[发明专利]基于设计结构矩阵的复杂产品开发时间预测及优化方法

说明书

基于设计结构矩阵的复杂产品开发时间预测及优化方法，对于一个由n个平均完成时间已知、信息依赖关系已知的设计活动构成的复杂产品开发过程，其所有设计活动组成设计活动集，构建产品开发项目所对应的设计结构矩阵，并构建优化目标函数：根据优化目标函数，求解产品开发项目所对应的设计结构矩阵。本发明以复杂产品开发项目为研究对象，以预测并降低产品开发时间为目标，对产品开发项目对应的DSM进行分析建模，识别产品开发项目中的一阶返工和二阶返工，并通过优化得到其涉及的所有设计活动的最优执行顺序，最终实现产品开发项目的总返工时间最小，从而达到降低产品开发总时间，减少产品开发总成本，提高产品开发成功率的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于设计结构矩阵的复杂产品开发时间预测及优化方法。

背景技术

随着市场竞争环境日益激烈，产品生命周期不断缩短，更新换代越来越快，提高新产品开发效率已经成为了现代企业在市场中保持核心竞争力，获得商业成功的重要手段。调研数据表明：对于大部分公司而言，其利润的50％以上来源于最新推出的产品；但是另一方面，大约70％的产品开发项目超出了估算的时间进度，计划交付时间平均超期20％至50％，90％以上的产品开发项目开支超出预算，只有大约60％的产品开发项目最终取得了成功。这是因为现实的产品开发过程可以分为一系列相互耦合的设计活动，设计活动之间大量复杂的信息传递关系，给产品开发项目的过程管理带来了巨大的难度。相当大一部分设计活动需要在输入信息不完备时开始执行，并在输入信息到达或发生变化时返工，这些返工对新产品开发项目的开发周期和成本造成了很大的影响。通过对大量产品研发案例的研究，人们发现由于耦合设计活动之间复杂的信息传递关系导致的活动返工总时间占项目总开发时间的50％以上。因此，确定最优的设计活动执行顺序，以降低返工时间成为了产品开发过程管理中非常重要的问题。

传统的基于网络图的活动排序方法，如关键路径法(CPM)、计划评审法(PERT)，很难处理耦合活动中的信息传递作用。因为他们假设活动之间的所有约束是已知的和固定的，但是在实际的新产品开发项目中这种情况是不存在的。后续发展出来的图形评审法(GERT)在PERT的基础上将各个活动及其相互之间的影响关系设为随机分布，并通过蒙特卡洛方法进行求解。但是，由于一个复杂产品开发项目往往存在着数百个耦合设计活动，这种情况下生成的GERT网络非常复杂，直接对其进行分析是极其困难的。

因此，人们提出使用设计结构矩阵(DSM)来安排耦合活动的执行顺序。DSM矩阵是由排列顺序相同的行列元素组成的方阵，所有元素共同组成了产品开发项目中的耦合活动集合，元素的排列顺序代表设计活动的执行顺序，对角线数据(阴影部分)表示对应活动的预计完成时间，非对角线数据表示活动之间信息依赖的方向和大小，上三角的数据表示由后序活动向前序活动的信息流动，称为信息反馈；下三角的数据表示由前序活动向后序活动的信息流动，称为信息前馈。图1展示了一个电动汽车开发项目的DSM矩阵。

DSM矩阵对设计活动返工的描述可以分为两种：一是下游活动的执行发现了上游活动的错误或者未完成的部分，导致上游活动需要返工，这种情况被称为一阶返工，一阶返工是由于信息反馈(对角线上方)造成的，如图1中活动3完成引起的活动2返工；二是经过至少一次活动返工后将改进的信息传递到了其他活动，导致其他活动需要返工，这种情况被称为高阶返工，高阶返工的产生可能来自信息反馈也可能来自信息前馈(对角线下方)，如图1中活动2返工后引起的活动3的返工是信息前馈的作用，而引起活动1的返工是信息反馈的作用。