工程产品开发过程

工程产品集成开发过程工程产品集成开发过程 机电工程学院机电工程学院 机械工程系机械工程系 第第1 1章章 内容提要内容提要 3.3.集成开发环境框架结构简介集成开发环境框架结构简介 2.2.系统集成开发（系统集成开发（IPPDIPPD）概念）概念 4.4.集成开发环境成功案例集成开发环境成功案例 1.1.研究背景研究背景 5.5.集成开发的几个关键技术集成开发的几个关键技术 1.研究背景研究背景 产品开发产品开发 零件零件 复杂系统复杂系统/ /产品产品 1.研究背景研究背景 如何进行复杂产品的开发如何进行复杂产品的开发? ? 1.研究背景研究背景 概念性设计概念性设计 初步设计初步设计 详细设计详细设计 原型机试制原型机试制 原型机试飞原型机试飞 批生产准备批生产准备 飞 机 设 计 飞 机 设 计 的 一 般 的 一 般 过 程 过 程 参数选择参数选择 性能估算性能估算 外型修改外型修改 几何建模几何建模 结构布置结构布置 气动计算气动计算 性能分析性能分析 几何外形、结构设计几何外形、结构设计 电子样机电子样机 强度计算强度计算 设计标准规范设计标准规范 装配设计装配设计 1.研究背景研究背景 集集 成成 的的 开开 发发 网络化开发网络化开发 1.研究背景研究背景 大团队，多学科，分布式，多工具，大量数据大团队，多学科，分布式，多工具，大量数据 体协结构级体协结构级 系统级系统级 子系统级子系统级 装配级装配级 部件级部件级 零件级零件级 概念概念 设计设计初步初步 设计设计 详细详细 设计设计 制造制造 维护维护 结构结构 热学热学 流体流体 力学力学 电磁学电磁学 层级结构层级结构 系统生命周期系统生命周期 工程学科工程学科 项目级项目级含有大量的组成元素 含有大量的接口 涉及大量分布于各地的设 计团队的参与 涉及大量复杂的设计过程 需要调用各种不同的工具 软件 涉及众多学科领域 复杂产品（如导弹、卫星、航空发动机等）的设计通常涉及众多的设计人员， 海量的数据资源，不同领域的软件工具，复杂的设计流程，是一个需要经过多 个设计阶段逐步细化的、反复的过程，是人员、资源、工具和过程的综合。 1.研究背景研究背景 1.研究背景研究背景 控制模式问题控制模式问题 产品设计与开发具有分布、异构性特征，而且部门之间不希望完产品设计与开发具有分布、异构性特征，而且部门之间不希望完 全共享私有数据，每个任务或子过程所使用的信息不完全公开，全共享私有数据，每个任务或子过程所使用的信息不完全公开， 受访问权限的控制。受访问权限的控制。 应用集成问题应用集成问题 提供必要的集成能力，可以将新的计算、设计与分析技术有效接提供必要的集成能力，可以将新的计算、设计与分析技术有效接 入设计环境。入设计环境。 协同通讯问题协同通讯问题 通过消息传递机制或相关访问协议实现地理分布条件下，团队及通过消息传递机制或相关访问协议实现地理分布条件下，团队及 团队成员之间的同步团队成员之间的同步( (实时实时) )和异步和异步( (非实时非实时) )协同。协同。 资源配置与组织问题资源配置与组织问题 允许每个参与的组织和部门在该环境支持下，在产品生命周期的允许每个参与的组织和部门在该环境支持下，在产品生命周期的 各个阶段中，及时有效的进行产品设计工作。各个阶段中，及时有效的进行产品设计工作。 涉及的问题涉及的问题 工程工具和方法的访问和重用工程工具和方法的访问和重用 工具组合的自动化执行工具组合的自动化执行 设计团队之间的协作设计团队之间的协作 产品数据的统一表达和管理产品数据的统一表达和管理 ? ? ? ? ? 设计团队A 设计团队B 设计团队C 设计团队D 1.研究背景研究背景 1.