摘要：并行设计系统是一种以集成方式设计产品以及制造和支持等相关过程的系统化方法。与传统的串行设计相比，并行设计的优势无可比拟，采用快速成型技术来实现的并行设计系统，打破三维数字模型存在一些致命的缺陷，使设计者在设计的最初阶段就能拿到实在的模型或样品，并且可在不同的阶段提出和解决设计方案的各种问题，实现无障碍交流，因此，快速成型技术是真正实现并行设计的强有力手段。
关键词： 并行设计系统
设计方法
快速成型
并行工程(Concurrent Engineering，CE)是一种工程方法论，是随着并行设计的发展而出现的一个概念，并行工程是一种以集成方式【并行地】设计产品以及制造和支持等相关过程的系统化方法。
一、串行设计与并行设计
传统串行的产品设计与开发过程，以顺序的任务方式进行的，整个过程被分割成串行的若干阶段，下游阶段的启动需以上一个阶段的结束作为前提，阶段与阶段之间具有较为明显的停顿和交接，整个过程中信息及各领域产品开发人员间的意见交流仅限于毗邻的两个阶段，无法完成信息的及时反馈与交流。这种方法必然导致产品的设计与制造之间存在严重的隔阂，因此与传统的串行设计相比，并行工程是对产品及其相关过程(包括制造和支持过程)进行集成、并行设计的一种系统性工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期【从概念形成到产品报废处理)中的所有因素，包括质量、成本、进度及用户需求，在产品开发过程中的各个阶段的工作交叉进行，以使设计出来的产品能达到一次性成功。
二、并行设计系统的实现
在传统的设计方法中，由于设计者自身的能力有限，不可能在短时间内仅凭借自己对产品的使用要求的理解就能把产品各方面的问题都考虑的很周全。而串行的设计系统很难与机械机构设计师、市场销售人员等相关部门做到高效的交流互动，因此造成了设计效率低下，延长设计周期，甚至错过市场机遇。在产品设计中引入并行工程实现产品并行设计系统，可以使产品开发在早期阶段能全面考虑产品开发过程中的各种因素，从而缩短产品卡发周期，提高产品质量，降低成本。
并行工程应用至产品开发过程中就是打破传统的组织机构带来部门分割封闭的观念，强调各部门协同工作的效应，重建产品开发过程并运用先进的设计方法学，在产品设计的早期阶段就考虑其后期发展的所有因素，提高产品设计、制造的一次成功率。并行设计的核心是过程集成，更侧重时间上的协同，这是一种集成地、平行地处理产品设计、制造及其相关过程的方法。下面是两个关于并行设计方法的描述性模型。
并行设计的环节重叠模型
(一)、环节重叠和压缩模型：大多数关于并行设计的论述把并行设计的过程描述成一个活动环节重叠、压缩的过程。这样在产品开发的每个环节执行过程中均与上一环节的相关人员进行交流，充分考虑下一环节可能遇到的问题，相互并提出设计意见，从而提高产品设计的效率。
(二)、圆桌模型：因为影响产品设计效率及设计成功率的因素有很多，每一环节出了问题都可能导致其它环节的瘫痪，因此在并行设计中采用如圆桌会议的方式能够使产品设计的各部门如坐在一张圆桌上一样进行交流研究，共同参与产品设计的每一环节。(图2)。
并行设计的方法主要有以上两种，其目的在于在于设计过程的集成化、系统化，产品开发的所有部门共同参与产品开发的每一环节。而实现并行设计的关键在于各部门之间的信息交流和知识共享，而传统的设计信息交流方式主要靠面谈或通过电话等通讯工具讨论加以解决。但这些方式很难做到及时、充分的协商和讨论。因此一项大的设计任务接口问题难免出现差错，这正是设计过程不断反复修改的主要原因。虽然在现代设计领域中，造型设计师与结构设计师都是利用计算机辅助设计绘出效果图和工程图，通过网络共享设计数据等信息资源，来同步考虑产品设计与制造的上下游问题，从而实现并行设计，但仍然存在着一定的障碍。如在造型设计阶段，产品造型设计师通过绘制效果图来表达自己的创意，在交流的过程中其它部门的人员通过效果图来理解设计方案，由于效果图是一种理想状态下的平面图，很容易引起视觉偏差，导致效果图漂亮而实际制作出来并不尽人意的情况。另外效果图能否充分表达设计创意、能够表达出设计的每一个细节也值得怀疑。
