（管理科学与工程专业论文）基于遗传算法和bp神经网络的协同设计效率研究及应用.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着信息技术、网络化设计技术与协同工作支持技术的进步，传统的设计模 式正朝着网络化和协作化方向发展，基于互联网的协同设计已逐步成为当前企业 主要的项目运作和产品设计模式之一为了适应瞬息万变的市场需求和激烈的竞 争，企业的战略理念已经从关注产品质量的竞争策略向快速响应服务的竞争策略 转变，因此提高项目运作和产品设计效率已成为企业管理人员目前最为关心的问 题之一。但是，目前有关协同设计工作效率的研究相对较少，且大都停留在定性 分析阶段，同时，现有的效率评估方法对协同设计效率较难直接进行评估。 针对上述问题，本文在研究大量文献的基础上，提出了g a - b p 综合协同设计 效率评价法。该方法利用g a 遗传算法的全局搜索能力，弥补了b p 网络容易落入 局部最小点的问题，同时又保留了b p 网络较强的学习能力和非线性处理能力。 g a - b p 评价法能够较好地弥补现有效率评价方法中人为确定权值存在的随意性或 评价专家主观上的不确定性以及认识上的模糊性等缺点。因此，基于遗传算法和 b p 神经网络的协同设计效率研究对于协同设计效率评估理论体系的完善有着重要 的意义。 首先，论文对国内外网络化协同设计的现状进行了分析，对信息环境下的效 率工程以及协同设计工作的效率问题的现状进行研究，并对协同设计工作的特点 进行了分析，在此基础上建立了t p o r ( t e c h n o l o g y , p r o c e 韶o r g a n i z a t i o n , r e s o u r c e ) 参考模型，该模型从技术、过程、组织和资源四个方面，较为全面地反映了协同 设计工作的实质和内涵，为效率影响因素指标的建立奠定了基础；然后，提出了 协同设计效率评估分析模型，该模型采用了霍尔三维结构系统分析的思想，是分 析t p o r 参考模型的分析方法和手段；接着，基于以上提出的模型和方法手段， 提出了效率影响因素指标集的构建原则、方法和步骤。 其次，论文对目前常用的效率评估方法进行了深入的研究，分析了各种方法 的优缺点。其中，重点对g a 遗传算法和b p 神经网络的核心和实质进行了分析， 研究了g a 算法的实现原理、核心技术和g a 方法的特点，b p 神经网络的基本理 论、网络设计中的关键问题和网络的优化等问题，在此基础上论文提出了g a - b p 综合评价方法，以期望能解决协同设计中工作效率评估的问题。 最后，论文利用m a t l a b 数值分析软件，设计了g a - b p 算法程序，并以国际合 作项目t c m s ( 列车控制与监测系统) 协同设计工作作为实验案例进行分析和研 究，提出了应用g a b p 综合评估后的改进方案，初步验证了该方法的可行性和有 效性。 重庆大学硕士学位论文中文摘要 关键词：g a - b p 评价法，网络化协同设计，t p o r 参考模型，g a 遗传算法，b p 神经网络 h 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ep r o g r e s so fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , n e t w o r k e dd e s i g nt e c h n o l o g ya n d c s c w , t r a d i t i o n a ld e s i g np a t t e r ni sc h a n g i n gf r o mi n d e p e n d e n c et o w a r d sn e t w o r k - - b a s e da n dc o l l a b o r a t i v ep a t t e r n a tp r e s e n t , i n t e m e t - b a s e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g nh a s b e e no n eo ft h em a i nd e s i g nm e t h o d s t om e e tt h ei n c r e a s i n gm a r k e td e m a n d s , c o m p a n ys t r a t e g yc h 锄g e df r o mf o c u s i n go np r o d u c tq u a l i t yt or e s p o n d i n gt om a r k e t q u i c k l y t h e r e f