产品复杂性（精选9篇）
产品复杂性 篇1
复杂产品系统 ( Complex Products and Systems, 简称Co PS) 是一类与规模化产品在市场行为、产品特征等方面有明显不同特点的产品, 指一些研制成本较高的、技术密集型的、客户有特定需求的小批量或者单件产品、生产资料和服务等, 如智能的交通系统等[1]。Co PS的创新能力是衡量一个国家整体创新能力及国际竞争力的主要标志[2]。Co PS的研发成功能导致内嵌技术应用于其他产业, 甚至能引起产业链的升级。
针对Co PS的特点, 一些学者从不同的角度研究了Co PS创新模式, 提出了环生命周期模型[3]; 虚拟组织开发模式[4];基于项目的组织模式[5]等多种开发模式, 但随之引起了一些学者的争议[2,6]。复杂性是Co PS的典型特征, 由于Co PS的系统复杂性及技术密集性等特性, 在其设计和制造过程中往往会有些无法预测的事件发生, 是影响Co PS创新成败的关键因素。因此, 将复杂性测度纳入到复杂产品系统创新中是非常必要的。
一、Co PS复杂度
复杂度是指引起Co PS创新困难和不确定性的技术和组织复杂性程度。由于Co PS的复杂性, 使得Co PS创新成功率很低, 引起延期交货, 成本上升, 可靠性低等诸多问题。一些学者从不同领域对复杂性及其度量方法进行了研究。Kim and Wilemon[7]将产品复杂性分为技术复杂性 ( 包括技术综合度、创新数量、功能数量等) 和组织复杂性 ( 包括人的因素、过程和使用的工具等因素) 。Shinner认为复杂性包括元素的有序度和无序度[8]。Gokpinar[9]认为复杂度包括系统中元素的数量及其之间的关系结构, 并将复杂性作为产品结构进行评估。这些研究大都针对产品创新完成后的复杂度评估, 但这时风险已经发生。Co PS创新是一个系统工程, 通常是由许多高度特化的、相互联系紧密的、不同技术领域的组分集合而成, 其性能高度依赖其组分及其集成结构, 如果在创新的规划期, 将Co PS创新复杂度纳入规划的范围, 预测各阶段和组分的复杂度并进行预先的干预, 可以极大地减少风险的发生概率。
二、Co PS创新系统结构
为保证企业在经营过程中, 尽可能降低生产投资风险, 就必定要对企业的复杂产品系统进行深入的探讨研究。Co PS创新结构系统图如图1 所示。Co PS创新很难由一个企业单独完成, 一般由核心企业 ( 项目的组织者) 和众多的技术供应商组成。核心企业首先对Co PS创新的技术需求进行分析, 形成技术缺口清单, 然后会采用技术合作、外包等形式从外部寻求技术支持。在技术研发过程中, 核心企业和技术供应商以及技术供应商之间不仅仅是供应和需求关系, 经常性的合作、交流及信息反馈是他们之间关系的典型特点。此外, Co PS创新还受外部环境的影响, 如政府的政策、国际经济形势等。
三、基于复杂性的Co PS创新模式
基于图1 的创新结构, 建立了如表1 所示的基于复杂性的Co PS创新模式。
Co PS创新复杂性可分为技术复杂性、组织复杂性和外部环境的复杂性。技术复杂性包括核心企业以及各类技术供应商所提供的研发技术本身的复杂性, 还包括集成阶段的集成技术的复杂性。组织复杂性既存在于各组织本身, 还存在于组织之间关系的复杂性。环境复杂性体现了技术经济环境的不确定性对Co PS创新的影响。与一般的Co PS创新模式相比, 增加了复杂度测量和风险评估两个环节, 并在其它环节增加了复杂度相关内容。即在项目规划和研发期始终高度重视项目各环节的复杂度及其风险, 最终降低项目研发的整体风险。
摘要：复杂产品系统创新成功能推动多个相关产业的发展及产业链的升级。但其开发涉及多个技术领域, 成本高而研制周期长, 风险极高。本文将复杂性测度纳入到复杂产品系统创新中, 建立了一套基于复杂性测度的创新模式, 通过定量化创新中技术复杂性和组织复杂性, 分析其在创新中的传递过程, 预测创新风险, 以期能提高创新成功率。
关键词：复杂产品系统,复杂性,创新模式
参考文献
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[4]霍艳芳, 齐二石等.基于虚拟组织的复杂产品系统集成开发模式研究[J].制造技术与机床, 2004, 9:46~49
[5]Hardstone G.A.P.Capabilities, Structures and Strategies Re-Examined:Incumbent Firms and the Emergence of Complex Product Systems (Co PS) in Mature Industries[J].Technology Analysis and Strategic Management, 2004, 16 (2) :173~196
[6]陈劲等.复杂产品系统创新对传统创新管理的挑战[J].科学学与科学技术管理, 2004, 9:47~51
[7]Kim.J.and D.Wilemon.Sources and assessment of complexity in NPD projects[J].R7D Management, 2003, 33 (1) :15~30
[8]李炜.演化中的标度行为和雪崩动力学[D].华中师范大学, 2001:111~112
[9]Gokpinar.B., W.J.Hopp and S.M.R.Iravani.The Impact of Misalignment of Organizational Structure and Product Architecture on Quality in Complex Product Development[J].Management Science, 2010, 56 (3) :468~484
外资行理财产品有多复杂 篇2
外资行在国内的两个梯队
外资行在中国由几大阵营构成。第一梯队是几家大型外资行，包括汇丰、渣打、花旗，这些银行在中国都拥有30家以上的机构。其次是第二梯队，包括东亚、星展、荷银、恒生等，它们一般都拥有10家以上的机构。
从不同银行的产品设计风格来看，目前渣打、花旗、汇丰形成了比较全的产品线。这3家银行主要产品类型大同小异，产品设计各有侧重。总体来说，汇丰相对保守，发行产品数量有所减少；花旗的QDII品种较多，品种完善；渣打的结构性产品发行量和平均收益较高，同时也在加强QDII产品的开发。
熟悉外资行的产品体系
外资行的产品体系和很多中资行不同，大体上可以分为以下3类。
外汇期权产品
这类产品在很多外资行都有，只是不同外资行的称呼不一样。例如渣打叫基本型汇利投资，花旗叫优利存款，汇丰叫双币投资。此类型产品原理比较复杂，实质上是一个外汇期权类交易品种。中资行在外汇交易上，普遍采取实盘交易，有很多类似的平台。而外资行是侧重在外汇期权交易上，通过境外的期权交易中心协助完成。
购买该产品相当于是卖出一个外汇期权给到银行，事先和银行约定好本币和挂钩货币的币种、兑换汇率、期限，银行报一个期权价格。产品到期时，根据外汇市场的表现，银行决定按照何种货币支付本金和收益。此类投资比较复杂，专业进行外汇投资的投资者才会参与。其主要价值在于可按照想要的价格将货币兑换，而且还能拿取一笔期权费，一般相当于年化收益5%～20%。
建议涉及大额外币之间互相兑换币种业务，特别是外贸进出口行业的投资者可考虑这类产品。期权类投资卖出期权给银行，自身承担风险无限大，同时不同于实盘交易马上就可买入卖出，一般最短周期为1周，流动性较差。对于普通投资者来说，需要有很强的外汇市场判断能力。
结构性产品
结构性产品是目前外资行销售的主力军，本质上是嵌入了期权类衍生品的金融产品。在设计上一般是由债券和期权的组合，债券实现保本，期权提供收益。由于结构性产品引入了金融衍生品，结构复杂，变化多样，几乎可以投资所有标的。识别这类产品的风险和收益，是选择的重点。建议从以下几方面来搞清楚结构性产品的特点。
保本性 结构性产品分为两大类：保本和非保本。一般会直接写在合同上面，体现产品的保本程度。根据银监会对于理财产品的规定，要写明保本条款的产品必须有明确的结构设计。这就意味着，投资者可以明确其最大风险，是确保本金没问题，还是要冒10%本金损失的风险，或者是更高损失。
挂钩标的 挂钩标的即整体产品的表现是取决于哪些品种，如取决于某一只股票，还是某几只股票，或债券、商品等。结构性产品通过金融衍生品间接投资到挂钩标的，最终产品表现很大程度上由挂钩标的表现而定。如A股票和B股票表现不相同，商品挂钩和利率挂钩可能又不相同。在外资行的产品序列里，利率挂钩型产品波动比较小，而且本身设计就很稳定，回报稳定性可与中资行的短期理财产品媲美。而挂钩股票、商品、指数的产品风险较高。
通过挂钩标的选产品，有一个要诀：挂钩标的越少，越单一，产品风险越小；同样数量的挂钩标的，历史走势越一致，产品风险越小。如果产品A有4个挂钩标的，产品B有1个挂钩标的，每个标的走势不会完全一致。结构性产品一般以表现最差的标的为整个产品的标准。标的越少，风险越小。如果都是4个挂钩标的，要以产品的这4个标的走势一致性做判断。挂钩4个股票，一只矿业股，一只医药股，一只百货股，一只科技股，走势大不一样，无法判断该产品今后好坏。
