并行工程环境下产品开发过程的任务分解方法的演绎和应用

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1、并行工程环境下产品开发过程的任务分解方法的演绎和应用

2、第1摘要:本文运用近代数学的拓扑学概念对产品开发过程的任务分解问题作了一些演绎,提出了任务的可分性、可度量性和连通性的观点和应用原则，结合某典型机械产品的开发过程的实例，说明并行工程环境下任务分解的实施方法。关键词：并行工程，产品开发过程，任务分解，拓扑空间引言新产品开发的重要性在最近的数十年内有了极大的体现，已成为工业界竞争的决定性驱动力。近五年里众多的工业领域依靠开发新产品来获得占年收入50%以上的效益。然而，新产品开发的失误率仍然是很高的，许多R&D项目无法获得商业化的产品

3、，33%至60%的上市的新产品不能获得经济回报。开发周期决定了公司具有怎样的竞争力和公司获得经济回报的速度，如果一种生命周期为5年的产品延迟6个月上市，就会损失其1/3的利润[1]。人们逐渐认识到产品开发的长周期、高成本是产品缺乏竞争力的症结所在，于是开始将注意力集中在产品开发过程的改进和管理上。并行工程环境下的产品开发过程是在计算机网络产品下，多学科开发团队的人员设计的反映过程的合理信息流动关系和组织、资源制约关系的开发任务流程，其目标是全面考虑产品生命周期信息和缩短开发周期、提高设计产品的质量。其中任务分解是设计和规划产品开发过

4、程的首要任务，有待于理论上的研究和方法学上的支持。本文拟对此问题作一些的论述。文献综述由于在并行工程的实施中，在设计的早期即考虑产品及零件的可制造性问题和产品的诸多性能问题；上游的概念设计向下游的工艺设计进行预发布，以提高产品的工艺性和可加工性，体现设计意图。与传统设计方法相比，并行工程方法可能增加设计过程的复杂性而难于管理。减少设计过程，特别是大型项目过程的复杂性的方法是进行任务的分解。A.Kusiak(1993)提出用入射矩阵(incidencematrix)表达设计任务与设计参数之间的关系，约束变量亦可分解而实现约束管理[2]

5、。N.F.Michelena和P.Y.Papalambros(1995)则提出用功能关联表(functionaldependencetable)来表示任务名与变量名之间的关系，该方法在分解任务的同时能进行设计迭代（更改）的改进[3]。StephenS.Altus(1996)认为通常情况下多学科开发团队是在设计的不同方面同时工作的，客观上要求将设计任务分解成子任务，并且，设计过程的质量很大程度上依赖于所分解任务的结构[4]。RobertP.Smith和StevenD.Eppinger(1997)用分解工具DSM来明确设计过程的哪些活动

6、需引入迭代，该模型被应用于汽车的刹车系统的开发过程[5]。JamesL.Rogers(1999)研制了有效的基于设计经理的智能分解软件工具DeMAID[6],他认为任何一个无试探性的项目包括有大量相互依存的过程，这种相互依存、相互依赖的关系是相当复杂的。许多设计项目的管理中是以过程的流程图来表达的，但是流程图的表示法难于决定过程执行的顺序，因此需要开发管理工具在复杂设计项目中分解、管理和显示过程，并解决在这类项目中普遍存在的迭代问题。目前，DSM已经具备有三种模型：1)基于参数的模型－它基于参数的关联性分析过程的结构；2)基于任务的

7、模型－它基于内部的信息流规划设计项目；3)基于团队的模型－它基于设计师个人和群体间的信息流构建设计的组织。并且，DSM被认为是重组产品开发过程的有力工具[7]。然而，直观的分解和分析方法毕竟有局限性，而应用近代数学中的拓扑学概念作一些演绎，能获得仅凭直觉难于观察和发现的有益启示。2．过程的拓扑学演绎2．1任务的可分性对于分解任务而言，设不同的两任务f1,f2?X，X为完成某产品设计所有任务的集合，显然X满足拓扑空间的条件：（1）；（2）；存在有以下的命题：(X，t)拓扑空间，其中X为一非空集，t为的X一个子集组；AìX，若，则称A为

8、X的稠子集，当(X，t)中存在可数的稠子集，则称(X，t)为可分空间，并且具有性质。因为(X,t)存在有可分空间，由此证明总任务X是可分的。2.2任务的可度量性由于总任务X为有限集，如下证明拓扑空间(X，t)可度量性的充要条件是：t是X上的离散拓扑。证明：设(X，t)可度量化，则X为T1空间，又因为X是有限集，所以t为X上的离散拓扑。则容易验证d是X上的一个度量，它所导出的拓扑是离散拓扑，故(X,t)可度量化。2.3任务的连通性连通空间的定义：设X是拓扑空间，若存在两个非空的开集A，B使则称X为不连通空间，否则称X连通空间。由连通空

9、间的定义易知，拓扑空间X为不连通空间的充要条件是：X中存在既开又闭的非空真子集。3．任务的分解及管理方法从以上对任务的拓扑学演绎中，我们易得到的结论是：由2.1知，产品开发过程的总任务是可分的，因为任务可分解，所以对过程的复杂程度予以