[科普中國]-全壽命周期

全壽命周期過程是指，在設(shè)計(jì)階段就考慮到產(chǎn)品壽命歷程的所有環(huán)節(jié)，將所有相關(guān)因素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)分階段得到綜合規(guī)劃和優(yōu)化的一種設(shè)計(jì)理論。全壽命周期設(shè)計(jì)意味著，設(shè)計(jì)產(chǎn)品不僅是設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)，而且要設(shè)計(jì)產(chǎn)品的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、經(jīng)銷、運(yùn)行、使用、維修保養(yǎng)、直到回收再用處置的全壽命周期過程。

技術(shù)發(fā)展概況國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀由于市場競爭的日益激烈，人們開始認(rèn)識(shí)到有效利用企業(yè)資源的重要性。發(fā)達(dá)國家從1968年就提出：應(yīng)該設(shè)計(jì)出能一次生產(chǎn)成功的產(chǎn)品，以有效利用生產(chǎn)資源，獲得最大的效益。美國總統(tǒng)防務(wù)咨詢委員會(huì)早在1986年就向總統(tǒng)報(bào)告：“武器系統(tǒng)的開發(fā)周期太長，生產(chǎn)費(fèi)用太高，且使用效果不盡人意。”為此，美國國防部指示防御分析研究所對(duì)相關(guān)的全壽命周期設(shè)計(jì)及其用于武器系統(tǒng)的可行性進(jìn)行研究。于1988年10月提交了題為“并行工程在武器系統(tǒng)采購中的作用”的研究報(bào)告，建立了并行工程研究中心（CERC）。它致力于并行工程的設(shè)計(jì)、開發(fā)和促進(jìn)技術(shù)以及相應(yīng)的實(shí)踐和標(biāo)準(zhǔn)工作。該中心的技術(shù)已在全國范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。美國國防部在軍工生產(chǎn)中也在向全壽命周期設(shè)計(jì)方向發(fā)展，其武器系統(tǒng)的試驗(yàn)項(xiàng)目、全規(guī)模開發(fā)項(xiàng)目及生產(chǎn)項(xiàng)目都采用了這種方法，與此同時(shí)，很多支持全壽命周期設(shè)計(jì)的工具軟件也在研制和開發(fā)中。

通過“九五”攻關(guān)和國家863項(xiàng)目的組織實(shí)施，我國在CAD/CAM、并行工程、工程廣義優(yōu)化和全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)方面有了較好的基礎(chǔ)，浙江大學(xué)、華中理工大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)和其他院校相繼開展了并行優(yōu)化、并行工程技術(shù)的研究工作。早在1991年，這些院校已經(jīng)開始認(rèn)識(shí)到開展并行工程技術(shù)研究的重要性。他們一直致力于并行工程環(huán)境的研制工作，并取得了顯著的成績。

發(fā)展趨勢從產(chǎn)品的全壽命周期設(shè)計(jì)的發(fā)展過程來看，它的發(fā)展肯定是從簡單到復(fù)雜、從小領(lǐng)域發(fā)展到大領(lǐng)域。美國的DEC公司的專家提出了建立并行工程自動(dòng)化環(huán)境的幾個(gè)階段，應(yīng)用于全壽命周期設(shè)計(jì)也同樣適用：內(nèi)部可操作工具及任務(wù)；內(nèi)部可操作計(jì)算環(huán)境；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理；過程管理和決策支持。

發(fā)展第一階段僅限于實(shí)現(xiàn)單個(gè)任務(wù)內(nèi)部的集成；第二、第三階段可實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的集成；第四階段實(shí)現(xiàn)全過程的集成；第五階段為高級(jí)階段，可根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品要求及歷史經(jīng)驗(yàn)，給各級(jí)管理者和設(shè)計(jì)者提供決策支持。

