复杂产品结构的模块化聚类及设计迭代量计算

以汽车发动机开发为例,基于设计结构矩阵对发动机开发过程进行了建模与分析;对产品开发过程中的结构特征描述,复杂产品的实体单元之间的依赖关系的管理,系统结构的模块化聚类,以及识别和优化设计迭代等方面进行了研究;对发动机开发任务进行了模块化聚类,并运用基于定量参数的分析变换模型计算了在发动机设计过程中各个任务所引起的依赖性设计迭代总量。实际开发项目应用表明,复杂产品结构的模块化聚类及设计迭代计算能有效降低发动机产品开发决策中的复杂性。     

考虑信息不确定性的串行迭代时间模型的研究

串行迭代模型中信息不确定性导致任务的迭代返工,增加了任务的总执行时间。针对这一问题,通过对上、下游串行任务执行过程的分析,得出造成信息不确定性的主要原因,确定信息不确定度函数,构建考虑信息不确定性的串行迭代时间模型。进而通过对该模型的分析得到任务间的依赖关系指数和上、下游设计人员间的交流次数对迭代返工时间的影响规律,从而为缩短产品开发过程中任务的迭代返工时间和总执行时间提供了理论参考。以某机械产品的开发项目为例,验证了模型的有效性。     

动态环境下基于混合迭代的耦合集求解方法

针对产品开发过程中存在的耦合迭代情况,建立了动态环境下基于混合迭代的耦合集求解模型。该模型考虑了任务执行工期的不确定性、任务输出分支的不确定性和资源分配的不确定性对项目完成时间和开发成本的影响,通过引入一个资源分配矩阵K,采用任务返工概率矩阵和任务返工量矩阵确定任务的执行状态和返工工作量。最后,通过实例仿真计算项目的时间和成本的分布。计算结果表明,资源不确定性对耦合集执行时间和开发成本有很大的影响,对资源进行重新分配有利于减少任务执行时间,降低开发成本。     

基于DSM的产品设计过程建模研究

良好的过程模型是产品开发成功的关键。设计结构矩阵(DSM,DesignStructureMatrix)以任务信息依赖为中心,突出任务执行次序,为产品设计提供了一种有效的过程建模方法。这里在介绍设计任务间的依赖关系、DSM、设计迭代的基础上,以二级同轴减速器轴系模块的设计为例,详细描述了任务分解、设计结构矩阵的构建和优化、交互型活动解耦等过程,并给出了基于设计结构矩阵的过程模型。最后对设计结构矩阵提出了若干扩展意见。     

基于多阶段工作转移矩阵的串行耦合设计任务分配策略

针对串行耦合设计任务的团队分配因涉及任务的返工而导致分配策略相当复杂这一问题,引入多阶段工作转移矩阵,将任务间的耦合关系以返工量的形式量化,并根据团队分配衍生矩阵建立串行耦合设计任务分配的数学模型,简化了串行耦合设计任务的分配过程。利用遗传算法求解该模型,获得了不同设计需求下产品开发任务的最佳任务分配方案。以某电动汽车开发项目为例,验证了该模型的可行性和有效性。     

复杂产品开发的多因素风险分析模型及仿真

为综合评判复杂产品开发过程的风险,建立了复杂产品开发的多因素风险分析模型。该模型以设计结构矩阵理论为基础,充分考虑了复杂产品开发项目的迭代特征和各风险因素之间的相互影响,同时,又扩展了设计结构矩阵在复杂产品开发领域中应用的形式。仿真结果证明,该模型能够为复杂产品开发项目的进度、成本和质量风险的综合评价提供科学的依据。     

基于设计结构矩阵理论的产品开发过程建模及仿真优化

为更好地刻画产品开发过程和流程优化,提出了基于设计结构矩阵理论的产品开发仿真模型,并据此模型设计流程优化算法。模型采用蒙特卡罗仿真方法模拟产品开发过程,用以估算产品开发时间、费用,以及按要求完工的概率。该仿真模型考虑了任务执行时间的不确定性和任务之间的顺序约束关系,同时还考虑了项目执行过程中的返工迭代和学习效应。在考虑顺序约束关系的条件下,利用遗传算法优化任务执行顺序。算例分析表明,该优化算法可以使项目的成功率提高17％。     