o r e , e f f i c i 髓yh a sb e e nc o n c e r n e db ym o l - o a n dm o r ec o m p a n i e s h o w e v e r , t h e r ea r cf e wl i t e r a t u r e sf a c u s i n go nc o l l a b o r a t i v ed e s i g ne f f i c i o n c y i n a d d i t i o n , l o t so fe v a l u a t i o n sa 地c a r r i e do u ti nq u a l i t a t i v em e t h o d s a i m i n gt h e s e p r o b l e m s , g a b pe f f i c i e n c ye v a l u a t i o nm e t h o di sp r o p o s e db a s e d0 1 1m u c hr e f e r e n c e a n a l y s i s t h i sm e t h o dc a l l 1 1 a g l q e l 巾s o m es h o r t c o m i n g s o fu - a d i t i o n a le v a l u a t i o n m e t h o d s ，s u c ha ss u b j e c t i v i t ya n dr a n d o md u r i n ge v a l u a t i o np r o c e s s t h e r e f o r e , i ti s i m p o r t a n tt or e s e a r c ho nc o l l a b o r a t i v ed e s i g ne f f i c i e n c ye v a l u a t i o nb a s e do i lg e n e t i c a l g o r i t h ma n db pn e u r a l n e t w o r k i nt h i s p a p e r , g a - b pm e t h o di s u s e dt oe v a l u a t ec o l l a b o r a t i v ed e s i g nw o r k e f f i c i e n c yf r o mf o u rt e c h n o l o g y ( d ，p i d c 嘴0 9 ，a n do r g a n i z a t i o n ( o ) a n dr e s o u r c e 限) 嘲 e c t s f i r s t , b a s e do na n a l y s i so fc o l l a b o r a t i v ed e s i g nw o r kc h a r a c t e r i s t i c s ，t p o r r e f e r e n c em o d e li sc r e a t e d t h i sm o d e lr e f l e c t st h ee s s e n t i a lo fc o l l a b o r a t i v ed e s i g n w o r kf r o m t e c h n o l o g y , p r o c e s s , o r g a n i z a t i o na n dr e s o u r c e t h e n , e f f i c i e n c y e v a l u a t i o na n a l y t i c a lm o d e li sp r e s e n t e db a s e do nt h ei d e ao fh a l lt h r e e - d i m o n s i o n a l s t r u c t u r e e f f i c i e n c ye v a l u a t i o na n a l y s i sm o d e li s u s e dt oa n a l y s et p o rr e f e r e n c e m o d e li no r d e rt oo b t a i ne f f i c i e n c yi n f l u e n c i n gf a c t o ri n d e x s e c o n d l y , a f t e rr e s e a r c h i n ga n dc o m p a r i n gl o t so fe x i s t i n ge v a l u a