收益条件设置 结构性产品，一般可以设置成看涨、看跌、区间震荡3种，即挂钩标的要上涨、下跌或在一定区间里震荡才能提供收益。定的条件是否苛刻，是否合理，是否符合未来市场行情的发展，是产品表现的关键。未来市场上涨概率比较高，却选择了区间震荡型产品，则很有可能只获得微不足道的短期收益。前段时间有很多挂钩黄金的品种，做成了区间震荡型，由于金价大幅上涨而表现不佳。挑选此类产品，可详细咨询客户经理并研究产品介绍。
提前终止条款 结构性产品一般会定一个提前终止条款，该条款越苛刻，产品风险越高，甚至可能出现几年无收益的情况。
QDII产品
外资行有大量的QDII产品，大部分都是联结型QDII，即银行用理财产品形式募集资金，然后用于投资海外某些已经运作的基金品种。由于精选的是全球知名基金公司的投资品种，甚至有的产品有10年以上的运作历史。如花旗和渣打，有超过20只以上的基金品种，涵盖债券、商品期货、股票。这其中有许多国际顶尖的共同基金，评级为A级以上。通过这些产品，可以方便享受到国际一流基金管理人的投资实力。
不少外资行还推出了联结海外债券和商品指数的QDII。其中最有名的为渣打银行推出的UTSN003，瑞银彭博开放式黄金指数投资。从2010年以来，受益于黄金大涨的牛市行情，一直在所有中外资理财产品中排名第一。QDII由于同时面临着汇率和市场风险，对投资者的投资能力和专业性有很高的要求。如果没有太强专业能力，寻找适合的理财经理帮忙指导是比较关键的环节。
必须关注的风险
选择外资行理财产品，还需要了解一些风险。
（1）最近市场汇率和股票波动是否大。如果最近波动很大，不建议投资结构性产品。
（2）做外汇期权类产品，一定要充分了解该产品风险。卖出期权给银行，理论上风险无限大，又受最短1周的流动性限制，如果近期外汇市场波动比较大，也不太适合做此产品。
（3）QDII产品由于有全球各个方向的投资品种，每个基金的运作方式又不太一样，必须要充分了解其各自特点才可以进行投资。并且平时要注意关注市场和QDII产品的表现。
（4）外资行一般有比较完善的客户经理+理财经理+投资经理的服务体系，在选择产品和投资时，一定要综合考量这个体系的素质和能力，尽可能挑选专业的理财和投资经理帮助理财。
（5）要注意手续费的问题。一般外汇期权类和结构性产品没有手续费，而QDII手续费比较贵，可能高达2.5%，要比较不同机构的手续费。而且可能同一款基金，在不同银行有同样的QDII产品发行，给投资者更多挑选的余地。另外还要注意的是，有些外资行如渣打，QDII产品在同一个基金公司下面的品种还可进行互换以节省成本。
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产品复杂性 篇3
产品设计就是协调外部因素与内部因素之间的相互作用, 解决它们之间的矛盾。现代产品创新的推动力来自人类需求、科学技术和市场三个方面。
二、现代产品设计复杂性的市场因素
研究和资料显示, 现代设计师和工程师最需要面对的问题之一是产品设计和设计流程的复杂性, 具体表现在他们会反复而长期地面对一系列问题, 并要求及时提出解决方案, 例如:理解并满足不同客户在同一时期的不同需求或相同客户在不同时期的不同需求;设计更复杂的产品以保证其在工程技术、电子、加工手段和应用新材料等方面的领先地位;适应协同工作环境和全球采购的趋势导致的工作流程;应用创新的理念、技术和特性以实现公司老板超越竞争对手降低产品成本的要求;适应或满足诸如生产自动化不断提高、重新包装和主动小型化以增加产品价值、减少机器占地、增加产品功能、减少能源消耗等各种要求。
研究以上需求可以得出, 产品设计复杂性增加不是其自身引起的, 而是在最低的制造成本下寻求更大的产品价值、更高的质量、更好的性能的结果。从市场角度看, 导致现代产品设计复杂性增加的主要原因有两点:一是制造业的市场竞争的外部推动, 二是企业产品致胜的内在要求。
市场激烈的竞争使所有的企业都懂得:仅仅降低成本是不够的, 设计的目光要移向产品、市场和客户。要不断地改进产品, 提供更多功能、更多创新和更美观的产品。为控制市场或维持市场份额, 制造商需要不断拓展产品的规格系列, 提供更多的选择, 更频繁地推出更好的新产品。要适应不断变化的市场环境和挑战, 如新的竞争者、全球经济循环、低劳动力成本的新经济等, 需要在企业内部重新规划设计和加工流程、缩短设计周期、降低成本、提高加运作效率。最成功的企业往往能够预料和引导市场。定制产品、新技术、更多产品系列、功能更全、更美观的外型以及更快地交货, 都是领先者的特点。
三、应对产品设计复杂性的两条途径
1. 认清复杂性的根源, 树立以人为本的设计思想
进一步的分析表明, 需求复杂性是现代产品设计复杂性的根源。现代产品设计时要考虑各种要求, 为了满足这些要求, 设计的复杂性显著增加了, 具体表现为: (1) 使需要确定的系统设计指标呈现多样性。 (2) 增加系统的组成成分和相互接口, 形成复杂产品系统。 (3) 增大了系统集成和测试的难度。
需求的主体主要是人, 满足这些需求的是设计者也是人。因此, 产品设计研究的直接对象是物, 但关键在“人”, 因此, 只有把“以人为本”的设计理念真正落实好, 其它先进的设计理论、方法、工具和手段才能更好地发挥作用, 设计的复杂性问题才能得到解决。
2. 采用现代设计理论方法和技术
产品复杂性和设计复杂性的不断增长, 使得传统的产品设计理论、方法和技术很难满足企业当前生存和发展的需要。为了能在竞争中处于有利位置, 现代设计的理论、方法和手段必须尽快推广使用。
产品设计数字化是现代设计的最主要表现形式, 使用现代设计方法从一定意义上来说就是推行数字化设计。到目前为止, 数字化设计技术的发展历程大体上经历了C A X工具的广泛应用、并行工程思想的提出与推行和虚拟样机技术的提出和推广三个阶段。
实践证明, 三维C A D系统能够处理大型装配, 每个企业都可以从中获益。对于一个可能包含上万个零件的复杂工业产品, 其数字装配件模型中包含了一系列装配件、子装配件、零件之间存在的复杂装配关系以及相关的产品的信息, 设计师可以通过计算机跟踪所有元素并实时管理, 可以在2 D和3 D间无缝地切换, 选择正确的工具来完成任务, 并与相关人员包括客户进行数据交流。使用数字化的虚拟样机技术, 能极大提高设计的工作效率和质量, 使设计人员、管理人员有更多的时间去思考, 去创新。
虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法, 是各领域CAX/DFX技术的发展和延伸。虚拟样机技术进一步融合先进建模/仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术, 将它们应用于复杂产品全生命周期、全系统, 并对它们进行综合管理。与传统产品设计技术相比, 虚拟样机技术强调系统的观点、涉及产品全生命周期、支持对产品的全方位测试、分析与评估、强调不同领域的虚拟化的协同设计。
归纳起来, 使用以数字化技术为代表的现代设计能够产生的效益至少有以下几个方面: (1) 增加产品促销的机会, 使用三维模型可以更快将产品投放市场; (2) 通过设计的重复利用和改进的专业表现, 增强竞争力, 赢得新业务; (3) 通过快速开发三维模型, 推动创新; (4) 增强的细节设计有利于提高设计效率和团队协作开发的能力; (5) 混合二维/三维设计技术可以更快生成二维草图、三维数字模型和包含尺寸的产品图纸; (6) 减少了对物理样机的需求; (7) 增强早期的协同工作, 允许更快更全面的设计预览; (8) 更好、更快地生成相关文档; (9) 通过早期的加工分析, 获得改良的加工; (1 0) 对现有产品设计的重复利用, 以形成新产品设计的基础。
复杂性对当现代产品设计是一个独特的挑战, 更复杂的产品是用更复杂的流程设计出来的。因此, 这种复杂性还再进一步加剧。只有采用先进的设计理念和方法, 才能使制造业企业提高设计效率和设计正确性, 降低成本, 缩短新产品上市时间, 从而获得竞争优势。
摘要：需求、技术和市场是现代产品创新的三大动力, 市场竞争的外部推动和企业产品致胜的内在要求是现代产品设计复杂性的市场因素, 其根源在于人的日益增长且终无极限的各种需要, 应对的途径主要是树立以人为本的设计理念、采用先进的设计技术。
关键词：产品设计,复杂性,分析,对策
参考文献
[1]沙平平:机械产品方案的现代设计方法及发展趋势[J].中国科技信息.2007 (13) [1]沙平平:机械产品方案的现代设计方法及发展趋势[J].中国科技信息.2007 (13)
产品复杂性 篇4
关键词：航天复杂产品;数字化生产线;研发;实践
我国的航天产业在近些年发展非常快，因此对航天产品的需求量也越来越大。但是航天产品往往具有非常高的复杂性、专业性、独有性、高精性，所以有很高的生产要求，传统生产线往往不能兼顾产量需求和质量需求，因此急需进行专门的数字化生产线建设。
1.针对航天复杂产品的数字化生产线研发
1.1数字化生产线的资源层研发
数字化生产线是以底层的制造数据库为支持的统一平台，该平台不仅囊括了业务流程，也囊括了全部的管理信息和企业产品数据。因此在进行资源层研发建设时，应优先设立制造资源的基础数据库，以对生产线上的制造资源信息进行统一管理，为后续的信息积累、信息共享和信息重复使用提供保障。此外，还需进行接口建设，具体来说，资源层应设立集成接口以衔接其他系统，进而达到对资源进行合理调度和优化配置的目的。由于囊括的基础数据库相当多，所以在建设资源层时需要对基础数据库进行分类整理，其中标准加工程序、典型工艺、优化切削参数等类型的数据库归类为工艺知识库;辅料资源、工装资源、设备资源等类型的数据库归类为制造资源数据库;编码、各类标准规范的数据库归类为文档库。
