产品开发过程管理的研究进展和展望

     除了应用现有的系统分析与建模理论外，有些文献试图建立适合于CEPDP的建模方法，但这种努力多数限于对已有方法的扩展（如IDEF方法，Petri Nets和工作流等），受到一定的局限。值得注意的是西弗吉尼亚大学并行工程研究中心（CERC）提出的“五类活动法”。在DICE计划中，CERC负责研究并行工程的过程建模和过程管理。它采用一种形式化的方法，把并行工程中的活动分成五类。活动既包括产品的开发工作，也包括管理工作。不同的活动按照不同的组合方式又可以形成五类任务，任务中的活动具有串行、并行、平行和顺序等结构。通过任务的分组，过程的分解和关键路径法，确定时间最短的产品开发流程。而在近期的研究中，文献提出的基于规则的产品开发建模方法，它使用规则来组织设计中的信息，提供一个过程描述为从已有的结果到项目管理提出的问题的步骤；它根据对项目管理的支持、过程建模能力和对过程仿真的支持来增强开发环境的功能。文献比较了IDEF0和设计结构矩阵（DSM）的建模方法，指出IDEF0方法适用于对特定信息的标准通讯，而DSM方法适用于非标准通讯。IDEF0与DSM相比，能更好地支持设计活动，DSM能更好地支持组织（设计任务列表、设计迭代等）。

    虽然研究表明目前对于产品开发过程的重组和改进尚无通用的理论或方法，但学者认为分解是有力的分析工具，它能减少设计任务的复杂程度。任何一个无试探性的设计项目包括有大量相互依存的过程，这种相互依存、相互依赖的关系是相当复杂的。应用PERT图网络法，能指示出项目中一些活动必须结束以后，另一些活动才能开始；还能指示出一些能并行执行的活动。减少关键路径的策略能减少过程的持续时间。但这些方法只能应用在串行活动中并且无法解决过程中的迭代。Steward在1981年引入DSM(Design Structure Matrix)作为基于矩阵的信息流分析框架。目前，DSM已发展为三种类型：①基于参数的模型；②基于任务的模型；③基于团队的模型。J. L. Rogers提出的针对设计负责人的智能分解工具（DeMAID）就是基于DSM，当分解设计项目为迭代子过程，在可能时，决定设计任务在设计过程中的耦合值，遗传算法（GA）方法定制过程使得收敛到设计结果的时间和成本为最小。这种智能分解工具还能决定那些设计任务能形成工作组，那些设计活动能并行执行。在设计任务分解以后, 计算出设计时间和设计成本。Steven D. Eppinger等人将设计更改的概率引人DSM中的元素，在该模型中，设计任务间的耦合得以较多的理解，它分析了串行、并行设计任务的迭代，提供了基础实例与灵敏度分析，它还能预测出设计项目完成的概率。文献中提出了一种基于DSM的分析方法，应用反馈控制原理来分析设计过程的迭代，由Smith和Eppinger提出的模型包括明确设计反复的频率、决定设计团队的关系和组合、显示基于管理输入的产品开发时间和质量的作用和寻找适当的信息传递时间。该模型包括两种基于DSM的数学工具：问题求解矩阵（PSM）和工作传递矩阵（WTM），运用PSM能分解和定制设计过程成为迭代子过程；运用WTM能预测在一个设计项目中迭代收敛快慢的增减，它还能够预测设计项目中的那些耦合特性。重组或改进前后的产品开发过程的框图如图2所示：

