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并行工程管理方法与应用

发表时间:2009/9/28  特约撰稿人: 朱全敏 来源:e-works
本文比较了多视图建模方法和信息结构方法,二者都应用于过程管理的信息流建模。文中叙述了不同建模方法的优点和缺点,说明根据需求而采用不同的建模方法及如何建模。作为实例,文中给出某典型机械产品开发过程的详细设计部分的多视图和DSM建模的结果。

1 引言

    近些年来,随着世界经济全球化的发展,以及保护生态环境的迫切要求,制造业面临着巨大的挑战。如何赢得市场和满足用户需求是企业所关注的焦点,因此缩短新产品的开发周期、提高产品质量成为各企业采用的竞争手段。并行工程(CE)是适应这一需要的新的管理理念,它要求在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的诸多因素,产品设计的上游阶段及早地考虑下游阶段和制造的需要,消除产品设计完工以后的大返工、大更改的不良作用,从而达到缩短产品开发周期、降低产品成本和提高产品质量的目的,增强企业的新产品开发能力。作为团队工作模式,并行工程要求集成环境和并行工作,其中过程管理成为衔接并行活动的纽带。

2 产品开发过程

    产品开发过程是指产品生命周期中从概念设计到批量化生产前的这部分阶段。有关研究文献表明,整个产品生命周期中大约80%的费用由产品开发阶段决定;而这一阶段本身所需要的费用则仅占总费用的8%。其工作对后续过程有着决定性的影响。传统的产品开发过程采用部门制,或称为“抛过墙”式的过程。优点是部门间的界限清楚,责任明确;但缺点是部门制不利于在产品开发的上游阶段全面考虑下游的一些因素,从而导致修改次数多,产品开发周期长。并行工程中的产品开发过程是多学科开发团队在计算机软硬件工具和通讯环境的支持下,由能反映一类产品开发活动的合理信息流动及组织、资源和逻辑制约关系为框架,以特定的产品开发约束为背景,以全方位考虑产品生命周期信息和缩短开发周期为目标,由产品开发人员设计的动态可变的开发任务流程。

3 多视图建模方法

    产品开发过程的建模是对于过程的形式化描述,它是过程重组、过程改进的最重要的技术手段之一。目前受到普遍重视的是多视图建模方法,它是基于产品开发过程的四种视图,即功能视图、行为视图、组织视图和信息视图的。在信息建模的过程中,活动,即产品或者过程流功能的获取和分类,是决定它们的相对价值和份量的重要因素。多视图建模方法是将产品开发过程分解成一系列相关联的活动,活动进一步细分为子活动。通过活动属性规定功能、组织等约束,通过流属性规定活动间的信息约束,通过活动状态的迁移、流的提交实现行为约束。多视图建模中建模人员是通过对上述产品开发过程的有序活动的内容名称、时间信息、开始(结束)条件以及活动任务分解者、执行者,另外还有资源(人力资源、计算机等)的确定,活动流的内容名称、流条件的确定来建立过程模型。譬如机械产品的设计过程,通常由方案设计、详细设计、冷工艺(或热工艺)设计、产品试制等活动及子活动来完成,建模的步骤是对过程的活动及子活动用作图、布线的方式绘制过程图,并且输入活动条件和流条件,通常还要生成过程活动树。设计过程的执行是通过设计活动状态的迁移、过程流的提交来进行的。仍以机械产品的设计过程为例,典型的设计活动,譬如方案设计及子活动,其状态有待开始态、就绪态、执行态、可结束态和结束态等状态,典型的过程流,譬如提交产品设计任务书,其状态有不可签署态、可签署态,已迁移态等状态。多视图建模方法的优势在于直观,可视性强;能很好的支持产品设计开发团队的建立;能满足过程建模的可操作性、完备性的要求。更主要的是,当产品开发过程中存在有设计更改(或称设计迭代)的情况下,譬如某典型机械产品的设计,若要达到设计要求,须在设计过程进行相应子过程的二、三次设计反馈、更改。这种迭代通常被认为是有意迭代,多视图方法能给予很好的支持;这对于管理诸如机械产品设计、软件产品开发等设计过程是至关重要的。多视图建模方法的缺点是对于过程的分析能力的支持不足,它局限于对设计过程的形式化、可视化的描述。对于过程管理中遇到的诸如设计时间的计算、设计活动的并行规划问题难以解决。

4 信息结构方法

    由于大型的复杂产品的设计项目是由多学科开发团队在较长的设计周期内完成,在开始项目前,明确产品开发时间、设计活动之间的联结关系是必要的。不同类型的关联性对于识别多数设计(或制造)过程的信息流极为有用。设计结构矩阵(Design Structure Matrix, 简写DSM)是由Warfield在70年代提出,Steward在80年代对其作进一步的完善。DSM是一种信息结构化分析方法,它简单地通过任务(或部件、或参数、或团队)的矩阵上三角元素和下三角元素,表示任务之间的反馈(设计更改或迭代)和前馈(顺序和预发布)的关系。如前面所述,产品开发过程中存在有相当多的迭代,它对于过程的收敛性(即能否获得理想的设计结果)有重要的影响,另外,它还直接关系到过程的时间长或短。作为过程的分析和管理工具,DSM能很好地表达过程中的迭代关系,同时,为过程的管理者提供了计算产品开发的周期的有效方法。基于DSM的过程管理工具还有: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。图1为某产品设计过程的DSM表示 。

    过程建模工具作为过程管理的重要技术手段,是直接为产品开发团队的管理者、设计师所使用的。DSM虽然具有结构上的简单性,但却具有在表示过程信息上的完整性。通过它能综览设计活动组成的整个过程,又能显示出过程的迭代、预发布等活动间的耦合关系。因此,DSM成为过程管理者直接观察产品开发过程,进而作出管理上决策的工具。同时,DSM准确地表示了过程并行活动的模型,为分析设计过程提供了支持,使DSM在并行工程应用中得到了新的使用途径。

图1. 设计结构矩阵的示例

    其次,DSM准确地表示了过程中存在的迭代,而迭代直接影响过程收敛的时间(即设计周期)。在过程的DSM已知的情况下,通过对于设计活动的顺序的调整、组合,能减少迭代的次数至最小。这种调整是通过对设计任务的分解,而且必须借助于遗传算法等优化方法。它为过程的设计活动的并行规划问题提供了解决方案。另外,DSM的元素可以是简单的符号,也可以是表示某种意义下的权值、数字,这些方法的引入在一定程度上为通过DSM得到过程的控制特性提供了思路。表1对比了多视图方法和信息结构方法两种建模工具:

表1



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