分布式产品开发设计活动流程规划

2013 年 4 月
尹晓玲，等： 分布式产品开发设计活动流程规划
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稳定问题。容芷君等［4］分析产品设计过程和产品设 计层次化过 程，提 出 构 建 结 构 模 型 的 方 法 和 设 计 过 程结构规划 控 制 模 型，实 现 了 对 设 计 过 程 控 制 和 优 化的目的。文献［5］提出一种实现复杂结构零件初 始化设计的 设 计 知 识 模 型 构 建 方 法，对 各 级 功 能 结 构信息关联采用矩阵运算法进行运算以完成各级功 能结构的设计流程规划。裘乐淼等［6］基于数据流图 对产品设计 过 程 任 务 建 模，采 用 矩 阵 分 解 和 撕 裂 算 法对过程 进 行 规 划，优 化 了 执 行 次 序。 郭 峰 等［7］ 针 对产品开发过程迭代多、协同效率低等问题，提出基 于设计结构 矩 阵 族 建 立 过 程 模 型，该 模 型 很 好 地 描 述过程中设计行为、零部件和参数间的迭代关系，为 优化过程结构提供良好的支持。宋小文等［8］通过分 析研究任务间的信息流提出一种无强制解耦的并行 设计过程规划方法，为良好的规划结果提供了参考。 潘志毅等［9］基于加权有向图向设计结构矩阵与多色 集合同步映 射 建 立 设 计 过 程 模 型，该 模 型 不 仅 全 面 支持产品设计过程规划而且提高了规划效率和准确 度，此外还便于编程实现。
0 前言
对产品开发设计过程进行科学的管理不仅能从 根本上减少 不 必 要 的 时 间 和 资 金 的 浪 费，缩 短 研 发 周期和降低 研 发 成 本，而 且 还 便 于 及 时 发 现 过 程 管 理存在的 问 题，从 而 及 时 解 决 问 题 降 低 损 失。 产 品 开发设计过 程 的 有 效 管 理，必 须 建 立 合 适 的 过 程 模 型并对设计流程进行合理规划。过程模型是流程规 划和过程管理的基础。建立一个合理合适的过程模 型，集成产品开发过程中的所有信息，为设计过程高 质高效的管理奠定基础。流程规划是过程管理的开
始。一个好的流程规划方案会使得过程管理事半功 倍。随着过 程 管 理 备 受 关 注，设 计 过 程 建 模 和 流 程 规划也成为了工程领域的研究重点。
在过程建 模 和 流 程 规 划 方 面，许 多 研 究 人 员 对 此进 行 了 相 关 研 究。 文 献［1］中 采 用 IDEF0 到 IDEF14 系列方法进行产品建模。刘建刚等［2］运用 DSM 建模方法对产品结构进行建模和聚类，较好地 解决了产品结构模块聚类方法中存在的不足。E． G． Welp 在文献［3］中提出可被参与者共同转换使用的 面向过程的进程方式，以此解决开发过程中复杂、不
（ 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。
图 2 设计活动坐标系
设计活动可表示为二元组的形式：
H = （ DG，DB）
设计行为则可用三元组的形式加以表达：
（ School of Mechanical Engineering，University of Jinan，Jinan 250022，China） Abstract： In order to reduce the cross and repeat betw een design activities，it presents a process planning method for design activities of distributed product development based on coordinates model of design activities and their information dependence． It firstly analysis w hat consists of design activities，and builds an element model based on the constitute elements of design activities． Based on the element model，a coordinate model for design activities is presented． Besides，associated models of design activities and coordinates rules under different models are described． Those provide theoretical basis for design activities’process planning． Follow ing，information dependence among design activities is defined and a fuzzy number method is used to quantify it． A measure model for information dependence is set up． Using Analytic Hierarchy Process，a process planning method based on information dependence is proposed． This method is easy to carry out and is able to provide a good reference for design activities’process planning． At last，it uses the design process of single-stage reducer as an example to verify the process planning method． Key words： distributed product development； design activities； coordinates； process planning； information dependence； Analytic Hierarchy Proces
1 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。
标表示规则，为实现分布式产品开发过程规划提供了理论基础。然后，给出了设计活动间信息依赖
度的概念，采用模糊数法将其量化，建立信息依赖度度量模型，并利用 AHP 算法给出基于信息依赖
度的设计流程规划方法。该方法简单易行，为分布式产品开发设计活动流程规划结果提供良好的参
考作用。最后以单级减速器为例对上述流程规划方法进行验证。
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。
尹晓玲，杨 波，李海涛，王兴祖，姚 孔
（ 济南大学 机械工程学院，济南 250022）
摘要： 为尽量减少设计活动间不必要的交叉与重复，提出一种基于设计活动坐标表示模型和信息依
赖度的分布式产品开发设计活动流程规划方法。首先分析设计活动的构成要素，建立关于设计活动
构成要素的元模型，提出设计活动的坐标表示模型，并给出设计活动的关联模型及不同模型下的坐
第4 期 2013 年 4 月
组合机床与自动化加工技术 Modular Machine Tool ＆ Automatic Manufacturing Technique
文章编号： 1001 － 2265（ 2013） 04 － 0022 － 05
分布式产品开发设计活动流程规划*
No． 4 Apr． 2013
这些研究工作都主要从过程建模方法和过程结 构及零件、任 务 等 角 度 对 过 程 建 模 和 流 程 规 划 进 行 研究，针对流 程 规 划 方 法 特 别 是 从 设 计 活 动 的 角 度 来研究流程规划的很少。为此本文展开了对分布式 产品开发设计活动流程规划的研究。在前人的研究 基础 上，首 先，分 析 设 计 活 动 的 构 成 要 素，提 出 设 计 活动元模型，在此基础上，根据设计活动在时间与空 间上的依赖 关 系，提 出 了 一 种 设 计 活 动 的 坐 标 表 示 方法，并以此为依据建立了设计活动的关联模型，该 模型不仅为过程规划管理提供了理论基础还便于计 算机编程实现。接着又分析了设计活动间的信息依 赖关系，提出信息依赖度概念，建立信息依赖度度量 模型，利用层 次 分 析 法 探 讨 设 计 活 动 基 于 信 息 依 赖 度的流程规 划 算 法，通 过 该 方 法 对 设 计 活 动 流 程 进 行合理规划以减少不必要的浪费，从而降低成本。
1. 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。