复杂产品如运载火箭、飞机、汽车、液压挖掘机、装载机、船舶、铁路机车、机器人和武器系统等通常都是复杂大系统，由成千上万个零部件、子系统组成。通常具有各种复杂功能，以满足客户的需求。如汽车配备的ABS刹车功能、安全气囊保护功能，以满足人们对驾驶安全的需求。而且复杂产品的技术复杂，涉及机械、电子、控制、液压、气动和虚拟现实技术等多个领域、多项技术;制造过程复杂，涉及并行工程、绿色制造和计算机集成制造等技术;项目管理复杂，要面向全生命周期，应用系统工程理论，对质量、成本、开发周期等进行整体管理、控制和优化。复杂产品的制造业已经成为提高国家竞争力和保证国家安全的重要基础。
   
    在可持续发展战略下，为提高核心竟争力，制造企业必须解决其新产品的"T(上市时间)"、"Q(产品质量)"、"C(产品成本)"、"S(售后服务)"、"E(环境清洁)"、"F(柔性)"等难题。复杂产品的并行式绿色设计正是在这种市场背景下应运而生的。
   
    本文研究了复杂产品的并行式绿色设计的内涵、主要特征、支撑环境、设计人员协同组织模式及其关键技术。
   
    1 复杂产品的并行式绿色设计的内涵
   
    1.1 并行工程
   
    并行工程是现代产品设计和开发的一种先进制造技术，是一种集成的、并行的设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。即进行面向产品全生命周期的一体化设计，在设计阶段就从整体上并行地考虑产品全生命周期的功能结构、工艺规划、可制造性、可装配性、可测试性、可维修性、可靠性以及报废处理等各方面的要求及相互关系，包括质量、成本、计划进度和客户需求等要求，并不断优化设计方案。以期达到缩短产品开发周期、快速响应市场，降低产品的生命周期成本，提高产品质量的目标。
   
    并行工程与传统的串行工程之间的本质区别在于它把产品研发过程中的各个环节作为一个系统整体，面向产品的全生命周期，进行整体管理、控制和优化，避免了串行设计中可能出现的干涉和反复，因为传统的串行设计不考虑各个子系统之间的动态交互与协同关系。
   
    1.2 绿色设计
   
    绿色设计是一个综合考虑环境影响和资源效率的实现制造业可持续发展的先进设计方法。其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负面影响最小，资源效率最高。绿色设计主要包括以下内容:
   
    (1)面向环境的设计 在产品生命周期全过程的设计中，在考虑功能、质量、开发周期和成本的同时，充分考虑对环境和资源的影响，优化设计因素，使产品及其制造过程对环境和资源消耗的总体影响减到最小，将绿色产品的要求作为设计约束的一部分，从可持续发展的高度审视产品的整个生命周期。
   
    (2)绿色材料设计 绿色材料是指在满足一般功能要求的前提下，具有良好的环境协调性的材料。绿色材料在制备、使用及用后处置等生命周期的各阶段，应具有最大的资源和能源利用率、最小的环境影响。
   
    绿色材料选择应遵循以下原则:①优先选用可再生材料和回收材料，提高资源利用率。②尽量选用低能耗、少污染的材料。③尽量选用环境兼容性好的材料，避免选用有毒、有害和有辐射特性的材料，所用材料应易于回收、再利用、再制造和易降解。
   
    (3)绿色工艺设计 绿色工艺是指物料和能源消耗最小化、废弃物最小化、环境污染最小化的加工工艺。在产品制造过程中采用绿色工艺是实现绿色制造的重要环节。
   
    (4)绿色包装设计 绿色包装一般应具有5个方面的内涵:一是实行减量化包装。包装在满足保护又方便、销售等功能的前提下，用量应是最少。二是包装应易于重复利用或回收再生。三是包装废弃物可以降解。四是包装材料对人体和生物应无毒无害。五是包装制品从原材料采集、加工、制造、使用、废弃物回收直到最终处理的生命周期全过程均不应对人体和环境造成危害。
   
    (5)绿色使用设计 对绿色使用的研究主要集中在两个领域:一是延长产品的生命周期。要延长产品的生命周期，就要增加产品的可维护性，实行面向可维护性的设计。二是面向节省能源的设计。
   
    (6)绿色回收设计 绿色回收设计包括面向回收的设计和面向拆卸的设计。
   
    1.3 复杂产品的并行式绿色设计
   
    复杂产品的并行式绿色设计是指复杂产品在全生命周期的设计中，应用并行工程的方法，体现绿色设计的理念，从而实现并行工程和绿色设计信息资源的共享，实现并行工程和绿色设计共同追求的缩短产品开发周期，降低产品的生命周期成本，提高产品质量的目标。复杂产品的并行式绿色设计的流程如图1所示。

    2 复杂产品的并行式绿色设计的主要特征
   
    并行工程与绿色设计有着十分密切的关系，复杂产品的绿色设计对并行工程有着迫切的需求。复杂产品的并行式绿色设计具有以下主要特征:
   
