并行設計

概述

設計（，) 產品及程(包括設計製造程支持程)集設計系統化模式。傳統串設計，設計強調產品初階段，求產品設計始考慮產品整周（產品藝規劃、製造、裝配、檢驗、銷售、、維修產品廢止）環節，建產品壽周各階段繼承約束系及產品各屬系，追求產品壽周程優。產品功設計組，設計協調，產品完善。足客戶產品綜合求，減程產品反覆，提產品質量、縮短周降低產品。

.設計基概念

1.1并行設計的基本概念

并行設計（ConcurrentDesign）是世界市場競爭日益激烈的產物。隨著經濟的蓬勃發展，客戶對產品款式、品種、性能的要求越來越高，對產品質量及售後服務質量的要求也越來越嚴格。為了提高競爭力，現代的各類製造業必須不斷縮短新產品開發周期（Time)，提高產品質量（Quality)，降低設計生產成本（Cost），改進售後服務（Service），並增強環境保護意識（Environment），只有這樣才能在激烈的市場競爭中立於不敗之地。

并行設計是充分利用現代計算機技術、現代通信技術和現代管理技術來輔助產品設計的一種現代產品開發模式。它站在產品設計、製造全過程的高度，打破傳統的部門分割、封閉的組織模式，強調多功能團隊的協同工作，重視產品開發過程的重組和優化。并行設計又是一種集成產品開發全過程的系統化方法，它要求產品開發人員從設計一開始即考慮產品生命周期中的各種因素。它通過組建由多學科人員組成的產品開發隊伍，改進產品開發流程，利用各種計算機輔助工具等手段，使產品開發的早期階段能考慮產品生命周期中的各種因素，以提高產品設計、製造的一次成功率。可以縮短產品開發周期、提高產品質量、降低產品成本，進而達到增強企業競爭能力的目的。

并行設計技術可以在一個工廠、一個企業（包括跨地區、跨行業的大型企業）及跨國公司等以通信管理方式在計算機軟、硬體環境下實現。其核心是在產品設計的初始階段就考慮到產品生命周期中的各種因素，包括設計、分析、製造、裝配、檢驗、維護、質量、成本、進度與用戶需求等，強調多學科小組、各有關部門協同工作，強調對產品設計及其相關過程并行地、集成地、一體化地進行設計，使產品開發一次成功，縮短產品開發周期，提高產品質量。美國於20世紀80年代末首先在福特、通用和克萊斯勒三大汽車公司組織實施并行工程技術，取得了顯著的經濟效益。我國近年來在一些大型企業中也開始部分實施并行工程技術，這項技術是提高我國企業水平，參與全球化競爭的一個重要發展方向。

1.2傳統設計過程與并行設計過程

傳統的產品設計，是按照一定的順序進行的，它的核心思想是將產品開發過程儘可能細地劃分為一系列串聯的工作環節，由不同技術人員分別承擔不同環節的任務，依次執行和完成。圖1為傳統的產品開發過程示意圖。由圖1可見，傳統的產品開發過程劃分為一系列串聯環節，忽略了各個環節，特別是不相鄰環節之間的交流和協調。每個階段的技術設計人員只承擔局部工作，影響了對產品開發整體過程的綜合考慮。並且如果任一環節發生問題，都要向上追溯到某一環節中重新開始，從而導致設計周期冗長。

并行設計工作模式是在產品設計的同時考慮其相關過程，包括加工工藝、裝配、檢測、質量保證、銷售、維護等。在并行設計中，產品開發過程的各階段工作交叉進行，及早發現與其相關過程不相匹配的地方，及時評估、決策，以達到縮短新產品開發周期、提高產品質量、降低生產成本的目的。并行設計的工作模式如圖2所示，設計從一開始就考慮到產品生命周期中的各種因素，將下游設計環節的可靠性以及技術、生產條件作為設計的約束條件，以避免或減少產品開發到後期才發現設計中的問題，以至再返回到設計初期進行修改。由圖2可見，每一個設計步驟都可以在前面的步驟完成之前就開始進行，儘管這時所得到的信息並不完備，但相互之間的設計輸出與傳送是持續的。設計的每一階段完成後，就將信息輸出給下一個階段，使得設計在全過程中逐步得到完善。

2 并行設計的關鍵技術

2.1 并行設計的建模與模擬

并行設計與傳統產品開發方式的本質區別在於它把產品開發的各個活動視為一個集成的過程，從全局優化的角度出發對該集成過程進行管理和控制，並且對已有的產品開發過程進行不斷的改進與提高，這種方法被稱為產品開發過程重組（Product development process re-engineering）。將產品開發過程從傳統的串列產品開發流程轉變成集成的、并行的產品開發過程，首先要有一套對產品開發過程進行形式化描述的建模方法。這個模型應該能描述產品開發過程的各個活動以及這些活動涉及到的產品、資源和組織情況以及它們之間的聯繫。設計者用這個模型來描述現行的串列產品開發過程和未來的并行產品開發過程，即并行化過程重組的工作內容和目標。并行工程過程建模是并行工程實施的重要基礎。

(1) 複雜系統分析和建模工具

一個複雜系統（如一個企業）的建模要涉及多方面的因素，如功能、信息、過程、資源和控制等，需要從不同的角度進行描述。因此複雜系統的分析和建模工具一般都用不同的視圖來反映一個系統的不同側面，而這些不同視圖的集成和相互映射構成了評價和比較系統的重要標誌。

1）CIM-OSA建模方法

CIM-OSA (Computer Integrated Manufacturing-Open System Architecture)是一種面向企業CIMS生命周期的體系結構。從結構上由兩部分構成，一個是模型框架，另一個是集成基礎結構。前者從建模的不同層次和實施的不同階段出發給出CIM企業參考模型的結構，以及CIMS實施的方法體系，從而對CIM企業的優化設計、建立和最佳運行提供指導與支持；後者在為CIM系統提供一組公共服務集合，實現企業信息集成、功能集成所需的基本處理和通訊功能。這組公共服務集合支持企業模型的建立、CIM企業的設計、實施、運行與擴充，為CIM體系結構的實現提供基礎支撐環境。

