隨著商用飛機的不斷發展，波音在原有模式下的產品成本越來越大，飛機積壓越來越多。在激烈的市場競爭中，波音如何以較少的成本設計制造高性能的飛機？數據分析表明，產品設計和制造過程中有很大的發展潛力，節約資金的有效途徑是減少變更、錯誤和返工帶來的消耗。零件設計出來後，要經過工藝規劃、工裝設計制造、制造裝配等過程。在這個過程中，設計約占成本的15%，制造占成本的85%。零件圖交付前的任何設計變更都可以節省後續生產成本的85%。
案例分析和具體做法
以往飛機研制多采用傳統的設計方法，按專業部門劃分設計團隊，采用串行研制流程。大型客機從設計到樣機制造，多則十幾年，少則七八年。波音公司在767-X的研制中采用了全新的“並行產品定義”理念，通過優化設計流程，收集最新的管理方案，改進設計，提高飛機生產質量，降低成本，完善計劃，實現了從設計到試飛三年內成功的目標。
波音並行設計與傳統開發方法的比較
波音公司在新767-X飛機的研制中，全面應用了CAD/CAM系統作為基礎設計工具，使設計人員能夠在計算機上設計零件的所有三維圖紙，進行數字化預裝配，並獲得早期設計反饋，從而及時了解設計的完整性、可靠性、維修性、生產率和可操作性。同時，數字化的設計文檔可供後續設計部門享用，以便在制造前得到反饋，減少設計變更。
(1) 100%數碼產品設計
CATIA用於設計飛機零件的三維數字圖形。利用CATIA系統設計飛機零件，可以方便地設計三維實體模型，在計算機上很容易進行裝配，檢查幹涉和配合，還可以利用計算機精確計算重量、平衡和應力等特性。直觀的零件圖有助於外觀設計和了解裝配後的情況。此外，可以很容易地從實體中獲得簡檔；利用數字化設計數據驅動數控機床加工零件；產品插圖也可以更容易和準確地建立；用戶服務組可以使用CAD數據排列技術發布用戶信息。
所有零件設計只形成壹個唯壹的數據集，提供給下遊用戶。根據用戶的特殊要求，只修改數據集，不修改圖紙。每個零件數據集包括壹個3D模型和壹個2D圖，NC過程可以用3D模型的線框和曲面來表示。
(2)2)三維實體數字整機的預裝配
整機數字化預裝配是在計算機上進行建模和仿真裝配的過程，用於檢查過盈配合問題。這個過程是基於設計的。數字整機預組裝將協調零部件和系統的設計(包括管路和電路布局)，檢查零部件的安裝和拆卸。數字化機器預裝配的應用將有效減少因設計錯誤或返工造成的工程變更。
隨著新壹代數字預裝配軟件工具的出現，其功能將包括幹涉配合檢查和最佳精度的選擇。整機數字化預裝配，可以幫助設計師在繪圖前排除幹擾。設計師可以搜索並進入其他相關的設計系統來檢查設計協調性。其他設計團隊，如工程分析、材料、規劃、工裝、用戶保護等。，也陸續涉及到設計範圍，並在發圖前向設計師提供反饋信息。
(3)並行產品設計
並行產品設計是對集成、並行設計及其相關過程(包括設計、制造、保證等)的研究。).並行設計要求設計師考慮與產品相關的所有因素，包括質量、成本、計劃、用戶需求等。為了充分發揮並行設計的效率，我們需要以下因素的支持:
①多方面培養設計師，合理配置設計制造團隊，整合產品設計、制造、保障流程。
②利用CAD/CAE/CAM保證集成設計、協同產品設計、產品模型共享和數據庫共享。
③利用各種分析工具優化產品設計、制造和保證的過程。
表8-1波音767-X開發模式與傳統模式對比
767-x模式
傳統方式
工程設計師
在CATIA上設計和發送圖紙
利用數字化預裝配設計管道、線路和艙室。
采用全機數字化預裝配，確保符合要求
數字化整機預裝檢查解決幹擾
用CATIA來說明產品
在硫酸紙上設計和分發圖紙。
硫酸紙上的設計
使用原型
在制造過程中。
用樣品手繪
工程分析師
用CATIA分析
在繪圖前完成設計載荷分析。
用圖分析
評估期結束
