复杂产品开发过程规划及其支撑技术研究

摘要

制造业全球化、市场竞争激烈化，促进了企业间竞争与合作新格局的形成。现代信息技术与管理技术的结合以及在制造业研究领域中的广泛应用，使企业之间跨地区、跨行业的协作成为可能，为分布式制造环境下企业知识、资源、信息和过程的高度共享和重用提供了有力的支持，在提高企业综合竞争力并促进制造业发展的同时也规范了企业间既竞争又合作的自身行为。 复杂产品作为一个系统产业在国民经济中占有了极其重要的地位，复杂产品在其设计和制造过程中表现出来的创新性强、风险高、资本投入大、开发周期长、过程复杂等特点，以及人们对其成功研制所寄予的厚望和期待，要求产品开发在全球范围内寻求合作资源。通过建立新型的协作关系，使产品数据的最终形成不再是一个企业内部活动的结果或者孤立的过程，而是多个企业协作的结果；并在获取产品数据的过程中对过程管理提出了更高的要求，促使开发人员从对传统设计过程中如何获取产品数据的关注，发展到对产品开发全过程意义上规划和优化的关注：通过广泛共享企业信息，充分发挥资源协作优势，以期获得质量最优、效益最好的产品数据。本文以科技部重大攻关项目“100nm分辨率ArF准分子激光步进扫描投影光刻机”的研制和上海市浦东新区科委“微电子装备业信息化应用集成平台项目”建设为应用和研究背景，研究在复杂产品开发过程管理中所面临的问题，提出从宏观和微观两个阶段研究并规划产品开发过程；在深入研究过程规划实现原理、支撑技术与决策机制；在此基础上，构建支持复杂产品开发与过程规划技术及功能的网络化集成开发平台环境。论文主要工作包括： 首先，研究复杂产品开发过程规划基本原理，建立过程规划系统体系结构。通过对影响产品开发过程的产品、过程和资源三个关键要素在时间和空间上的相互作用及影响的分析和描述，定义复杂产品开发过程并建立了面向过程规划的复杂产品开发过程模型；把复杂产品开发过程规划表达为以任务过程建模为核心的宏观过程规划和以活动过程建模与优化为核心的微观过程设计两个阶段。宏观和微观两个过程相互作用，支持自顶向下的任务分解过程和自底向上的活动组织过程。基于宏观和微观两个过程的分析，研究自组织/被组织方法论对过程规划的理论支持，以及过程规划实现的相关支撑技术、原理和方法，综合并全面分析了过程设计和规划中最优决策问题的类型、特征和决策机制。 突破传统产品开发模式中项目管理技术研究的范畴，研究产品开发宏观过程规划原理和方法。基于粗粒度的任务分解原理和过程语义网络双向约束的过程设计原则，提出协同环境下任务分解方法并设计任务过程；基于任务分解基础，论述面向过程的资源配置原理及其数学描述；基于博弈理论、超越追求盟主企业单方受益的传统模式，提出多目标相对稳定情况下包括合作伙伴在内的多客户群博弈方法，寻求资源环境建设中双方或多方共赢的均衡解。以此为基础，建立复杂产品开发组织机构。宏观过程规划从资源、技术特别是在过程有序方面为产品开发建立了基础并做了必要的准备。 在前导型宏观过程规划的基础上，建立基于活动过程的微观过程规划技术，提出通过“分层定位约束模型法”分析产品开发过程中的约束类型及其规划方法，赋予约束层次性、阶段性并与过程描述相结合；通过任务目标下活动及其过程的分割与聚合，研究最优活动路线组织方法，给出了面向任务目标与活动过程、基于Agent技术的资源优化调度方法。 研究并设计支持复杂产品开发的网络化平台NCPDP，分析平台构成的四层组成架构、主要支撑工具及其实现的功能；详细阐述了NCPDP中基于过程链的过程控制机制；预期过程规划下产品数据的形成轨迹，给出可接受过程规划质量的评判依据。运用面向对象技术与Web技术相结合的方法进行平台软件实现，高度集成可视化任务流程建模、项目过程管理、活动建模、工作流管理、过程监测等软件系统或工具，为协同参与产品开发的组织和个人提供高效的协同开发环境。 最后，以高精度光刻机产品研发为应用背景，通过实例对文中所述过程规划技术、理论和方法进行验证，表明了NCPDP在支持复杂产品开发过程中的有效作用。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究背景