此外，CIM-OSA還定義了兩個應用環境，集成的企業工程環境和集成的企業運行環境，前者支持企業的建模、分析過程，而後者支持企業模型的模擬、運行過程。

2）IDEF建模方法

①IDEF0方法 IDEF的基本概念是在70年代提出的結構化分析方法的基礎上發展起來的。80年代初，美國空軍在ICAM（Integrated Computer Aided Manufacturing）計劃中提出了名為“IDEF”的方法（ICAM Definition Method）。其中，IDEF0是在結構化分析與設計技術SADT（Structured Analysis and Design Technique）基礎上發展起來的一種對系統進行建模的語言。IDEF0方法的基本思想是結構化分析，利用它可以較為系統、直觀地描述系統功能信息，同時支持自頂向下分解，從而有效地控制複雜度。除此之外，IDEF0還在結構化分析與設計技術的基礎上進行了擴展，增加了組織信息。

②IDEF1/IDEF1X方法 IDEF1方法描述了系統信息及其聯繫，它建立的信息模型被用作資料庫設計的依據。IDEF1X是IDEF1的擴展版本，IDEF1X一方面在圖形表達和模型化過程方面進行了改進，另一方面對語義進行了增強和豐富。其基本特點是包含數據的有關實體；實體之間的聯繫用連線表示；實體的特徵用屬性名表示。

③IDEF3方法IDEF3是一種過程描述語言，其基本目的是提供一種結構化的方法，使某領域的專家能夠表述一個特定系統或組織的操作知識，以自然的方式，直接獲取關於真實世界的知識。這些知識包括參與活動的對象的知識、支持活動的對象的知識、過程或事件的時間依賴關係、因果關係等知識。

IDEF3通過過程的圖示化表示方法和信息表述語言的結合使用，使用戶集中精力來關注被描述過程的相關方面，並且提供了顯示錶達這一過程的內存本質和結構的能力。

④IDEF9方法 IDEF9是一種用於描述系統的方法，可以用於判別在業務領域對系統或過程的約束。IDEF9可用於描述系統的業務活動和策略；提供改善加工的知識；建立支持加工的信息系統。IDEF9方法通過發現、分析對過程的優化，為系統分析員/建模者提供足夠的支持，以實現業務系統持續性的提高。

3）UML建模方法

UML語言（Unified Modeling Language）是一種書寫軟體的標準語言。它可以對軟體系統作如圖樣表示、文字描述、構造框架和文檔處理等方面的工作。UML語言適合於各種系統的建模，從企業級信息系統到基於網路的分散式應用，甚至於嵌入式實時系統。它是一種描述性很強易學易用的語言，能表達軟體設計中的各種觀點，然後對系統進行規劃部署。UML語言是一種概念化的語言模型，包括UML基本建模模塊、模塊間建立關係的規則和語言中一些公共的建模方法。

4）ARIS建模方法

ARIS (Architecture of Integrated Information System)是一個集成化的信息系統模型框架。ARIS以面向對象的方法描述了企業的組織視圖、數據視圖、過程視圖和資源視圖，並通過控制視圖來描述組織、數據、過程和資源的四個視圖之間的關係。按照企業信息系統實施的生命周期，ARIS定義了需求定義、設計說明和實施描述三個層次。

5）系統動態建模方法

系統動態建模方法將反饋控制理論和技術用於系統的組織和管理。系統動態建模通過變數和延遲來描述系統。由於通過反饋控制理論可以對複雜系統進行動態分析，因此，通過該方法對產品開發過程建模，可以更精確地描述系統動態特性，分析系統行為。這一方法與控制理論關係密切，主要用來對過程進行動態建模和分析，目前控制理論已經相當成熟。因此，系統動態建模方法的關鍵在於過程模型的抽象和參數的確定。

(2) 過程式控制制和管理工具

過程式控制制和管理工具是在以上建模的基礎上，以過程模型為核心對系統的階段活動進行監控和管理。其主流技術是新興的工作流管理技術。一般的工作流管理包括工作流建模和運行控制兩大部分。目前，市場上工作流產品十分豐富，它們在功能、規模和應用範圍上也各有特色，在此介紹FileNet、JetForm、IBM和Action四個公司開發的比較有影響和代表性的工作流產品。

1）FileNet公司的工作流產品

VisualWorkFlo是FileNet公司集成文檔管理軟體系列產品中的一部分，它與集成文檔管理軟體中的其他產品合作，可為工作量大、性能要求高的經營過程提供全新的可擴展的過程改進方案。它允許迅速地評價和改進機構工作方式，可隨時查看過程中關鍵的細節，實時掌握過程的運行情況，還能幫助生成日、周、月、季度和年度的工作情況報告，以便改進過程模型。VisualWorkFlo還提供WEB服務，支持跨企業經營過程集成。

2）JetForm公司的工作流產品

InTempo是JetForm公司推出的企業工作流產品。它基於C/S方式，其客戶端相互獨立，適於管理型和設定型的經營過程，如合同管理、顧客問題解決、銷售和預算審批、訂購、消費報告、政策回顧和用戶調查等。

InTempo具有以下主要特點：

①客戶端相互獨立，企業可針對不同任務選擇合適的客戶端環境；

②支持各種數據和消息管理系統；

③自動分配活動 可自動將任務分配給相應的人員，並使用電子郵件系統傳輸信息，可使任務自動出現在用戶的信箱中，簡化了任務接受過程；

④版本管理 提供了對過程模型的不同版本進行管理的服務；

⑤支持結構化和非結構化的數據用戶可將任何形式的文檔附加在過程中傳給下一個用戶；

⑥時間管理提供了不同程度的時間管理服務。用戶可以在建立模型時加入時限限制，並根據用戶定義的時限規定執行超時提醒、過時任務刪除等操作；

⑦支持設定型的工作流允許在工作流中加入決策型的活動。對異常活動和人員參與的活動，都將記錄在案。可以處理更為複雜的工作流，為企業更快、更準確地決策提供了保證。

3）IBM的工作流產品

IBM MQSeries Workflow是IBM公司推出的最新工作流管理產品，是IBM商業集成軟體IBMMQSeries的一部分。它將經營流程從應用邏輯中分離出來，可以幫助企業用更少的時間、以更快的速度和更高的靈活性集成資源、減少消耗、消除錯誤、提高生產力，根據市場需要改變經營過程。它以IBMMQSeries為基礎，將分佈在一個異構平台內的不同活動、系統和應用程序有機地集成起來，為在Internet環境下實現電子商務提供保障。