工程迭代设计中产品族开发过程的研究与建模

为了在工程迭代设计中减少新产品开发的提前期,提出了一种基于设计结构矩阵的产品族开发过程模型.在该模型中,基于设计参数间的依赖关系建立设计结构矩阵,并运用路径搜索算法将其整理为包含耦合子矩阵的解耦矩阵.对于其中的耦合子矩阵,运用基于马尔可夫链的串行迭代模型计算设计总时间,并运用基因算法优化排序.运用迭代设计的并行模型识别出对耦合关系贡献大的设计模态和设计参数,根据设计模态模块化设计参数,而对耦合关系贡献小的设计参数进行标准化.最后,将设计参数层的标准化和模块化映射到零件层,建立相应的产品族结构,以汽车离合器的设计为例阐述了该过程模型的有效性和应用前景.     

活动重叠的复杂产品开发过程仿真分析

为了更有效地对复杂产品开发过程的时间-成本-质量进行预测分析,提出了活动重叠的复杂产品开发过程仿真方法。将活动重叠分为顺序重叠和反馈重叠,提出了将信息输入矩阵和信息输出矩阵用于量化评价重叠情况;采用任务返工概率矩阵、返工影响矩阵、学习效应曲线及质量改进矩阵来描述设计过程的迭代特性;基于活动重叠和迭代提出了时间、成本、质量的计算方法,并改进了产品开发过程仿真算法。最后,通过一个实例证明了该模型的有效性和实用性。     

产品开发的多输入多输出活动重叠模型研究

针对产品开发过程中串行活动间可能存在的重叠情况,根据上游活动的信息进展度与下游活动的信息敏感度,提出返工迭代重叠模型,结合设计结构矩阵将其应用到普遍的多输人多输出产品开发过程中.对模型中的信息进展度和敏感度等重要参数进行讨论,揭示了它们对重叠效果的影响,说明了采用重叠方式可能存在的风险性.最后,给出该活动重叠方法的实施步骤并应用于某产品开发中,较好地验证了本文方法的可行性与有效性.     

Information Flow Scheduling in Concurrent Multi-Product Development Based on DSM

Multi-product collaborative development is adopted widely in manufacturing enterprise,while the present multi-project planning models don’t take technical/data interactions of multiple products into account.To decrease the influence of technical/data interactions on project progresses,the information flow scheduling models based on the extended DSM is presented.Firstly,information dependencies are divided into four types:series,parallel,coupling and similar.Secondly,different types of dependencies are expressed as DSM units,and the extended DSM model is brought forward,described as a block matrix.Furthermore,the information flow scheduling methods is proposed,which involves four types of operations,where partitioning and clustering algorithm are modified from DSM for ensuring progress of high-priority project,merging and converting is the specific computation of the extended DSM.Finally,the information flow scheduling of two machine tools development is analyzed with example,and different project priorities correspond to different task sequences and total coordination cost.The proposed methodology provides a detailed instruction for information flow scheduling in multi-product development,with specially concerning technical/data interactions.     

基于设计结构矩阵和着色Petri网的产品设计过程建模与仿真

将设计结构矩阵与着色Petri网结合后,进行了产品设计过程建模与仿真的研究。首先利用设计结构矩阵对产品设计过程进行建模,从产品设计过程特点出发,为支持基本过程逻辑的描述定义了着色Petri网基本网模型结构,将设计结构矩阵映射为着色Petri网,建立了产品设计过程着色Petri网模型。在此基础上建立了对设计资源进行有效分配的动态分配模型,通过定量仿真分析,实现了产品开发过程资源冲突的检测及资源的重新分配和调整。桥式起重机小车设计的实例说明了该方法的有效性。     

一种可视化设计结构矩阵的产品设计模块化识别方法

为识别和划分产品模块化设计中模块的优劣,提出了一种可视化设计结构矩阵方法.通过分析模块的基本特征,提出了模块强度的概念及计算准则.利用设计结构矩阵建模产品内组件间相互关系,运用遗传算法优化矩阵.计算矩阵中所有潜在模块的模块强度,应用不同透明度下的颜色填充技术实现模块识别的可视化,从而为不同需求下的产品模块的识别和划分提供基础.结合数控挽把机的模块识别实例,验证了该方法的有效性和实用性.     