1.1.1现代制造技术的发展及其面临的挑战

1.1.2网络化制造技术的出现和发展

1.1.3网络化制造环境下的复杂产品开发

1.2国内外研究现状

1.2.1围绕复杂产品开发过程国内外的研究热点

1.2.2过程规划技术研究的现状及存在的问题

1.2.3过程规划技术研究的发展趋势

1.2.4课题来源及其研究意义

1.3本文的主要研究内容及论文结构

1.3.1主要研究内容

1.3.2论文的结构安排

1.4本章小结

第2章复杂产品开发过程规划技术研究的基本原理

2.1引言

2.2复杂产品开发过程的分析与过程定义

2.2.1产品开发模式的演变及其对开发过程的影响

2.2.2复杂产品开发过程分析与过程定义

2.3面向过程规划的复杂产品开发过程建模机理

2.3.1面向过程规划的复杂产品开发过程模型

2.3.2面向过程规划的复杂产品开发过程模型分析

2.4复杂产品开发过程规划实现的支撑理论与技术

2.4.1自组织/被组织方法论对过程规划的理论支持

2.4.2过程优化设计中的决策分类与决策技术

2.4.3基于Mult-Agent的协同管理与决策技术研究

2.4.4 Web服务及其相关技术

2.5本章小结

第3章面向复杂产品开发的宏观过程规划技术研究

3.1引言

3.2宏观过程规划的作用对象与管理空间

3.3支持宏观过程规划的决策原理

3.3.1企业间的竞争与合作

3.3.2多目标的折衷平衡方法

3.3.3基于博弈论的决策原理

3.4面向复杂产品开发的宏观过程规划

3.4.1面向宏观过程规划的任务分解

3.4.2建立在粗粒度任务分解基础上的任务过程设计

3.4.3面向任务及其过程的资源配置原理与实现技术

3.4.4基于博弈论的合作伙伴选择与产品开发组织的建立

3.5本章小结

第4章面向复杂产品开发的微观过程规划技术研究

4.1引言

4.2从任务空间到活动空间的映射

4.3面向复杂产品开发的微观过程设计原理

4.3.1微观过程设计遵循的基本原则

4.3.2微观过程规划中的协同与微循环开发过程

4.3.3影响产品开发微观过程的相关因素与约束

4.4面向过程优化的微观活动路线设计

4.4.1微观过程中产品开发活动路线优化设计

4.4.2基于Agent技术的资源管理与优化调度

4.5本章小结

第5章复杂产品开发过程规划技术实现的支撑工具

5.1引言

5.2支持复杂产品开发过程规划的网络化平台

5.2.1 NCPDP的逻辑组成结构

5.2.2 NCPDP的集成策略研究

5.3NCPDP实现的主要支撑工具

5.3.1过程规划工具

5.3.2过程仿真工具

5.3.3过程管理工具

5.3.4面向过程规划技术的过程控制策略研究

5.4本章小结

第6章应用实例与分析

6.1引言

6.2过程规划实现与产品开发实例-高精度激光雕刻机用工件台掩模台

6.2.1 工件台掩模台的研发需求及其组成结构

6.2.2 工件台掩模台开发过程设计与信息组织中的场景描述

6.3本章小结

第7章总结与展望

7.1全文总结

7.2论文创新点

7.3展望

7.4本章小结

参考文献

图表清单

博士学习期间公开发表的论文

博士学习期间参与完成的主要科研项目

致谢