1.2数字化生产线的平台层研发
平台层在数字化生产线中属于核心部分，也是连接各个层级的纽带。该平台层的研发主要指的是产品数据管理系统的建设，这个系统作为基础平台的管理对象有二，其一是航天复杂产品的制造过程，其二是航天复杂产品的制造数据。从建设目标上来看，平台层建设有两方面的建设目标：第一方面是实现统一管理功能，令生产、工艺、设计等多方面、多环节的数据能实现准确和一致;第二方面是实现集成功能，将产品数据的管理系统建设成集成框架，这样一来该系统和其他的生产线应用系统就能实现集成化，数字化研发所必须的数据源不再是多源混杂，而是集成成为了单一数据源，提高了研发的便捷程度。
1.3数字化生产线的应用服务层研发
对数字化生产线来说，应用服务层是主要的优化层，在研发上以追求生产线总体优化为主要目的。因为航天复杂产品在设计生产方面的复杂性不只体现在自身结构上，还体现在繁多的加工工序、复杂的装配过程、极高的生产精度、众多的生产型号、较小的生产批量等多方面。所以在研发应用服务层时要结合这些特点，详细考察具体的生产工艺与生产流程，实现各个生产环节的专业化和高对应化，这样才能保障整个数字化生产线的生产能效。这里将介绍应用服务层研发中最典型的两个系统。
1.3.1生产准备阶段的快速响应系统
该系统用于优化零部件生产前的准备工作，具体包括技术准备优化与资源准备优化两方面，其中较为典型的有数控加工仿真、工艺设计、工装快速设计这几个应用系统。该系统能够构建出三维实体模型，将工差、产品尺寸之类的信息实际反映出来，令工艺与工装的设计得到简化，而且还能为后续的质量检测系统提供检测依据。
1.3.2实际生产阶段的过程管理系统
在该系统中，目前最常用的手段是条码系统，通过条形码能对生产过程实现动态化监测，进而对任务的完成情况、物流信息、数控设备等一系列数据进行追踪记录，以达成管理职能。需要注意的是，该系统与其他系统的联系非常紧密，因此在实际应用时有必要和其它系统集成使用。
1.4数字化生产线的协同工作层研发
航天复杂产品的研发具有跨学科、跨领域特征，因此并非单一部门、单一专业能够完成的，必须由多个部门与专业共同协作才行，举例来说，部装调试、总装/总调、试验组织、售后、外协/外购等都需要进行协同工作。这就需要建设一个协同工作层，为跨部门、跨专业的协同工作提供平台。目前，该平台的建设是通过专业化的制造应用集成系统实现的，这种系统以PDM为技术基础，能为不同部门、不同专业的用户提供信息查询工具等用于协同工作的工具。具体来说，该系统是一种信息的共享通道，能通过网络会议功能、指令发布功能、信息发布功能、信息查询功能（电子文档信息、资源信息、生产准备信息都包括在内）、在线信息交流功能等令数字化生产线中的两级系统得以实现，这种信息协同功能体现在多个方面，对生产效率有极为明显的提升作用。
2.针对航天复杂产品的数字化生产线运作
对航天复杂产品来说，数字化生产线的运作从接收订单任务开始，到成品入库结束，在这期间，PDM平台与各个协同门户会对生产过程、生产信息等进行集成，以保证不同应用系统能够正常完成数字化运作。需要注意的是，数字化生产线的特点就是生产前置准备极为充分，因此在进行生产准备时，需要以数控加工仿真技术、快速响应系统等进行工艺设计和技术试验，这样一来不只提高了准备工作质量，保证了生产能效，而且多项设计准备工作可以并行完成，极大地缩短了准备时间。另外，零部件的制造执行也可以通过数字化生产线得到极大的优化。具体来说，生产过程的管理系统不仅能对排产进行合理计划，而且能以极高的精度准备物料工装，这样一来各方面的制造资源在配置和利用方面更合理、高效。值得一提的是，该系统还能实现过程控制功能，通过对制造执行过程的严格管控，不仅能提高生产质量，而且能动态监控生产进度与运行状态，提高生产效率。
3.结语
总体来说，随着航天产业的进一步发展，对航天复杂产品的生产会有越来越高的快速响应需求与柔性需求。考虑到这种发展趋势，研发数字化生产线以提高航天产品生产能效不仅具有必然性，而且具有长期性，在未来相当长的一段时间内都要持续进行下去。
参考文献：
[1]张连成，白书清，刘检华.航天复杂产品快速响应制造数字化能力平台研究[J].计算机集成制造系统，2008（4）.
[2]张丹.航天产品虚拟装配工艺设计技术及其应用基础研究[D].南京航空航天大学，2010.
[3]陈海东，沈重，张冶等.航天数字化应用技术的发展与趋势[J].导弹与航天运载技术，2008（3）.
大型复杂产品分层网络计划模型 篇5
大型复杂机械产品是指由客户定制、结构复杂、体积(容积或质量)大、技术含量高、生命周期长、以单件或小批量方式生产的高成本、高风险、管理过程复杂的大型机械产品[1]。大型复杂产品的设计和生产过程复杂,生产准备和制造过程周期长,产品各部件之间的时序约束关系和成套性要求严,零部件的制造或采购提前期符合产品最终装配计划的时间要求是保证产品按时交付客户的关键。在此,本文提出分层网络计划模式,并利用装配主件构成最终装配过程的装配单元,建立最终装配计划;通过装配序列对装配单元进行扩展,实现面向进装点的二级网络计划。该计划模式在产品物料清单不完整的情况下,通过装配单元构成最终装配过程的网络图,实现产品设计和生产准备的计划安排与产品最终装配计划的协同,提高了大型复杂产品生产企业,尤其是重型装备制造业最终装配计划的作用。
1 大型复杂产品生产的特点和要求
大型复杂产品制造一般采用面向订单设计制造的单件小批生产模式,其生产组织、计划管理的特点主要如下[2,3,4]:①产品生产的可重复性较低、生产周期长、制造过程中不确定因素多;②产品造价高、结构复杂、体积大,一般采用固定场地装配;③生产计划主要由手工编制与维护,生产计划过粗且不平衡,计划优化难度大;④设计与生产并行,面向零部件的装配计划指导性较差,难以做到全局考虑;⑤产品最终装配提前期较长,各进装点开始时间的差异较大,要求能根据进装点各自的计划时间进行零部件配送。
大型复杂产品的制造从部装到总装有几百个装配节点,零部件之间的装配约束关系要求比较严格。现有的生产计划模式ERP、JIT等均不能较好地解决大型复杂产品的生产计划与管理问题,文献[3-6]将项目管理方法与MRP系统相结合,提出了面向零部件制造的项目管理计划模式和信息模型。文献[7-8]提出项目制造环境下的项目计划方法。目前,复杂产品生产计划的对象主要还是零部件的制造过程,对整个产品装配过程计划方法的研究较少。
2 基于装配单元和装配序列的装配分层网络图
大型复杂产品涉及的零部件种类可能数以万计,但产品从结构或功能上可以划分为较少的组件和部件,装配过程是零部件逐步组合的过程,这个过程应该是分层次、分单元进行的。
2.1 基于装配单元的大型复杂产品装配网络图
大型复杂产品装配是按照确定的精度标准和技术要求,以合理、经济的手段和必要的连接方式将零部件装配成合格产品的过程。
大型复杂产品的装配单元是指在产品功能和结构基础上,以一个或多个装配主件为核心,在产品装配结构和装配顺序基础上,实现产品局部功能的装配构件及其装配序列的集合。在产品装配物料清单(assembly bill of material,ABOM)上增加装配单元这个层次,利用装配单元之间的关联及约束关系构建面向装配单元的两级装配网络,如图1所示。当产品结构不完整时,以装配单元为对象描述产品装配过程;当产品设计完成后,根据产品结构在装配单元内部扩展出第二级装配序列集合和每个装配工序所对应的零部件。对产品装配过程形成两级描述,从而将工序与零部件的对应关系转换为装配单元-(工序)-零部件的对应关系,对零部件的计划、配送等按照装配单元来进行组织管理,强调面向装配单元的零部件的成套性,有效地提高了装配过程计划和控制的整体统筹性。
以大功率850kW风力发电装备为例,其装配过程基本上就遵循机架、偏航系统、传动链系统、发电机、控制柜和变频器、轮毂系统这样的一个装配顺序,于是以机架、偏航系统、传动链系统等组件为核心的装配过程就构成了产品的装配单元;每个装配单元代表针对一定装配主件的一个装配序列,例如偏航系统装配单元中的偏航轴承和偏航驱动器等装配主件。可以考虑在不完全确定装配单元内部信息的情况下,估算装配的工期和所需的相关资源,建立面向装配单元的产品装配网络图。随着装配工艺规划的完成,在装配单元内部根据装配序列进行扩展,形成二级网络图。通过装配序列上的进装点管理各装配工序所需的零部件,控制零部件成套性;并以所在装配单元的计划时间为参照点,确定各进装点的计划时间。
2.2 基于装配单元和装配序列的分层网络计划模型
最终装配计划(final assembly schedule,FAS)面向产品最终装配过程,一般情况下是从所有用于最终装配的部件都已齐备这一点开始,一直到产品交付的生产/装配计划[9]。大型复杂产品最终装配过程周期较长,因此可以按照装配单元来安排计划,组织所需零部件的供应。大型复杂产品的整个制造过程离不开最终装配计划的指导,目前最终装配计划往往是由生产部门根据工艺再结合经验编制的粗略甘特图计划,难以实现对整个装配过程的整体协调,同时对各进装点所需零部件成套性以及零部件之间的时序约束关系不能进行有效控制。
网络计划技术是项目管理的一种技术,该技术建立在工作关系网络模型的基础上,把计划的编制、协调、优化和控制有机地结合起来[10]。其中,关键路径法(critical path methods,CPM)是一种网络图方法,适用于有很多作业而且必须按时完成的项目,对于一次性或重复少的工程项目具有明显的优越性。目前,关键路线法在大型复杂系统和工程项目的计划管理和时间控制上应用较为广泛,大型复杂产品的制造过程具有项目的一般性特点,其最终装配过程可以通过装配序列构成网络图来反映产品整个装配过程,为网络计划技术的应用提供了可能。