t i o nm e t h o d s , g a - b pm e t h o di sp u tf a r w a r d t h e n , g e n e t i ca l g o r i t h ma n db pn e u r a ln e t w o r ka l e s t u d i e d 鹪t h et h e o r yb a s i so f g a - b pm e t h o d f i n a l y , g a - b pp r o g r a m m ei sd e s i g n e dt h r o u g hm a t l a b6 5a n di t sf e a s i b i l i t ya n d v a l i d i t ya r ea p p r o v e dt h r o u g ht c m se f f i c i e n c ye v a l u a t i o n k e y w o r d s ：g a - b pm e t h o d , n e t w o r k e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n , g e n e t i ca l g o r i t h m ，b p n e u r a ln 出v o r k i 独创性声明 本人声明嚣呈交的学位论文是本人在导嚣攒蛰下进行麴研究王作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不寇含其他人已经发表域撰写避豹疆究成果，毯不包含为获褥爨鏖盍堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 嫒究所徽的任谤贡献均毫在论文中传了臻确的说瞬并表示谢意。 学位论文作者签名： 诱 寿火 签字日期： 王卯7 年苔月工罗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重奁盍警有关傈整、使用学经论文露 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被套阕器借阕。本人授权霪速太鲎可戮褥学佼论文酶全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 傺存、汇缡学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属予 不保密( ) 。 ( 谚只在上述一个搔号内打“4 ”) 学位论文作者签名：i 射秘 签字r 赣：洳7 年；月2 萝嚣 导师签名： 签字霞瓣：砷1 年号月拿鹜 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 1 绪论 经济全球化趋势和知识经济时代的到来，使得传统的设计方式已经不能适应 瞬息万变的市场需求和激烈的企业竞争。当今的全球市场环境，需要企业快速的 响应客户需求、合理地利用各种资源，尤其是基于网络环境的信息资源，从而实 现有限资源的最大限度的共享利用【l 】近年来，随着信息技术、网络化设计技术与 协同工作支持技术的进步，传统的个体设计模式正朝着网络化和协作化方向发展， 基于互联网的协同设计工作已成为帮助企业提高设计效率、设计质量和降低设计 成本的有效方式之一。其效益主要体现在：通过功能、组织和过程问的协同，有 效缩短产品上市周期；通过整合异地设计资源和制造资源，显著降低产品的设计 成本；通过知识共享和协作，有力提升新产品的创新技术含量；通过与顾客、供 应商的协同，提高市场反应的敏捷度和客户满意度。 目前，国内外有关协同设计的研究大多集中在系统开发、技术手段、管理策 略等方面，对于协同设计效率的研究相对较少。企业投资构建协同设计系统的目 的，是为了提高产品设计效率、缩短设计周期、降低成本，以求快速、及时地响 应市场，更好地满足消费者的需求。因此，协同设计工作的效率问题是企业所关 注的主要对象之一。同时，对于即将实施协同设计的企业，他们想知道哪些指标 是影响协同设计效率的主要因素，以便在实际的操作过程中特别关注这些指标项 目的运行情况，避免低效率的情形出现。由于上述原因，分析和评价协同设计的 效率，并以此结果指导企业正确地进行协同设计和对已经进行协同设计的企业提 供改进建议、提高协同设计的效率，将是一个十分有价值的研究课题。 1 1 论文研究的选题背景 今天，信息科学和协同网络技术正推动企业向网络化、协同化、敏捷化、智 能化，集成化和虚拟化的方向发展。广义层面上的网络化生产，涵盖了利用网络 技术支持企业生产过程的所有环节，包括协同产品开发、协同产品设计、协同产 品检测等。在网络化制造模式下，协同已成为现代企业进行竞争与合作的必然之 路。