研发水平，较低的成本以及较短的时间将航空产品推向市场。对于并行工程在航空工业中的应用，需要根据自身单位的情况全面衡量和谨慎地尝试，针对我国航空工业的特点[5]，提出几点建议和看法：

3.1.1 并行工程需要政策及资金的支持。实施并行工程，需要企业的技术、设备、产品得到更新改造，缺少有利的政策和足够的资金支持将成为主要障碍。

3.1.2 企业内部寻找试点，逐步推广。在推行并行工程的同时，需考虑到自身企业的现实情况，以一些先进项目和部门为试点，逐步尝试使用并行工程，并切实确定合理的转变策略。

3.1.3 配置适用于协同办公的辅助支持环境是实施并行工程的有力保障，这包括配置先进的软、硬件支持工具。

3.1.4 使用合理的组织方式。综合产品研发小组来自生产活动中的各个部分，在产品开发的各个阶段，需全面考虑产品的各种问题，使用合理的组织方式能对并行工程的实施起到关键作用。

3.2 在航空研发工程中实施并行工程产生的思考

3.2.1 在我国航空工业现有行政组织体系和质量体系下实施并行工程，会有一些矛盾和不协调之处，有时甚至会发生冲突，这都需要在尝试和实践中逐步调和，在探索中寻求解决方法。

3.2.2 并行工程需要一定的信息化手段作为支持，并行工程的支持环境，包括计算机系统、数据库、网络通信手段，计算机仿真软件等软、硬件手段，这些条件不论在配备方面还是使用方面，都有较大的探索空间。

3.2.3 并行工程的设计开发环节，不仅限于集成工程设计、工艺、制造、成本、质量等方面，工程设计本身还有许多可以集成重叠的可能性，包括布置、重量、强度等方面，而图纸的形成与发放，往往是工程设计中应用并行工程的常用领域。处理每张图纸节省出来的一点点时间，这些时间累积起来能够显著地缩短了研发的周期[6]。

4 结束语

国际航空产品市场竞争的激烈化，主要体现在航空产品的设计与制造水平的竞争方面。并行工程作为一种新技术，为企业在动态多变、竞争激烈的航空产品市场环境中获得优势，提供了新的思想和方法，从而给经营带来了机会。航空企业如果在产品的各个研制环节中实施并行工程，从设计初期就考虑到产品生命周期的各项因素，就可以有效地缩短产品开发周期、提高产品质量，降低产品成本，从而增加企业竞争能力。并行工程为改善航空产品的研发过程提供了有力支持，其巨大的生命力为国内外许多厂商的应用实践所证明。目前在我国航空产品研发范畴实践并行工程，仍存在许多困难和障碍，企业应从实际出发，逐步深入研究和探索，使并行工程这种先进的技术在企业内发挥其作用。