2.4 工艺设计概念的拓展
2.4.1 并行工程的概念和内涵
制造企业间竞争的核心是产品（Product）。随着时代的变迁，产品间竞争的要素也不断演变。20世纪70年代以前，产品竞争要素是成本（Cost），20世纪70年代增加了质量（Quality），80年代增加了交货期（Time），90年代又增加了服务（Service），世纪更迭之际又增加了环境因素（Environment），进入21世纪，“知识创新”（Knowledge Innovation）又成为竞争的关键要素。目前，对现代制造企业提出的最新要求是必须具备“TQCS”能力：即以最快的上市速度（Time to Market，T）、最好的质量（Quality，Q）、最低的成本（Cost，C）和最优的服务（Service，S）来满足不同客户的需求。
然而，传统的产品开发方式大都沿用“泰罗（Taylor）制”的顺序设计方法，遵循“概念设计—详细设计—工艺设计—加工制造—试验验证—设计修改”的大循环。显然这种串行流程的产品开发模式根本无法满足新产品的竞争需求，企业必须寻找更为有效的新产品开发方法。在此背景下，作为计算机辅助设计（CIMS）新发展阶段的并行工程（Concurrent Engineering，CE）成为解决上述问题的最有效的方法。
并行工程的概念是美国国防分析研究所IDA（Institute of Defense Analyze）以武器生产为背景，在对传统的生产模式进行系统分析的基础上，于1988年首次系统化提出的：“并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行的、一体化设计的一种系统化的工作模式。”这种工作模式要求产品开发人员在设计伊始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。
并行工程环境下的产品开发模式如图2-1所示。
图2-1 并行工程环境下的产品开发模式
并行工程通过在设计阶段设计更改的“小循环”避免了后期反复更改的“大循环”，从而缩短产品的开发周期，降低产品制造成本。
图2-2是串行与并行产品设计模式的对比。
并行工程强调多学科专家的协调工作和一体化、并行地进行产品及其相关过程的设计，其中尤其注意早期的概念设计阶段的并行与协调，因此，并行工程的核心是并行设计CD（Concurrent Design）。并行设计是并行工程实施的使能技术。
图2-2 串行与并行产品设计模式的对比
2.4.2 DFX的概念和内涵
面向产品生命周期各/某环节的设计（Design For X，DFX）的概念从并行工程发展而来，它同时考虑从产品概念设计到详细设计过程中的所有阶段，包括需求识别、产品设计、加工制造、销售运输、使用维护、回收利用等阶段。它要求从需求识别开始就要考虑产品生命周期的各个环节，以确保缩短新产品上市时间、提高产品质量、降低成本、改进服务、加强环境保护意识、实现社会可持续化发展。
DFX相关要素及相互关系如图2-3所示。
图2-3 DFX相关要素及相互关系
DFX中的X可以代表产品生命周期或其中某一环，如产品、加工制造、使用维护、回收利用等，也可以代表产品竞争力或决定产品竞争力的因素，如质量、成本、时间等。而这里的“Design”不仅指产品的设计，也指产品开发过程和系统的设计。
DFX内容主要包括以下方面。
（1）面向制造的设计（Design For Manufacturing/Manufacturability，DFM）
DFM的主要思想就是在产品设计时不但要考虑产品的功能和性能要求，而且考虑制造的可能性、高效性和经济性，即产品的可制造性。DFM的目标是在保证功能和性能的前提下使制造成本最低。在这种设计与工艺同步考虑的情况下，很多隐含的工艺问题能够及早暴露出来，减少了设计返工；此外，对于不同的设计方案，根据可制造性进行评估取舍，并根据加工费用进行不断优化，能显著地降低成本，增强产品的竞争力。
DFM是CE的思想核心，也是实现CE的关键技术，因为设计与制造是产品生命周期中最重要的两个环节。所谓并行设计，最重要的就是产品设计与制造过程设计的并行。在设计阶段就能考虑可制造性是并行工程最基本的优势所在。DFM所提倡的在设计中考虑制造工艺，根据加工能力来设计产品的方法，正是CE的设计方法，因此CE是DFM的推广和延伸。
（2）面向装配的设计（Design For Assembly，DFA）
DFA是一种针对装配环节的统筹兼顾的设计思想与方法。它是指在产品设计过程中利用各种技术手段，如分析、评价、规划、仿真等，充分考虑产品的装配环节及与其相关的各种因素的影响，在满足产品性能与功能的条件下改进产品的装配结构，使产品设计具有良好的可装配性，并尽可能地降低装配成本和产品总成本。
DFA是并行工程环境下的一个主要设计支持工具，它为设计人员提供基于装配的设计支持，包括可装配性分析、装配结构分析、装配工艺性分析和装配工艺设计等。其中，装配结构分析通常还要从装配序列规划、装配公差分析、装配机构仿真等不同侧面展开，以确保结构设计的可装配性及有效性，保证产品的装配质量，从而避免因装配设计问题而导致的后续再设计所造成的巨大浪费，提高产品设计质量，缩短产品设计周期，降低产品设计成本。
（3）面向可靠性的设计（Design For Reliability，DFR）
DFR是根据需要和可能，在事先就考虑产品可靠性诸因素的一种设计方法。它要求在产品设计过程中，按照一定的原则事先采取相应技术手段，提前消除产品的潜在缺陷和薄弱环节，防止故障发生，以确保满足规定的固有可靠性。DFR与DFQ（Design For Quality，面向质量的设计）都是提高产品固有满意度的重要措施。
DFX的内容还包括：面向生产的设计（Design For Production，DFP）、面向成本的设计（Design For Cost，DFC）、面向检验的设计（Design For Inspection，DFI）、面向维修的设计（Design For Service/Maintain/Repair，DFS）、面向环境的设计（Design For Environment，DFE）等。
2.4.3 DFX是工艺设计概念的拓展
对比可见，工艺设计和DFX在表达的意义上有很多一致的地方，具体包括以下方面。
（1）面向的过程相近
工艺设计面向的是产品制造过程，涉及从原材料进厂到产品出厂的所有工序；DFX则要求全面兼顾规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养，直到回收利用的全寿命周期过程。可见，两者面向的过程相近，但后者比前者在概念上更全面。
（2）发挥的组织作用类似
工艺设计是条纽带，它把企业各部门联系起来，成为一个有机的制造体系，是企业进行计划管理、技术装备、生产调度、原材料供应、劳动调配及经济核算的技术指导；DFX则是现代企业的特征，强调技术、组织和人员素质的集成，采用并行的、小组化的工作方式开展工作。可见，两者作用基本相同。
（3）实施目的相同
工艺设计决定了企业的产品怎样制造、采用什么加工方法、使用何种生产材料去制造，进而决定了企业可以生产多少产品、生产何种水平的产品及产品的成本，即工艺设计的目的是高效率、低成本、高可靠地制造产品，工艺设计水平的高低是企业竞争力的重要表现；而DFX的核心思想就是通过在设计阶段对产品的结构、工艺进行优化，对产品的性能进行预测，从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本。可见，两者的目的基本一致。
总之，工艺设计就是从设计的角度探讨如何更好、更快、更经济地加工制造新产品的问题，这与DFX的理念是不谋而合的，而DFX要解决的问题，面向的过程比工艺设计更加全面，因此可以这样说，工艺设计是DFX的主要内容，DFX是工艺设计概念的拓展。