基于依赖结构矩阵的项目规划模型

建立了基于依赖结构矩阵的项目规划模型。在该模型中,采用工序关系依赖结构矩阵来描述工序间的顺序、并行、搭接和时间窗口式依赖等关系;采用概率依赖结构矩阵来描述工序在执行过程中由于不确定因素影响而引起的返工循环特性,并考虑了工序在返工时的学习性。在这些工序关系和返工循环特性情况下,给出了应用平行离散事件模拟仿真方法计算项目工期的步骤,求得的项目工期分布结果可为管理者确定合理项目工期提供决策依据。最后,通过一个算例说明了模型的应用过程。     

基于部件接口矩阵和设计结构矩阵的机电产品研发项目规划方法

研究分布式、多组织参与环境下机电产品研发项目的规划问题，提出了一种基于部件接口矩阵的粗规划和基于设计结构矩阵的细规划相结合的项目规划方法。根据待开发产品的部件接口关系定义接口矩阵，采用接口数量优先的原则进行变换，形成关联部件聚集的接口矩阵，实现项目粗规划；根据任务的时序约束将接口矩阵转换为设计结构矩阵，通过设计结构矩阵下三角化，将任务群分解成独立任务、解耦任务和耦舍任务，实现项目细规划。仿真和案例分析结果表明：在部件的接口关系较为松散的时候，粗规划可以把部件集分解成规模明显减小的独立部件子集；细规划把任务群分解成独立任务、解耦任务和耦合任务后任务子群的规模明显减小。     

Task assignment with multiskilled employees and multiple modes for product development projects

In a product development project, efficiently assigning tasks to employees is difficult, since high level of design imprecision and employees with multiple skills and different skill levels exist. The relative skill levels of employees are modeled by fuzzy numbers, and membership function is introduced to describe the confidential levels of the duration the task takes. The employees’ workloads in the project are calculated based on fuzzy sets theory and design structure matrix, and then multiple execution modes are generated by assigning different employees to the tasks. An optimization model of task assignment problem, which incorporates some factors not previously considered together (multiskilled employees and their skill levels, task iteration and the precedence constraints), is proposed. The objective function considered is to minimize the duration of the project and balance the workloads of the employees attending the project. Based on the information above, a genetic algorithm is utilized to find the optimum solution with regards to the considered objectives. A case of a die product development project is used to illustrate the problem and proposed method. The results verify the feasibility and effectiveness of this algorithm.     

企业网络协同制造中目标分解的时序约束

网络协同制造是现代企业提升综合竞争力的重要方法。协作活动开展的首要环节之一就是把协作目标分解为多项子目标,子目标的执行与其发生的时间顺序直接关联。主要提出一种新的目标分解时序约束的描述方法和算法。把分解的子目标的时序关系用R_(before)“先于”关系来描述,并根据企业协作的特点对R_(before)“先于”关系细化为两个子关系:R_(s-before)“串行先于”关系和R_(p-before)“并行先于”关系。以此为基础建立了计算子目标的执行时间区间的逆向递推算法,并为目标分解粒度的确定、减少目标执行时各子目标之间的耦合度提供了时序约束角度的准则。该方法有效地解决了基于多Agent的协同制造系统的子任务协作的时序约束问题。     

面向并行工程的集成化产品开发过程管理系统研究

综合了项目管理、工作流管理和产品数据管理技术，提出了一种集成的产品开发过程管理系统，建立了集成化的产品开发过程模型，介绍了在系统的支持下过程运行的方法。应用实践表明该系统能够对产品开发过程提供有效的支持。