基于设计变化矩阵的产品方案设计阶段风险评估方法

摘要

本发明提出一种基于设计变化矩阵的产品方案设计阶段风险评估方法，该方法结合公理化设计原理，以公理化设计矩阵为基础，通过设计方案之间的对比，找到设计方案之间发生变化的因素，进而构建出用以反映变化的设计变化矩阵，并结合以往设计方案和应用结果，提取出方案设计过程中风险指标，进而分析出设计方案的风险值，完成产品方案设计阶段风险评估。本发明在构建设计变化矩阵的过程中，同时考虑了设计方案之间的变化问题和设计要素的应用反馈，能够较为全面分析出设计方案中存在风险的设计要素，据此所建立的设计变化矩阵为产品方案设计阶段风险管理提供依据。

说明书

技术领域

本发明涉及产品设计风险评估技术领域，具体为一种基于设计变化矩阵的产品方案设计阶段风险评估方法。

背景技术

在产品研制过程中进行风险管理有重要的意义，目前风险评估方法主要有：专家调查法、故障树分析法、HAZOP、情景分析法、流程图法等方法，但目前应用最多的还是风险矩阵评估方法。

设计变化矩阵的构建是结合已有设计结果，挖掘设计过程中变化的设计要素，用以进行产品风险分析，对产品研制过程的风险管理具有重要意义。

文献“风险矩阵评估方法研究与工程应用综述[J].同济大学学报(自然科学版),2013,41(3):381-385”对目前风险矩阵的构建方法和应用进行了研究。该研究在分析风险矩阵评估方法中风险概念的基础上，给出了风险矩阵基本数学模型，并提出了“不稳定性”的评价指标，明确了风险矩阵评估方法不稳定性在工程应用中的涵义，探究了不稳定的来源。虽然风险矩阵评估方法简便易用，在工程领域内应用广泛，但在产品方案设计阶段没有与设计内容有效关联，不能很好用于方案设计阶段的风险评估，其在方案设计阶段中的应用具有局限性。

发明内容

为了能够利用风险矩阵思想对方案设计阶段设计方案进行分析，以发现设计方案中存在的风险要素，本发明提供一种基于设计变化矩阵的产品方案设计阶段风险评估方法。该方法结合公理化设计原理，以公理化设计矩阵为基础，通过设计方案之间的对比，找到设计方案之间发生变化的因素，进而构建出用以反映变化的设计变化矩阵，并结合以往设计方案和应用结果，提取出方案设计过程中风险指标，进而分析出设计方案的风险值，完成产品方案设计阶段风险评估。本发明在构建设计变化矩阵的过程中，同时考虑了设计方案之间的变化问题和设计要素的应用反馈，能够较为全面分析出设计方案中存在风险的设计要素，据此所建立的设计变化矩阵为产品方案设计阶段风险管理提供依据。

本发明的技术方案为：

所述一种基于设计变化矩阵的产品方案设计阶段风险评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将产品按照生产装配关系分为产品-部件-组件-零件四个层次；其中对于每个组件，依据组件已有的成熟并用于生产的设计方案，结合对产品的新的需求，确定若干满足产品新需求的组件设计候选方案；并确定成熟的组件设计方案以及所有组件候选方案的设计要素，组件设计方案中的设计要素为零件；

步骤2：建立设计变化矩阵：所述设计变化矩阵为M+1行，N列矩阵；M为候选方案个数，N为所有候选方案以及成熟的设计方案中设计要素的并集中的元素个数；

步骤3：依据设计要素的风险程度确定步骤2建立的设计变化矩阵的元素值；

其中第1行对应成熟的设计方案，其每一列表示一个设计要素的风险值，当该设计要素在生产过程中出现过故障反馈，则将设计要素的风险值取为2，其余设计要素的风险值取为0；

其余M行对应M个候选方案；每个候选方案的设计要素分为关键设计要素、成熟的设计方案中没有的新设计要素、与成熟的设计方案相比发生改变了的设计要素、应用中存在故障的设计要素、以及与成熟的设计方案相比未发生改变的设计要素；其中关键设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为4，成熟的设计方案中没有的新设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为3，应用中存在故障的设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为2，与成熟的设计方案相比发生改变了的设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为1，与成熟的设计方案相比未改变的设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为0；所述应用中存在故障的设计要素指该设计要素在成熟的设计方案中属于在生产过程中出现过故障反馈的设计要素；且当设计要素存在多个风险值取值可能时，取其中大值；

步骤4：根据设计变化矩阵中的元素值，计算每个候选方案的风险值：每个候选方案的风险值取该方案对应行的所有元素风险值平均值；取其中风险值最小的候选方案作为该组件的设计方案；

步骤5：对于某一部件，依据部件已有的成熟并用于生产的设计方案，结合对产品的新的需求，确定若干满足产品新需求的部件设计候选方案；根据部件-组件关系，对于某一部件设计候选方案，取其中部件装配所需所有组件的风险值的平均值为该部件设计候选方案的风险值；其中所述组件的风险值指按照步骤2至步骤4的方法所确定的组件设计方案风险值；取部件设计候选方案中风险值最小的候选方案作为部件设计方案；

步骤6：对于某一产品，依据产品已有的成熟并用于生产的设计方案，结合对产品的新的需求，确定若干满足产品新需求的产品设计候选方案；根据产品-部件关系，对于某一产品设计候选方案，取其中产品装配所需所有部件的风险值的平均值为该产品设计候选方案的风险值；其中所述部件的风险值指按照步骤5的方法所确定的部件设计方案风险值；取产品设计候选方案中风险值最小的候选方案作为产品设计方案。

