全壽命周期:新型設計管理理論-中文百科頻道

技術概述

新産品是一個相對概念，具有很強的時間性、地域性和資源性，全壽命周期設計的最終目标是盡可能在質量、環保等約束條件下縮短設計時間并實現産品全壽命周期最優。以往的産品設計通常包括可加工性設計、可靠性設計和可維護性設計，而全壽命周期設計并不隻是從技術角度考慮這個問題，還包括産品美觀性、可裝配性、耐用性甚至産品報廢後的處理等方面也要加以考慮，即把産品放在開發商、用戶和整個使用環境中加以綜合考察。

由于是對同一種産品對象進行設計，不同的設計人員很可能會設計出不同的模型，這樣往往會造成不必要的紊亂，所以為了解決這個問題，統一的模型是必不可少的。同時，為了進行這一模型的統一講解，要求工作人員在表達産品制造、生産設備和管理等方面必須擁有統一的知識表達模式。

全壽命周期設計的最重要的特點是它的集成性，要求各部門工作人員分工協作，所以注定他們的工作地點是分散的，尤其在計算機技術已經充分利用到傳統工業設計中來的時候，每個工作人員都擁有自己的工作站或終端。所以，分布式環境是全壽命周期設計的重要特點。

全壽命周期設計始終是面向環境資源（包括制造資源、使用環境等）而言的，它的一切活動都是為了使制造出來的産品能夠“一次成功”并在當地的資源環境下達到最優，而不必進行不必要的返工。在設計過程中，不僅要考慮産品功能，造型複雜程度等基本的設計特性，而且要考慮産品設計的可制造性。

全壽命周期設計的關鍵問題在于建立面向産品全壽命周期的統一的、具有可擴充性的能表達不完整信息的産品模型，該産品模型能随着産品開發進程則自動擴張并從設計模型自動映射為不同目的的模型，如可制造性評價模型、成本估算模型、可裝配性模型、可維護性模型等，同時産品模型應能全面表達和評價與産品全壽命周期相關的性能指标；面向用戶的全壽命周期的産品智能建模策略，開發相應的計算機的輔助智能導航産品建模框架系統，包括産品的全過程仿真和性能評價模型、面向全壽命周期的廣義約束模型。

複合知識的表達模型及其進化策略，全壽命周期設計涉及到大量的非數值知識，現有的簡單的數值化方法不能很好反映非數值知識的本質，不僅造成模型的失真，更使模型不易被用戶理解。

解決數值和非數值混合知識的表達和進化已成為産品全過程尋優的關鍵。

發展趨勢

國内外發展現狀

由于市場競争的日益激烈，人們開始認識到有效利用企業資源的重要性。發達國家從1968年就提出：應該設計出能一次生産成功的産品，以有效利用生産資源，獲得最大的效益。美國總統防務咨詢委員會早在1986年就向總統報告：“武器系統的開發周期太長，生産費用太高，且使用效果不盡人意。”為此，美國國防部指示防禦分析研究所對相關的全壽命周期設計及其用于武器系統的可行性進行研究。

于1988年10月提交了題為“并行工程在武器系統采購中的作用”的研究報告，建立了并行工程研究中心（CERC）。它緻力于并行工程的設計、開發和促進技術以及相應的實踐和标準工作。該中心的技術已在全國範圍内得到了廣泛的應用。美國國防部在軍工生産中也在向全壽命周期設計方向發展，其武器系統的試驗項目、全規模開發項目及生産項目都采用了這種方法，與此同時，很多支持全壽命周期設計的工具軟件也在研制和開發中。

通過“九五”攻關和國家863項目的組織實施，我國在CAD/CAM、并行工程、工程廣義優化和全壽命周期設計技術方面有了較好的基礎，浙江大學、華中理工大學、清華大學、北京航空航天大學、上海交通大學和其他院校相繼開展了并行優化、并行工程技術的研究工作。早在1991年，這些院校已經開始認識到開展并行工程技術研究的重要性。他們一直緻力于并行工程環境的研制工作，并取得了顯着的成績。

發展趨勢

從産品的全壽命周期設計的發展過程來看，它的發展肯定是從簡單到複雜、從小領域發展到大領域。美國的DEC公司的專家提出了建立并行工程自動化環境的幾個階段，應用于全壽命周期設計也同樣适用：内部可操作工具及任務；内部可操作計算環境；産品數據管理；過程管理和決策支持。

發展第一階段僅限于實現單個任務内部的集成；第二、第三階段可實現任務之間的集成；第四階段實現全過程的集成；第五階段為高級階段，可根據現有産品要求及曆史經驗，給各級管理者和設計者提供決策支持。

美國的全壽命周期設計發展很快，已形成了多層次的集成軟件框架産品，當前正緻力于開發過程軟件框架。在設計自動化方面，電子設計自動化進展得較快，設計工具正從CAX向DFX（Design for X）方向發展，并已較完整。機械設計自動化，由于産品本身複雜，正在不斷完善，基于STEP的标準發展較迅速，已經從CAD擴展到全過程，并正在發展中。

無疑，當前中國應當走這條路，并完全可以跳過第一階段，而以第二、第三階段為基礎，主攻第四階段，在今後10年中，要盡量向第五階段發展。當然，這需要軟件方面的大力支持。

市場需求

全壽命周期設計是跨世紀的現代企業特征，它強調技術、組織和人員素質的集成，采用并行的、小組化的工作方式，不斷提高産品質量，降低成本，以增強企業的應變的競争能力。

現代設計方法要求在初始設計階段就将産品的功能需求轉化為設計概念、初步設計參數，再将這些參數往下傳遞，以約束後續的進一步詳細設計。全壽命周期設計要求在設計過程中盡早考慮後續階段對設計施加的設計約束，以達到“一次成功”，從而減少在設計後期發現錯誤而導緻的返工。

現代制造業再也不象本世紀初那樣長期生産單一的産品了，任何産品都需要在很短的時間内做出新改進，而且品種要相對增多，以适應市場的需求。由于時間短，因此也就決定了産品設計必須滿足小批量、多品種的要求，但這并不是說産品結構會越來越簡單，而是恰恰相反會越來越複雜。全壽命周期設計恰好能滿足這一特點。

當前社會已經進入到計算機時代，通過計算機輔助設計，可以非常逼真地模仿設計的各個過程，降低成本。所以，對于我國的機械制造業來說，必須大力推廣計算機的應用，以提高經濟效益。

産品數據共享是企業過程自動化的基礎，當然也是全壽命周期設計的基礎。數據庫涉及到幾何、拓撲等定義信息，也涉及到産品結構、開發過程等管理信息。因此如何優化數據庫環境、減少查詢時間就成為了今後企業發展的必要環節。

發展前沿

全壽命周期設計的基本内容就是面向制造及其維護和回用處理的設計，實現産品全壽命周期的最優化，所借助的手段是并行設計，而要順利完成設計任務的基礎是設計過程和數據的管理。

成型産品很大一部分可以使用權設計産品化，也可以進一步商品化，但在我國，由于沒有一個合理的設計過程，很多圖紙上的産品不能及時轉化為實際的産品，采用面向制造的設計技術，是改變一現狀的關鍵。并行設計強調從産品開發的初始階段就考慮壽命周期後續活動對産品綜合性能的影響及産品各方面屬性的聯系，以達到最優的産品性能。于是可以縮短産品開發周期，以提高産品競争力。

全壽命周期設計會産生大量的數據和信息，它們都将存儲到數據庫中，産品數據管理可以保證數據的一緻性和共享性。保證最有效地利用和調度企業的各種資源，及早發現錯誤，縮短産品開發時間。