制造計劃員
與設計師並行工作
基於CATIA的工程零件樹設計
用CATIA建立插圖平面圖
檢查重要功能並協助軟件修改管理。
常規序列
設計-900個零件
建立制造。工程制圖
沒有
模具設計師
與設計師並行工作
用CATIA設計工裝並行圖
使用CATIA進行安裝檢查並解決幹涉問題
允許裝配零件和工具，以確保滿足要求。
常規序列
用硫酸紙設計
負責模具的生產。
負責模具的生產。
數控程序員
與設計師並行工作
用CATIA生成和檢查數控工藝
常規序列
使用其他系統
用戶服務組
與設計師並行工作
用CATIA設計所有地面支持設備的並行圖紙
技術發布使用工程數據來發布材料。
這些部件與地面支持設備預先組裝在壹起，以確保滿足要求。
常規序列
用硫酸紙設計
手工插圖
生成零件/工具
協調者
設計和制造團隊
各種機構
集成產品開發團隊
波音公司在商用飛機制造領域積累了75年的開發經驗，成功推出了707~777等不同型號的飛機。在這些模式的開發中，產品開發的組織模式很大程度上決定了產品的開發周期。下圖顯示了這些模型的組織模式的演變。
777的產品開發團隊按功能分為IPT，如電子IPT、機械IPT和結構IPT。
IPT作為壹種新產品開發組織模式，與企業的文化背景和社會環境密切相關。這裏，我們總結國外IPT的組織結構和管理模式，作為國內企業實施並行工程時建立IPT的參考。
(1) IPT是按照產品結構的縱線劃分的，IPT是按照產品零部件的構成的層級關系。
②IPT的成員來自各個職能部門。他們代表產品生命周期中的所有環節在開發過程中做出決策，並集體對IPT開發的產品承擔全部責任。與過去的工作方式相比，最大的不同是IPT成員從IPT團隊領導那裏獲得日常工作指令，並鼓勵跨專業的信息共享和實時交流，取消了常用的分級審批制度。
(3) ③IPT團隊領導定義產品開發計劃、活動、角色、資源等。從壹般任務來說。相對獨立的任務還是由職能部門單獨完成。
④職能部門負責根據IPT負責人定義的任務角色，指派相應人員承擔任務，並為承擔任務的人員配置必要的工作環境。壹個角色可以由多人作為壹個群體來承擔，壹個人也可以承擔多個角色。
⑤IPT組長和職能部門負責人分別從任務執行和日常工作表現來確定IPT成員的績效。因為職能部門提供人員和工作條件，所以必須得到IPT管理部門的資金支持。
⑥IPT本身和《IPT》中的角色都有壹個生命周期。產品開發任務完成後，他們還是回到職能部門。IPT的工作模式需要計算機和網絡環境的支持。
IPT包括各種專業技術人員，他們在產品設計中發揮協調作用，IPT成員盡早參與制造過程，以最大限度地減少變更、錯誤和返工。
改進產品開發流程
為什麽波音公司在過去十年采用了CAD/CAM系統，卻沒有明顯加快進度，降低成本，提高質量？原因是它的開發流程和管理還停留在原來的水平。CAD/CAM系統的應用可以有效減少變更和設計返工的次數，設計過程大大加快，帶來的效益遠遠大於減少變更和返工帶來的直接效益。波音767-X采用全數字化產品設計。在設計和繪圖之前，它設計767-X所有零件的三維模型，並在繪圖之前完成所有零件、夾具和部件的數字化預裝配。同時采用其他計算機輔助系統，如管理零件數據集和圖紙的IDM系統、電路圖設計的WIRS系統、集成工藝規劃系統以及所有下遊圖紙和物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的研制過程中改進了相應的產品研制流程，如在繪圖前對系統設計進行分析，在CATIA上建立三維零件模型，進行數字化預裝配，檢查幹涉與配合，增加設計過程中的反饋次數，減少設計與制造之間的大返工。
下面描述了幾個主要的設計過程。
(1)工程設計和開發過程
