分布式产品开发策划活动研讨范文

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设计活动模型

为对设计活动流程进行有效规划，首先要建立一个合理的设计活动模型。在大批量生产模式下，建立一个便于计算机编程实现产品开发过程智能化的集成模型将大幅度的缩减产品响应市场的时间和提高产品开发过程管理效率。由于坐标表示具有灵活多变、易于计算机化等特点，本文引入坐标表示法作为建模工具，建立了设计活动坐标表示模型。

1设计活动元模型

元模型是从最抽象的底层建立起来的基础模型，是过程建模的基本单元。通过对元模型的有序组合，便可建立设计过程模型。建立设计活动元模型保证了设计过程在元模型层上保持一致，为过程集成奠定基础。通过分析设计活动，提取出设计活动构成要素:设计目标、设计对象、设计方法和设计进程。任何一个设计活动都具有这四个基本构成要素，而只要具备这四个构成要素即构成了一个设计活动。于是，可建立关于这四个构成要素的设计活动元模型，如图1。

2设计活动的坐标表示

在设计活动四构成要素中，设计目标是整个设计活动的驱动力，是主动改变量，而设计对象、设计方法和设计进程则受设计目标的驱动，是被动要素，是会随着不同的设计目标有所改变的，属动态变量。为使思路更清晰易懂和表述方便，引入设计行为来表达设计活动的动态变化集合。于是，设计活动可以表述成由设计目标和设计行为构成，设计行为由设计对象、设计方法和设计进程构成。(1)设计活动的坐标表示模型以设计目标为横轴，设计行为为纵轴建立设计活动坐标系，如图2a;以设计对象为横轴，设计进程为纵轴，设计方法为竖轴建立设计行为坐标系，如图2b。其中DG、DB、DO、DM、DP分别表示设计目标、设计行为、设计对象、设计方法和设计进程。需指出的是，在实际过程中，由于设计目标是驱动力，影响着其他三个构成要素，所以往往将它附着在设计对象上，用以控制设计对象的最终形态，而在设计活动坐标系中不体现出来。(2)设计进程编码规则设计活动间关系复杂多样，不利于低成本管理，为减少不必要浪费，实现设计活动统一管理，本文对设计活动坐标表示规则进行统一编码。由于设计活动的推进最终体现在设计进程上，于是引入二维坐标形式(i，j)来表达设计进程，并对其进行编码，对编码规则做如下规定:①规定初始设计进程为(1，1);②规定若某设计活动与进程为(i，j)的设计活动是串联关系，则在i上加1;若为并联关系，则在j上加1。这样，即可实现对设计进程进行统一编码，从而实现对设计活动的统一的坐标表示。

3设计活动的关联模型

在开发过程中，设计活动间普遍存在着信息关联，一个设计活动的执行需先输入另一设计活动的相关信息，则在执行设计活动时需按串行方式进行;有些则相互独立，可并行实施。根据设计活动间这种信息关系，对设计活动进行分类并建立设计活动的关联模型，将设计活动分为串联型、并联型和混合型。(1)串联型当一个设计活动的发生是以另一个设计活动的完成为前提，在连续设计活动中没有分支，只存在单向信息依赖关系的设计活动模型为串联型。如图3a所示。(2)并联型任意两设计活动分支相互独立，不存在直接信息交互，无信息依赖关系。一个设计活动的变动不会影响另一个设计活动的设计进程。这种活动模型即为并联型。如图3b所示。(3)混合型设计活动间既有相互独立部分又存在信息的单向依赖的设计活动模型为混合型。如图3c所示。根据上述设计进程编码规则，对图3中三种活动模型下，设计活动的设计进程编码如图所示。又根据坐标表示方法对图3中设计活动进行坐标表示，(a)为串联模型，其设计活动的坐标表示依次为:(O1，My，(1，1))、(O2，My，(2，1))和(O3，My，(3，1))。(b)为并联模型，其设计活动的坐标表示依次为:(O1，My，(1，1))、(O2，My，(1，2))和(O3，My，(1，3))。其中O表示设计对象，不同设计活动一般不同;M表示设计方法，不同设计活动可以相同也可不同，根据实际情况而定。现有的常用设计方法有:传统设计方法、并行设计方法、人机交互、案例推理、专家系统、CAD、一般实验法等。

设计活动流程规划

设计活动流程规划是指根据设计活动的特点、设计活动间的信息依赖关系对设计活动的执行进行理性地组织、排序，消除掉各活动间的不必要的交叉和重复，以形成一个完整顺畅而简洁的设计活动行顺序系统。其目的在于尽量减少开发过程中设计活动的交叉和反复，减少不必要的时间浪费和资金浪费，从而缩短研发周期、降低研发成本。1.2中指出设计活动间存在信息关联，设计活动在执行时存在先后顺序问题，但并未给出相关确定设计活动执行顺序的方法。通过分析产品设计过程，我们发现设计活动之间的信息依赖关系往往决定了设计活动的执行顺序，为此，本文提出了基于信息依赖度的设计活动流程规划算法。