(a) 串行过程

(b) 重组或改进以后的过程
图2 产品开发过程框图

    产品开发过程建模的目的是通过它对过程进行分析与控制，最终达到对于过程的改进及优化。对于过程的仿真能实现缩短过程执行时间、配置资源和检测资源冲突，A. A. Yassine提出一种基于决策分析框架的仿真工具，他将过程执行分为串行方式、重迭方式和并行方式，认为设计任务间存在着孤立、依赖或相互依赖的关系，对于其中任一可能情况计算出完成任务的时间；在分析中应用了风险和决策分析、灵敏度分析等方法，从而达到理解、组成和管理设计过程的目的。该文指出明确三种过程执行方式能决定出在减少设计时间上的效果，重迭是两个耦合任务间执行的主要方式，在设计方法学本身上的积累能用来更好地估计设计更改的概率和效果，进而改进整个过程模型。过程仿真的参数主要是：人的因素、资源的利用率、资源冲突，以及过程信息量和过程协调的复杂程度。人作为设计过程的直接参与者，是一种复杂的自约束体，有着各种原因和手段来影响过程；资源的分配和使用不是在建模工具中实现的，对资源参数进行仿真能达到检测资源的冲突情况，并达到解决冲突，优化配置，提高利用率的目的；过程间的信息交换越多，说明过程间的独立性越差，也说明过程的规划存在着一些问题，过程间协调的复杂程度也是影响并行过程的主要因素；为缩短产品开发周期，希望各开发子过程尽早开始，但是，过程的提前启动要以一定的假设（Assumption）为前提，如果过程提早进行的成效不能平衡结果验证和可能的返工的花费，则应该说并行是无效的。为在均衡中达到“最优”，通过仿真以枚举形式反复地比较、权衡，可得出优化结果。此外，国外学者M. Hatch提出了“并行优化”（CO）的方法以实现并行工程思想。CO被认为是第三代设计方法，即第一代设计方法是串行设计，第二代设计方法是含有迭代机制的CE设计方法。

    由于传统的项目管理工具仅提供简单的视图，无法捕获产品开发过程中迭代的性质，因此，开发有效的过程工具变得尤为重要。过程支持环境是一系列紧密集成的软件构件或软件子系统，其主要的目标是从项目的角度实现对产品开发的自动化支持、指导、促进和管理。集成框架是使公司内各类应用项目进行信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。我国863/CIMS主题组织研发的面向并行工程的集成框架对企业级信息集成、并行工程有着重要的支持和推动作用。过程支持环境的核心是在CIMS信息集成及产品数据管理PDM的基础上，建立并集成过程支持工具，包括过程建模和仿真分析工具、过程监控和管理工具、开发工作平台以及协调冲突仲裁工具等，并且在其上通过CORBA ORB/DCOM集成各种具体设计应用工具。麻省理工学院的N.Sabbaghian等人研制开发了基于WEB的有效的产品开发过程的计划和管理工具，所应用的是信号流分析。在软件开发环境上，他应用了Microsoft SQL Server 6.0作为其数据库管理系统，Symantec Visual Cafe 2.5作为其Java开发工具，Microsoft Visual Interdev作为其集成开发环境，Microsoft Active Server Pages用以创建动态的、数据使能的Web页，Microsoft Ieternet Information Server(IIS)用以Web连接，Microsoft Front Page 98作为Web专家工具，并且应用了Symantec DB Anywhere作为其数据库访问的中间件。Rogers亦进行过类似的研制开发。

    并行工程过程管理是产品按照并行设计过程进行并使其得以顺利进行的重要保障，先进的产品设计开发模式必将需要一系列新的理论方法加以指导，新的技术给予支持。

    2、产品开发过程的研究展望

    虽然在商品社会的长河里产品开发的历史渊远流长，但是，作为工程设计领域的国际前沿研究方向，产品开发过程只是在20世纪60年代逐步开始兴起，在80年代末逐渐掀起高潮。有关产品开发过程的前沿研究专题有以下几个方面：

• 产品开发过程任务的分解，过程的规划及监控；
• 产品开发过程中不确定因素（含并行迭代）的分析；
• 产品开发过程中重迭（overlapped）对过程的作用及其控制；
• 基于DSM，进行过程的分析、度量的理论及过程改进的方法；
• 产品开发过程的重组、改进、优化的方法的研究；
• 智能技术（遗传算法、专家系统等）在产品开发过程研究中的应用；
• IDEF方法等工具在过程建模、企业建模中的应用；
• 基于复合过程模型的分析、仿真算法的研究及过程的量化分析、过程优化的研究；
• 基于IT技术的产品开发过程支持软件的研发。