基于i n t e r a c t 的协同设计已经成为企业快速响应市场需求、提高品牌形象的有 效途径之一优秀的产品设计方案是产品质量保证的基础，不良的设计方案将导 致后续工作的无法顺利开展，带来生产成本的提高和产品质量的下降。这些后果 几乎不可能经过后续的技术改进、工艺及加工得到解决。另一方面，变幻莫测的 客户需求、技术的日新月异、市场运作的不确定性、竞争形势的改变等也不容许 企业不断返工，造成交货期的延误。部分企业为赢得市场和客户，不惜花费巨资 重庆大学硕士学位论文1 绪论 建立协同设计系统，其目的是希望借助该系统提高设计效率、产品质量和降低设 计成本。 因此，协同产品设计已经成为企业界和学者普遍关注和研究的对象。 现代信息环境下的效率工程已被定义为：以最新的信息科技，支持所有个人 与组织的工作，并且追求认知科学的发展。新的效率工程的研究对象已从传统的 体力劳动者转向以精神工作为主体的脑力劳动者。以信息技术为依托的协同设计 工作，正是新的效率工程的研究对象之一。 因此协同设计工作的效率研究已迫切地被企业和学者所需要。 目前，专题针对协同设计工作效率的研究较少，相关的研究主要集中在协同 过程某个局部的设计效果评估。例如：文献【2 】研究了一种在分布式设计环境下， 服务于产品整个生命周期的集成化、智能化产品设计过程协同评估方法，该方法 可以快速构造集成化产品设计过程评估模型、促进并入并行工程理念的协同设计 活动顺利进行、提高产品设计质量和缩短产品研制周期。文献【3 】提出了面向协同 设计的机械产品全生命周期综合评价系统。在协同设计环境下，该系统提供了一 种机械产品全生命周期的决策评价工具，为设计人员提供所设计产品综合性能的 评价结果。针对机械产品的同步协同设计面临基于网络的大型c a d 或c a e 设计 界面实时共享的问题，因而存在网络传输能力和共享界面重绘效率两个瓶颈的限 制，文献 4 】采用两级缓存的中间处理层策略和图像三次样条插值技术，克服以上 难点，提高传输效率和共享界面重绘效率，从而显著提升了机械产品协同设计的 同步效率。文献【5 】基于分布式人工智能、并行工程和计算机辅助软件工程的思想， 提出了一种基于分布式、并行处理环境下的、服务于产品整个生命周期的集成化、 智能化并行产品设计协同评估系统模型，该模型综合运用了各种先进的思想、技 术与方法，实现了在产品生命周期中的各个阶段对产品设计进行评价。 另外，现有的有关效率研究采用的一些评估方法较难直接用于协同设计效率 的综合评定。例如：传统a h p 模型只强调各决策层之间的单向层次关系，即下一 层对上一层的影响，而未能考虑到不同决策层或同一层次之问的影响【6 j ；基于模糊 集理论的综合评价方法缺乏自学习能力，而且摆脱不了决策过程中的随机性和评 价专家主观上的不确定性以及认识上的模糊性等缺点【7 】；d e a 方法在评价相同( 相 似) 类型部门问的相对有效性问题时具有一定的优势，但必须要求研究对象同时 具有投入和产出指标i s ，同时d e a 方法对于带有模糊性的指标的量化也不具有优 势 9 1 。 与此同时，随着生物科技的发展，一些模拟人脑对客观对象进行识别、分析、 判断、处理，即对具有复杂、模糊、高度非线性问题识别能力的知识体系研究， 引起科学工作者的广泛兴趣。现代神经生理学和神经解剖学的研究结果表明，人 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 脑极其复杂，能完成诸如思维、情绪等高级神经活动，被认为是最复杂、最完美、 最有效的一种信息处理系统0 0 1 。人工神经网络( a n n ) 是对人脑若干基本特性通 过数学方法进行抽象和模拟，是一种模仿人脑结构及其功能的非线性信息处理系 统，具有对信息进行并行处理、分布式存贮以及自学习与推理的能力，表现出容 错性、非线性、非局域性、非凸性等特点，适于对模糊信息或复杂的非线性关系 进行识别与映射。遗传算法是模拟生物界遗传和进化过程而建立起来的一种搜索 算法，具有高效的随机搜索与全局优化的特点，适于优化问题的求解。这两种方 法固有的特质决定了它们在处理模糊信息或者复杂非线性问题时具有一定的优 势。 综上所述，网络化协同设计工作的效率评估这一科学问题来源于社会生产发 展的实际工程需求，与此同时，由于现代信息科学、生物科学以及制造科学的发 展而为此提供了可供解决的科学技术理论基础。 1 2 论文研究的来源和研究的意义 1 2 1 论文研究的来源 本论文的工作主要基于作者参加的中澳合作研究项目：“t h ei n t e m e t - b a s e d v r o j e c td e s i g na n dm a n a g e m e n to nt c m s ( t r a i nc o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e m ) d e v e l o p m e n t , 2 0 0 4 - 2 0 0 6 ”( 基于i n t e r n e t 的列车控制与监测系统的项目设计和管理) 和国家自然科学基金项目“客户协同创新的全域智能工作模型及评价方法研究”， 2 0 0 7 0 1 - 2 0 0 9 1 2 ( 项目批准号：7 0 6 0 1 0 3 7 ) 而进行的。 