通过装配单元之间的紧前、紧后约束关系制订面向装配单元的分层装配网络计划,并计算装配单元及其装配序列的相关时间参数,指导零部件的设计和生产制造,其业务模型如图2所示。
客户订单确定后,参考同类产品的设计和制造数据,考虑产品总体信息、结构信息、精度信息和技术要求等方面的因素确定面向装配主件的装配单元。利用装配单元之间的紧前、紧后关系形成粗略反映产品装配过程的装配网络图,制订面向装配单元的网络计划,并以装配单元的计划时间为参照点,形成面向装配序列的二级网络计划,按照各进装点的计划时间为物料需求计划提供零部件的生产、采购的完成时间,保证装配序列的成套性要求。
3 基于装配单元的网络计划算法
大型复杂产品装配的网络计划的编制不同于工程项目中的网络计划的编制。大型复杂产品的装配网络计划以保证交货期为主要目标,计划的关键是面向装配单元综合考虑产品各部件的成套性要求。因此,编制基于装配单元的网络计划时采用倒排计划方式,根据交货期确定装配开始时间,装配单元采用确定的计划时间,并将装配单元的工期通过其装配序列进行分摊,形成二级网络计划。
3.1 参数描述
假设产品A的最终装配过程可划分为n个相关联的装配单元,表示为Ai(i=0,1,…,n),其中:①A0表示装配网络图的开始节点,An表示装配网络图的结束节点;②装配单元Ai的持续时间为Di(单位为d),D0=Dn=0;③装配单元Ai的开始时间为TS,i,完成时间为TF,i;④装配网络计划初始化的开始时间为TS和完成时间为TF,有TS=TS,0,TF=TF,n;⑤装配单元Ai中装配序列的进装点为Aij(j=0,1,…,m),Ai0表示该装配序列的开始节点,Aim表示该装配序列的结束节点;⑥进装点Aij的工时为tij(单位为h),所对应的关键资源的有效工作时间为Fij,其中ti0=0,tim=0;⑦进装点Aij的开始时间为TS,ij,完成时间为TF,ij;⑧l(i)表示Ai的紧前装配单元的节点集合,h(i)表示Ai的紧后装配单元的节点集合,l(ij)为进装点Aij所有紧前进装点的集合,h(ij)表示Aij的紧后进装点的节点集合。
3.2 装配单元网络计划算法
大型复杂产品结构复杂,通常为非重复生产,生产过程的不确定性较大,保证交货期是制订这类产品生产计划的关键。在传统网络计划技术的基础上,面向装配单元的网络计划根据给定的计划完成时间(交付期)倒排计划,并判断首节点的开始时间是否可行(首节点要满足生产准备提前期和装配场地等要求)。在倒排计划可行的情况下,对具有松弛时间的非关键装配单元的开始时间进行调整。根据交付日期倒排网络计划,有效地保证最终产品按时交付客户。
大型复杂产品基于装配单元的网络计划算法主要由以下4个步骤构成:
(1)根据交货期,对产品装配单元网络图进行计划倒排,依次初步确定各装配单元的完成时间和开始时间。
①计算装配网络图中结束节点An的完成时间和开始时间。令TF,n=TS,n=TF,TF,l(n)=TS,n,TS, l(n) = TF, l(n)-Dl(n) +1。
②根据紧后约束关系,计算节点Ai(1≤i<n)的完成时间和开始时间。当1≤i<n时
TS,i = TF,i-Di +1
其中,h(i)为装配单元Ai的所有紧后装配单元节点集合(不包含An)。
③计算装配网络图中开始节点A0的开始时间和完成时间。当i=0时,h(0)为装配单元A0的所有紧后装配单元节点集合,有
(2)根据装配场地或资源能力等因素判断TS,0是否可行。大型复杂产品一般采用固定装配,必须保证装配计划开始执行时有可用的装配场地;同时还可以根据装配计划的开始时间评价零部件的生产/采购提前期是否满足要求。
①若TS,0不可行则重新设置TF,执行步骤(1)～(2),直到TS,0可行,转入步骤(3)。
②若TS,0可行,则转入步骤(3)。
(3)修正非关键装配单元Ai的开始时间TS,i和完成时间TF,i。若装配单元Ai的开始时间TS,i≠TF,l(i)+1,则表明该装配单元Ai具有一定的松弛时间,为非关键装配单元,将其松弛时间设置到装配单元工期的最后,即令TS,i=max(TF,l(i)+1)。
(4)确定网络计划的开始时间,令TS=TS,0。
3.3 二级装配序列网络计划算法
装配序列网络计划以所在装配单元的计划开始时间TS,i为参照点,即令TS,i0=TS,i,将顺排方式计算节点的最早时间作为各进装点的计划时间。装配单元内部的二级装配网络计划的完成时间与装配单元计划结束时间不一定完全吻合,可能存在一定的松弛时间,考虑到大型复杂产品装配过程的不确定因素,这段松弛时间就作为该装配单元的时间缓冲。
另外,由于装配单元的工期单位往往使用天(d),而装配序列的工时单位常使用小时(h),因此在将装配单元的工期分摊到相应的装配序列上时,需要对装配序列的工时通过其关键资源的有效工作时间作相应转换。
(1)当j=0时,TF,i0=TS,i0=TS,i,TS,ih(i0)=TF,i0=TS,i0,TF,ih(i0)=TS,ih(i0)+th(i0) /Fh(i0),其中h(i0)为Ai0的紧后进装点的节点集合,th(i0)为h(i0)中各进装点的工时集合,Fh(i0)为对应关键资源的有效工作时间。
(2)当1≤j≤m时,
该装配网络计划模式以保证项目交货期为目标,体现了大型复杂产品装配生产计划的统筹性,为产品从设计到最终装配的多个阶段的计划衔接奠定了基础;二级装配序列的网络计划又为物料需求计划提供时间指导。
4 实用案例
结合某公司项目制造管理系统的应用实例,采用上述两级装配网络计划模式对其产品总装阶段的装配计划进行优化。
针对850kW风力发电装备、交货期为2009-09-30的一个订单,按照分层网络计划的模式制订其装配网络计划。该产品划分为10个装配单元,装配单元之间具有一定的装配约束关系。现设置2009-09-26为产品装配的完成时间,装配单元网络计划的计算结果如图3所示,装配单元网络计划的开始日期为2009-09-10,该时段装配场地可用,其生产能力满足生产负荷的要求。
在装配单元网络计划的基础上,制订装配单元内部的装配序列二级网络计划,图3中“偏航系统安装”这个装配单元由四道工序构成,其二级网络计划的结果如表1所示,通过有约束关系的甘特图(图4)表示。将每道工序的工时与有效工作时间进行对比,将工时(h)转换为装配单元的工期(d),其中最后工序的完成时刻与装配单元的完工时间存在松弛时间,将其作为装配单元内部的机动时间。
在二级网络计划的基础上,根据装配BOM将装配序列中各进装点所需的零部件与之关联,直接根据进装点的时间将同一物料在不同时段的需求进行汇总计算净需求,制订物料需求计划,不需要对装配BOM进行遍历处理。
5 结束语
本文针对大型复杂产品生产特点,提出了面向装配单元装配序列的双重网络计划业务模型和算法。先将复杂产品的整个总装装配过程分解为一系列有装配约束关系的装配单元,再通过装配序列细化装配单元。通过装配网络计划分层,上层计划的结果成为底层计划的依据,实现了最终装配计划对产品设计、生产准备、总装等过程的指导,以及对进装点零部件成套性的控制,从总体上保证交货期。
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面向复杂产品的协同设计研究 篇6
随着现代制造技术的飞速发展和先进设计手段的出现,传统设计方法已经难以满足时代的要求,特别是复杂产品要求的不断提高,设计对象由单机走向系统,设计要求由单目标走向多目标,设计所涉及领域由某一领域走向多个领域,产品设计方法复杂,设计速度更新加快。基于这种复杂性的增加,导致产品开发难度大、周期长、成本高,整个过程无法由设计者单独完成,从而变成一个具备多学科性和群体协作性的工程。
复杂产品的协同设计使不同领域专家共同参与产品开发设计,要求从产品的整体性质和功能出发,综合整体与各组成要素之间的相互关系,以提高产品开发质量,缩短产品开发周期。
1 复杂产品的协同设计
1.1 复杂产品的开发特点
复杂产品是指客户需求复杂、产品组成复杂、产品技术复杂、制造过程复杂、项目管理复杂的一类产品[1]。在复杂产品的全生命周期中,其设计过程是机械、电子、控制等多个领域一体化的协同设计过程,该设计过程不仅涉及了概念设计、工艺规划、加工、装配协调、试验分析等多个学科专业,而且还要借助专家经验和技巧进行大量的科学计算分析,需要不同领域设计者相互密切协作、共同完成设计任务的过程。
1.2 网络化协同设计
为了完成某一复杂产品的设计目标,通常由多个设计成员通过一定的信息交换和协作机制来共同完成。利用Web提供支持环境和工具,要求所有成员在共享环境中对设计方案进行讨论或修改一系列设计活动,及时了解整体设计方案,进一步跟踪设计过程的进展状态,动态获取阶段性设计成果,有效地实现智能协同交流。
基于Web的协同设计框架已被广泛应用于协同产品设计系统。构建完善的协同设计过程建模语言体系是相关研究人员追求的目标之一,它能帮助设计人员理解设计过程本质,忽略非重要细节,对知识挖掘和知识重用等知识系统管理产生重大影响。通过网格技术协同设计人员完全融入协同设计系统中,共享数据信息,有效地利用服务端和客户端资源,实现产品数据管理和项目管理。
2 复杂产品的协同设计模式
2.1 协同设计知识
