并行工程中产品结构和开发过程集成管理关键技术研究

论文摘要

在并行工程中,产品结构和开发过程是并行产品开发的两个最重要的方面,产品结构是并行开发的目的、开发过程是并行开发的手段,两者之间相互依赖、相互影响共同决定着并行开发的效率和效果。对产品结构和开发过程进行研究,对于企业提高产品开发能力、加快产品开发速度、缩短产品开发周期、增强企业核心竞争力有着重要的意义。本文对并行工程中产品结构与开发过程集成管理关键技术进行了研究,主要包括以下几个方面的工作:1.在总结国内外研究现状的基础上,给出了产品结构和开发过程集成管理研究框架。在研究框架中引入了产品结构和开发过程的建模工具——设计结构矩阵（Design Structure Matrix, DSM）;给出了产品结构拓朴树的定义及其形式化描述,并在此基础上引入了产品结构DSM模型;给出了产品开发过程模型的形式化描述,比较了几种常见的产品开发过程建模工具,分析了用DSM建模工具进行产品开发过程建模的优势,引入了产品开发过程DSM模型;分析了产品结构与开发过程之间的联系,提出了两者之间的集成机制,并在此基础上给出了IM-PSDP模型。2.对面向并行开发过程的产品结构聚类划分进行了研究。给出了产品结构DSM模型的建模方法,用四点刻度法实现了产品结构DSM模型的数字化,并给出了对四向量产品结构DSM模型进行降维处理的方法。提出了基于行列变换的产品结构DSM模型的聚类划分方法,开发了基于联系信息流量的聚类划分评估与选择算法。并把遗传算法引入产品结构DSM模型聚类划分中,实现了产品结构DSM模型聚类划分的智能化。3.把过程BOM概念引入到产品开发过程模型的形成中,考虑到过程BOM中各节点之间的必需（mandatory）、可选（optional）、选择（choice）关系,开发了由产品结构DSM模型向开发过程BOM模型的映射方法。并在过程BOM模型的基础上,研究和实现了过程BOM模型向开发过程DSM模型的映射方法。对已有开发过程模型的任务分配问题进行了研究,用并行度来描述任务之间的并行程度,并在并行度的基础上定义了C-DSM模型,来描述任务之间的顺序及承接关系,给出了通过任务序列分解来获取串行任务序列的方法,给出了任务-开发节点匹配矩阵来描述任务与开发节点的对应关系,结合遗传算法原理实现了并行开发任务的智能化分配。4.考虑到资源约束条件,用过程DSM来建模多项目并行产品开发过程中各任务的顺序承接关系及其资源分配,结合遗传算法基本原理,开发了一种资源约束下多项目并行开发任务顺序规划和时间安排的智能算法。对产品开发耦合任务组迭代和顺序规划进行了研究,把遗传算法基本原理与高斯消去算法相结合,实现了耦合任务组顺序规划的智能化。对产品开发中的耦合重叠模型进行了研究,考虑到重叠时任务返工和并行通讯引起的时间消耗,结合耦合任务的迭代特性,完成了两任务耦合重叠模型的数学建模,并运用该模型对产品开发过程进行了分析。5.介绍了南京飞燕公司PLM企业解决方案的实施背景、体系结构、工程实现、以及应用效果,给出了IM-PSDP系统的平台。以论文第三章、第四章、第五章为理论基础,以无锡霍尔塞特公司产品开发项目管理的实际需求为应用原型,设计并开发了IM-PSDP系统,并对该系统的初步试用效果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 并行工程及其研究现状
• 1.3 并行工程中产品结构和开发过程集成管理的研究现状
• 1.3.1 产品并行开发多视图模型
• 1.3.2 产品结构的研究进展
• 1.3.3 产品并行开发过程及其研究进展
• 1.3.4 产品结构与开发过程集成管理的研究进展
• 1.3.5 产品生命周期管理平台研究
• 1.3.6 并行工程中产品结构和开发过程集成管理研究的不足
• 1.4 课题来源及研究背景
• 1.5 论文内容及体系结构
• 第二章 产品结构和开发过程集成管理研究框架
• 2.1 设计结构矩阵