有益效果

本发明的有益效果是：从设计变化的角度出发，识别设计过程中的不同变化设计要素，能够较为全面的分析出产品设计阶段的设计方案中存在的风险，不仅从产品研发的开始就考虑整个过程风险，而且能够全面的反映设计方案中的风险，为产品研制过程中的风险管控提供了相应的依据。与现有的风险矩阵相比，该方法对设计变化带来的风险进行分析，不仅可以从设计的源头进行风险管控，还能够全面的反映设计过程中存在风险，提高了产品研制过程中风险的识别率和管理效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例的产品为果汁机，下面基于设计变化矩阵的产品方案设计阶段风险评估方法，确定果汁机的产品设计方案：

步骤1：将产品按照生产装配关系分为产品-部件-组件-零件四个层次；其中对于每个组件，依据组件已有的成熟并用于生产的设计方案，结合对产品的新的需求，确定若干满足产品新需求的组件设计候选方案；并确定成熟的组件设计方案以及所有组件候选方案的设计要素，组件设计方案中的设计要素为零件。

步骤2：建立设计变化矩阵：所述设计变化矩阵为M+1行，N列矩阵；M为候选方案个数，N为所有候选方案以及成熟的设计方案中设计要素的并集中的元素个数；

步骤3：依据设计要素的风险程度确定步骤2建立的设计变化矩阵的元素值；

其中第1行对应成熟的设计方案，其每一列表示一个设计要素的风险值，当该设计要素在生产过程中出现过故障反馈，则将设计要素的风险值取为2，其余设计要素的风险值取为0；

其余M行对应M个候选方案；每个候选方案的设计要素分为关键设计要素、成熟的设计方案中没有的新设计要素、与成熟的设计方案相比发生改变了的设计要素、应用中存在故障的设计要素、以及与成熟的设计方案相比未发生改变的设计要素；其中关键设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为4，成熟的设计方案中没有的新设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为3，应用中存在故障的设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为2，与成熟的设计方案相比发生改变了的设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为1，与成熟的设计方案相比未改变的设计要素在设计变化矩阵中风险值取值为0；所述应用中存在故障的设计要素指该设计要素在成熟的设计方案中属于在生产过程中出现过故障反馈的设计要素；且当设计要素存在多个风险值取值可能时，取其中大值；

步骤4：根据设计变化矩阵中的元素值，计算每个候选方案的风险值：每个候选方案的风险值取该方案对应行的所有元素风险值平均值；取其中风险值最小的候选方案作为该组件的设计方案。

本实施例中，以果汁机传动切削装置作为组件示例，通过对产品需求进行分析，确定了两种果汁机传动切削装置组件的候选设计方案。通过对产品设计阶段完成的两个候选设计方案与一个完成产品研制的成熟设计方案进行分析(表1所示)，可以确定设计变化矩阵行数为3，根据设计方案中的元素个数，可以确定设计变化矩阵的列数为7。

表1多方案设计对比矩阵

通过对已有果汁传动切削装置进行改进得到了两个不同的候选设计方案，但是设计过程中的传动原理并不相同：已有方案是通过齿轮传动，方案1的是通过轴承传动，方案2是通过皮带传动，因此两个候选设计方案中引入了新的设计因素。传动装置的不同会导致切削装置有所不同，虽然方案中的设计要素都有切削刀具和保护盖两个设计要素，但在设计方案1和设计方案2中，这两个设计要素都属于变化的设计要素，因此根据表1可以得到带有风险值的设计变化矩阵如下表所示：

表4设计变化矩阵

可以计算得到候选设计方案1的设计风险为2.333，候选设计方案2的设计风险为2.429。从分析的结果可以看出，候选设计方案1的设计风险和设计的变化因素都要低于候选设计方案2，因此从这个分析结果可以看出候选设计方案1可以作为原有方案的改进方案，用以制造改进型果汁传动切削装置。且从分析的过程可以看出候选设计方案1中的传动轴1、传动轴承、密封圈和传动轴2是新的设计因素，具有较高的设计风险，需要设计人员在研制的过程中重点考虑。

步骤5：对于某一部件，依据部件已有的成熟并用于生产的设计方案，结合对产品的新的需求，确定若干满足产品新需求的部件设计候选方案；根据部件-组件关系，对于某一部件设计候选方案，取其中部件装配所需所有组件的风险值的平均值为该部件设计候选方案的风险值；其中所述组件的风险值指按照步骤2至步骤4的方法所确定的组件设计方案风险值；取部件设计候选方案中风险值最小的候选方案作为部件设计方案；

步骤6：对于某一产品，依据产品已有的成熟并用于生产的设计方案，结合对产品的新的需求，确定若干满足产品新需求的产品设计候选方案；根据产品-部件关系，对于某一产品设计候选方案，取其中产品装配所需所有部件的风险值的平均值为该产品设计候选方案的风险值；其中所述部件的风险值指按照步骤5的方法所确定的部件设计方案风险值；取产品设计候选方案中风险值最小的候选方案作为产品设计方案。

本发明利用公理化设计的思想，将风险矩阵用于方案设计阶段的设计变化因素的识别与评估，并通过多层次的迭代，形成完整的方案设计过程。本发明从风险管理的角度协助设计人员进行方案选择，不仅考虑了之前的设计中的关键设计要素和应用情况，结合了当前设计方案中的变化，能够较为全面的反映设计过程中的变化要素，对方案设计的风险管理提供较为全面的支撑。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。