协同设计是一个以知识为基础的创造过程,新知识需要不断沉淀到企业知识中,当设计人员遇到超出系统现有知识范围的新问题时,尤其是流失的隐性知识,经常花费大量时间寻找。如何通过综合协调知识需求的有效机制来耦合协同设计中不同人员的任务,并进一步满足协同设计过程需求,是支持协同设计知识管理必须考虑的问题。协同设计迫切需要能够针对性地获取和共享产品设计的相关知识资源,建立关联化映射,规范和控制知识活动,对知识过程进行分类和管理。如图一所示。
(1)知识获取。了解领域范围内所涉及的各个子问题及其相互关系,确定知识源。通过分析研究,对系统的各主要任务作进一步分解,将知识进行提炼、整理,映射成某种适当的知识表达方式,再将形式化的知识编辑输入计算机,通过增加、删除、修改整理,形成知识库。
(2)知识表达。复杂产品的协同设计涉及的知识类型多、结构复杂。领域知识包括各种工程图库、手册、图表、公式、基础数据库等,因此,对于协同设计知识,通常与该领域中的零件对象有关。在单一知识表达方式的基础上引入面向对象的知识表达,更能适应协同设计的需要。
(3)知识交换与共享。在产品协同开发的过程中,不同的协同设计人员所采用的知识表达方式不可能完全相同,各协同小组需要获取其他小组所产生的设计数据和设计知识,以实现各种开发设计活动,使特定领域的知识能为产品开发过程的所有协同设计人员共享。
(4)知识管理。复杂产品的设计往往需要考虑功能、结构、加工工艺、材料、外观等多方面的知识,不仅涉及与产品相关的各个领域的知识或专业知识,而且广泛涉及多领域知识、经验、数据的综合处理和利用,是对并行工程、工作流技术、敏捷制造、产品数据管理等先进制造技术在设计领域的进一步深化。
2.2 多模式协同设计方法
协同设计实质上是对并行设计的进一步深入,在计算机的虚拟协作环境下,并行、交互协作地进行设计工作。它强调协同设计参与者采用群体工作方式,使不同地点的设计人员、管理人员、施工人员等都能同步或异步地参与设计工作,从而缩短开发周期、提高设计的质量和效率、降低产品成本、增加企业竞争能力。
协同设计具体表现为产品设计信息的协同、产品设计过程的协同、设计人员之间的协同、设计环境的协同、设计人员与计算机系统的协同等。由于协同设计是跨部门、跨企业的活动行为,设计参与者与子任务之间可能存在着并行独立关系,也可能是串行依赖关系,还可能是耦合关系。这种异构的设计环境随着设计的进程而变化,决定了设计活动必须按一定顺序协调进行,使设计人员与计算机系统紧密结合,充分发挥人机一体化的协同优势,减少或避免设计过程中产生的矛盾和冲突。
3 协同设计管理系统
3.1 任务分解
产品协同设计需多个设计参与者在计算机支持环境中,互相合作地完成整个设计任务。设计任务往往比较复杂,需要进行任务分解,将子任务分配给各参与者,使设计任务简单化,以便有序地完成整个设计任务。产品设计过程可被定义为过程结构树,它可以进一步分解为一组子项目,子项目由一组过程单元组成,而过程单元还可以进一步分解为子过程单元,整个过程是一个递归过程[2]。
产品协同设计涉及大量的设计活动,而且这些活动之间存在着复杂的设计依赖关系,因此产品设计过程就是由不同的设计活动按照一定的顺序组成,依据一定的原则,子任务应尽量使设计人员满意;数量和层次要适度,应具有相对的独立性且易于控制和管理,并易于组合。子任务设计完成后要提交给父任务进行装配,父任务可以按以下方式分解成各子任务:
(1)按部门划分。在产品设计过程中,根据产品的特点和各部门的能力及职责,将产品设计过程中不同设计任务分配给不同的部门。
(2)按结构划分。一个产品由多个部件组成,一个部件又由多个零件组成,如变速箱由箱体、齿轮、轴承和轴等组成,而轴又可分为输入轴和输出轴。
(3)按功能划分。按照产品多个部件所具备的具体功能进行划分,如机床设计中的变速系统、液压系统、连杆系统等。
(4)按设计流程划分。产品的设计有先后之分,根据设计的先后顺序进行划分。
(5)按组合划分。对于复杂产品,往往功能多、结构比较复杂,其对应的设计任务信息量大、类型多。应先确定总功能,进一步分析其结构,最后采用按功能与结构相结合的方式进行分解。
3.2 协同设计的知识管理模型
由于复杂产品的研制涉及多部门、多企业,还存在异地多企业PLM系统集成以及不同版本的信息共享问题,因此协同设计环境需要集成多学科工具,包括CAX和PLM系统的异构。其创建、管理和维护工作复杂、困难,数据源和数据有效性方面都需要协同平台提供支持。如图二所示。
多学科建模具有一定几何相关性、性能相关性和信息相关性,关键参数的修改会影响到整体、部件、组件和零件之间在空间结构和内性能上的协同关系,并最终影响到产品质量。总体与分系统之间的协同设计需经过多次协调、反复修改,进而优化的过程。设计—分析—修改的多次循环是一个典型的协同过程,为达到模型共享和总体性能最优,需要研究面向多学科仿真数据管理与产品数据管理之间的数据共享和混合式管理。
协同工作平台是支持协同工作的基础支撑,为满足客户多样性和多变性的特殊需求,形成适应客户需求变化的协同设计模式[3]。它除了必需的软硬件环境外,面向复杂产品的协同设计系统时还需满足协同流程的特殊要求:能集成一个联结CAD、CAE和CAPP等各种工程软件工具的框架,为公司内部部门或多个合作公司之间提供分布式系统设计开发环境[4];以Web为载体的知识库能被该系统所编译、调用和配置,并能远程实时利用这些软件资源;协同流程中不同节点的异地执行可以通过在PLM基础上扩充的PDM系统功能,针对不同客户需求,动态地组织资源,使之能参与到特定的项目工作之中。
4 结束语
本文介绍了基于网络服务与先进制造技术相互融合的复杂产品的开发特点,提出了多模式下的知识管理系统和协同设计系统相结合的方法,提高了知识在协同设计中的重用度,使知识的积累和共享更加方便,有利于企业的知识应用。并通过产品协同设计的任务分解,为企业提供了一个合理的产品开发管理模式,有效缩短产品开发周期、提高工作效率。
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复杂机械产品的层级实例库研究 篇7
统计表明,企业90%的产品设计任务属于变型设计和适应性设计[1]。企业在长期产品开发中积累了大量的产品实例资料。基于实例的推理(case-based reasoning,CBR)方法能用过去的实例或经验来解决新的问题,极大程度地解决了传统的知识工程中知识获取的瓶颈问题,在包括工程设计等诸多领域中得到了大量的研究和应用[2,3],但针对复杂机电产品设计,基于实例设计面临以下几个问题:①产品、子系统、部件及零件多层实例表示及实例库结构问题,即实例表示应能反映相应对象的功能、结构等特征,实例库结构应能反映产品的分解结构,实例表示及实例库结构应能满足设计人员对实例检索的习惯和要求;②产品、子系统、部件及零件等大量实例库建立及修改工作量巨大,需要研究实例建库工具,达到高效建库及编辑修改;③实例学习问题,设计中新产生的产品、子系统、部件及零件等各个层次的新的实例应加入相应的实例库。
针对这些问题,本文研究产品、子系统、部件、零件实例表示及实例库结构,研究实例定制和实例学习。
1 复杂机械产品的设计特征
机电产品一般存在相对固定的产品分解结构,一般采用面向装配和面向功能的分解[4],一个复杂的产品可逐层分解为一系列的子系统(部件),而子系统(部件)可进一步分解。利用产品分解结构可将复杂产品设计问题逐步简单化,通过层级分解结构实现复杂产品设计的可管理性。
复杂机械产品设计过程是在产品分解结构的基础上进行分析、分解和综合的过程,在该过程中要尽可能应用以前成熟的产品、子系统、部件和零件,以满足新产品设计要求。设计人员开始新的设计任务,首先从产品层总体上寻找与新的设计需求满足程度高的已有产品实例,并以此作为新产品开发的基础;通过产品结构分解,对满足设计要求的子系统(部件)直接重用,对不能满足要求的子系统(部件)进行改进或重新设计,子系统(部件)设计仍然应用类比设计的模式,从所有已存在的子系统(部件)实例中选择满足程度高的实例;同样通过子系统(部件)结构分解,对不能满足要求的零件,从已有的零件实例中选择满足程度高的零件实例进行修改或重新设计。各个层次修改或重新设计的对象通过设计综合完成产品设计,这一过程往往要不断地试探和反复修改,最后得到令设计者满意的设计。
在产品分解结构的基础上,实现各层设计对象实例库的建立,能更好地支持大量的变型产品设计和适应性设计。
2 复杂机械产品的层级实例库
2.1 实例表示
一般认为,实例至少要包括实例问题描述和实例解描述。产品分解结构各层设计对象实例可通过产品功能-行为属性、组成产品的模块属性、模块关系属性以及实例标识来描述[5,6,7],形式化表示为四元组〈CI, P,M,C〉,CI为实例识别特征集,P为产品功能-行为属性,M为组成产品的模块集,C为模块间的关系集,CI、P、M、C均可用相应的属性来描述。其BNF (backus-naur form)表示方式如下:
Case ∷=〈CI〉 〈P〉 〈M〉 〈C〉
〈CI〉∷=〈ID〉 〈Person〉 〈Date〉
〈P〉∷=〈Function〉 〈Behavior〉
〈M〉∷=〈KM1〉 {〈KM2〉} ……
〈C〉∷=〈3D〉 〈2D〉