1 2 2 课题研究的意义 2 1 世纪，以计算机和网络为代表的信息技术以及各种高新技术的高速发展， 将人类社会带入知识经济时代，使制造环境和制造技术的内涵和外延都发生了革 命性的变化，由此带来制造模式的变革，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 从以技术为中心向以人为中心转变； ( 2 ) 从多层递阶组织结构向扁平网络组织结构转变； ( 3 ) 从顺序工作方式向并行工作方式转变； ( 4 ) 从按功能、计划的固定智能组织向动态的、自主管理的团队组织转变： ( 5 ) 从质量第一的竞争策略向快速响应市场的竞争策略转变； ( 6 ) 从单纯注重竞争向竞争与合作并存的双赢策略转交。 传统意义上的生产模式已经向网络化和协同化方向发展，这使得基于i n t e m e t 的协同设计模式成为企业赢得市场竞争和客户的有利工具之一目前，针对协同 设计这一主题的研究很多，但大都集中在协同技术手段、系统开发，流程管理方 重庆大学硕士学位论文1 绪论 面，目前有关协同设计工作的效率问题国内外研究还比较少，相关的研究大都停 留在定性分析阶段，缺乏定量的分析工具和手段。 针对以上问题，在分析和研究了国内外大量文献的基础上，本文提出了g a - b p 综合评价方法，拟以从技术、过程、组织和资源四个方面对协同设计工作的效率 进行研究。 论文研究的主要意义体现在以下几个方面： ( 1 ) 本论文的研究将拓展和夯实协同设计这一科学研究领域的基础理论 网络化协同设计从提出到现在不到十年时间，国内外已经在协同支持系统设 计、协同设计过程管理等领域取得了大量的研究成果。工业工程( m ) 是唯一一 门以系统效率和效益为目标的工程技术。工业工程虽然把效率和效益作它的目标， 但对协同设计这一领域的效率也研究甚少。本论文的研究正好弥补了这个空白， 进一步完善了协同设计科学领域和工业工程的学科体系。 ( 2 ) 提出了g a - b p 效率综合评价方法，丰富了现有的效率评估方法体系 现有的工作效率评估方法较难直接用于协同设计效率的评估，神经网络和遗 传算法的出现，为协同效率评估带来了新的思路。遗传算法鲁棒性强，且不易陷 于局部最优。b p 神经网络是一种基于梯度这个局部信息来搜索的方法，局部微调 性强。遗传算法在处理小规模问题时，常常出现未成熟收敛和随机漫游现象，且 不具备全局收敛性，而b p 神经网络容易陷于局部最优点。鉴于两种方法各自的优 点和缺点，本文提出了g a - b p 的综合评价方法。 ( 3 ) 为协同设计研究和相关系统或工作的效率评估提供了参考依据 协同设计工作效率研究是以协同设计工作过程为研究对象，运用各种模型手 段、评估方法对协同设计工作的效率和影响协同设计工作效率的主要因素进行研 究、分析。因此，用于反映协同设计工作内涵的参考模型，用于效率评估的因素 指标等方法手段是进行协同设计工作效率分析、评价和改进的理论基础与关键， 具有重要的研究价值。本论文提出的t p o r 参考模型、分析模型，以及用于后续 效率评估的因素指标集，较为全面的反映了协同设计工作的实质和内涵，为得到 较为真实可靠的评估结果奠定了基础。同时，以上模型也为协同设计研究和相关 系统或工作的效率评估提供了参考依据。 ( 4 ) 为已经实施了协同设计的企业提供工作效率诊断、评估和改善方案 为了响应快速的市场环境变化、满足客户不同的消费需求，越来越多的企业 选择网络化协同设计这种新型设计模式进行产品设计和项目运作，以求以最快的 速度，设计出高质量、多变化的消费产品，从而在激烈的市场竞争中立于不败之 地。在这种环境下，企业管理者比较关心的是这种设计方式的工作效率如何，是 否达到了预期目的? 另一方面，如果协同设计工作并没有达到预期的效果，如何 4 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 找出影响协同设计工作效率的关键因素，如何对此进行改善? 针对以上问题，本文通过对协同设计工作特点的认真分析、各种评价方法的 仔细研究，在参考大量相关文献的基础上，提出了g a - b p 评价方法。该方法可以 用于评价协同设计工作效率的高低，评价结果能够较为有效的指导企业进行工作 效率的改进，以达到降低企业的设计成本、提高了产品设计质量和速度的目的。 