• 2.1.1 设计结构矩阵的发展历程
• 2.1.2 布尔型DSM
• 2.1.3 数字化DSM 和工作转移矩阵
• 2.1.4 DSM 分类与DSM 运算
• 2.2 产品结构模型
• 2.2.1 产品结构定义
• 2.2.2 产品结构拓朴树
• 2.2.3 产品结构DSM 模型描述
• 2.3 产品开发过程模型
• 2.3.1 产品开发过程模型及其形式化描述
• 2.3.2 产品开发过程建模工具的比较
• 2.3.3 产品开发过程DSM 模型
• 2.4 产品结构与开发过程集成管理模型
• 2.4.1 产品结构与开发过程之间的关系及集成机制
• 2.4.2 产品结构和开发过程集成管理模型及其与PDM/PLM 之间的信息交互
• 2.5 本章小结
• 第三章 面向并行开发过程的产品结构聚类划分研究
• 3.1 产品结构聚类划分的研究意义
• 3.2 产品结构DSM 模型的建模方法
• 3.2.1 基于零件的DSM 概述
• 3.2.2 基于零件的DSM 产品结构建模
• 3.3 数值化产品结构DSM 模型的聚类划分
• 3.3.1 行列元素的分类
• 3.3.2 产品结构DSM 模型聚类划分
• 3.4 基于遗传算法的产品结构DSM 模型智能聚类划分
• 3.4.1 遗传算法概述
• 3.4.2 产品结构DSM 模型聚类划分遗传算法实现步骤
• 3.4.3 产品结构DSM 模型的二维编码及种群初始化
• 3.4.4 适应度函数和选择概率的算法建模
• 3.4.5 交叉和变异方法及算法运行参数
• 3.4.6 实例验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于产品结构的开发过程形成及任务分配问题研究
• 4.1 产品结构DSM 模型基于过程BOM 向开发过程的映射研究
• 4.1.1 DSM 模型及过程BOM 模型的形式化描述
• 4.1.2 产品结构DSM 模型向过程BOM 模型的映射
• 4.1.3 过程BOM 模型向过程DSM 模型的映射
• 4.2 并行开发过程中任务分配研究
• 4.2.1 基本定义
• 4.2.2 基于遗传算法的并行开发任务智能分配解决方案
• 4.2.3 实例验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 并行产品开发过程规划研究
• 5.1 多项目并行产品开发中的任务顺序规划和时间安排
• 5.1.1 数学模型的建立
• 5.1.2 基于遗传算法基本原理的算法设计
• 5.1.3 实例验证
• 5.2 产品开发过程中耦合任务顺序规划研究
• 5.2.1 问题的数学描述及高斯消去算法
• 5.2.2 基于遗传算法的解决方案
• 5.2.3 实例验证
• 5.3 产品开发中耦合任务重叠建模和分析
• 5.3.1 确定两个任务的上下游关系
• 5.3.2 耦合任务迭代重叠数学建模
• 5.3.3 耦合任务迭代重叠模型分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 产品结构和开发过程集成管理系统应用
• 6.1 PLM 企业解决方案实施
• 6.1.1 PLM 企业解决方案实施背景
• 6.1.2 PLM 企业解决方案体系结构
• 6.1.3 PLM 企业解决方案的工程实现
• 6.1.4 PLM 企业解决方案的运营效果
• 6.2 产品结构与开发过程集成管理系统及其应用
• 6.2.1 系统的工程应用背景
• 6.2.2 系统的功能体系结构
• 6.2.3 系统实现
• 6.2.4 系统试用效果
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 后续研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录一 某型号涡轮增压器新产品开发过程规划结果