其中,Case为产品分解结构各层设计对象实例。ID为实例标识码;Person对于自设计件为设计人员(Designer),对于采购件为供应商(Supplier);Date为设计或供应日期。设计对象实例的功能-行为集P表征设计对象实例的功能、实现方式、程度及其对环境的影响;Function-实例功能描述集;Behavior-实例实现方式、程度及其对环境的影响描述集。M为组成设计对象实例的模块集,对于零件它退化为自身;KM1表示组成设计对象实例的关键模块1;KM2表示组成设计对象实例的关键模块2,KM2为可选,并可根据情况增加关键模块KM3等。模块间的关系集C,鉴于直接描述模块间关系的复杂性,采用三维或二维装配或零件几何模型来隐含表示,也可采用方案图表示;3D表示三维几何模型;2D表示二维几何模型。产品、子系统、部件表示模型的元组C可用装配模型表示,而零件表示模型的元组C可用零件模型表示零件与其他零件、系统的连接界面。M、C以及CI元组是对实例设计结果的描述。
随着产品设计实例的增加,产品各层设计对象实例依据产品分解结构构成产品树状层级实例库,见图1。产品树状层级实例库的每个节点表示该节点对应的设计对象实例库,也称为层级产品实例库的子实例库,每个节点对应的子实例采用上述实例表示方法,每一个子实例库可以单独使用。根节点为整机产品实例库,树状层级实例库的层次由产品设计时对该对象的具体化程度决定。
层级实例库由一组相关联的子实例库集合的递归结构表示,子实例库标识可用二维数组表示:Casei,j,其中,i表示子实例库所在的分解层,j表示子实例库所在层的位置,如整机子实例库,i=1, j=1,整机实例库表示为Case1,1。子实例库标识Casei,j和子实例库对应的设计对象一一对应。
树状层级实例库的每个节点对应的设计对象各不相同,因此其实例具体表示也不同,定义或表示各个节点的子实例库以及子实例库的修改是很复杂和繁琐的工作。为了有效地定义、表示设计实例,必须研究通用的、可定制的实例定义方法,模板是定制与复用树状层级实例库的有效方法[8]。
2.2 基于模板的层级实例库定制
定义1 设计实例模板是同类设计实例的抽象描述,任一个同类设计实例均是设计实例模板的具体化。实例模板可表示为三元组:CT=〈ID, F, R〉,其中F为除ID以外的实例表示元组CI、P、M、C的特征属性集合,F={f1, f2, …, fn}, R为实例模板之间的父子关系,反映设计对象实例的层级分解关系。不同的特征属性值对集合定义不同的实例。
定义2 设计实例元模板是设计实例模板的抽象描述,任一设计实例模板均可通过设计实例元模板产生。实例元模板可表示为三元组:CTB=〈BID, NAME, FS〉,其中BID为实例模板的唯一标示,NAME为实例模板的名称,FS为实例模板描述的实例类的特征属性定义集合,FS={ID, F},不同的特征属性定义值对集合定义不同的实例模板。
图2为基于可定制模板的产品层级实例库建库示意图。图中不同的实例类通过实例元模板及配置器定制产生相应的实例模板;不同的实例通过相应的实例模板实现对实例的操作,如定义、编辑实例,存储到实例库,建立产品层级实例库。
基于模板的产品层级实例库的设计既要反映设计对象作为整体的特性(整机产品),又要反映设计对象构成部分的个体特性(子系统、部件、零件);通过实现不同层次上的定制化,以适应产品分解结构不同设计对象实例库建立的个性化需求,同时适应不同产品实例库的定义。
2.3 实例学习
变型设计和适应性设计产生大量的产品实例,对于复杂机电产品,有以下几种情况:
(1)产品系列化设计,产品系列扩展,产品及其组成模块的原理、结构没有改变,如QLY50、QLY32轮式汽车起重机设计。
(2)产品关键模块的不同配置上的变化,满足用户对产品性能/价格上的不同需求。如汽车起重机关键件发动机、变速箱、驱动桥、液压系统可配置国产品牌或国外品牌,形成性能/价格差异化的产品体系。
(3)产品组成模块间的装配关系发生变化,即产品的布局改变,如汽车起重机变幅缸由后置改为前置。
(4)产品组成模块的原理、结构或材料发生变化,往往带来产品性能的提升。如变幅臂的伸缩形式由多级缸伸缩改为单级缸同步伸缩机构,变幅臂的截面型式由六边形改为卵圆形,起重机变幅臂材料由普通高强度钢改变为超高强度钢等。
(5)在产品标准配置的基础上增加附加装备,满足用户多方面的需求。如汽车起重机驾驶室增加空调设备,提高舒适性;汽车起重机增加棘爪工作机具,扩展起重机工作领域。
在一个复杂机电产品开发过程,上述情况有几种或全部出现,设计所产生的整机产品、子系统、部件、零件等,各个层次的设计实例应加入到层级产品实例库中,用以扩大层级实例库中实例的数量,实现实例学习。新的产品实例加入层级产品实例库有以下几种情况:
(1)设计对象实例类不改变,仅增加新的设计对象实例。如上述第1、第2种产品设计情况。
(2)先编辑已有的设计对象实例类(子实例库),增加、编辑或删除设计对象实例类的属性,其次增加新的设计对象实例,并编辑已有的实例。如上述第3种、第4种产品设计情况。
(3)先增加新的设计对象实例类(子实例库),依据新的设计对象实例表示确定实例类的属性特征,其次增加新的设计对象实例。如上述第5种产品设计情况。
通过上述方式,可有效地获得产品设计实例各个层次的设计实例,解决实例库数量少的问题。
3 应用实例
全液压汽车起重机是一类重要工程起吊装备,由上千个零部件组成,产品开发涉及机械、汽车底盘、结构、液压、电气、工艺等多学科知识[9]。企业设计人员通常在已有的产品实例上进行新产品开发,建立这一类复杂产品的层级实例库对支持新产品开发和管理企业产品实例知识有重要意义。图3所示为全液压汽车起重机产品部分分解结构,一级分解子系统(部件)主要由上车、底盘、液压系统和电气系统组成,各子系统(部件)可继续向下分解。
以起重机主臂为例说明设计对象的实例表示:
Main boom case ∷=〈CI〉 〈P〉 〈M〉 〈C〉
〈CI〉 ∷= 〈ID〉 〈〈设计人〉 〈设计日期〉
〈P〉 ∷=〈最大起吊重量〉 〈基本臂最大起重力矩〉 〈变幅缸布置〉 〈伸缩方式〉 〈截面形状〉 〈主臂节数〉 〈主臂长度〉 〈重量〉
〈变幅缸布置〉 ∷= 〈前倾双缸〉 〈前倾单缸〉 〈后倾式〉 〈后拉式〉
〈伸缩方式〉 ∷= 〈顺序伸缩〉 〈同步伸缩〉 〈独立伸缩〉 〈程序伸缩〉
〈截面形状〉 ∷= 〈矩形〉 〈五边形〉 〈大圆角六边形〉 〈卵圆形〉
〈M〉 ∷= 〈基本臂长度〉 〈基本臂材料〉 〈BOM〉
〈C〉 ::= 〈3D模型地址〉 〈2D模型地址〉
上述实例表述中,BOM表示主臂组成零部件的明细。
本文开发的基于实例的起重机设计工具集实现了以下几种功能:①基于实例元模板的实例类定义、编辑、删除,定义起重机整机实例类、底盘实例类、主臂实例类、车架实例类、转台实例类、液压系统实例类等;②基于实例模板的实例对象添加、编辑、删除等,添加具体实例进入实例库,如整机实例进入整机实例库,主臂实例进入主臂实例库等;③产品树状层级实例库视图管理,可按照图3所示的起重机产品分解结构定义起重机产品树状层级实例库视图,便于设计人员按照设计习惯检索查询已有产品层级实例;④按照一定的检索算法实现实例检索,并实现实例的三维模型快速预览功能。
4 结论
(1)企业多年积累的产品实例是新产品开发的可重用资源,需要建立产品及其组成模块多层次的产品实例库,支持产品不断改进设计以适应市场和用户的个性化需求。
(2)机电产品一般有固定的分解结构,与分解结构对应的树状层级产品实例库可表示复杂产品及其组成模块的实例,定义和编辑树状层级实例库的每个节点对应的实例库是很复杂和繁琐的工作,模板是定制与复用树状层级实例库的有效方法。
(3)设计所产生的产品实例,包括整机产品、子系统、部件、零件等各个层次的设计实例应加入层级产品实例库,扩大实例库中实例的数量,实现实例学习。复杂机电产品开发过程往往有多种不同产品开发模式,不同模式开发的新产品实例加入层级产品实例库有不同的特点。
(4)以基于实例的全液压汽车起重机设计工具开发为例,说明层级实例库建库工具和建库方法的应用。
摘要：分析了复杂机械产品的设计特征;建立与复杂产品分解结构相对应的树状层级实例库,层级实例库是一组相关联的子实例库集合的递归结构表示;通过模板定制与复用实现子实例库的定义和编辑,提高了产品树状层级实例库的建库效率;分析了新产品开发的各种模式,并给出了整机产品、子系统、部件、零件等各个层次的设计实例加入层级实例库的方法;以全液压汽车起重机基于实例的设计工具开发为例,说明层级实例库建库工具和建库方法的应用。
关键词：产品实例知识,CBR,层级实例库,实例模板,实例学习
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产品复杂性 篇8
产品开发过程集成系统是产品开发信息交流和管理的平台。过程集成作为信息集成和企业集成之间的环节,直接影响企业集成的效果。通过过程集成,可方便地协调各种企业应用系统的功能,将人、资源、资金及其应用合理地组织起来,获得最佳的运行效益[1]。过程集成技术必须提供性能可靠的通信机制,保障过程与活动的状态转换顺利实现。Sosa等[2]以DSM为工具,研究了产品结构中的接口与开发过程中的信息交流模式之间的关系。Reijers等[3]对Aalst提出的过 程BOM模型进行了进一步的改进和完善,并在此基础上 开发了基 于产品的 工作流设 计方法。Trappey等[4]开发了基于推理引擎的专家系统的智能化工作流管理系统。张岚[5]提出了面向产品开发过程的项目管理模型,实现了产品开发过程管理与数据管理的集成。李军宁等[6]提出了设计流程的知识服务集成模式,在宏观和微观层次上实现了对设计知识服务平台中知识流动规律的研究。孔建寿等[7]研究了项目管理系统与工作流管理系统的集成框架,实现了它们之间的信息集成和功能集成。曾福胜等[8]通过分析业务流程的活动和人力资源,构建了知识供应流的模型,实现了知识流与工作流的集成。张晓刚等[9]提出一个扩展的工作流过程元模型,以支持业务过程控制与知识管理的集成。在产品开发过程中,资源是产品开发所必需的物质条件,产品数据是产品开发的技术保障,乔立红等[10]对该管理系统进行了深入的研究。