MQSeries Workflow 具有以下特點：

①支持異構系統可支持25種不同操作系統。

②自動分配任務可根據模型定義自動地分配任務。

③圖形化的界面提供了圖形化編輯器，幫助用戶迅速完成經營過程定義。

④幫助用戶執行和優化過程能夠充分利用有關部門經營過程的知識，幫助用戶定義、記錄、測試、控制、執行和改進經營過程。

4）Action 技術公司的工作流產品

Action為知識工程師提供了一套基於Web的工作流管理軟體。Action Metro 4.0不僅能夠管理確定的過程，而且能對經營過程中不可預見的問題、要求和機遇進行控制，還可為用戶提供任務設定的管理工具。客戶可用Action提供的工具，在整個企業甚至企業間建立基於Web或C/S的工作流管理環境。Action產品將Internet技術與SQL事務處理技術結合起來，並提供了內置的安全措施，即使用來管理非常複雜的、分散式的和需要不斷修改的工作流，也能夠保證經營過程的一致性。

與傳統的工作流產品相比，Action Metro更適合於基於知識的工作。它支持用戶與信息之間的交互（如信息獲取、用戶協商、發現並解決問題等），主要具有以下特點。

①實時提供狀態信息 Metro的開放式應用結構，保證用戶及時得到執行活動所需的最新的活動狀態、應用數據和應用工具，並據此作出實時數據和過程狀態的決策。

②瞬時智能地分配任務Metro自動地將任務分類，用戶可以基於Web的工具接受任務，Metro也可以通過Metro WorkLinks直接將任務送到用戶的電子信箱中。

③功能強大的過程編輯器Metro提供圖形化的過程編輯器，用戶可以方便地定義任何類型的過程模型。

④過程評估和改進Metro保證對過程的每一步都進行記錄、跟蹤和說明。能時刻跟蹤狀態並收集數據，用戶能夠發現問題所在，並對過程模型進行改進，直到滿意為止。

⑤)支持Web技術Metro允許用戶通過Web參與到工作流的實例運行中。

2.2 多功能團隊的協同工作

(1) 集成產品開發團隊

傳統的按功能部門劃分的組織形式與并行設計的思想是相悖的。并行設計要求打破部門間的界限，組成跨部門多專業的集成產品開發團隊（Integrated Product Team ─IPT）。集成產品開發團隊是企業為了完成特定的產品開發任務而組成的多功能型團隊。它包括來自市場、設計、工藝、生產技術準備、製造、採購、銷售、維修、服務等各部門的人員，有時還包括顧客、供應商或協作廠的代表。總之，只要是與產品整個生命周期有關的，而且對該產品的本次設計有影響的人員都需要參加，並任命團隊領導，負責整個產品開發工作。採用這種團隊工作方式能大大提高產品生命周期各階段人員之間的相互信息交流和合作，在產品設計時及早考慮產品的可製造性、可裝配性、可檢驗性等。在設計開發之前，IPT首先劃分任務，任務的承擔者是角色，功能部門以角色的形式完成任務。功能部門中的個人被定義成成員，每個角色可以由一個成員擔任，也可以由多人完成；同樣每個成員也可以承擔不同的角色。IPT的結構是隨時間動態變化的，它的成員、負責人和規模等內容隨任務的需要可進行調整。IPT 的工作目標如下：

1)提高產品質量IPT的每個成員均對滿足用戶需求和質量需求作貢獻。

2)降低生產成本採用集成產品開發團隊能顯著減少更改、錯誤和返工。

3)縮短產品開發周期IPT并行協同工作，保證對用戶需求和更改設計很快作出反應。

(2) 團隊工作中的衝突協調

設計團隊成員在同一前提條件下或同一目標要求下對某一事件作出的結論有時候不一致。由於組成集成產品開發團隊各成員的專業背景不同，考察問題的出發點也不同，對同一個問題產生不同的見解是不可避免的。如質量和成本的矛盾、進度和資源的矛盾、可製造性和結構合理性的矛盾、可裝配性和空間限制的矛盾等等。因此，及時發現和解決衝突是并行設計中非常重要的問題。

從衝突所涉及的對象來看，衝突可分為設計衝突、資源衝突、過程衝突等三類。

1) 設計衝突是產品設計中存在的相互對立、相互矛盾的關係。設計衝突分設計目標衝突和設計結果衝突兩種。設計目標衝突由局部目標的差異引起，表現為設計方案或設計屬性無法同時滿足一定的功能目標。如可裝配性目標或可製造性目標等；目標衝突必然會導致結果衝突，即便在目標一致的情況下，由於問題求解方法等的不同，也會導致結果之間的衝突，或求解結果與總目標之間的衝突。

2) 資源衝突是自然界和人類社會中普遍存在的一種衝突。并行設計的資源主要包括人力、物力和信息等三方面的資源，設計活動并行化后，資源規劃、分配和調度機制如果跟不上，就難免會造成衝突。

3) 過程衝突是產品在開發過程中時間上或信息上存在矛盾時產生的。過程衝突在時間上表現為拖延，即未按產品開發過程的計劃完成任務，影響後續任務的執行；在信息上表現為信息缺乏，即一項任務由於缺乏必要的從前面的任務輸出的信息而無法展開執行。

為了使集成產品開發團隊的成員協同工作，實現全局最優的設計，就需要有解決衝突的機制。解決衝突的方法主要有消解、協商和仲裁等。

①消解在問題求解階段檢測衝突，然後應用知識、工具、資源等予以解決，不能解決的則進一步採用協商的方法。

②協商問題求解者對自己無法解決的衝突，與其他求解者進行協調，稱為協商。協商是并行設計衝突的主要解決途徑，協商的結果通常會導致折衷，團隊成員互相讓步，得到一個不是最優但衝突最少的解決方案。

③仲裁子問題求解者對衝突無法達成一致協議，則提請更高一層的問題求解者，甚至管理者，請求仲裁。仲裁是一種具有主從關係的協商，仲裁者的意志可強加於申請者。

(3) 分佈協同工作中的關鍵技術

1）分散式對象技術

傳統的分佈應用開發是通過遠程過程調用（RPC）或網路應用編程介面（API）來實現的，用這些方法開發的系統的移植性、擴展性也將受到很大的限制，要在企業間有效利用面向對象技術，需要一種能夠在網路層面上實現封裝性、繼承性和多態性的規範。這種網路級的對象技術便稱之為分散式對象技術。分散式對象技術的採用，避免了系統集成實現時的許多無謂的繁雜編程。

目前有兩種主要的支持分散式對象技術的體系結構，一種是由對象管理組織（Object Management Group, OMG）提出的公共對象代理體系結構（Common Object Request Broker Architecture），一種是由Microsoft提出的分散式通用對象模型（Distributed Common Object Model，DCOM），但是DCOM不能在UNIX平台上運行，而企業里PDM和ERP這樣的一些大系統的服務端經常安裝在UNIX平台上，因此CORBA由於其跨平台性而具有更廣泛的應用範圍。