1信息依赖度

在实际的产品开发过程中，各设计活动间存在一定的信息交流，一个设计活动的信息输出依赖于另一个设计活动的信息输入，设计活动间的这种关系称为信息依赖关系。

2设计活动间信息依赖度的度量模型

设计活动间的信息依赖关系有大有小，其对设计过程的影响也各不相同，在此我们用信息依赖度加以度量。按照一般语义的描述方法，设计活动间信息依赖度可用“强”、“弱”来描述，这种“强”、“弱”概念本身是一种抽象模糊概念，无法用确切的数字来定量描述，给问题的研究带来很大的不便。为此，本文提出基于模糊数学方法的信息依赖度量化表示方法，并提出以下两个规则加以量化:规则1:将任意两设计活动Ti和Tj对上层信息的依赖度进行比较，采用模糊数1、3、5、7、9对比较结果进行模糊评判，1表示Ti和Tj对上层数据的依赖度一样，3、5、7、9分别表示Ti比Tj对上层数据的依赖度稍强、强、明显强和极强。2、4、6、8则表示上述相邻判断的中间值。规定2:在流程规划过程中，规定设计活动对上层数据引用越早则对上层数据依赖越强;对上层数据引用越多则对上层数据依赖也越强。根据以上信息依赖度量化规则，对于共涉及n个设计活动的某产品开发，根据设计活动对上层数据依赖度的强弱，便可建立如表4所示的设计活动信息依赖度度量模型。图中aij为设计活动Ti与Tj对上层数据信息依赖情况的比较结果。

3设计活动信息依赖度的量化算法

AHP(层次分析法)总能按某种原则将与决策有关因素分解形成目标、原则和方案等层次，通过对因素的两两比较和一致性检验，从而确定各决策因素的重要性权值得出结论。该方法思路清晰，易于将过程模型化，不需要很多的定量数据即可进行定量分析;将因素进行两两比较在一定程度上降低了分析过程的主观因素，使结果更客观。为此，本文利用AHP算法来探讨设计活动信息依赖度的量化算法，从而实现基于信息依赖度的设计活动流程规划。实施AHP算法，过程如下:(1)根据各设计活动对上层(初始)数据是否存在直接依赖对设计活动进行分层。对上层数据存在直接依赖安排在离“上层”最近的下一层，建立设计活动的递阶结构，如图4。(2)建立各阶层如表2所示的判断矩阵。(3)计算设计活动相对权重wi。求相对权重的计算方法很多，有求和法、方根法、特征根方法等。常用的有求和法和特征方根法，本文采用求和法来计算相对重要度。首先将每一列元素归一化处理，然后将归一化处理的结果相加得到的结果除以n，便得到相对重要度。

4基于信息依赖度的设计活动流程规划

根据上述排序结果，确定设计活动流程规划案。总依赖度大的，表明对上层信息依赖度强，要优先考虑排在前面;结果小的，表明对上层数据依赖弱，排在后面。如此得到设计活动执行流程规划方案。

实例

下面以单级减速器为例说明基于信息依赖度的设计流程规划算法以及设计活动的坐标表示方法在设计活动流程规划中的应用。减速器在设计过程中，原始数据很少，对全机设计的相关参数全靠参数传递来获取。前面某些数据的变动会影响后面数据的准确性。因此，建立参数传递依赖关系决定着最终的设计质量，对高质量的产品设计有极大的意义。根据其设计计算过程，可得到减速器零部件设计参数依赖关系，如表4。首先，基于减速器装配关系建立减速器零部件装配关联图，如图6。根据设计活动关联模型的相关理论可知，轴承1与轴1、端盖1之间是串联关系;键1与端盖1间为并联关系;小齿轮和轴1间为并联关系;大齿轮与小齿轮、箱体间为串联关系，与轴2为并联关系;轴承2与轴2为串联关系，与端盖2为并联关系;键2与端盖2间为并联关系。又根据串并联模型下设计进程编码规则，对图6中设计活动的设计进程编码，结果如图6所示。假设在设计过程用到了案例推理、CAD、人机交互等方法，则对设计活动进行编码，结果如下:(轴1，CAD，(1，1))、(轴承1，人机交互，(2，1))、(键1，人机交互，(3，2))、(小齿轮，CAD，(1，2))、(轴2，CAD，(2，3))、(轴承2，人机交互，(3，3))、(键2，人机交互，(4，4))、(大齿轮，CAD，(2，2))、(箱体，案例推理，(2，4))、(端盖1，CAD，(3，1))、(端盖2，CAD，(4，3))。(3)设计活动流程规划方案根据上述排序结果，则可确定出减速器设计活动流程规划方案为:轴1、小齿轮、轴2、大齿轮、轴承1、轴承2、键1、键2、箱体、端盖1、端盖2。用坐标系表示如图7，其中(a)为图5中第三层设计活动的执行次序即轴1、小齿轮、轴2、大齿轮的规划结果，(b)为图6中所有设计活动的排序结果。每一个设计活动对应一个设计目标和一个设计行为，设计活动按折线向上递增的次序进行执行

结论

为实现分布式产品开发过程智能化，本文首先分析设计活动的构成要素，建立设计活动关于其构成要素的元模型，提出了设计活动的坐标表示法，以便于进行计算机编程，实现过程管理智能化。接着又引入信息依赖度概念，采用模糊数法对信息依赖度进行量化，建立信息依赖度度量模型，提出基于信息依赖度的关于AHP法的设计活动流程规划算法。最后以典型分布式产品单级减速器为例对算法进行验证。该方法探讨产品开发设计活动流程规划，思路清晰，简单可行，为分布式产品开发设计活动流程规划结果提供了良好的参考作用。但在研究过程中仍存在一些问题。比如，在不同模型下设计活动坐标表示时，未给出混合模型下的坐标表示的相关规则;又如，在探讨多设计活动流程规划时，采用AHP法会比较繁琐等问题需要进一步探索研究。

作者：尹晓玲杨波李海涛王兴祖姚孔单位：济南大学机械工程学院