並行工程

並行工程 (Concurrent Engineering) 或並行設計和製造是一種強調任務同步進行的工作方法，在使用集成產品團隊方法中也被稱作的同步工程或集成產品開發 (integrated product development, IPD)。它是指產品開發中使用的一種集成了設計工程、製造工程和其他功能的方法，以縮短新產品上市所需的時間。

通過同時完成設計和製造階段，可以在更短的時間內生產產品，同時降低成本。儘管並行設計和製造需要學科之間的廣泛溝通和協調，但可以增加企業的利潤，為產品開發帶來可持續的環境。並行設計和製造能帶來競爭優勢，因為產品可以在更短的時間內生產和銷售。然而，並行工程實施不當可能會導致問題。

## 介紹

並行設計和製造背後的成功在於同時完成流程並涉及所有學科。多年來，隨著產品開發變得更具成本效益和時間效率，並行工程的元素已經出現在產品開發方法中。並行工程的要素包括跨職能團隊、快速上市以及設計時考慮製造流程。通過在決策和規劃中涉及多個學科，並行工程使產品開發更具成本效益和時間效率。事實上，並行工程可以加快上市時間，這已經是相對於其他生產商的競爭優勢的重要優勢。並行工程為產品開發提供了一種結構和概念，可以為未來的成功而實施。

一篇2008年的出版物將並行工程描述為一種新的設計管理系統，近年來已經發展成為一個定義明確的系統方法來用於優化設計和工程周期。並行工程已在許多公司、組織和大學中得到應用，尤其是在航空航天工業中。自從1990年代初開始，並行工程也被改編用於資訊和內容自動化領域，為最初設計的物理產品開發部門之外的項目的組織和管理提供了基礎。像歐洲空間局的並行設計設施這樣的組織利用並行設計進行未來任務的可行性研究。

並行工程的基本前提圍繞著兩個概念。第一個概念是，產品整個生命周期的所有要素——從功能、生產、組裝、測試、維護、環境影響，到最終處理和回收——都應在早期設計階段進行仔細考慮。

第二個概念是，設計活動應該同時進行，即並行進行。這個想法是這些活動的並行性顯著提高了生產力和產品質量。這樣，錯誤和重新設計的需求可以在設計過程的早期階段發現，當項目仍然靈活時。通過及早定位和解決這些問題，設計團隊可以避免引入更複雜的計算模型並最終進入實際硬體製造階段之後修改設計造成的昂貴的代價。

如上所述，設計過程的一部分是確保考慮到產品的整個生命周期。這包括建立使用者需求、推廣早期概念設計、運行計算模型、創建物理原型，最終製造產品。在這個過程中，需要充分考慮資金、人力資源能力和時間需求。一項2006年的研究稱，並行設計過程的正確實施可以節省大量資金，因此組織出於這個原因轉向並行設計。它也與系統思維和綠色工程高度兼容。

並行工程取代了傳統的順序設計流程，或稱為「瀑布模型」。在並行工程中，採用了迭代或集成的開發方法。瀑布方法是按線性方式進行的，從使用者需求開始，順序前進到設計和實施，直到最終得到成品。在這個設計系統中，設計團隊不會迅速從當前步驟向前或向後看來修復或預測問題。一旦發生了問題，設計常常必須被放棄或大幅修改。而並行或迭代的設計過程鼓勵及時改變方向，以便考慮產品整個生命周期的各個方面，實現漸進式的設計。這兩種設計過程的區別可以在圖1中以圖形方式看出。

並行設計方法的一個顯著特點是，由於並行工程的協作性質，每個工程師在整個設計過程中有更大的發言權。相比於整個流程中給發言權較小的員工分配任務的模式，並行工程給予設計師主人翁精神，有助於提高員工的生產力和產品的質量，因為那些在工作中獲得滿足感和對工作的所有權感的人往往更努力工作，設計出更為穩固的產品。

### 與並行設計相關的挑戰

並行設計帶來一系列挑戰，其中包括早期設計審查的實施、工程師和團隊之間高效溝通的依賴、軟體兼容性以及開放式設計過程。這種設計過程通常要求電腦模型（電腦輔助設計、有限元分析）能夠高效地交換，而在實踐中可能會面臨困難。如果這些問題沒有得到妥善解決，那麼並行設計可能無法有效發揮作用。重要的是要注意，儘管一些項目活動的性質可能具有一定的線性——比如軟體代碼的完成、原型開發和測試——但組織和管理項目團隊以促進並行設計仍然可以帶來由於資訊共享的改善而產生的顯著好處。

