并行工程中产品结构和开发过程集成管理关键技术研究

摘要

在并行工程中，产品结构和开发过程是并行产品开发的两个最重要的方面，产品结构是并行开发的目的、开发过程是并行开发的手段，两者之间相互依赖、相互影响共同决定着并行开发的效率和效果。对产品结构和开发过程进行研究，对于企业提高产品开发能力、加快产品开发速度、缩短产品开发周期、增强企业核心竞争力有着重要的意义。本文对并行工程中产品结构与开发过程集成管理关键技术进行了研究，主要包括以下几个方面的工作： 1. 在总结国内外研究现状的基础上，给出了产品结构和开发过程集成管理研究框架。在研究框架中引入了产品结构和开发过程的建模工具——设计结构矩阵（DSM）；给出了产品结构拓朴树的定义及其形式化描述，并在此基础上引入了产品结构DSM模型；给出了产品开发过程模型的形式化描述，比较了几种常见的产品开发过程建模工具，分析了用DSM建模工具进行产品开发过程建模的优势，引入了产品开发过程DSM模型；分析了产品结构与开发过程之间的联系，提出了两者之间的集成机制，并在此基础上给出了IM-PSDP模型。 2. 对面向并行开发过程的产品结构聚类划分进行了研究。给出了产品结构DSM模型的建模方法，用四点刻度法实现了产品结构DSM模型的数字化，并给出了对四向量产品结构DSM模型进行降维处理的方法。提出了基于行列变换的产品结构DSM模型的聚类划分方法，开发了基于联系信息流量的聚类划分评估与选择算法。并把遗传算法引入产品结构DSM模型聚类划分中，实现了产品结构DSM模型聚类划分的智能化。 3. 把过程BOM概念引入到产品开发过程模型的形成中，考虑到过程BOM中各节点之间的必需(mandatory)、可选(optional)、选择(choice)关系，开发了由产品结构DSM模型向开发过程BOM模型的映射方法。并在过程BOM模型的基础上，研究和实现了过程BOM模型向开发过程DSM模型的映射方法。对已有开发过程模型的任务分配问题进行了研究，用并行度来描述任务之间的并行程度，并在并行度的基础上定义了C-DSM模型，来描述任务之间的顺序及承接关系，给出了通过任务序列分解来获取串行任务序列的方法，给出了任务-开发节点匹配矩阵来描述任务与开发节点的对应关系，结合遗传算法原理实现了并行开发任务的智能化分配。 4. 考虑到资源约束条件，用过程DSM来建模多项目并行产品开发过程中各任务的顺序承接关系及其资源分配，结合遗传算法基本原理，开发了一种资源约束下多项目并行开发任务顺序规划和时间安排的智能算法。对产品开发耦合任务组迭代和顺序规划进行了研究，把遗传算法基本原理与高斯消去算法相结合，实现了耦合任务组顺序规划的智能化。对产品开发中的耦合重叠模型进行了研究，考虑到重叠时任务返工和并行通讯引起的时间消耗，结合耦合任务的迭代特性，完成了两任务耦合重叠模型的数学建模，并运用该模型对产品开发过程进行了分析。 5. 介绍了南京飞燕公司PLM企业解决方案的实施背景、体系结构、工程实现、以及应用效果，给出了IM-PSDP系统的平台。以论文第三章、第四章、第五章为理论基础，以无锡霍尔塞特公司产品开发项目管理的实际需求为应用原型，设计并开发了IM-PSDP系统，并对该系统的初步试用效果进行了分析。