2）CORBA技術

公共對象請求代理體系結構CORBA（Common Object Request Broker Architecture）是由對象管理組織OMG（Object Management Group）制定的一個面向對象的集成軟體工業規範。CORBA是分散式計算機技術與面向對象技術的緊密結合。CORBA通過分散式計算和面向對象技術的結合，實現了軟體重用、移植和互操作。CORBA可以讓系統開發人員自己選擇編程語言，如C++，JAVA等，來創建一個面向對象系統。

CORBA規範定義的基礎是面向對象的設計思想和方法。將分散式計算同面向對象的概念相結合可以將冗餘度控制在最低的程度，一個對象既能夠被客戶程序也能被伺服器程序使用，對象實現的修改不會影響雙方實現程序，這樣就提高了軟體的利用率。如圖3所示，CORBA的對象管理體系結構主要由應用程序對象、公共設施、對象請求代理器和對象服務4個部分組成。

對象請求代理器ORB（Object Request Broker）為系統中的所有對象提供通信中樞，提供了對象間信息流動所需的通路。它能使對象在分散式環境中透明地收發請求和響應，是構造分散式對象應用系統，使應用系統在不同層次的異構環境下互相操作的基礎。

CORBA採用了一個代理器（ORB）來處理系統中客戶機和伺服器之間的信息交互。在傳統的客戶機/伺服器模型中，客戶機和伺服器之間有著一一對應的關係。基於對象模型，CORBA在客戶機和伺服器之間插入一個ORB，由於ORB的介入，客戶機和伺服器之間不再一一對應。ORB將傳統的客戶機和伺服器之間的直接通信變成了客戶機和伺服器分別和ORB的通信。ORB具有一定的智能，對於來自客戶機的服務請求，ORB將為其選擇一個最合適的伺服器並代為接通二者的通信。由於有了ORB，實現了客戶機和伺服器的分離。應用程序只要保證界面和行為語義的一致性，更換伺服器或修改已有系統都不會影響已有的應用過程。從而提供了一種更靈活的，分佈建立複雜系統的方法。

代理器的引入帶來了如下優點：

①CORBA客戶機和伺服器無須了解對方。CORBA客戶機和伺服器通過代理器找到對方，而不用直接知道對方。這樣，只有代理器需要知道在網路中的CORBA客戶機和伺服器的位置和能力。而客戶機和伺服器它們自身是不需要含有這些信息的；

②CORBA 並不要求客戶機和伺服器之間是一對一的關係。傳統的客戶機∕伺服器環境中，客戶機與伺服器是一對一的關係。在CORBA中插入了代理器后，則既可以是多個伺服器為單個客戶機服務，也可以是一個伺服器為多個客戶機服務。如圖4所示；

③CORBA客戶程序可以在運行時動態定址，與新加入的對象或伺服器交互作用。傳統的客戶機/伺服器模型中，請求的調用是預先定義的。CORBA可以在運行時動態調用對象的請求。

對象服務（Object Service）為對象創建、對象訪問控制、對象跟蹤和對象應用等提供一套標準函數。對象服務是為方便應用程序開發人員開發對象的必要的系統的服務。對象服務使應用程序開發人員只需調用這些對象服務函數，而無需編寫和調用自己私有的對象服務函數。

公共設施（Common Facilities）為許多不同的應用程序提供一套一般用途的應用程序功能，例如，文檔管理工具、數據存取工具、文件列印工具等。

應用程序對象（Application Object）為最終用戶提供一套完成特定任務的對象，它相應於傳統的應用程序。

3）Microsoft的方案（OLE、ODBC 和DLL）

Microsoft沒有推出基於CORBA的產品，但是它近來在windows操作平台上發展的一些相應的軟體技術，例如對象鏈接和嵌入（Object Linking and Embedding-OLE）技術，開放式數據連接（Open data base Connecticity-ODBC）技術，動態數據交換（Dynamic Data Exchange-DDE）技術和動態連接庫（Dynamic Link Library-DLL）技術等，為windows環境下的應用軟體集成提供了極為方便的手段。上述技術可大致分為三類集成：文檔的集成（OLE）、資料庫的集成（ODBC）和應用程序的集成（DDE、DLL）。

4）WEB(HTML、XML)技術

HTML協議是目前Internet交換信息的主要標準。HTML語言簡單易用，它提供了一種文本結構和格式，使其能夠在瀏覽器上呈現給訪問它的用戶。HTML是對ASCII文件的一種增強版本。它允許在文件中加入標籤，使其可以顯示各種各樣的字體、圖形及閃爍，還增加了結構的標記，如頭元素、列表和段落等，提供了超文本鏈接的功能。但是HTML過於簡單，隨著WEB文件內容的增多和形式多樣化，越來越顯得不適應，原因是HTML定義了唯一的文件類型，並且不能改動標記集。

XML在可擴展性、結構性及可校驗性三個方面都較HTML有較大的進步。HTML用來顯示數據，XML則可用來描述數據對象。XML定義了一個開放式的標準，它包括三個相互聯繫的標準。

①XML（可擴展的標記語言，extensibleMarkup language）。

②XSL（可擴展的式樣語言，Extensible Style Language）。

③XLL（可擴展的鏈接語言，Extensible Linking Language）。

這三個標準相輔相成，使XML語言在數據標記、顯示風格和超文本鏈接方面功能強大，對數據交換十分便利，被稱為WEB風格的EDI（電子數據交換）。

5）CSCW

在當今的社會生活中，絕大多數工作都是在特定的群體環境中，由群體成員互相協作、共同完成的，人們的工作方式明顯地具有群體性、交互性、分佈性與協作性等基本特徵。隨著計算機技術的發展及人們在群體工作中的實際需要，人們已不滿足於簡單的人機交互，而希望通過網際網路促進人與人之間的交流，從而提高群體工作的效率和質量。計算機支持的協同工作（Computer-supported Cooperative Work ，CSCW）是一門研究人類群體工作的特性及計算機技術對群體工作支持的方法，並將計算機科學、社會學、心理學等多個學科的成果綜合起來的新興學科。

實現分散式設計的關鍵技術之一是對產品開發過程中存在的衝突進行管理，各個過程之間不斷交換信息、協調衝突。因此，必須建立良好的通信環境和過程協調機制，以便於各過程之間及子系統之間的同步進行和協調決策。實施分散式并行設計需要多學科專家協同工作。協同工作模型是能夠支持分散式并行設計的一種使能技術，它支持多用戶同時工作，並提供訪問共享信息的介面。通過通信網路，採用多媒體技術，實現文本、圖形、語音、視頻等多媒體信息進行實時交流，及時協調衝突，提高工作效率。