    (1)设计目标的复杂性 复杂产品的并行式绿色设计的目标除了要满足正常的使用性能外，还要符合环境要求，在产品全生命周期的设计中，不仅追求产品的寿命、质量、成本、服务属性，而且注重其环境性。
   
    (2)设计过程的并行性 在产品研发的各个阶段，将传统的按时序先后进行的串行设计方式转变为交叉、重叠的平行作业，建立产品全生命周期中各阶段间的继承和约束关系，在产品设计初期就进行一体化设计，注重并行与协调，仿真测试与分析评估，信息反馈与设计优化。
   
    (3)设计产品的绿色性 复杂产品的并行式绿色设计旨在追求产品的绿色性，是一种综合考虑环境影响和资源效率的先进设计模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境的负面影响最小，资源效率最高。
   
    (4)设计技术的集成性 复杂产品的并行式绿色设计的另一特征是设计技术的集成性。将 CAD/CAM/CAPP、面向制造的设计、面向装配的设计、面向回收的设计和加工过程仿真等技术应用于产品设计的各个环节，以支持人员集成、信息集成、功能集成、过程集成乃至企业之间的集成优化。
   
    3 并行式绿色设计的支撑环境和协同组织模式
   
    复杂产品的并行式绿色设计的支撑环境包括并行工程的支撑环境和绿色设计的支撑环境，如图2所示。实施复杂产品的并行式绿色设计，首先要实现设计人员的集成。与传统的设计不同，设计人员采用协同组织模式，即Team Work模式，由多种人员组成:设计工程师、工艺工程师、材料工程师、环境工程师、操作人员、销售人员和客户代表等，设计人员具有多样性。
   
    4 复杂产品的并行式绿色设计的关键技术
   
    复杂产品的并行式绿色设计是一项复杂的系统工程，它涉及到许多关键技术及研究领域，如产品数据管理(PDM)系统、绿色设计数据库和知识库、协同仿真技术和虚拟制造技术、绿色设计评估系统等。
   
    4.1 产品数据管理(PDM)系统
   
    产品数据共享与过程管理是复杂产品的并行式绿色设计的基础，产品数据管理系统集成了CAD/CAM/CAE文件、材料性能指标、技术标准、安全规范标准等设计信息，以及结构设计、工艺流程、客户需求、环境影响等过程管理信息。产品数据管理旨在对分布式计算机网络环境中的共享数据进行统一的规范管理，保证各项数据的一致性和安全性。
   
    4.2 绿色设计数据库和知识库
   
    绿色设计数据是指设计过程中使用和产生的数据;绿色设计知识是指支持绿色设计决策所需的规则。绿色设计由于涉及产品全生命周期，因而设计所需的数据和知识是产品生命周期各阶段所需数据和知识的融合与集成。为了满足绿色设计的需要，必须建立相应的数据库和知识库，以便为绿色产品的方案设计、结构设计、材料设计、工艺设计、包装设计、使用设计及回收设计等提供重要的数据支撑和知识支撑。
   
    4.3 协同仿真技术和虚拟制造技术
   
    协同仿真技术日益成为了解复杂产品行为、进行优化设计、提高整体性能和质量的有力工具和重要手段。协同仿真技术具有结构仿真、性能仿真、控制仿真、多体动力学仿真之功能。复杂产品的并行式绿色设计的协同仿真技术包括协同建模技术、协同仿真技术和协同仿真运行管理技术三个方面。
   
    虚拟制造技术是由多学科知识形成的综合系统技术，其本质是以计算机支持的仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计阶段，适时地、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造技术、产品的可制造性和产品的可装配性，从而更有效地、经济地、柔性灵活地组织生产，以达到产品的开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化，生产率的最高化。协同仿真技术和虚拟制造技术为并行工程的实施提供了重要的技术保证。

    
    4.4 绿色设计评估系统
   
    绿色设计评估系统旨在为绿色产品的研发提供支持信息，通过建立"技术 一经济 一环境"模型，对新产品技术性、经济性和环境协调性等方面做出评价，判断新产品设计方案的绿色度，对设计方案进行综合评价和比较选优，为绿色产品的设计提供参考和依据。绿色设计评价的技术框架的主要阶段是清单分析和环境影响评价。清单分析是对产品体系整个生命周期各个阶段或过程的输人和输出进行数据收集、量化、分析并列出清单的过程。环境影响评价是运用定量或定性的方法对清单分析结果潜在的环境影响进行评价和描述的过程。
   
    5 结语
   
    并行工程和绿色设计的融合与渗透是复杂产品设计与开发的全新理念和模式。复杂产品的并行式绿色设计的研究和实践必将深刻地改变我国制造业的面貌。深人研究复杂产品的并行式绿色设计对于推进全球资源、环境和社会的可持续发展，建设节约型社会和环境友好型社会，提升国家或地区的竞争力具有重要意义。