考虑协作成本的复杂系统的优化模块化设计研究

【摘要】：最近十多年以来,模块化(modularity)的概念一直是许多行业讨论和关注的热点之一。模块化的方法常被用作设计复杂系统(如计算机和软件系统)的重要策略,即通过模块划分(splitting)和模块替代(substitution)来支持快速新产品开发和大规模的定制生产。同时庞大的模块数量很可能会增加协作成本,如测试成本和整合成本。然而,现存的文献往往夸大了模块化的价值而忽视了协作成本的影响。 因此,本文基于实物期权和协作理论,构建了一个量化模型来分析优化的模块化设计决策。本文的决策变量有两个,分别是复杂系统的模块个数,以及平均每个模块的替代个数。此外,我们还设计了一个搜索算法来减少该模型的计算复杂度,并通过数值仿真的方法验证该模型的有效性。 我们的研究结果表明:(1)在成熟的测试和整合环境下,优化的模块数量取决于协作因素,如前期协作的有效性和设计的不确定性;而优化的模块替代数量取决于单位设计成本。(2)在高代价的测试和整合环境下,系统设计者应该同时减少模块的数量和模块的替代个数,同时模块的数量和模块的替代个数均与协作因素呈负相关。(3)当单位测试和整合成本均介于相对中间水平时,优化的模块划分策略取决于部分协作因素,而优化的模块替代策略则取决于模块设计的单位成本及部分协作因素。 最后,本文模型可给企业在新开品开发过程中,提供模块化设计决策(包括模块的划分决策和替代决策)的量化支持。