多媒體會議系統使地理上分散的設計人員能組成多個產品開發團隊，形成一個虛擬的協作群，廣泛地共享各種產品數據，加快產品開發的速度。

概括起來，一個完整的CSCW環境應滿足如下要求：

①支持產品設計的整個過程分散式并行設計需要進行建模、分析和控制，CSCW能夠引導設計過程高效地、協調地向前推進，對於不同設計團隊在工作時出現的衝突，系統能夠自動檢測和協調；

②提供多種通信模式為了滿足分散式并行設計的需要，不同設計團隊之間的產品數據通信、消息的發送等需要多種通信方式。例如在線交談、電子郵件、電子白板、視頻會議等；

③產品數據管理（PDM）由於產品設計過程中的數據類型十分複雜，並且必須具備動態生成、動態修改的要求，CSCW能夠支持多視圖的操作；

④CSCW應具有一定的柔性即具有在不同狀態或模式之間的轉換功能，能夠支持多種應用；

⑤高度的穩定性 由於CSCW是控制整個分散式并行設計過程的系統，其穩定性直接影響設計工作的正常進行，其錯誤可能導致整個系統的失敗。

按照時間和空間的概念分類，CSCW有交互合作方式和合作者的地域分佈之分。具體地說，交互合作方式是指合作工作是同步的還是非同步的，合作者地域分佈是指合作者是遠程的還是本地的，由此而將CSCW分成4類：

①遠程同步系統地域上分佈不同的參加者可以進行實時交互協同工作，會議電視系統、遠程協作系統等都是成功的遠程同步系統的例子。會議電視系統是指分佈於各地的會場通過通信網實現視頻、語音、文字、數據和圖片共享，便於人們進行問題的討論和工作的完成；遠程協作系統不是以視頻共享而是以活動共享為特徵的，分佈於各處的用戶可以在各自的計算機平台上進行對相同的對象操作，從而完成一件工作。

②非同步遠程工作模式地域上分佈不同的參加者可以在不同的時間內進行信息的通信，是傳統郵政信件通信方式的進一步發展，多媒體郵件系統是其發展的最高模式。在這種CSCW工作模式下，相互通信的計算機系統必須通過網路互聯，不需要二者處於同樣的工作環境和相同的工作狀態，但通信網路必須有“存儲轉發”的功能。

③本地同步系統處於同一區域的合作者在同一時間完成同一工作，這一點和人們日常群體工作方式最為接近，似乎不藉助計算機系統人們也可以協調工作，但是事實上只有在計算機環境中才能解決人們在群體工作時遇到的不易克服的問題，如怎樣在會議環境下發揮每一位參加者的智能，在規定的時間內完成規定的任務，消除由於人們觀點不同而引起人際之間衝突及如何克服無關話題的引入等等。

④本地非同步系統處於同一區域的人們在不同的時間內進行交互，主要有布告系統和留言系統等等。

CSCW具有以下基本特徵：

①信息共享信息共享是協同工作的基本要求，只有提供方便可靠的信息採集、訪問、修改和刪除機制才能促進成員之間的協作活動。具體地說就是提供運行在不同操作平台上的不同應用程序對數據的存取和交換，例如對於電子郵件實現不同文檔格式的轉換；支持分佈成員、信息資源以及當前活動信息的維護，便於人們去尋找相應的工作夥伴，利用相應的資源，完成某項特定的任務；提供信息共享的不同訪問方式；支持用戶了解當前使用信息被其他用戶同步使用時做的更改；

②用戶間通信CSCW系統要求運行環境為不同工作模式提供相應的通信服務；支持多媒體通信，允許進行視頻、音頻、圖像、文字和數據的傳送；支持不同形式的通信，支持不同媒體信息間的轉換；

③群體活動管理CSCW系統要支持多個用戶協同工作，就必須提供相應的機制支持群體活動；

④個體活動管理在協調多個用戶之間工作的基礎上，CSCW必須能夠為用戶提供統一、方便和適宜的工作平台，保證用戶的高效工作。目前採用較寬鬆的WYSIWIS（你見即我見，What You See Is What I See）機制，允許參加者對同一事務的不同部分以不同形式進行觀看和修改。為了安全性和其他一些社會需求，參加協調工作的用戶必須能夠保留一部分私有數據不為群體共享，CSCW平台能夠區分公用操作數據和私有操作數據，並採取不同的使用和保護策略。

2.3 產品數據交換技術

隨著計算機技術的迅速發展，CAD、CAPP、CAM系統在過去的幾十年中在各自的領域得到了廣泛的應用。為了進一步提高產品設計製造的自動化程度，縮短開發周期，需要實現CAD/CAPP/CAM系統的集成。而實現CAD/CAPP/CAM系統集成的關鍵是CAD、CAPP、CAM系統間的產品數據交換和數據共享。因此，有必要建立一個統一的、支持不同應用系統的產品信息描述和交換標準，即產品描述和交換規範。為了解決產品信息交換中存在的問題，國際標準化組織（ISO）制定了產品數據表達與交換標準STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data），在ISO中代號為ISO10303。

(1) STEP的體系結構

如圖5所示，STEP的體系結構可以看作三層：應用層，邏輯層和物理層。最上層是應用層，包括應用協議及對象的抽象測試集，這是面向具體應用，與應用有關的一個層次。第二層是邏輯層，包括通用集成資源和應用集成資源，通用資源模型是一個從實際應用中抽象出來，並與具體應用領域無關的產品概念模型。而應用資源模型則是在此基礎上對具體應用領域內有共性的部分進行了再次抽象，表達了該應用領域的產品概念模型。它們均與具體的實現無關。最底層是物理層，包含STEP數據的資料庫和實際文件及其實現方法。

(2) STEP的組成結構

STEP是ISO提出的產品數據表達與交換的國際標準，其目標是提供一種獨立於任何特定系統且能描述產品整個生命周期中有關數據的機制。STEP標準包括六個部分的內容：描述方法、集成資源、應用協議、實現形式、一致性測試和抽象測試集。

1）描述方法

集成資源和應用協議中的產品數據描述要求使用形式化的數據規範語言來保證描述的一致性、無衝突性和語義上的無二義性。這種形式化語言既具有可讀性，使人們能夠理解其中的含義，又具有能夠被計算機理解的形式化程度，有利於計算機應用程序和支撐軟體的生成。因此在STEP描述方法中定義了EXPRESS規範描述語言和它的圖形化表達EXPRESS-G。

