一种基于约束的并行设计方法研究

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1、一种基于约束的并行设计方法研究

2、第1并行设计强调综合考虑产品生命周期中的多种因素对产品设计的影响，因而并行设计中用户需求的内涵不再仅仅是产品顾客的需求，而应包括与产品相关的所有阶段用户的需求。产品开发过程中，设计、工艺、制造、装配、检验、测试、维护等环节之间存在着相互制约、相互依赖关系：设计规范、设计规律、各领域之间的一致性要求等，我们将这些关系称为约束。约束的表现形式从逻辑上表现为各环节之间的约束、各环节中人与人之间的约束，从数据上表现为变量之间的关系和限定，它是产品设计空间复杂度的体现。基于约束的并行设计过程就是寻找一个满足各种约束条件的

3、解的过程。事实上，在产品的整个生命周期中需要考虑的因素都可以尝试将它们提前。下表是产品的整个生命周期中的各种约束。表1产品开发团队需要考虑的各种约束因此，我们在利用QFD中的质量矩阵展开形式的基础上，提出一种基于并行设计的设计约束展开方法DCD，它将QFD矩阵的输入范围扩大至产品全生命周期中的所有约束，其概念框架见图1。图1DCD矩阵并行工程作用在于将从前在产品生命周期的各个阶段对产品施加的约束都提前到产品规划和设计阶段，及早明确对产品的定义。目前QFD、DFMA等并行工程方法其目的都是为了将各种约束提前：QFD将在以往的产品设计中产品面向顾

4、客时才施加约束(VOC)提前到产品规划阶段实施，而DFMA将从前直到产品制造和装配时才施加的约束提前到设计阶段。很明显，在产品开发的早期考虑的合理的约束越多，产品定义就越明确；产品开发的边界范围定得越小，产品就越容易得到优化。因此，在同等条件下，给产品规划和设计阶段施加的合理约束越多，产品的开发周期就越短，产品成本就越低。于是，我们可以说，将约束提前对产品开发过程是有利的，在设计过程中有必要采用DCD方法。与QFD一样，DCD也是一种多层次的演绎分析方法。它体现了并行工程的要求，以约束为产品研制重要依据的指导思想。DCD方法的研究目的是探索一

5、条在矩阵中使用并行设计过程中的各种约束的方法。DCD是一个多面体形结构，其核心部分是优化后的产品设计方案。多面体的每一个面代表一类约束，如果该约束为用户需求，则DCD即演化为QFD。DCD可用来作为产品过程改进的一种支持工具。并行工程与传统串行过程的本质区别在于它把产品开发的各个活动视作一个集成的、并行的产品开发过程。实施并行设计过程不能由原来的串行过程简单地并联化得到，而必须对整个产品开发过程进行重组、优化和管理。在DCD方法中，通过对各种约束的逐步展开，最终可以得到产品设计方案中各工程特性的重要度数据。企业决策者可以根据这些数据对设计过程

6、中的时间、资源和人员进行配置和优化，从而使设计过程能够得到有效重构。DCD方法中的两个关键问题用户需求(约束)的确定在标准的QFD分析过程中，用户需求一般是指最终用户对产品的要求，其内容是消费者对产品使用功能、性能及价格的要求和愿望。而在本文所描述的DCD模型中，用户需求指的是不同的用户产品设计的各种约束，它们一般以性能要求、规则、法规等方式体现出来。这些约束在产品开发过程中以设计输入形式作用于产品设计主模型。我们可以将这些用户分为消费者用户、技术用户、制造用户和管理机构用户。与其相对应，将产品需求分为消费者需求、技术需求、制造协作需求和管理

7、需求等几类。ISO9000及ISO9001(4.4.3)在产品设计导则中规定了规范的设计输入应包括：“产品性能要求/技术规范；附带有关技术状态、结构、输入的要素和其它设计特点的技术规范的产品说明书。”产品需求模型在内容上要求满足ISO90001中对设计输入的规定并根据需要加以扩展，以作为设计约束展开的先决条件。在约束数量巨大的情况下，应将约束分类展开。在操作上可以采用因果图和AHP方法相结合的办法，通过因果图法细化约束并建立各种约束的层次关系，使用AHP法得到各种约束的权重。DCD矩阵的结构和算法由于DCD中的约束种类繁多、数量巨大，往往需要

8、分成多个类进行分析，因此DCD矩阵的结构需要对约束进行分类。根据不同的种类分别建立矩阵，不同类型的约束其矩阵也可能是不同的，比如在QFD中，矩阵的右边有“市场评估”等项目，而在其它的DCD矩阵中就没有这一项。矩阵下方的目标值也可以由设计方案评估代替。因此，DCD矩阵可以在图1所示矩阵的基础上根据需要进行调整和简化，它没有一个固定的格式。典型的DCD矩阵框架如图2所示。图2DCD矩阵的结构