隨著商業飛機的不斷發展，波音公司在原有模式下的產品成本不斷增加，並且積壓的飛機越來越多。在激烈的市場競爭當中，波音公司是如何用較少的費用設計制造高性能的飛機？資料分析表明，產品設計制造過程中存在著巨大的發展潛力，節約開資的有效途徑是減少更改、錯誤和返工所帶來的消耗。壹個零件從設計完成後，要經過工藝計劃、工裝設計制造、制造和裝配等過程，在這壹過程內，設計約占15％的費用，制造占85％的費用，任何在零件圖紙交付前的設計更改都能節約其後85％的生產費用。
案例分析及具體做法
過去的飛機開發大都延用傳統的設計方法，按專業部門劃分設計小組，采用串行的開發流程。大型客機從設計到原型制造多則十幾年，少則七到八年。波音公司在767－X的開發過程中采用了全新的“並行產品定義”的概念，通過優化設計過程集合了最新管理方案，改善設計，提高飛機生產質量，降低成本，改進計劃，實現了三年內從設計到壹次試飛成功的目標。
波音公司並行設計與傳統開發方式的比較
波音公司在新型767－X飛機的開發中，全面應用CAD/CAM系統作為基本設計工具，使得設計人員能夠在計算機上設計出所有的零件三維圖形，並進行數字化預裝配，獲得早期的設計反饋，便於及時了解設計的完整性、可靠性、可維修性、可生產性和可操作性。同時，數字化設計文件可以被後續設計部門***享，從而在制造前獲得反饋，減少設計更改。
（1）100％數字化產品設計
飛機零件設計采用CATIA設計零件的3D數字化圖形。采用CATIA系統設計飛機的零件，可方便地設計3D實體模型，並很容易在計算機上進行裝配，檢查幹涉與配合情況，也可利用計算機精確計算重量、平衡、應力等特性。直觀的零件圖有助於外觀設計，並能幫助了解裝配後的情況。另外，可以很容易地從實體中得到剖面圖；利用數字化設計數據驅動數控機床加工零件；產品插圖也能更加容易、精確地建立；用戶服務組可利用CAD數據編排技術出版用戶資料。
所有零件設計都只形成唯壹的數據集，提供給下遊用戶。針對用戶的特殊要求，只對數據集修改，不對圖紙修改。每個零件數據集包括壹個3D模型和2D圖，數控過程可用到3D模型的線架和曲面表示。
（2）3D實體數字化整機預裝配
數字化整機預裝配是在計算機上進行建模和模擬裝配的過程，用於檢查幹涉配合問題，這個過程以設計***享為基礎。數字化整機預裝配將協調零件設計、系統設計（包括管線、線路布置），檢查零件的安裝和拆卸情況。數字化整機預裝配的應用將有效地減少因設計錯誤或返工而引起的工程更改。
隨著新壹代數字化整機預裝配軟件工具的不斷出現，其功能將包括幹涉配合檢查，選擇最佳精度。數字化整機預裝配可以在發圖前輔助設計員消除幹涉現象。設計員能搜索並進入其他相關設計系統中檢查設計協調情況。其他設計小組如工程分析、材料、計劃、工裝、用戶保障等也陸續介入設計範圍，並在發圖前向設計員提供反饋信息。
（3）並行產品設計（CPD）
並行產品設計是對集成、並行設計及其相關過程的研究（包括設計、制造、保障等）。並行設計要求設計者考慮有關產品的所有因素，包括質量、成本、計劃、用戶要求等。要充分發揮並行設計的效能，還需以下因素的支持：
①多方面培養設計人員，合理配置設計制造團隊、集成產品設計、制造及保障過程。
②利用CAD/CAE/CAM保障集成設計、協同產品設計、***享產品模型、***享數據庫。
③利用多種分析工具優化產品設計、制造、保障過程。
表8－1 波音767－X開發方式與傳統方式的比較
767－X方式
傳統方式
工程設計員
在CATIA上設計和發圖
利用數字化預裝配設計管路、線路、艙
利用數字化整機預裝配確保滿足要求
利用數字化整機預裝配檢查、解決幹涉
利用CATIA進行產品插圖
在硫酸紙上設計發圖
在硫酸紙上設計
利用樣機
在生產制造過程處理
利用樣件手工繪制
工程分析員