設計和開發的過程是從三維模型的建立開始的，這是壹個叠代的過程。設計師使用數字預裝配來檢查三維模型並改進設計，直到所有零件都符合要求。最後，建立零件圖、裝配圖和裝配圖的模型，由2D圖完成並行繪圖。設計和開發過程需要設計和制造團隊的協調。
(2)數字化整機預裝配過程。
數字化預裝配利用CAD/CAM系統對三維飛機零件模型進行裝配仿真和幹涉檢查，確定零件的空間位置，根據需要建立臨時裝配圖。作為數字預裝配流程的補充，設計師從工程分析、測試和制造中獲得反饋。數字化預裝配模型的數據管理是壹項龐大而艱巨的任務，需要有專門的數字化預裝配管理團隊來保證所有用戶都能輕松進入，並在發送圖紙前進行最後的檢查。
(3)數字樣品設計流程
767-X采用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
區域設計是飛機區域零件的綜合設計過程，采用數字化預裝配工藝設計飛機區域的各種模型。區域設計不僅包括零件的幹涉檢查，還包括間隙、零件的兼容性、包裝、系統布局的美觀性、支撐、重要特性、設計協調等。每個設計團隊或設計制造團隊成員負責區域設計，所有工程師、設計師、規劃師和夾具設計師都應參與區域設計。區域設計是設計團隊或設計制造團隊每個成員的任務，它的完成需要設計團隊、結構室、設計制造團隊的共同努力。
(5)設計和制造過程
設計制造團隊由各專業的技術人員組成，在產品設計中起到協調作用，最大限度地減少變更、錯誤和返工。
(6)綜合設計檢查流程
綜合設計檢查過程用於檢查所有設計零件的分析、零件樹、工裝和NC曲面的正確性。綜合設計檢查流程涉及設計和制造團隊以及相關的質量控制、材料、客戶服務和分包商，壹般在圖紙階段進行。相關人員定期檢查情況，對不合理的地方提出修改建議。綜合設計檢查是設計和制造團隊任務的壹部分。
(7)綜合計劃管理過程
綜合計劃管理是壹個提高溝通速度、制定制造工藝計劃、測試和飛機交付計劃的過程。集成計劃管理過程不僅制定壹些特殊的過程計劃，而且綜合整個開發過程中的各種計劃。集成計劃的管理將提高整體計劃的可見性。
使用DPA等數字化方法和工具，在設計前期盡早發現下遊的各種問題。
數字化整機預裝配(DPA)是壹個計算機模擬的裝配過程，它根據設計師、分析師、計劃員和工裝設計師的要求，利用各級零件模型進行預裝配。以3D實體的形式檢查零件的幹涉、配合和設計協調。利用整機預裝配工藝，可以找出整機的所有幹涉並合理解決。波音757的1600 ~ 1720站之間有46個區段約1000個零件，需要容納在12 CATIA模型中進行數字化預裝配。
使用數字化預裝配工藝，工程設計要驗證所有設計都是自由幹涉的，都是很好配合的，這使得工藝很少改變。沒有最終批準，數據集不能繪制。這種最終檢查降低了風險，並確保在繪圖後沒有零件幹涉。
整機數字化預裝配是在計算機上進行建模和仿真裝配的過程，用於檢查過盈配合問題。這個過程是基於設計的。數字化機器預裝配的應用將有效減少因設計錯誤或返工造成的工程變更。隨著新壹代數字預裝配軟件工具的出現，其功能將包括幹涉配合檢查和最佳精度的選擇。整機數字化預裝配，可以幫助設計師在繪圖前排除幹擾。設計師可以搜索並進入其他相關的設計系統來檢查設計協調性。其他設計團隊，如工程分析、材料、規劃、工裝、用戶保護等。，也陸續涉及到設計範圍，並在發圖前向設計師提供反饋信息。數字整機預組裝將協調零部件和系統的設計(包括管路和電路布局)，檢查零部件的安裝和拆卸。
大量應用CAD/CAM/CAE技術，實現無圖紙生產。
(1)采用100%數字化技術設計飛機零部件。