复杂产品开发过程管理系统中的部分功能模块集成理论已有所研究,但该集成技术还处于理论研究和试验阶段,对产品开发过程的管理,仍然侧重于对已有数据的管理,而忽视更高质量、更有价值的产品数据获取,导致开发过程的知识流失严重,各种管理技术的信息交流不畅通。虽然许多学者提出不少模型来描述产品开发过程,但综合考虑多种因素,尤其是资源约束的研究还不完善[11]。因此,资源受限的复杂产品开发过程集成技术研究可以为开发过程提供各种信 息交流畅通、过程执行透明的支撑平台。
1复杂产品并行开发过程管理体系结构
复杂产品的研发周期长,参与的组织和人员较多,因此大多数情况下,其研发过程需要通过项目进行管理。项目管理是一种经典的管理技术,工作流技术是组织实现业务过程建模、重组和执行的重要技术,两者在支持整个业务运行上具有很强的互补性。在产品实际的开发过程中,项目进度不但受项目活动执行次序的约束,而且受活动所需求的产品数据、知识以及资源的约束。解决此类复杂问题的主要方法是对相互联系、动态变化的开发活动进行合理的规划和执行,并有效管理此类活动的数据、知识等信息。因此,复杂产品开发过程需要一种面向过程且对项目管理、工作流、产品数据、知识以及资源等进行综合管理的集成技术,并能基于该技术进行合理的开发过程规划。
为了使复杂产品开发过程有序、高效地进行,并满足产品开发任务快速、低成本、高质量的要求,复杂产品开发过程管理系统必须能够对复杂产品开发过程提供有效的管理支持,保证每个开发任务在正确的时间、以正确的方式完成。根据复杂产品并行开发过程的功能需求,构建图1所示的复杂产品并行开发过程管理体系结构。
该过程管理系统采用4层(用户层、服务层、技术支撑层和数据层)逻辑结构模式。用户层主要提供系统和用户的交互界面,包括可视化过程管理界面和网络浏览器;服务层主要包括项目管理服务、工作流管理服务、产品数据管理服务、资源管理服务、知识管理服务、过程规划服务等功能模块,在复杂产品并行开发过程中为用户提供各种管理服务,实时、动态地监控各个环节的执行情况;技术支撑层为各模块管理系统提供畅通的信息交流平台,便于产品开发过程中信息的更新、互动及融合等,提高服务层各项服务的质量;数据层为复杂产品并行开发过程提供必要的信息存储支持(包括产品数据库、资源库、知识库、项目模型库和工作流模型库)。
2开发过程集成模型
2.1功能模块映射模型
产品开发项目在分解后形成的相 关可控活动,既是项目的基本管理单位,又是建立工作流模型的基本对象,同时也是资源和产品数据服务的对象。根据活动在项目管理系统、工作流管理系统、知识管理系统、资源管理系统和产品数据管理系统等功能模块中的作用范围定义项目空间、业务空间、知识空间、资源空间和数据空间,并通过活动的纽带作用,构建各空间功能模块之间的映射模型,如图2所示。
2.2功能模块集成模型
根据集成模块的映射模型,构建图3所示的产品开发过程功能模块集成模型,各功能模块集成过程如下:首先,根据产品开发需要调用数据库管理系统的产品结构树,并以此为依据在项目管理系统中进行项目分解、活动定义和项目层建模,确定项目活动的执行次序;接着,通过活动调度的纽带作用,针对项目模型中各个活动节点进行业务层的工作流建模,并通过模型转换接口调用工作流系统,同时将产品信息树的各类信息赋予该活动,其中,产品信息树与数据管理系统的产品结构树相关联;然后,工作流管理系统根据每个活动的工作流模型生成工作流模型实例;最后,项目管理系统根据项目分解的定义,激活活动节点,触发工作流管理系统中的活动流引擎,并通过活动调度,根据所赋予的相关信息从各管理系统的请求服务功能中获取该活动的资源需求、知识需求及数据需求,将该活动分配给相应的角色,执行具体的业务处理。在活动执行过程中,角色以活动为纽带,及时与项目管理系统、工作流管理系统、资源管理系统、数据管理系统和知识管理系统交互,保证活动的顺利进行,同时实时更新各系统的信息;项目管理系统可以通过活动执行过程的动态数据,实时监控项目的具体执行情况。当一个活动节点工作流实例完成后,向项目管理系统返回执行成功信息,并激活下一个活动,直至项目所有活动执行完成。
2.3过程信息集成模型
复杂产品开发过程信息集成体现了各管理系统之间的信息交流。根据项目分解的活动,提取相关信息构建各空间数据表。图4是采用SQL表达的部分信息表集成关系图。如图4所示,当项目进度到达某活动时,该活动表的活动状态为激活状态。通过活动表的工作流ID、资源ID、知识ID和数据ID分别与工作流表、资源表、知识表和数据表相应的主键关联,实现各空间信息的集成。通过信息表的路径属性可以进一步了解更多的相关信息,如通过知识表的知识路径可检索到更加具体的知识表示等内容。
2.4事件逻辑推理模型
事件逻辑推理是根据给定的条件启动相应的功能模块,按既定逻辑完成各项任务。事件逻辑推理模块主要包括空间关系模型、对象表示模型以及事件推理引擎。根据集成过程的描述,各空间关联关系如表1所示。其中,Project[p]是根据项目类定义的对象,其他对象类似;布尔变量值的含义如表2所示。
当P1P2 =10,A1A2 =11时,W1W2 =11,即工作流执行后处理。此时,资源、知识及数据均处于分配状态,但不同于P1P2 =01,A1A2 =01时的分配状态。因为在工作流后处理的 分配状态中,资源和知识的分配实际是前文所述的资源拉取和知识拉取的过程,而数据分配是在项目执行过程中直接由某活动使用结束后分配 给另一活动,避免数据先释放再分配的时间浪费。同时,工作流的后处理还要更新知识和产品数据。
依此类推,根据标准与-或表达式及项目和活动的状态,可以得到各空间工作的状态,从而实现了各空间事件推理引擎的设计,以及开发活动在各空间的信息协调一致。
2.5过程资源冲突消解模型
并行产品开发过程是一个协调、共享、合作的过程,冲突的产生是经常性的、不可避免的,且贯穿整个开发过程。资源对产品开发项目进度的约束因素主要有资源可用时间窗口、资源容量和资源补充方式等,但资源在开发活动过程中可能只在某个时间段使用,也可能在整个活动过程中都在使用。资源在不同活动中的驱动方式也存在着差异。因此,根据图2中资源推拉技术的描述,构建资源冲突消解模型,如图5所示,图中双点划线表示活动2延迟执行的状态,虚线表示活动2延迟执行应满足的条件。图5中,活动1和活动2同时占用资源1和资源2,且存在资源竞争。为了描述方便,令活动1均先于活动2占用资源,各资源在活动中作用的时间如图5所示,图中,Tbij表示活动i占用资源j的开始时间;Teij表示活动i占用资源j的结束时间。根据假设可知,若资源的作用时间满足Tb1j < Tb2j < Te1j,则活动关于竞争资源j存在冲突。根据资源推拉技术的思想,消解资源1和资源2分别引起的过程冲突只需要分别将活动2延迟t1和t2即可,其中,t1=Te11 -Tb21,t2=Te12 -Tb22。
3应用
3.1集成环境下产品开发过程规划
产品开发过程中的每个开发任务必须由一定的资源按照一定的既定顺序来执行。资源受限的产品开发过程规划包括资源约束条件下的过程建模、过程分解、过程调度、过程分析与优化、过程改进和过程实施等模块,根据图1所描述的过程管理系统,本文基于产品开发过程集成环境构建资源受限的产品开发过程规划运行方式,如图6所示。
根据复杂产品并行开发过程集成 模型的分析,集成环境下产品开发过程规划的运行应以过程为中心,以活动为对象,以集成环境为平台。图6显示,当用户进行过程规划的某一项操作时,相应地启动该项目的系列活动,即根据表2事件推理引擎激活相应的管理系统,并由图4的信息表路径属性获取相关活动信息;通过图3所示的集成框架,以活动为纽带获取过程规划活动中的所有相关信息,然后根据图2的映射关系即可实现过程规划在各空间的运行。基于复杂产品并行开发过程集成平台,本文设计了过程规划相应模块的关键技术:资源受限的并行产品开发耦合活动割裂规划、基于资源推拉技术的并行产品开发项目调度算法、资源受限的并行产品开发过程时间模型以及基于知识融合的产品开发过程改进等。
3.2实例分析
活塞连杆组改进设计矩阵如表3所示,应用开发过程集成平台识别耦合活动2、3、4、5,将其分别分解成子活动(7,11,15)、(9,13,17)、(8,12,16)和(10,14,18),会审活动编号为19。设计过程中,主要考虑设计人员和分析人员两类重要资源,且资源容量均为1,各活动参数如表4所示。基于集成平台各种信息获取功能,并利用图6所示集成平台过程规划服务获得活塞连杆改进设计过程规划,如表5所示。
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表5中括号内的时间为活动最晚的开始时间,空白单元格表示相应活动不占用该资源。由表3、表4可知,活塞连杆组改进过程规划充分利用了设计活动、设计资源的相关数据或知识。表5表明,基于开发过程集成环境及图6所示的过程规划运行方式可以实现信息交流畅通、活动安排合理的开发过程。无资源约束时,设计活动4可以与设计活动3同时开始;有资源约束时,设计活动4与设计活动3关于“设计人员”资源冲突。若资源冲突采用传统的消解模型,则设计活动3必须等到设计活动4结束后才能开始,即由表5中的活动4结束时间可知设计活动3的最早开始时间为37.76;若资源冲突采用图5的基于资源推拉技术的消解模型,则设计活动3在设计活动4释放资源“设计人员”时就可以开始,即设计活动3的最早开始时间为33.17,再在此基础上进行时间优化得到更理想的开始时间(算例中的时间为35.90)。