美國的全壽命周期設(shè)計(jì)發(fā)展很快，已形成了多層次的集成軟件框架產(chǎn)品，當(dāng)前正致力于開發(fā)過程軟件框架。在設(shè)計(jì)自動(dòng)化方面，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化進(jìn)展得較快，設(shè)計(jì)工具正從CAX向DFX（Design for X）方向發(fā)展，并已較完整。機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化，由于產(chǎn)品本身復(fù)雜，正在不斷完善，基于STEP的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展較迅速，已經(jīng)從CAD擴(kuò)展到全過程，并正在發(fā)展中。

無疑，當(dāng)前中國應(yīng)當(dāng)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(chǔ)，主攻第四階段，在今后10年中，要盡量向第五階段發(fā)展。當(dāng)然，這需要軟件方面的大力支持。

市場需求全壽命周期設(shè)計(jì)是跨世紀(jì)的現(xiàn)代企業(yè)特征，它強(qiáng)調(diào)技術(shù)、組織和人員素質(zhì)的集成，采用并行的、小組化的工作方式，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，以增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變的競爭能力。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法要求在初始設(shè)計(jì)階段就將產(chǎn)品的功能需求轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)概念、初步設(shè)計(jì)參數(shù)，再將這些參數(shù)往下傳遞，以約束后續(xù)的進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)。全壽命周期設(shè)計(jì)要求在設(shè)計(jì)過程中盡早考慮后續(xù)階段對(duì)設(shè)計(jì)施加的設(shè)計(jì)約束，以達(dá)到“一次成功”，從而減少在設(shè)計(jì)后期發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致的返工。

現(xiàn)代制造業(yè)再也不象本世紀(jì)初那樣長期生產(chǎn)單一的產(chǎn)品了，任何產(chǎn)品都需要在很短的時(shí)間內(nèi)做出新改進(jìn)，而且品種要相對(duì)增多，以適應(yīng)市場的需求。由于時(shí)間短，因此也就決定了產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須滿足小批量、多品種的要求，但這并不是說產(chǎn)品結(jié)構(gòu)會(huì)越來越簡單，而是恰恰相反會(huì)越來越復(fù)雜。全壽命周期設(shè)計(jì)恰好能滿足這一特點(diǎn)。

當(dāng)前社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)時(shí)代，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可以非常逼真地模仿設(shè)計(jì)的各個(gè)過程，降低成本。所以，對(duì)于我國的機(jī)械制造業(yè)來說，必須大力推廣計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，以提高經(jīng)濟(jì)效益。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享是企業(yè)過程自動(dòng)化的基礎(chǔ)，當(dāng)然也是全壽命周期設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫涉及到幾何、拓?fù)涞榷x信息，也涉及到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開發(fā)過程等管理信息。因此如何優(yōu)化數(shù)據(jù)庫環(huán)境、減少查詢時(shí)間就成為了今后企業(yè)發(fā)展的必要環(huán)節(jié)。

發(fā)展前沿全壽命周期設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容就是面向制造及其維護(hù)和回用處理的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全壽命周期的最優(yōu)化，所借助的手段是并行設(shè)計(jì)，而要順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)過程和數(shù)據(jù)的管理。

成型產(chǎn)品很大一部分可以使用權(quán)設(shè)計(jì)產(chǎn)品化，也可以進(jìn)一步商品化，但在我國，由于沒有一個(gè)合理的設(shè)計(jì)過程，很多圖紙上的產(chǎn)品不能及時(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品，采用面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)，是改變一現(xiàn)狀的關(guān)鍵。并行設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)從產(chǎn)品開發(fā)的初始階段就考慮壽命周期后續(xù)活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品綜合性能的影響及產(chǎn)品各方面屬性的聯(lián)系，以達(dá)到最優(yōu)的產(chǎn)品性能。于是可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，以提高產(chǎn)品競爭力。

全壽命周期設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)和信息，它們都將存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理可以保證數(shù)據(jù)的一致性和共享性。保證最有效地利用和調(diào)度企業(yè)的各種資源，及早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。