EXPRESS是一種形式化信息建模語言而不是一種編程語言。它是STEP系列中的一個部分內容，用以描述STEP中其他部分的信息要求，且標準化為ISO 10303－11。其設計目標包括以下內容：

①語言不僅能夠為人所理解，而且便於計算機處理；

②語言能夠區分STEP涉及的紛呈複雜的內容；

③語言的重點放在實體（Entity）定義上。實體定義包括實體屬性和這些屬性上的約束條件；

④語言盡量與具體實現無關。

EXPRESS語言吸收了許多語言的功能和特點，並增加了一些新的功能，以便更適宜於表達信息模型。需要指出的是，EXPRESS語言不是一種程序設計語言，它不包含輸入/輸出、信息處理、異常處理等語言元素，它是一種具有面向對象特性的描述語言。EXPRESS通過數據和約束，清楚、簡明地定義了對象，給出了一個概念模式。因此EXPRESS不僅是產品數據模型的規範語言，用來描述集成資源和應用協議，而且是整個STEP中數據模型的形式化描述工具。EXPRESS同樣也適用於STEP範圍以外的信息建模。

2）集成資源

建立在STEP 邏輯層的概念模式稱為集成產品信息模型[Integrated Product Information Model (IPIM)]，又稱集成資源（Integrated Resources），它是STEP 的核心。集成資源分為兩大部分：集成通用資源（Integrated Generic Resources）和集成應用資源（Integrated Application Resources）。兩者的區別在於它們的應用領域的不同，集成通用資源對所有的應用領域都通用，而集成應用資源的作用域相對狹窄，只描述具體應用領域所需要用到的數據。

集成通用資源描述了諸如幾何、材料、形狀變動公差以及產品結構等數據，還能為產品數據的視覺展現來定義參數和規則。此外通用資源還定義了一個用來規定過程結構、屬性和表達的模型，該模型用於構造過程活動及其參數的邏輯順序。

集成應用資源是集成資源中針對特定的一些應用範圍而定義的另一類資源，它是集成通用資源的細化和補充。

3）應用協議

應用協議（Application Protocol－AP）是一份標準，用以說明如何用標準的STEP集成資源來解釋產品數據模型環境，以滿足特定領域的工業需求。也就是根據不同應用領域的實際需要，認定標準的邏輯子集，再加上必需補充的信息。作為標準，強制地要求各個應用系統在交換、傳輸與存儲產品數據時滿足應用協議的規定。一個應用協議包含如下三部分內容：

①由應用協議所支持的應用功能模型（應用活動模型，AAM）。AAM定義了標準的範圍，並用形式化的過程描述語言IDEF0表示。AAM將標識以下四種數據類型，即輸入、輸出、控制以及所涉及的功能/活動的方法要素。

②)按照某一應用視角給出的產品數據模型（應用參數模型，ARM）。ARM定義了在AAM中所給出的並以規範化方法描述的數據類型。通常用形式化信息建模語言EXPRESS-G表示。

③第三部分包含對特定應用中的ARM的描述（應用解釋模型，AIM）。該描述是利用集成資源所預先定義的構造塊，通過對集成資源的選擇和約束來滿足ARM所給出的信息完成的。解釋模型用EXPRESS或EXPRESS-G表示。

4）實現方法

描述了STEP標準的不同實現形式。實現形式是一種交換信息的方法，其信息內容應符合國際標準中定義的集成資源和應用協議。用於產品數據的可供選擇的實現形式有文件交換、資料庫交換或直接的數據存取。文件交換實現形式定義了一套清晰的文本編碼格式，可用於不同系統間交換全部或部分產品數據表示；資料庫實現形式則用於各種結構的資料庫（如關係型資料庫或面向對象資料庫）中存儲模型；數據存取是為存儲方式獨立的應用程序提供信息的方式。各種實現形式均採用形式語言定義，以便用自動化方法開發應用軟體。

5）一致性測試

STEP的一致性測試方法學和框架，是STEP中的一個重要組成部分。它為實現STEP應用協議的軟體產品的一致性測試提供了一般性的方法論和要求。一致性測試方法學和框架的目標保證以下三點：

①可重複性任何時候實行測試結果相同。

②可比較性任何地點實行測試結構相同。

③可審查性測試結束后，可複審記錄。

STEP一致性檢驗的基本原則和方法是為了檢驗支持STEP的軟體的有效性。這些原則和方法描述了通用一致性準則和測試過程，同時還描述了執行這些測試的方法。每一STEP實現方法都定義了抽象測試方法。

6）抽象測試集

根據每項應用協議的一致性需求與測試目標，用一種形式定義語言來定義抽象測試事例。每個測試事例提出一套用於某項專門測試目標的完整的活動說明。每種專門應用方式需要一個抽象測試方法。測試方法用於描述如何在與測試工具、過程以及所用的專門應用協議獨立的情況下測試某種專門應用。

2.4 產品數據管理(PDM)

(1) PDM的定義

企業信息化是將企業的生產過程、物料移動、事務處理、現金流動、客戶交互等業務過程數字化，通過信息系統和網路環境加工生成新的信息資源，提供給各層次的人們，以作出有利於生產要素組合優化的決策，使企業資源合理配置，適應瞬息萬變的市場經濟競爭環境，以達到獲取最大經濟效益的目的。產品數據管理（PDM，Product Data Management）技術是企業信息化的重要組成部分，PDM在提高企業效率、提高企業競爭力方面的傑出表現，使得越來越多的企業開始應用或者準備實施PDM。

PDM管理從設計到加工的開發全過程的產品數據，將所有與產品相關的信息和所有與產品信息相關的過程集成到一起。它將資料庫的管理能力、網路的通信能力和系統的控制能力相結合，提供了產品全生命周期的信息集成化管理。PDM管理所有與產品相關的信息和過程，它包括：⑴ 與產品相關的所有信息，即描述產品的各種信息，例如部件信息、結構配置、文件、CAD圖、審批信息等等；⑵ 與產品相關的所有過程，即對這些信息的定義和管理，包括信息的審批、分配以及更改等等。實施PDM可以縮短上市時間，提高設計效率，改善設計和製造的質量，更好地保證產品數據的準確性、一致性和安全性，有利於引進新的開發模式和管理產品開發過程等。

(2) PDM的體系結構

PDM系統是建立在關係資料庫管理系統平台上的面向對象的應用系統，PDM的體系結構如圖6所示，共有四層組成。

1）用戶界面層

用戶界面層是實現PDM各種功能的手段、媒介。向用戶提供互動式的圖形界面，包括圖視化的瀏覽器、各種菜單及對話框等，用於支持命令的操作與信息的輸入輸出。通過PDM提供的圖視化用戶界面，用戶可以直接方便地完成管理整個系統中各種對象的操作。