1 3 相关领域的国内外研究现状 1 3 1 网络化协同设计工作研究现状分析 当前，企业竞争的焦点已变为如何抓住市场机遇，迅速组织全国乃至全球范 围的创造力资源，快速设计开发新产品，并有效调动生产系统，将产品推向市场。 产品设计和开发手段的创新己成为企业赢得竞争的有力手段之一。首先，现代产 品的复杂性使产品设计需要多人协作和参与；其次，对产品功能的提高需要创新 的设计方法和手段，需要设计者靠智慧和知识去创造；第三，随着经济全球化和 信息技术的迅猛发展，企业环境发生着深刻变化，跨行业、跨地区、跨国家的协 作和联盟企业迅速发展，信息技术的广泛渗透已使产品设计手段的组织管理模式 发生了革命性的变化。同时，协同设计技术将计算机技术、多媒体技术和网络通 信技术与先进制造技术相结合，支持时间上分离、空间上分布、工作上互相依赖 的协作成员协同工作，使工作群体成员在异地分布的网络共享环境下协同工作、 交互协商、分工合作，并行协作开发同一产品，共同完成设计任务，从而最大限 度地缩短产品的开发周期。网络化协同设计体现了信息时代工作方式的群体性、 交互性、分布性和协调性的客观需求，是国内外计算机工程应用研究中最为活跃 的前沿方向之一【1 1 】。 目前，国内外针对协同设计的研究很多，按照不同的研究对象大体可以分为： ( 1 ) 支持协同平台的技术手段研究； ( 2 ) 协同设计系统的开发和应用； ( 3 ) 协同设计工作的管理； ( 4 ) 协同设计工作过程建模研究。 在支持协同平台的技术手段研究方面，支持协同设计工作的技术手段主要包 括：c s c w ( 计算机支持的协同工作) 、图形图像技术、实时通讯技术、协同支持 技术、协同工作组织模式等。 c s c w 概念是随着信息化进程的深入、通信技术与计算机及网络技术相融合 而出现的，其基本内涵是计算机支持的群体间的通信、合作和协调。文献 1 2 】对 c s c w 技术在工程c a d c a m 系统中的应用进行了研究，分析了如何对基于 i n t e m e t 的c s c w 系统进行设计，指出了实现计算机支持协同工作( c s c w l 的关键 5 重庆大学硕士学位论文1 绪论 技术：群体协作模式、群组通讯支持技术、应用共享技术、多媒体和超文本技术 以及虚拟现实技术。c s c w 的发展和研究为协同设计工作的开展提供了运行环境。 文献 1 3 】针对集中式同步协同设计系统进行了研究，提出增量传输方法来减少数据 传输量，并采用改进的j a v a 3 d 数据结构实现系统的图形显示和交互功能。文献 1 4 】 使用了日益成熟的a g e n t 技术来部分或全部取代原有的专家系统，完成领域设计 任务。论文中，利用可扩展标记语言( e x t e n s i b l e m a r k u pl a n g u a g e ，) m 0 技术实 现各领域产品模型数据格式转换及信息集成，实现产品设计的数学模型，物理模 型和系统模型的共享、存储及跨领域、跨平台的传输；利用网格作为概念设计系 统底层通信、资源管理和分配的支撑技术，解决设计中的分布式通信和支持w e b 开发等问题，达到设计过程的协作和数据的共享，初步实现了一个面向网格服务、 分布式、具有良好开放性、适应复杂产品开发特性的多领域协同概念设计支撑平 台。文献 1 l 】对企业的协作模式进行了分析，建立了企业间产品开发中的协作关系， 有效解决了区域性集聚企业群合作的系统和资源异构、企业间合作松散的问题。 同时，该文献针对当前协同设计工作中存在的产品研究对象模型较难建立的问题， 通过对产品实际设计过程的特点分析，利用规划控制下的二阶段设计理论，研究 了产品对象模型构造技术、工程知识表达技术和设计过程建模技术，提出了一种 基于知识的协同设计方法，实现了在网络化制造环境下基于知识的协同设计文 献【1 5 】针对实时交互型网络化协同设计过程的多主体性、协同性、灵活性、同步性 等特点，分别对实时协同设计方法、图形学相关技术、实时协同交流技术等进行 了详细论述，并在此基础上构建了实时协同设计平台的体系结构。文献【1 6 】对协 同产品设计中计算机辅助设计系统与产品数据管理系统的信息集成进行了研究， 从产品全生命周期角度，提出以物流清单( b o m ) 作为解决协同产品设计( c p d ) 中计 算机辅助设计( c a d ) 系统与产品数据管理( p d m ) 系统之间信息集成的方法。文献 【1 7 】利用混合式应用共享，来同时满足在复杂网络环境下协作过程中数据流量小、 系统响应速度快、数据保持一致性、允许用户后期加入等要求，并对w m d o w s 下 应用程序共享的实现方法进行了研究，指出通过截获输出和输入可以实现应用共 享。 在协同设计系统的开发和应用方面，可以按照研究对象、协同技术进行归纳。 以研究对象分类的协同设计系统的研究包括：针对复杂产品的协同设计系统建立， 针对混合模式产品的系统开发，针对仪器资源的系统建立和针对产品设计全过程 的系统研究。