在這個領域存在一些專門提供服務的提供商，它們不僅專注於培訓人們如何有效進行並行設計，還提供工具以增強團隊成員之間的溝通。

### 並行設計的元素

#### 跨職能團隊

跨職能團隊包括來自工作場所不同領域的人員，這些人員都參與特定的流程，包括製造、硬體和軟體設計、市場營銷等等。

#### 並行產品實現

同時進行多個任務，例如同時設計各種子系統，對於縮短設計時間至關重要，也是並行工程的核心。

#### 增量資訊共享

增量資訊共享有助於最小化並行產品實現可能導致意外情況的機率。這裡的「增量」意味著一旦新資訊可用，就會被分享並整合到設計中。跨職能團隊對及時有效地共享資訊至關重要。

#### 綜合項目管理

綜合項目管理確保有人對整個項目負責，並且責任不會在工作完成後轉移到其他人。

## 定義

存在著多種並行工程的定義：

歐洲宇航局並行設計部：並行工程（CE）是一種系統化的綜合產品開發方法，強調對客戶期望的響應。它體現了團隊合作、信任和共享的價值觀，決策是通過共識進行的，從產品生命周期的開始就涉及並考慮所有觀點。第二個定義來自Winner等人（1988年）：

### 並行工程與順序工程的區別

並行工程和順序工程涵蓋了設計和製造的相同階段，然而，這兩種方法在生產率、成本、開發和效率方面存在很大差異。上面"順序工程與並行設計和製造"圖顯示了左側的順序工程和右側的並行設計和製造。從圖中可以看出，順序工程從客戶需求開始，然後逐步進行設計、實施、驗證和維護。順序工程的方法導致大量時間用於產品開發。由於在產品開發的所有階段都分配了大量時間，順序工程與高成本和低效率相關，因為產品不能迅速製造。另一方面，與此相反，並行工程允許產品開發的所有階段基本上同時發生。如在"順序工程與並行設計和製造"圖中所示，只需要初始規劃，然後就可以進行包括規劃設計、實施、測試和評估在內的整個過程。並行設計和製造方法允許縮短產品開發時間，更高效地開發和提早生產零部件，並降低生產成本。

並行工程和順序工程也可以通過接力賽的類比進行比較。順序工程被比作接力賽的標準方式，每個賽跑者必須跑定的距離，然後將接力棒傳遞給下一個賽跑者，直到比賽完成。而並行工程則被比作在接力賽中，兩名賽跑者在比賽的某些時段內同時奔跑。在這個類比中，每名賽跑者將完成與順序方法相同的一定距離，但使用並行方法完成比賽的時間明顯較短。當將接力賽中的各個賽跑者視為產品開發中的各個階段時，與工程中的兩種方法之間的關聯是非常相似的。儘管在產品開發中涉及更複雜和更多的過程，但這個類比提供的概念足以理解並行設計和製造所帶來的好處。

### 業務收益

使用並行工程，企業可以縮短從創意到產品的時間。節省的時間來自於在設計過程中對所有步驟的考慮，消除了在零部件已經到達生產階段之後難以加工的引起的設計變更。減少或消除這些額外的步驟意味著產品將更早完成，同時在過程中減少了材料浪費。在設計和原型製作過程中，可以更早地糾正設計中的潛在問題，從而進一步縮短生產時間。

並行設計和製造的好處可以分為短期和長期兩個方面。

#### 短期收益

- 迅速進入市場：通過並行設計和製造，產品能夠更快地從概念進入市場，使企業在競爭激烈的市場中占據先機。
- 在較短時間內生產大量相同零部件：並行工程使得在更短的時間內生產大量相同的零部件成為可能，從而提高了生產效率和規模經濟。
- 允許及早糾正零部件問題：在設計和製造的早期階段發現並糾正零部件問題，有助於減少後期修復問題的需要，從而減少了成本和時間的浪費。
- 減少材料浪費：通過在設計和製造過程中更好地考慮所有步驟，減少了額外的設計更改和生產中的浪費，有助於減少材料浪費。
- 減少對本質上相同零部件的多次迭代所花費的時間：並行設計和製造可以避免在設計過程中多次進行本質上相同零部件的迭代，從而提高了效率和生產速度。

#### 長期收益

- 在較短總時間內生產大量不同的零部件：並行工程使得在更短的總時間內生產大量不同的零部件成為可能，從而提高了整體生產效率。
- 公司各個領域之間更好的溝通：並行設計和製造促進了公司各個領域之間更為有效的溝通，有助於更好地協同工作，推動項目向前發展。
- 利用團隊合作並做出明智決策的能力：並行工程允許更好地利用團隊協作，各個領域可以同時參與，共同做出明智的決策，從而提高整體效率和質量。

### 並行工程的使用

當下有很多公司使用並行工程：

- 歐洲空間局
- 美國國家航空航天局
- 法國國家太空研究中心
- 波音
- ASML
- 空中巴士集團
- 泰雷茲阿萊尼亞宇航公司
- STV Inc.
- 德國航空太空中心
- 豐田汽車
- 哈雷摩托