[發明專利]基于設計結構矩陣的復雜產品開發時間預測及優化方法

有效

• 申請號: 201910596239.2
• 申請日: 2019-07-03
• 公開（公告）號: CN110348623B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 林軍;文牧晨;錢艷俊;黃偉浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

基于設計結構矩陣的復雜產品開發時間預測及優化方法，對于一個由n個平均完成時間已知、信息依賴關系已知的設計活動構成的復雜產品開發過程，其所有設計活動組成設計活動集，構建產品開發項目所對應的設計結構矩陣，并構建優化目標函數：根據優化目標函數，求解產品開發項目所對應的設計結構矩陣。本發明以復雜產品開發項目為研究對象，以預測并降低產品開發時間為目標，對產品開發項目對應的DSM進行分析建模，識別產品開發項目中的一階返工和二階返工，并通過優化得到其涉及的所有設計活動的最優執行順序，最終實現產品開發項目的總返工時間最小，從而達到降低產品開發總時間，減少產品開發總成本，提高產品開發成功率的目的。

技術領域

本發明涉及一種基于設計結構矩陣的復雜產品開發時間預測及優化方法。

背景技術

隨著市場競爭環境日益激烈，產品生命周期不斷縮短，更新換代越來越快，提高新產品開發效率已經成為了現代企業在市場中保持核心競爭力，獲得商業成功的重要手段。調研數據表明：對于大部分公司而言，其利潤的50％以上來源于最新推出的產品；但是另一方面，大約70％的產品開發項目超出了估算的時間進度，計劃交付時間平均超期20％至50％，90％以上的產品開發項目開支超出預算，只有大約60％的產品開發項目最終取得了成功。這是因為現實的產品開發過程可以分為一系列相互耦合的設計活動，設計活動之間大量復雜的信息傳遞關系，給產品開發項目的過程管理帶來了巨大的難度。相當大一部分設計活動需要在輸入信息不完備時開始執行，并在輸入信息到達或發生變化時返工，這些返工對新產品開發項目的開發周期和成本造成了很大的影響。通過對大量產品研發案例的研究，人們發現由于耦合設計活動之間復雜的信息傳遞關系導致的活動返工總時間占項目總開發時間的50％以上。因此，確定最優的設計活動執行順序，以降低返工時間成為了產品開發過程管理中非常重要的問題。

傳統的基于網絡圖的活動排序方法，如關鍵路徑法(CPM)、計劃評審法(PERT)，很難處理耦合活動中的信息傳遞作用。因為他們假設活動之間的所有約束是已知的和固定的，但是在實際的新產品開發項目中這種情況是不存在的。后續發展出來的圖形評審法(GERT)在PERT的基礎上將各個活動及其相互之間的影響關系設為隨機分布，并通過蒙特卡洛方法進行求解。但是，由于一個復雜產品開發項目往往存在著數百個耦合設計活動，這種情況下生成的GERT網絡非常復雜，直接對其進行分析是極其困難的。

因此，人們提出使用設計結構矩陣(DSM)來安排耦合活動的執行順序。DSM矩陣是由排列順序相同的行列元素組成的方陣，所有元素共同組成了產品開發項目中的耦合活動集合，元素的排列順序代表設計活動的執行順序，對角線數據(陰影部分)表示對應活動的預計完成時間，非對角線數據表示活動之間信息依賴的方向和大小，上三角的數據表示由后序活動向前序活動的信息流動，稱為信息反饋；下三角的數據表示由前序活動向后序活動的信息流動，稱為信息前饋。圖1展示了一個電動汽車開發項目的DSM矩陣。

DSM矩陣對設計活動返工的描述可以分為兩種：一是下游活動的執行發現了上游活動的錯誤或者未完成的部分，導致上游活動需要返工，這種情況被稱為一階返工，一階返工是由于信息反饋(對角線上方)造成的，如圖1中活動3完成引起的活動2返工；二是經過至少一次活動返工后將改進的信息傳遞到了其他活動，導致其他活動需要返工，這種情況被稱為高階返工，高階返工的產生可能來自信息反饋也可能來自信息前饋(對角線下方)，如圖1中活動2返工后引起的活動3的返工是信息前饋的作用，而引起活動1的返工是信息反饋的作用。