用CATIA進行分析
發圖前完成設計載荷分析
用圖紙分析
鑒定期完成
制造計劃員
與設計員並行工作
在CATIA上設計工程零件樹
用CATIA建立插圖計劃
檢查重要特征，輔助軟件改型管理
常規順序
設計－900零件
建立mfg.工程圖
無
工裝設計員
與設計員並行工作
用CATIA設計工裝並發圖
用CATIA允安裝檢查、解決幹涉問題
零件－工裝允裝配，確保滿足要求
常規順序
用硫酸紙設計
在生產工裝時處理
在生產工裝時處理
NC程序員
與設計員並行工作
用CATIA生成和檢查NC過程
常規順序
用其他系統
用戶服務組
與設計員並行工作
用CATIA設計所有地面保障設備並發圖
技術出版利用工程數據出版資料
零件與地面保障設備預裝配，確保滿足要求
常規順序
用硫酸紙設計
手工插圖
生成零件/工裝
協調人員
設計制造團隊
各種機構
集成產品開發團隊
波音公司在商業飛機制造領域積累了75年的開發經驗，成功地推出了707~777等不同型號的飛機。在這些型號開發中，產品開發的組織模式在很大程度上決定了產品開發周期。下圖表示了這些型號開發的組織模式演變過程。
777的產品開發隊伍是按功能劃分的IPT，如電子IPT、機械IPT、結構IPT等。
IPT作為壹種新的產品開發組織模式，與企業的文化背景和社會環境密切相關。這裏我們對國外的IPT組織結構和管理模式進行了總結，作為國內企業實施並行工程時建立IPT的參考。
①IPT是按產品結構的縱向線劃分的，根據產品的零部件組成方式，IPT是遞階層次關系。
②IPT的成員來自各功能部門，他們代表產品生命周期的各個環節在開發過程中作出決策，集體對IPT所開發的產品負全部責任。與過去的工作方式相比，最大的區別在於IPT成員從IPT組長獲得日常工作指令，並且鼓勵跨學科的信息***享和實時交換，取消常用的遞階式審簽制度。
③IPT組長從總任務出發，定義產品開發計劃、活動、角色、資源等。相對獨立的任務仍舊由功能部門單獨執行。
④功能部門負責根據IPT負責人定義的任務角色指派相應的人員承擔，並且為承擔任務的人員配置必要的工作環境。壹個角色可以由多個人作為小組承擔，壹個人也可以承擔多個角色。
⑤IPT組長和功能部門的負責人分別從任務執行情況和日常工作表現確定IPT成員的業績。由於功能部門提供了人員和工作條件，他們必須得到IPT的管理部門的經費支持。
⑥IPT本身和IPT中的角色具有生命周期，產品開發任務完成以後，他們仍回到功能部門中去。實現IPT的工作模式需要計算機和網絡環境的支持。
IPT包括各個專業的技術人員，他們在產品設計中起協調作用，制造過程IPT成員的盡早參與，最大程度的減少更改、錯誤和返工。
改進產品開發過程
為什麽波音公司在過去的十多年中也采用了CAD/CAM系統卻沒有明顯地加快進度、降低費用和提高質量呢？原因是其開發過程和管理還停留在原來的水平上，CAD/CAM系統的應用能有效地減少更改和設計返工的次數，設計進程也大大加快，由此而帶來的效益遠比減少更改和返工所帶來的直接效益大。波音767－X采用全數字化的產品設計，在設計發圖前，設計出767－X所有零件的三維模型，並在發圖前完成所有零件、工裝和部件的數字化整機預裝配。同時，采用其它的計算機輔助系統，如用於管理零件數據集與發圖的IDM系統，用於線路圖設計的WIRS系統，集成化工藝設計系統，以及所有下遊的發圖和材料清單數據管理系統。由於采用了壹些先進的計算機輔助手段，波音公司在767－X開發時改進了相應的產品開發過程，如在發圖前進行系統設計分析，在CATIA上建立三維零件模型，進行數字化預裝配，檢查幹涉配合情況，增加設計過程的反饋次數，減少設計制造之間的大返工。
下面對幾個主要的設計過程進行描述。
（1）工程設計研制過程