三、快速成型体现的优势
在产品机械结构设计阶段，结构工程师设计表达一般利用两种方法，一种是利用CAD绘制平面工程图，另一种是利用三维工程软件(CATIA、UG、Pro／E等)绘制三维模型。在与其他部门交流的过程中只能靠平面图纸或带电脑当场演示，由于其它部门人员缺乏工程相关知识，根本看不懂图纸，因此无法交流，三维数字模型虽然有很强的直观性，在三维软件中可进行结构、性能分析、也可以进行模拟装配，可以进行外观造型的渲染，甚至可以在虚拟现实环境下进行操作和使用，但也无法取代三维实体模型，因为三维数字模型存在一些致命的缺陷如：数字模型无法提供产品的全部信息(如手感)；数字模型只能模拟已知的环境条件；三维空间中的实体模型比二维屏幕上的数字模型更具有真实感和可触摸型等，因此只是凭视觉判断，对于复杂设计很容易忽略或遗漏一些重要信息。而利用模型或样机能够更加形象、直观、准确的表达设计思想，实现真正的无障碍交流。传统制造实物模型和样机的方法是手工制作或采用机加工的方法制作，时间长、成本高、制作精度也不够，特别是遇到形状复杂的设计时模型的误差更大，周期长，从而影响了设计的表达，不能达到交流的目的，延长设计周期。采用快速成型技术，设计者在设计的最初阶段就能拿到实在的模型或样品，并且可在不同的阶段快速地修改重做，根据精确模型或样机让各部门人员判断设计方案的各种问题，提出建设性意见，实现无障碍交流，从而为产品开发创造一个良好的设计环境，尽快得到优化结果。因此，快速成型技术是真正实现并行设计的强有力手段。
并行设计在美国、德国和日本一些西方发达国家已经得到广泛应用，其领域包括汽车飞机、计算机、机械和电子等行业，并且把并行工程作为提高效率、降低成本的重要手段。美国波音(Boeing)公司在1994年向全世界宣布，波音777飞机采用并行工程的方法，大量使用CAD／CAM技术，实现了无纸化生产，试飞—次成功，并行工程的应用及其设计制造信息化的应用使波音公司把777的研制周期从757和767的9-1 0年时间缩短为4年多，创造了显著的经济效益和市场竞争能力；德国人基于并行设计的理念，设计了易于制造的ME-109型战斗机，全部设计制造时间只有4000小时，而与之相当的英国喷火式(Spitfire)战斗机的设计制造时间是13000小时。日本的丰田公司采用经理分则的并行工程方法，使各个阶段同步或交叉进行，大大提高了产品开发的效率。
综上所述，并行设计的优势是传统串行设计无法比拟的，并行设计可使产品设计与制造之间的信息共享，使整个产品开发团队从设计的一开始就全部参与进来，尽早地发现问题并解决之，避免没有必要的返工，从而缩短产品设计周期，更快反应市场，降低企业开发成本，增强企业的核心竞争力。从并行设计的本质可以看出实现并行设计的核心问题就是信息沟通与知识共享，而只有通过设计模型或样机才能实现无障碍沟通，快速成型技术能够快速、精确地制作出设计模型或样机，因此快速成型技术能够为并行设计的实施提供一个无障碍交流的平台，是实现并行设计强有力的技术支持，利用快速成型技术能够实现并行设计系统的良好运转。
参考文献：
1.熊光楞，张和明，李伯虎，并行工程在我国的研究和应用，计算机集成制造系统.2000
2.周生祥，智能化CAD，CAPPC，AM集成技术的研究与实现，博士学位论文.1998
3.徐有忠，并行设计系统的若干关键技术问题研究及其原型实现，博士学位论文.2003
