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设计结构矩阵研究及其在设计管理中的应用

徐晓刚  
【摘要】:对于一个复杂的工程产品,设计上的困难不仅来自于技术的复杂性,也来自于管理的复杂性。由于项目规模的增大和复杂性的增加,致使缩短产品开发周期面临着巨大的压力。已有的理论和实践证明,产品开发过程的改善有助于提升产品的质量,增强企业的竞争力。本文在国家自然科学基金的资助下,利用模糊技术,优化方法、仿真方法,并综合产品开发过程技术,对基于设计结构矩阵DSM(Design Structure Matrix)的设计过程管理方法进行了系统研究。在产品开发过程的模型建立,任务集群识别与分解,设计过程仿真以及DSM与其他设计技术集成等方面作了深入的研究与分析,取得了较丰富的成果,扩展了设计过程管理技术。 论文在已有的研究基础上,提出了DSM模型的建立及模型的合成方法,使设计者能对从不同的角度建立的DSM矩阵进行整合,从整体上认识产品的设计结构。详细讨论了基于DSM 的相关计算(层次划分,环路识别,带的识别等),提出了新的基于反向层次的DSM排序方法 提出了设计活动的协调成本概念,并以此为基础,建立采用了DSM的0-1规划优化分解模型和算法,柔性地解决各种约束条件下的分解问题;论文将遗传算法应用在DSM的集群分析中,设计了解决此类问题的遗传算子,解决了可达矩阵不能解决的集群问题,并提出了用任务反馈系数来协调大范围的少反馈和小范围的多反馈的问题,扩展宽DSM的应用研究领域。 研究并提出了综合考虑反馈范围和反馈交互强度的设计任务解耦方法,运用任务依赖系数来综合考虑任务反馈距离和反馈依赖强度对任务解耦的影响,提出了解耦原则并设计了相应的算法,指导设计决策问题。 研究了DSM的仿真方法,提出了基于考虑了任务周期、迭代随机性以及任务重复的学习曲线的仿真方法,编制了基于EXCEL VBA的Monte-Carlo仿真程序。并在此基础上研究并建立了基于变化的迭代概率的仿真模型, 提出了用信息依赖量来触发迭代产生的概念,通过算例对两项交互设计开发进程进行仿真,并讨论了相关的影响因素,在两任务迭代开发过程的数值化表示方面作了探索和尝试。 作者还对DSM 与其它技术的综合进行了初步的探索研究,包括DSM与QFD技术的结合、DSM与公理性设计的集成以及在迭代设计中DSM的使用。与QFD集成形成设计复合矩阵,可以更有效地保证设计信息传递的准确性;与公理性设计集成后,可以更全面地进行模块鉴别。这种集成,不仅扩宽了这些设计技术的应用范围,而且也丰富了DSM的研究内容,使其设计管理更具有效性。 WP=5 配合理论研究的成果,作者设计了DSM 的应用软件和仿真软件,在EXECL上进行了二次开发,为工程师的实际应用,设计了方便的界面接口。并将此技术及设计迭代方法在产品开发中应用。提出并建立了基于DSM和CPM一体的新的产品开发工作流程。并将此开发流程应用于产品开发实践中。并把作者研究的分解方法应用于实际。实践表明它有助于提高产品的设计质量,控制产品的开发进程


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