全壽命周期的特點(diǎn)全壽命周期是指產(chǎn)品從自然界獲取資源、能源，經(jīng)開采冶煉加工制造等生產(chǎn)過程，又經(jīng)儲(chǔ)存、銷售、使用消費(fèi)直至報(bào)廢處置各階段的全過程，即產(chǎn)品從搖籃到墳?zāi)?，進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的整個(gè)生命周期。

全壽命周期管理是新的項(xiàng)目管理理念和方法的管理模式，是項(xiàng)目管理質(zhì)的飛越。學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期管理應(yīng)有i個(gè)基本思想：一是全過程思想，二是集成化思想．三是信息化思想。全壽命周期管理要求站在整個(gè)項(xiàng)目形成、運(yùn)行、退出過程的角度，統(tǒng)一管理理念、統(tǒng)一管理目標(biāo)、統(tǒng)一組織領(lǐng)導(dǎo)、統(tǒng)一管理規(guī)則并建立集成化的管理信息系統(tǒng)。1

(1)整體性

傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式強(qiáng)調(diào)階段的劃分和順序性，承擔(dān)各階段服務(wù)的組織只關(guān)注自己的領(lǐng)域，很少考慮整個(gè)系統(tǒng)。全壽命管理模式，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人領(lǐng)導(dǎo)，從決策階段開始就考慮項(xiàng)目的整個(gè)生命周期，能從全局出發(fā)，對(duì)項(xiàng)目整個(gè)管理過程進(jìn)行集成管理和監(jiān)督。1

(2)集成性

全壽命管理模式的集成包括信息的集成和管理過程的集成。信息的集成是指不同管理過程需要進(jìn)行大量的信息傳遞，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等輔助工具，通過數(shù)據(jù)庫的方式，實(shí)現(xiàn)不同管理過程之間的數(shù)據(jù)集成。管理過程的集成是指以信息集成構(gòu)筑平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目生命周期內(nèi)的集成管理。1

(3)協(xié)調(diào)性

全壽命管理模式的協(xié)調(diào)性是指人才的綜合集成，強(qiáng)調(diào)管理人員之間的協(xié)調(diào)和溝通是非常重要的。如何保證不同階段的管理人員服務(wù)質(zhì)量，在分布環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)群體活動(dòng)的信息交換和共享，并對(duì)全壽命周期內(nèi)的管理進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和監(jiān)督，這是全壽命周期協(xié)調(diào)性的根本所在。1

(4)并行性

傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理模式為縱行式，前一階段的工作沒有完成，后一階段的工作就無法展開。而全壽命管理模式的管理過程是并行進(jìn)行，在立項(xiàng)階段就要考慮實(shí)施階段的需求，減少真正的實(shí)施階段對(duì)立項(xiàng)階段的更改反饋。

全壽命周期設(shè)計(jì)新產(chǎn)品是一個(gè)相對(duì)概念，具有很強(qiáng)的時(shí)間性、地域性和資源性，全壽命周期設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是盡可能在質(zhì)量、環(huán)保等約束條件下縮短設(shè)計(jì)時(shí)間并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)。以往的產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常包括可加工性設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和可維護(hù)性設(shè)計(jì)，而全壽命周期設(shè)計(jì)并不只是從技術(shù)角度考慮這個(gè)問題，還包括產(chǎn)品美觀性、可裝配性、耐用性甚至產(chǎn)品報(bào)廢后的處理等方面也要加以考慮，即把產(chǎn)品放在開發(fā)商、用戶和整個(gè)使用環(huán)境中加以綜合考察。

由于是對(duì)同一種產(chǎn)品對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同的設(shè)計(jì)人員很可能會(huì)設(shè)計(jì)出不同的模型，這樣往往會(huì)造成不必要的紊亂，所以為了解決這個(gè)問題，統(tǒng)一的模型是必不可少的。同時(shí)，為了進(jìn)行這一模型的統(tǒng)一講解，要求工作人員在表達(dá)產(chǎn)品制造、生產(chǎn)設(shè)備和管理等方面必須擁有統(tǒng)一的知識(shí)表達(dá)模式。