4结语
产品复杂性 篇9
复杂产品是指研发成本高、规模大、技术含量高、单件或小批量生产的大型产品,如航天器、飞机、汽车、复杂机电产品等。[1,2,3,4,5]复杂产品往往涉及多个学科领域,与现代尖端科技休戚相关。复杂产品系统的产值占发达国家的国民生产总值的比重很大。复杂产品的制造业是国民经济和国家安全的重要基础,因此它的竞争将直接关系到国力的兴衰。[6]
由于复杂产品是由数量巨大的子系统以及更小的子系统组合在一起形成的,而这些子系统与子零件之间,存在一个复杂的巨大的关系网络,这个复杂的网络在建立的时候就非常困难,并且在复杂网络局部发生更改的时候会引起整个复杂网络的更改,并且随着复杂产品状态的变化,其复杂性是传递的(即动态复杂性)。这使得复杂产品设计中只要有一个细小的部分(或模块)发生了改变,就可能给产品整体功能带来巨大的变化,使得复杂产品设计的创新管理难度很大,风险也很大。
只有以高质量、高效率和低成本生产出的产品,才能在市场中占有优势,因此本研究提出复杂产品功能组件的复杂关系网络建模及其动力演化研究。试图解决复杂产品设计中:功能的概念化和机械结构精确性不符、推理机制灵活性不足、复杂产品的复杂性难以维护等多项问题。该文提出用构建复杂网络的方法描述、表示复杂产品,以期望真实而深刻地反映复杂产品各个元素之间的作用关系,从而给复杂产品的描述分析带来便利,从而使复杂产品研制周期更短、质量更好、成本更低、知识含量更高。
2 复杂网络
从这几年的研究来看,之所以称其为复杂网络,大致上包含以下几层意思:首先,它是大量真实复杂系统的拓扑抽象;其次,它至少在感觉上比规则网络和随机网络复杂;最后,由于复杂网络是大量复杂系统得以存在的拓扑基础,因此对它的研究被认为有助于理解“复杂系统之所以复杂”这一至关重要的问题。[7]
2.1 产品的复杂关系网络的系统建模
产品设计的复杂性动力学演化是基于复杂产品的动态设计过程中提出的问题,首先就要研究复杂产品的建模问题。
产品复杂关系网络建模的主要方法为:
1)多维粒度转化拓扑关系网络模型
多维粒度转化拓扑关系网络模型是对复杂产品多维度多粒度展开而构建的,是复杂产品及其复杂网络建模的整体方法,从总体上降低复杂产品研究的复杂性,进一步简化了复杂产品的及其关系网络的建模与分析。
多维粒度转化拓扑关系网络模型——复杂产品复杂网络拓扑建模。复杂产品的关系网络是一个巨大的非线性的关系网络,要建立一种拓扑结构模型来描述这种巨大的非线性的复杂网络。这个模型以拓扑关系网络为基础,针对复杂系统多维性进行维度分解和维度归并约简。通过对一定维度拓扑关系网络进行基于一定粒度的层次展开操作,而封装了其内部拓扑结构并通过结点整体的性质表征其内部结构的性质。这个模型可以灵活地对单个结点进行展开操作,并可进一步递归地进行展开,最终可以得到一系列不同展开高程差的具体视图,据此可以实现复杂产品复杂网络的拓扑结构和拓扑形状及其表征特性的分析。
2)复杂关系网络关联关系模型
在复杂产品中,各个零件及子部件之间,以及子部件内部各个层次与成分之间,有着复杂的关联。这种关联是具有复杂性、隐藏性以及表现的条件性。复杂性是指部件之间关联的数量巨大并以多种方式、层次、模式出现,复杂产品往往又多个子系统组成,每个子系统又由子系统或部件组成。隐藏性是指复杂产品之间的复杂关系不易显式地发觉并体现的特点,这种特点使得面向模块的复杂产品分析与建模方法难以奏效。复杂产品关系的表现条件性是指复杂关联中某些产品的关联触发带有一定的条件性,只有在某些条件满足时才能体现出这种关联关系,而这个条件往往也是某个其他零件或子部件的状态,这就又引入了一种条件关系。通过考虑以上三个特点对复杂系统复杂网络建模,可以进而研究如何将信息快速精确传递给对应部件的方法,这种方法在应对变更时有非常重要的用途。
3)基于产品设计复杂性的功能行为结构多视角映射网络建模
在对功能、行为、结构分别研究的基础上,对复杂产品的复杂关系网络进行视图分解,除了要考虑如何将复杂产品的零件及其子部件和装配映射为三个视图,还要考虑如何将复杂产品之间的关系进行视图分解,将一个复杂产品的复杂关系分解为多个视图层次,进而可以将复杂关系网络分解为功能分解网络、行为分解网络和结构分解网络。由此可以建立复杂产品的多视角映射网络分解模型,并对复杂产品非线性机理的考察与研究。
基于产品设计复杂性的功能行为结构多视角映射的网络分解。针对产品的FBS特性,可以将复杂产品复杂网络划分为:功能分解网络、行为分解网络、结构分解网络。对分解的三个视图,要研究它们之间的耦合与转换关系,主要是结合行为流理论,对行为分解网络与其他两个分解网络之间的转换关系进行研究。综合复杂产品复杂网络的分解与耦合,可以得到复杂产品复杂网络的功能行为结构分解网络模型,针对这一模型,复杂产品的通信与关联原理可以从单一的横向网络扩展到多视图多维度纵向网络,进而构成纵横交错的复杂产品立体信息传递网。
2.2 复杂产品设计的复杂性动力学演化模型的建立
在以上复杂产品复杂系统及其关系网络的模型之上,需要研究行之有效的演化推理模型,来解决复杂产品设计过程中,产品状态和功能结构变化的过程模型建模问题,目的是能够深刻的刻画复杂产品在设计过程中的状态演化和功能分解合并过程,并在结构上体现这种变化。复杂产品的复杂性突出地体现在复杂产品内部的复杂关系上,在产品的行为基础上功能结构映射下,这个复杂网络具有自组织、自反应的能力,针对这个复杂产品的复杂网络,我们提出“自组织产品复杂网络”的概念,就是从复杂网络来描述和分析复杂产品的复杂关系。
从时间和空间的维度看,复杂产品的子产品群落经历着产生、壮大、衰退和消亡这四个过程,并且这四个过程循环反复,无限迭代。从宏观角度看,由于功能结构的映射关系存在,为实现某一特定功能,便会有相应的子产品群落存在,这便是子产品群落的产生;通过对此功能的不断优化或者扩展,子产品群落的规模不断扩大,功能不断强化;但由于新技术或者其他因素的产生,存在某种能够实现相应功能但群落规模小得多产品群落,原先的产品群落不再有竞争优势,此时子产品群落开始萎缩和衰退;如果原先的功能能够被新生群落所完全代替,此时子产品群落便处于消亡的阶段了。从微观角度看,由于复杂产品的功能具有非线性性,因此子功能的载体——子部件之间形成的关系网络也具有非线性性,从而导致复杂性动力学演化无论从时间维度还是空间维度都具有非线性性。如果满足特定条件,产品的复杂性在某一个时间节点或者空间节点会发生突变,上升为另外一种状态并且能维持很长时间,从而引发产品群落演化替代。
群体智能中的群体指的是多个相互之间可以进行直接或者间接进行信息交流的主体,并且通过主体间的合作能够有效地求解分布问题;而所谓群体智能指的是具有有限智能的主体通过合作表现出高级智能的现象,因此,我们提出基于群体智能的复杂性时空演化模型。在演化过程中,产品种群作为一个单一智能体,产品群落是由若干产品种群组成的大智能体。种群之间的相互交流和外部信息对群落的激励推动演化不断向前,在时间维度上,不断有新的智能体诞生和旧的智能体消亡;在空间维度上,所有智能体都会有壮大和衰退的过程,对应到产品种群上就是功能的强化与萎缩。通过智能体的协同演化,最终达到理想的状态。
产品完整功能与当前状况的落差是产品设计复杂性动力学演化的根本动力。复杂性的演化是为了实现产品功能进行的,如果没有更高层次功能需求的驱动,复杂性演化便会停滞。但是,复杂性演化具有自组织和自发性的特征,复杂性演化过程中需要与外界不断交换信息,通过涨落和突变,使得子产品群落规模和复杂性关系网络不断进化,这是一个不断前进的螺旋式上升过程。因此,通过针对演化过程的自组织性,自发性,以及在这种群体环境下的自组织演变过程,可以探究复杂产品复杂性演化过程中子产品群落在时间和空间上所处状态及状态间转换的形式和原因。
如图1所示,产品种群在时间和空间维度上,在外界激励的作用下,会经历产生、壮大、衰退和消亡这四个阶段,相应的关系网络会在某一节点上发生突变,这种突变是非线性的,因此通过引入群体智能的概念,将一个个产品种群看做单一智能体,以此来建立复杂性动力学时空演化模型。
3 结论
本文提出复杂产品功能组件的复杂关系网络建模及其动力演化研究,用构建复杂网络的方法描述、表示复杂产品,从而给复杂产品的描述分析带来便利,从而使复杂产品研制周期更短、质量更好、成本更低、知识含量更高。
摘要：复杂产品是指研发成本高、规模大、技术含量高、单件或小批量生产的大型产品。复杂产品设计中只要有一个细小的部分(或模块)发生了改变,就可能给产品整体功能带来巨大的变化,使得复杂产品设计的创新管理难度很大,风险也很大。因此该研究提出复杂产品功能组件的复杂关系网络建模及其动力演化研究,用构建复杂网络的方法描述、表示复杂产品,以期望真实而深刻地反映复杂产品各个元素之间的作用关系,从而给复杂产品的描述分析带来便利,从而使复杂产品研制周期更短、质量更好、成本更低、知识含量更高。
关键词：复杂网络,动力演化,复杂产品
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