2）功能模塊層

除了系統管理外，PDM為用戶提供的主要功能模塊有項目管理、過程與工作流管理、文檔管理、產品結構與配置管理、開放式企業編碼管理、應用系統集成工具及網路與資料庫介面等。

3）核心模塊層

提供實現PDM各種功能的核心結構與框架，由於PDM系統的對象管理框架具有屏蔽異構操作系統、網路、資料庫的特性，用戶在應用PDM系統的各種功能時，實現了對資料庫的透明化操作、應用、透明化調用和過程的透明化管理等。

4）系統支持層

PDM以目前流行的關係資料庫系統作為支持平台，通過關係資料庫提供的數據操作功能支持PDM系統對象在底層資料庫的管理。

(3) PDM的基本功能

PDM是一門管理所有與產品相關的信息及其與產品相關的過程的技術。它集資料庫的數據管理能力、網路的通訊能力及過程的控制能力於一體，不僅能夠實現分佈環境中產品數據的統一管理，還能夠很好實現對并行工程的支持。PDM的主要功能包括以下幾個方面。

1）項目管理

項目管理是產品數據管理系統的一個重要組成部分。項目管理的主要功能包括項目的創建、修改、查詢、審批、統計等功能；項目人員組織機構定義和修改；在項目人員組織結構的基礎上，實現人員角色指派及其對產品數據操作許可權的規定。

2）文檔管理

數據倉庫與文檔管理是PDM系統的基本功能，是PDM實現管理的基礎。數據倉庫與文檔管理的主要功能包括文件的檢入/檢出（Check In/Check Out）、發布管理、屬性的搜索機制、圈閱功能，動態瀏覽與導航機制等。PDM系統一般通過分散式的電子倉庫來管理所有用戶的數據和文件，利用PDM系統的電子倉庫功能，用戶能夠依據自己的許可權快速有效地訪問到所需的信息，而無需了解數據的結構以及應用軟體的運行路徑、數據的物理位置等信息。

3）產品結構與配置管理

產品結構與配置管理應該具有零部件定義、產品結構創建、產品結構維護和產品結構信息報告等功能，以各種視圖對企業的產品進行描述，同時能夠提供有效性服務。產品結構與配置管理提供了一種組織、控制和管理數據的機制，所形成的產品結構是對產品的全面描述，是面向產品整個生命周期的。

4）過程與工作流管理

PDM系統作為一種產品數據管理軟體，不僅能管理所有與產品有關的靜態數據，還提供了一套完整的機制來管理所有與產品數據有關的動態過程，跨越產品的設計、修改、審批，甚至生產、售後等階段。在功能上，PDM系統對設計過程的管理體現為兩個方面，第一，從產品開發項目進展的宏觀方面，進行任務的定義，分解和執行，管理任務流；第二，從微觀上對系統管理的對象（文檔）經歷的流程進行控制。

5）開放式企業編碼管理

開放式企業編碼管理支持不同企業的圖紙文檔、產品項目、機器設備和生產物料的編碼生成，提供對編碼規則的多種瀏覽和數據欄位的合法性檢查。

6）應用系統集成工具

由於產品數據管理的使用對象成分複雜，涉及到各種不同的CAX系統。PDM提供的應用系統集成工具可以方便地對系統的功能進行配置和擴充，並對應用系統進行集成和封裝，以滿足不同層次用戶的需求。

7）網路與資料庫介面

考慮到企業中操作系統、資料庫系統和網路環境各異的情況，PDM提供了多種網路與資料庫介面以適應不同的操作系統與硬體平台。用戶可以在合適的環境下透明地存取與訪問企業共享信息。

2.5 面嚮應用領域的設計評價技術（DFX）

DFX是Design for X（面向生命周期各環節的設計）的縮寫。其中X可以代表產品生命周期中某一環節，如裝配、加工、使用、維護、回收、報廢等，也可以代表產品競爭或決定產品競爭力的因素，如質量、成本、時間等。典型的DFX方法包括面向裝配的設計（DFA）、面向製造的設計（DFM）、面向成本的設計（DFC），面向環保的設計（DFE）等等。

(1) 面向裝配的設計（DFA）

在現代製造業中，裝配工作量占整個產品製造工作量的20~70%，裝配時間占整個製造時間的40~60%，提高裝配效率所帶來的經濟效益十分顯著。面向裝配的設計（DFA，Design for Assembly）是在產品設計階段考慮並解決裝配過程中可能存在的問題，以確保零部件快速、高效、低成本地進行裝配。

改善產品裝配結構的裝配性能可從如下幾個方面入手：

1) 減少零部件數目在滿足產品功能的前提下，權衡產品零部件數目和零部件的結構複雜度對產品裝配性能的影響。若減少零部件數目並不顯著地增加零部件的結構複雜度，則產品零部件數目越少，產品製造、裝配過程越簡單。

2) 採用模塊化設計按照模塊化設計的要求進行設計，這樣，有利於採用通用的裝配工裝夾具，簡化裝配過程，也有利於保證裝配精度和裝配質量。

3) 採用易於手工抓取的設計如果零件具有較好的手工裝配特徵，一般也易於自動裝配。為了獲得良好的手工裝配特徵，零件須提供夾緊面，零件應具有規則的幾何形狀，避免使用剛度差以及脆性材料，防止在裝配過程中發生屈曲或斷裂。

4) 設計多功能多用途的零件採用多功能、多用途零件可以使一個零件完成多個零件的功能，可以減少裝配工作量。

5) 減少裝配方向盡量使裝配集中在一個裝配面上進行，並使得裝配方向與重力方向保持一致。過多的裝配方向將增加裝配過程中零部件的定位、裝夾次數，增加裝配時間。

6) 使用標準件在產品設計過程中應盡量多使用標準件。每增加一個新零件，可能涉及的新的加工設備和裝配工藝的設計是很複雜、很昂貴的。

7) 採用易於插入的設計機器裝配或自動裝配中常需要零件有精確的尺寸且易於定位，否則插入很難一步到位。為了達到這一目的，插入件及其配合件的公差應小從而保證配合緊密。