全壽命周期設(shè)計(jì)的最重要的特點(diǎn)是它的集成性，要求各部門工作人員分工協(xié)作，所以注定他們的工作地點(diǎn)是分散的，尤其在計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)充分利用到傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)中來的時(shí)候，每個(gè)工作人員都擁有自己的工作站或終端。所以，分布式環(huán)境是全壽命周期設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)。

全壽命周期設(shè)計(jì)始終是面向環(huán)境資源（包括制造資源、使用環(huán)境等）而言的，它的一切活動(dòng)都是為了使制造出來的產(chǎn)品能夠“一次成功”并在當(dāng)?shù)氐馁Y源環(huán)境下達(dá)到最優(yōu)，而不必進(jìn)行不必要的返工。在設(shè)計(jì)過程中，不僅要考慮產(chǎn)品功能，造型復(fù)雜程度等基本的設(shè)計(jì)特性，而且要考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可制造性。

全壽命周期設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題在于建立面向產(chǎn)品全壽命周期的統(tǒng)一的、具有可擴(kuò)充性的能表達(dá)不完整信息的產(chǎn)品模型，該產(chǎn)品模型能隨著產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程則自動(dòng)擴(kuò)張并從設(shè)計(jì)模型自動(dòng)映射為不同目的的模型，如可制造性評(píng)價(jià)模型、成本估算模型、可裝配性模型、可維護(hù)性模型等，同時(shí)產(chǎn)品模型應(yīng)能全面表達(dá)和評(píng)價(jià)與產(chǎn)品全壽命周期相關(guān)的性能指標(biāo)；面向用戶的全壽命周期的產(chǎn)品智能建模策略，開發(fā)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)的輔助智能導(dǎo)航產(chǎn)品建?？蚣芟到y(tǒng)，包括產(chǎn)品的全過程仿真和性能評(píng)價(jià)模型、面向全壽命周期的廣義約束模型；復(fù)合知識(shí)的表達(dá)模型及其進(jìn)化策略，全壽命周期設(shè)計(jì)涉及到大量的非數(shù)值知識(shí)，現(xiàn)有的簡單的數(shù)值化方法不能很好反映非數(shù)值知識(shí)的本質(zhì)，不僅造成模型的失真，更使模型不易被用戶理解。解決數(shù)值和非數(shù)值混合知識(shí)的表達(dá)和進(jìn)化已成為產(chǎn)品全過程尋優(yōu)的關(guān)鍵。

技術(shù)研究目標(biāo)（1）用系統(tǒng)論和全壽命周期綜合考慮的觀點(diǎn)提出產(chǎn)品的合理開發(fā)進(jìn)程、開發(fā)的組織結(jié)構(gòu)，研究解決產(chǎn)品開發(fā)各階段的關(guān)鍵技術(shù)，建立全壽命周期設(shè)計(jì)理論體系，開發(fā)出相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)工具，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)時(shí)全、快和優(yōu)的全壽命周期設(shè)計(jì)思想。

（2）在一批產(chǎn)品開發(fā)中應(yīng)用全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)，并在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)和完善全壽命周期設(shè)計(jì)的理論體系和開發(fā)工具，使全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)完全實(shí)用化。

主要研究內(nèi)容（1）并行設(shè)計(jì)技術(shù)

在并行工程中，最重要的問題是如何處理各個(gè)任務(wù)間的耦合及協(xié)調(diào)并行設(shè)計(jì)群體的活動(dòng)方式，因此，有效地建立并行工程的模型和優(yōu)先順序是并行設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的突破點(diǎn)。

①支持全壽命周期所有相關(guān)信息的產(chǎn)品多重表達(dá)模型，建立一個(gè)統(tǒng)一的產(chǎn)品模型以支持產(chǎn)品產(chǎn)品的全壽命周期，實(shí)現(xiàn)多側(cè)面模型的自動(dòng)映射；