設計研制過程起始於3D模型的建立，它是壹個反復循環過程。設計人員用數字化預裝配檢查3D模型，完善設計，直到所有的零件配合滿足要求為止。最後，建立零件圖、部裝圖、總裝圖模型，2D圖形完成並發圖。設計研制過程需要設計制造團隊來協調。
（2）數字化整機預裝配過程
數字化預裝配利用CAD/CAM系統進行有關3D飛機零部件模型的裝配仿真與幹涉檢查，確定零件的空間位置，根據需要建立臨時裝配圖。作為對數字化預裝配過程的補充，設計員接受工程分析、測試、制造的反饋信息。數字化預裝配模型的數據管理是壹項龐大、繁重的工作，它需要壹個專門的數字化預裝配管理小組來完成，確保所有用戶能方便進入並在發圖前作最後的檢查。
（3）數字化樣件設計過程
767－X利用CAD/CAM系統進行數字化預裝配，數字化樣件設計過程負責每個零件設計和樣件安裝檢查。
（4）區域設計（AM）
區域設計是飛機區域零件的壹個綜合設計過程，它利用數字化預裝配過程設計飛機區域的各類模型。區域設計不僅零件幹涉檢查，而且包括間隙、零件兼容、包裝、系統布置美學、支座、重要特性、設計協調情況等。區域設計由每個設計組或設計制造團隊成員負責，各工程師、設計員、計劃員、工裝設計員都應參與區域設計。區域設計是設計小組或設計制造團隊每個成員的任務，它的完成需要設計組、結構室、設計制造團隊的通力協作。
（5）設計制造過程
設計制造團隊由各個專業的技術人員組成，在產品設計中起協調作用，最大程度的減少更改、錯誤和返工。
（6）綜合設計檢查過程
綜合設計檢查過程用於檢查所有設計部件的分析、部件樹、工裝、數控曲面的正確性。綜合設計檢查過程涉及到設計制造團隊和有關質量控制、材料、用戶服務和子承包商，壹般在發圖階段進行。有關人員定期檢查情況，對不合理的地方提出更改建議。綜合設計檢查是設計制造團隊任務的壹部分。
（7）集成化計劃管理過程
集成化計劃管理是壹個提高聯絡速度、制定制造工藝計劃、測試及飛機交付計劃的過程。集成化計劃管理過程不但制定壹些專用過程計劃，而且對整個開發過程的各種計劃進行綜合。集成化計劃的管理，將提高總體方案的能見度。
采用DPA等數字化方法與工具在設計早期盡快發現下遊的各種問題
數字化整機預裝配（DPA）是壹個計算機模擬裝配過程，它根據設計員、分析員、計劃員、工裝設計員要求，利用各個層次中的零件模型進行預裝配。零件是以3D實體形式進行幹涉、配合及設計協調情況檢查。利用整機預裝配過程，全機所有的幹涉能被查出，並得到合理解決。波音757的1600～1720站位之間的46段，約1000個零件，它們需要容納於12個CATIA模型中進行數字化預裝配。
利用數字化預裝配過程，工程設計要驗證所有設計幹涉自由、所有配合良好，這就使過程極少更改。數據集在沒有經過最後的審批不能發圖，這個最後的檢查降低了風險，保障了發圖後無零件幹涉。
數字化整機預裝配是在計算機上進行建模和模擬裝配的過程，用於檢查幹涉配合問題，這個過程以設計***享為基礎。數字化整機預裝配的應用將有效地減少因設計錯誤或返工而引起的工程更改。隨著新壹代數字化整機預裝配軟件工具的不斷出現，其功能將包括幹涉配合檢查，選擇最佳精度。數字化整機預裝配可以在發圖前輔助設計員消除幹涉現象。設計員能搜索並進入其他相關設計系統中檢查設計協調情況。其他設計小組如工程分析、材料、計劃、工裝、用戶保障等也陸續介入設計範圍，並在發圖前向設計員提供反饋信息。數字化整機預裝配將協調零件設計、系統設計（包括管線、線路布置），檢查零件的安裝和拆卸情況。
大量應用CAD/CAM/CAE技術，做到無圖紙生產
（1）采用100％數字化技術設計飛機零部件