8) 減少緊固件數目緊固件的裝配比其他類型的裝配花費的時間更多。過多的緊固件將大大增加產品裝配時間和費用，也不利於自動化裝配。

9) 優化裝配過程設計的產品能適當地劃分成裝配單元，裝配單元能并行地進行裝配，這樣可以減少裝配時間。

由於規則式的判定準則無法將幾何細節對裝配的影響都考慮進去，為了彌補這個不足，近年來又發展了在三維CAD平台上，甚至在虛擬現實環境中的裝配模擬方法，其主要功能包括以下兩點：

1) 採用三維實體數字化預裝配。基於三維實體的數字化裝配技術，是在計算機上模擬裝配過程，主要用於進行干涉檢驗及可裝配性分析，有效地減少因設計錯誤而引起的設計返工和更改。

2) 裝配工藝規劃包括裝配序列規劃、裝配路徑規劃、工裝夾角規劃和公差分析與綜合等。

(2) 面向製造的設計（DFM）

面向製造的設計DFM（Design for Manufacture）這裡的製造主要指構成產品的單個零件的切削、鑄造、鍛造、焊接、衝壓等冷熱變形加工過程。DFM用於為了減少該類加工的時間與成本，提高加工質量的零件設計評價。

面向製造的設計指導準則一般可分為以下類型。

1）針對具體製造工藝的設計準則

如面向機械加工的設計、面向注塑模的設計、面向鈑金加工的設計、面向壓鑄加工的設計，面向粉末金屬工藝的設計等。

2）與具體工藝無關的普遍性設計準則

與具體工藝無關的普遍性設計準則如下：

①設計中要盡量減少零件的種類和個數。

②盡量使用標準件。

③相似特徵盡量設計為同一尺寸。

④改內表面加工為外表面加工。

⑤採用加工性能好的材料，例如採用可擠壓成形的材料。

3）其它規則

隨著先進位造技術的發展，面向製造的并行設計越來越傾向於將設計放在整個製造環境中進行考察，而不是孤立地考慮各個工藝過程，以實現產品設計和生產過程整體最優的結果。於是，又出現一些將面向製造的設計和生產環境關聯起來的規則。

①使設計與現有的製造過程相匹配如果設計需要用到現有生產系統以外的加工過程，則新設備的添置是必不可少的，這勢必導致產品總成本的增加。

②使設計和現有的生產關係相匹配如果生產系統有其特點，例如，裝備了某種特定的柔性製造單元，採用了某種特定的物料搬運系統等，或者採用了某種特定的質量控制程序等，則要使設計能充分發揮這些系統的優勢。

③使設計與預期的生產批量相匹配設計方案應與預期的生產批量相適應。生產批量對製造過程的選擇有直接關係，進而影響生產成本。

(3) 面向成本的設計（DFC）

通常產品設計費用只佔產品總成本的5%，卻決定了產品成本的60~70%。以最低成本，在最短時間內生產出高質量的產品已成為製造商競爭的焦點。設計不合理所引起的產品性能和經濟性方面的先天不足是生產過程中質量和成本控制措施所無法挽回的，在產品設計定型后再進行價值分析，為時已晚。因而，研究設計過程中產品成本的估算方法、預測理論以及降低產品成本的設計方法，實現產品設計方案的技術經濟性綜合優化，對於降低產品成本，提高市場競爭力具有十分重要的意義。

面向成本的設計DFC（Design for Cost ）在產品設計階段為設計者提供支持工具，使設計者能夠綜合考慮產品生命周期中的加工製造、裝配、檢測、維護等多種成本因素；通過對產品技術經濟性評價，設計者根據成本原因，及時進行設計修改，從而達到降低產品成本的目的。

實現面向成本設計的具體步驟如下：

1) 在產品概念設計階段，根據產品功能要求，建立產品的概念裝配模型。

2) 在裝配模型基礎上，應用價值工程、DFA和DFM的分析方法實現產品結構優化。

3) 在詳細設計階段，利用產品建模技術建立包含設計、製造、裝配、檢測等成本預算所需信息的數字化模型。

4) 提取數字化產品模型中的零件製造特徵以及產品裝配特徵，進行零件製造工藝規劃和產品裝配工藝規劃。

5) 根據設計特徵、工藝特徵的成本信息、產品成本歷史數據、製造資源成本信息以及企業MIS資料庫中的單位工時費用等成本數據，完成產品成本估算。

6) 設計者根據產品成本原因，或者改進設計，優化產品結構，或者檢索產品零部件庫，以低成本的零件替換費用較高的零件，從而實現考慮產品成本的優化設計。

(4) 面向環境的設計（DFE）

面向環境的設計DFE（Design for Environment）著重考慮產品開發過程中的環境因素，盡量減少在生產、運輸、消耗、維護與修理、回收、報廢等產品生命周期的各個階段產品對環境產生的不良影響。在充分考慮環境因素開發出來的產品不僅對環境產生的不良影響少、而且消耗少，成本低，易為社會接受。

產品在生命周期中對環境的影響主要有以下幾個方面：

1) 原材料在生產過程中對環境的影響。

2) 製造過程對環境的影響。生產過程不可避免地會產生三廢（廢氣、廢水、廢渣）以及雜訊等不利環境的因素。

3) 產品配送和銷售過程對環境的影響。例如，產品包裝材料對環境的破壞等。

4) 成品使用過程對環境的影響。既要考慮產品在使用過程中不可避免的環境因素，如汽車尾氣等；也要考慮在意外事故中可能出現的環境因素，如冰箱、空調中冷卻液的泄漏。另外，產品使用過程中的能耗效率也是要考慮的環保因素。

5) 產品廢棄過程對環境的影響。包括在分解、分類、回收、重用等過程中對環境的可能衝擊。

實現DFE有以下兩種辦法：

1) 從嚴控制廢物的生命周期法（Incremental Waste Control Lifecycle）已有的加工周期對環境存在負面影響，可以通過改進廢物控制技術（例如用清潔技術），減輕或消除這種影響。

2) 無廢物產生的產品生命周期法（Zero Wasted Lifecycle）假設產品在其生命周期中對環境的影響可以減少為零，即用幾乎完全不危害環境與職業安全的方式來設計、生產、銷售、使用和處理產品，並盡量少用資源。

DFE涉及到許多學科，包括環境風險管理、產品安全、職業健康與安全、污染防止、生態學、資源保護、事故防止和廢物管理等。DFE有三大目標，即少用無法更新的資源；有效管理可以更新的資源；減少有毒物質向環境的釋放。在工業上常用的DFE法包括材料置換、減少廢物源、減少物質用量、減少能源用量、延長生命周期、面向降解灰化與拆分的設計、面向循環可用能力的設計、面向處置能力的設計、面向重新製造能力的設計、面向節能的設計。