②多功能設(shè)計(jì)小組所處理各個(gè)任務(wù)間的解耦、耦合及協(xié)調(diào)策略和方法，計(jì)算機(jī)輔助解耦及協(xié)調(diào)方法和系統(tǒng)的研究。

（2）面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)

①系統(tǒng)總結(jié)面向制造的機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上建立面向掛靠的機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)；

②建立面向制造的機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)信息特征模型；

③建立面向制造機(jī)械部件和整機(jī)裝配設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)及支持虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境裝配模型；

④建立面向制造機(jī)械部件結(jié)構(gòu)的并行設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)，該系統(tǒng)還應(yīng)包括企業(yè)制造資源庫、標(biāo)準(zhǔn)件和外購件庫、原材料加工和裝配成本庫、多計(jì)算機(jī)并行設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和決策支持系統(tǒng)等。

（3）全壽命周期設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理技術(shù)

①研究支持跨平臺(tái)數(shù)據(jù)集成與共享的PDM系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上不同平臺(tái)和系統(tǒng)的真正一體化；

②研究支持全壽命周期的動(dòng)態(tài)模型的數(shù)據(jù)庫和設(shè)計(jì)過程管理技術(shù)；

③研究支持異地流動(dòng)計(jì)算的自治體表達(dá)模型及其代理策略。

應(yīng)用舉例大學(xué)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目的完成一般包括立項(xiàng)、實(shí)施、驗(yàn)收和評(píng)價(jià)四個(gè)過程?？梢詫⑦@四個(gè)過程視為項(xiàng)目的全壽命周期。

隨著時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)管理模式出現(xiàn)很多問題，如項(xiàng)目成員之間權(quán)責(zé)不明，普遍存在重技術(shù)輕管理的思想等。這些將直接導(dǎo)致對(duì)項(xiàng)目管理程序的模糊，降低了管理的效率。相反，全壽命周期模式的項(xiàng)目管理程序開始被廣泛應(yīng)用，同樣被應(yīng)用于大學(xué)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目。它不僅便于學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目階段的評(píng)審，還可以對(duì)進(jìn)度、設(shè)備招標(biāo)采購和質(zhì)量等進(jìn)行節(jié)點(diǎn)控制。1

全壽命周期模式的項(xiàng)目管理過程將項(xiàng)目管理劃分為四個(gè)明確的階段：啟動(dòng)、計(jì)劃、執(zhí)行和結(jié)束階段。每兩個(gè)階段間的交換都可交付成果，以供項(xiàng)目組成員組成項(xiàng)目的自我評(píng)審。通過項(xiàng)目的全壽命期各階段的有效管理，參照項(xiàng)目合同書。對(duì)項(xiàng)目進(jìn)展做檢查，確切了解其完成質(zhì)量及進(jìn)展情況．及時(shí)分析影響進(jìn)展的原因，以便在管理方面及時(shí)調(diào)整、促進(jìn)項(xiàng)目保質(zhì)保量完成，真正發(fā)揮項(xiàng)目監(jiān)理、大學(xué)學(xué)科建設(shè)管理部門對(duì)項(xiàng)目的保障、支持與監(jiān)督職能，在降低整個(gè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)、控制關(guān)鍵要素、評(píng)價(jià)實(shí)施結(jié)果等方面作用明顯，同時(shí)，提高了國家財(cái)政的投入績效，提高了學(xué)科建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目的質(zhì)量和效率。1

大學(xué)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期模型的建立，有助于保證項(xiàng)目的具體實(shí)施與監(jiān)理，提高項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量和效益，最大限度地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目研發(fā)的最終目標(biāo)。

根據(jù)項(xiàng)目全壽命周期理論，按實(shí)施階段不同項(xiàng)目可分為項(xiàng)目申報(bào)、項(xiàng)目立項(xiàng)啟動(dòng)、項(xiàng)目執(zhí)行實(shí)施和項(xiàng)目驗(yàn)收總結(jié)，建立學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期模型。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

方正 - 副教授 - 江南大學(xué)