飛機零件的數字化設計采用CATIA設計零件的三維圖形。利用該系統，可以很容易地將飛機零件設計成三維實體模型，並可以很容易地在計算機上進行裝配，以檢查幹涉和配合，還可以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和了解裝配後的情況。此外，可以很容易地從實體中獲得簡檔；利用數字化設計數據驅動數控機床加工零件；產品插圖也可以更容易和準確地建立；用戶服務組可以使用CAD數據排列技術發布用戶信息。767-X中的所有零件都是通過數字技術設計的，所有零件的設計都是為了形成針對下遊用戶的唯壹數據集。
(2)建立了飛機設計零件庫和標準件庫。
盡量減少新零件的設計可以大大節省資金。基於這樣的認識，在767-X的開發中建立了大量的零件庫，包括端子、角度、支架等。零件庫存儲在CATIA系統中，並與標準零件庫相協調，因此設計人員可以很容易地找到零件庫。充分利用現有零件庫資源，可以有效降低零件設計、工藝規劃、工裝設計、數控加工程序等成本。標準件庫包括緊固件、墊圈、連接件、墊圈、軸承、管接頭、壓板等。這些標準零件存儲在CATIA標準庫中。設計人員可以直接從標準件庫中選擇所需的零件。
(3)利用CAE工具分析工程特性。
應力分析:技術人員直接利用3D數字零件模型計算設計應力、載荷數據分析和部件安全系統計算。
重量分析:通過使用3D數字零件模型進行重量分析，分析員可以獲得精確的零件重量、重心、體積和轉動慣量。當整個機器的數字模型被組裝時，分析員可以跟蹤每個部件的重量和重心的組裝。
維修性分析:設計師還要考慮飛機維修時對飛機結構和系統的空間要求，設計相應的維修罩，保證維修順利進行。這壹步在數字設計中完成。
噪聲控制項目:利用飛機外形細節進行飛機外形識別和噪聲數據分析，並將結果傳遞給相關設計人員。這個過程是利用計算機工具阿波羅工作站完成的。
(4)計算機輔助制造工程和數控編程
計算機輔助制造過程可以通過提供生產率輸入和向數據庫添加附加信息來改進工程設計，從而滿足裝配和組裝的要求。在工程圖發出之前，數控程序員使用CATIA工具對零件的線框和曲面進行編程，必要時在計算機上模擬數控加工過程，從而減少設計變更、報廢和返工，縮短開發過程。
(5)計算機輔助工裝設計
夾具設計者利用設計者提供的三維零件模型，設計三維實體模型或2D標準夾具，以保證零件基準，計算機系統將存儲夾具定位數據。同時，建立了工裝數字化預裝配系統，利用三維數字化數據集對零件-工裝和工裝-工裝之間的幹涉和配合進行了仿真和檢驗。刀具數據集提供給下遊用戶，如刀具分類和制造規劃的刀具規劃，NC數據集的NC刀具程序，車間的NC認證或生產。
超級計算機支持的產品數據管理系統輔助並行設計
為了充分發揮並行設計的效率，支持設計制造團隊進行集成產品設計，我們需要壹個覆蓋整個職能部門的產品數據管理系統的支持，以保證協同產品設計過程，並享受產品模型和數據庫。
767-X采用大型綜合數據庫管理系統，用於存儲和提供配置控制，控制各類工程、制造和工裝數據，以及圖形數據、圖紙信息、數據屬性、產品關系和電子文字檢索，並對接收的數據進行綜合控制。
管理控制包括產品開發、設計、計劃、零件制造、裝配、總裝、測試和交付。它確保將正確的產品圖形數據和描述內容發送給用戶。通過產品數據管理系統，數字數據可以共享，數據可以專用、共享、繪圖和控制。
傳統的圖紙分發方法是將包含許多圖紙和物料清單的零件圖紙從工程設計部門轉移到制造部門。每個圖包含壹個或多個零件，並具有唯壹的圖號，圖中的每個零件也具有相應的圖號。數碼產品設計的每壹個模型都有完整的零件號，以便圖形發放時可以跟蹤檢查。
效益分析
並行設計技術的有效應用將帶來以下好處:
①提高設計質量，大幅度減少生產初期的設計變更；
(2)縮短產品開發周期。與常規產品設計相比，並行設計明顯加快了設計過程；
(3)降低制造成本；
④優化設計流程，降低報廢率和返工率。