研究背景研究背景 复杂产品复杂产品/ /系统（如导弹、卫星等）的开发：系统（如导弹、卫星等）的开发： 涉及多个子系统和学科交叉迭代的复杂的开发过程；涉及多个子系统和学科交叉迭代的复杂的开发过程； 众多的分布于各地的设计团队；众多的分布于各地的设计团队； 海量的数据资源；海量的数据资源； 不同领域的软件工具参与和应用。不同领域的软件工具参与和应用。 开发过程是一个需要经过多个开发阶段逐步细化的、综合的过程。开发过程是一个需要经过多个开发阶段逐步细化的、综合的过程。 传统单一的计算机辅助工具、方法已经不能胜任复杂工程产品的传统单一的计算机辅助工具、方法已经不能胜任复杂工程产品的 系统开发任务。系统开发任务。 零件优 化设计 制造过 程优化 组织 结构 单一 环境 单一的 优化、环境 集成产品与过程 开发技术 海量的数 据资源 不同领域 工具 复杂开发 过程 复杂产品 开发 设计团队 集成化、系统化开发 Mfg. Rapid Prototyping Graphics Doc. Manual Suppliers DMU/Vis. Parts CMM Robotics Analysis CAM 结构化 流程 集成环境 生命期 规划 1.研究背景研究背景 2.2.系统集成开发的概念系统集成开发的概念 从从19731973年美国的年美国的Joseph HarringtonJoseph Harrington首次提出首次提出CIMSCIMS（Computer Computer Integrated Manufacturing SystemIntegrated Manufacturing System）的概念至今，全球制造业）的概念至今，全球制造业 的生产率、管理模式、组织结构和协作水平都有了很大变化。的生产率、管理模式、组织结构和协作水平都有了很大变化。 上市时间（上市时间（TimeTime）、产品性能（）、产品性能（PerformancePerformance）、成本（）、成本（CostCost） 是全球制造企业面临的主题。是全球制造企业面临的主题。 在追求最优化指标的过程中，在追求最优化指标的过程中，CIMSCIMS技术不断向纵深发展，提技术不断向纵深发展，提 出了并行工程（出了并行工程（Concurrent EngineeringConcurrent Engineering）、敏捷制造（）、敏捷制造（Agile Agile ManufacturingManufacturing）、虚拟制造（）、虚拟制造（Virtual ManufacturingVirtual Manufacturing）、和计）、和计 算机支持的协同工作（算机支持的协同工作（Computer Supported Collaborative Computer Supported Collaborative WorkWork）等涉及技术、管理对策的新概念。）等涉及技术、管理对策的新概念。 2.2.系统集成开发的概念系统集成开发的概念 集成产品和过程开发集成产品和过程开发 (Integrated Product (Integrated Product and Process and Process Development, IPPD)Development, IPPD)是众是众 多先进制造模式中一个共多先进制造模式中一个共 性的指导原则和特征。性的指导原则和特征。 虚拟制造 协同工作 敏捷制造 并行工程 产品与过 程集成 工程产品的多样性、复杂性的发展，工程产品的多样性、复杂性的发展， 使人们不断寻求新的开发手段。使人们不断寻求新的开发手段。 产品与过程集成做为一个统一的概产品与过程集成做为一个统一的概 念实体，是开发过程中一个单元逐念实体，是开发过程中一个单元逐 步向前推进，代表了目标产品，是步向前推进，代表了目标产品，是 一个实体的两个方面。一个实体的两个方面。 什么是什么是IPPDIPPD？ IPPDIPPD是一个层次化集成的是一个层次化集成的管理过程管理过程，也是一个，也是一个高效的开发过程高效的开发过程， 是系统工程理论工程化的实现。是系统工程理论工程化的实现。 它集成从产品概念到生产和维护的所有必要活动，采用多学科它集成从产品概念到生产和维护的所有必要活动，采用多学科 团队并行优化产品及其设计、制造、维护等开发过程，以满足系统团队并行优化产品及其设计、制造、维护等开发过程，以满足系统 的成本和性能指标。的成本和性能指标。 集成产品与过程开发作为一个广义的、高层次系统开发的管理集成产品与过程开发作为一个广义的、高层次系统开发的管理 核心，它是复杂系统开发过程的环境，也是支持开发过程的框架平核心，它是复杂系统开发过程的环境，也是支持开发过程的框架平 台。台。 2.2.系统集成开发的概念系统集成开发的概念 并行工程要求开发人员从设计一开始就全面考虑产品全生命期的并行工程要求开发人员从设计一开始就全面考虑产品全生命期的 各种因素，达到缩短产品开发周期，提高产品质量，降低产品成本，各种因素，达到缩短产品开发周期，提高产品质量，降低产品成本， 进而增强企业竞争能力的目标。进而增强企业竞争能力的目标。并行工程是在并行工程是在IPPDIPPD的项目实施层中，的项目实施层中， 针对具体开发任务而采用的一种高效开发模式。针对具体开发任务而采用的一种高效开发模式。 协同设计是指地域分散的群组借助计算机等相关技术的支持，协同设计是指地域分散的群组借助计算机等相关技术的支持， 协同完成一项共同任务的工作模式。协同完成一项共同任务的工作模式。协同设计技术也是为更好实协同设计技术也是为更好实 施施IPPDIPPD而采取的一种先进技术手段。而采取的一种先进技术手段。 IPPDIPPD与并行工程、协同设计的关系与并行工程、协同设计的关系 2.2.系统集成开发的概念系统集成开发的概念 3.3.集成开发环境集成开发环境框架结构框架结构 高层管理 设 计制 造测 试 工作层的集成管理监控和 评审 具体任务开发，支持 产品成本、性能、规 划、质量目标； 明确各领域用户需 求； 各领域战略规划； 监测、配置管理。 高层战略规划； 高层协调、决策。 实施 高层管理 设 计制 造测 试 工作层的集成管理 高层管理 设 计制 造测 试 工作层的集成管理监控和 评审 具体任务开发，支持 产品成本、性能、规 划、质量目标； 明确各领域用户需 求； 各领域战略规划； 监测、配置管理。 高层战略规划； 高层协调、决策。 实施 IPPDIPPD的三个层次的内容的三个层次的内容 3.3.集成开发环境集成开发环境框架结构框架结构 从上到下的开发过程监管从上到下的开发过程监管 功能领域分析 功能需求分析 综合能力文档 战略规范 项目整体概念 可操作概念 联合目标 为项目实施层提供 最初开发能力文档 功能领 域协调 集成需求 建立集成团队 开发管理策略 任务分配策略 建立评测标准 商业案例分析 产品过程集成 完成合同 财政支持 高层 工作层 项目实施层 功能领域分析 功能需求分析 综合能力文档 战略规范 项目整体概念 可操作概念 联合目标 为项目实施层提供 最初开发能力文档 功能领 域协调 集成需求 建立集成团队 开发管理策略 任务分配策略 建立评测标准 商业案例分析 产品过程集成 完成合同 财政支持 高层 工作层 项目实施层 集成开发过程的推进集成开发过程的推进: : 高层首先提出项目高层首先提出项目 的整体概念和目标的整体概念和目标; ; 分析并协调各功能分析并协调各功能 领域需求，制定描述领域需求，制定描述 各功能领域协调目标各功能领域协调目标 的综合能力文档的综合能力文档; ; 为项目实施层的具为项目实施层的具 体实施制定出最初的体实施制定出最初的 开发能力文档。开发能力文档。 3.3.集成开发环境集成开发环境框架结构框架结构 需求驱动、基线控制的