飛機零件數字化設計采用CATIA設計零件3D圖形。采用該系統，飛機零件可方便地被設計為3D實體模型，並很容易在計算機上進行裝配，檢查幹涉與配合情況，也可利用計算機精確計算重量、平衡、應力等特性。直觀的零件圖有助於外觀設計，並能幫助了解裝配後的情況。另外，可以很容易地從實體中得到剖面圖；利用數字化設計數據驅動數控機床加工零件；產品插圖也能更加容易、精確地建立；用戶服務組可利用CAD數據編排技術出版用戶資料。767－X中的所有零部件都采用數字化技術進行設計，所有零件設計都只形成唯壹的數據集，提供給下遊用戶。
（2）建立了飛機設計的零件庫與標準件庫
盡量減少新的零件設計能極大地節約費用。基於這壹認識，767－X開發中建立了大量的零件庫，包括接線柱、角材、支架等。零件庫存儲於CATIA系統中，並與標準件庫相協調，設計人員可以方便地查找零件庫。充分利用現有的零件庫資源能有效減少零件設計、工藝計劃、工裝設計、NC加工程序等帶來的費用。標準件庫包括緊固件、墊圈、連接件、墊片、軸承、管道接頭、壓板等，這些標準件存儲於CATIA標準圖庫中。設計人員可直接從標準件庫中選擇所需的零件。
（3）采用CAE工具進行工程特性分析
應力分析：技術人員直接利用3D數字化零件模型進行設計應力計算、載荷數據分析和元件安全系統計算等。
重量分析：分析人員利用3D數字化零件模型進行重量分析，可獲得精確的零件重量、重心、體積和慣性矩等。當進行全機數字化模型總裝時，分析人員能跟蹤各部件重量、重心的裝配情況。
可維修性分析：設計人員在設計時還應考慮飛機維修時對飛機的結構、系統的空間要求，設計相應的維修口蓋，保障維修順利進行。這壹步在數字化設計時完成。
噪音控制工程：利用飛機外形詳圖進行飛機外形鑒定和噪音數據分析，所得結果傳送給有關的設計人員。這壹過程利用計算機工具Apollo工作站上完成。
（4）計算機輔助制造工程與NC編程
計算機輔助制造過程通過提供可生產性輸入和增加附加信息到數據庫以改進工程設計，從而滿足部裝和總裝要求。在工程發圖前，NC程序員利用CATIA工具進行零件線架和表面的數控編程，必要時在計算機上模擬數控加工的過程，從而減少了設計更改、報廢和返工，並縮短了開發流程。
（5）計算機輔助工裝設計
工裝設計人員利用設計人員提供的3D零件模型設計工裝的3D實體模型或2D標準工裝，保證零件基準，計算機系統將存儲有關工裝定位數據。同時建立工裝的數字化預裝配系統，利用3D數字化數據集模擬檢查零件－工裝、工裝－工裝之間的幹涉與配合情況。工裝數據集提供給下遊的用戶，如工裝計劃用於工裝分類和制造計劃、NC工裝程序提供給NC數據集，用於NC研證或給車間進行生產。
利用巨型機支持的產品數據管理系統輔助並行設計
要充分發揮並行設計的效能，支持設計制造團隊進行集成化產品設計，還需要壹個覆蓋整個功能部門的產品數據管理系統的支持，以保證產品設計過程的協同進行，***享產品模型和數據庫。
767－X采用壹個大型的綜合數據庫管理系統，用於存儲和提供配置控制，控制多種類型的有關工程、制造和工裝數據，以及圖形數據、繪圖信息、資料屬性、產品關系以及電子檢字等，同時對所接收的數據進行綜合控制。
管理控制包括產品研制、設計、計劃、零件制造、部裝、總裝、測試和發送等過程。它保證將正確的產品圖形數據和說明內容發送給使用者。通過產品數據管理系統進行數字化資料***享，實現數據的專用、***享、發圖和控制。
傳統的發圖方法將包括許多圖紙和材料清單的零件圖從工程設計部門傳遞給制造部門，每份圖紙包含壹個或多個零件，並具有唯壹的圖號，圖紙中的每個零件也有相應的圖號。采用數字化產品設計的每個模型都有壹個完整的零件號，以便圖形在發放時進行跟蹤檢查。
效益分析
並行設計技術的有效運用會帶來以下幾方面的效益：
①提高設計質量，極大地減少了早期生產中的設計更改；
②縮短產品研制周期，和常規的產品設計相比，並行設計明顯地加快了設計進程；
③降低了制造成本；
④優化了設計過程，減少了報廢和返工率