例如，文献【1 8 】根据复杂产品设计开发的特点，重点对协同设计中冲 突消解与耦合因素问题进行了较为深入的探讨，提出了适用于并行设计中的冲突 协商解决模型和多领域协同设计全局耦合关系模型，用以研究协同设计中的耦合 问题。文献 1 9 】结合基于w e b 和基于a g e n t 的两种不同协同设计模式的优缺点，提 6 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 出了一个混合模式的产品协同开发系统结构，以这种模式开发的系统可以为产品 协同开发过程中的多学科人员提供协作工具和同步以及异步协作模式的支持。以 基于不同的协同技术，模式平台分类，可以分为：基于b s 模式的网络化协同设计 系统研究，基于w e b 与c o m d c o m 技术的系统开发，基于工作流的系统开发以 及基于c - b s 混合模式的系统研究。例如：文献 2 0 】提出了基于b s 模式，即浏览 器服务器模式的网络协同设计系统，它弥补了c s 模式必须安装客户端程序的麻 烦，使一些地域分布较广的企业程序升级和维护变得较为简单。文献【2 l 】针对在当 前的技术条件下完全基于b s 模式开发协同产品设计系统是不现实的问题，结合 c s 和b s 模式的各自优势，提出采用客户浏览器服务器混合模式( c 2 b s 1 来开发协同设计系统。文献 2 2 j 针对模具的协同设计，提出了基于w e b 与 c 0 1 咀) c o m 技术的协同设计系统体系结构，该系统采用d s 三层网络协议逻 辑结构。与比传统的c s 结构相比，c ，a ，s 结构增加了应用层服务器，提供应用程 序功能。 在协同设计工作的管理研究方面。由于网络化协同设计过程是一个强调多主 体、协同性、共同性和灵活性的过程，所以需要有针对性的好的管理方法和工具 的支持【2 3 】。目前，对协同设计工作管理和组织方面的研究主要包括：协同设计工 作管理系统的建立、协同过程管理研究、组织管理以及信息管理研究等。协同设 计过程管理中，较为关键的问题是系统设计过程中冲突的协商和消解，文献1 2 4 1 提出一种基于多目标遗传算法的协同设计交互式双边协商算法，通过遗传算法隐 含并行性和全局解空间搜索的特点，来求解协同设计系统中协商问题的p a r e t o 解， 支持产品设计专家对设计方案的冲突进行协调。文献 2 5 】在w f m c ( 工作流管理 系统) 参考模型的基础上建立了一种网络化协同柔性工作流管理系统。该系统针 对虚拟社区的特点进行了扩展，引入了协调和反馈策略，使得w f m c 参考模型的 描述能力和柔性有了本质上的提高，加强了用户之闻及工作流管理系统之间的协 作交互能力，实现了复杂的网络化协同工作流管理。协同设计是一种以知识为中 心的活动，同时它需要成员的参与，并被组织形式和结构以及其隐含的企业文化 所影响。人力资源和组织方式对协同设计的结果和质量产生很大的影响，所以协 同设计中对人力资源和组织机构的管理与优化成为了一个优化协作、增强协作效 率的重要因素。文献 2 6 】从知识管理的角度，研究并优化了协同设计工作中的人力 资源、组织结构，达到了提高设计效率的目的。文献【”】提出了以虚拟中心为核心， 由不同领域的工作小组共同参与完成的协同设计工作模式，从而实现资源的有效 整合，提高设计效率和设计质量。文献 2 8 】对协同设计过程中的信息管理系统进行 了研究，建立了支持并行工程的产品信息模型，并针对这一模型构建了系统的三 大管理模块，包括产品数据管理模块、产品活动管理模块和产品组织管理模块， 7 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 从而实现对协同设计过程中的信息的有效管理。以上分析可知，针对协同设计工 作过程的管理主要集中在冲突的解决和监督上。 同时，为了更好的研究协同设计过程，针对该过程进行建模研究的文献也比 较多，主要的建模方法有：p e t r i 网建模，分层有色p e t r i 网模型，c l a n 协同设计过 程建模等。文献 2 9 1 介绍了两种较新的协同工作过程建模方法：协同工作关联图 0 v i c m ) 和活动状态联接图( c l m ) 。 1 3 2 信息环境下的效率研究现状分析 计算机和网络技术的飞速发展，信息时代的到来，使得效率工程的研究内涵 发生了改变，即从体力劳动者的作业效率研究，向以脑力为主的知识工作者的效 率研究发展。信息环境下，国内专家把新的效率工程定义为：“以最新的信息科技， 支持所有个人与组织的工作，并且追求认知科学的发展。”新的效率工程研究的内 容包括：信息系统的效率研究，认知科学与人的效率研究，现代环境下的组织效 率研究，人机交互效率研究，信息效率研究以及知识工作效率研究。 ( 1 ) 信息系统的效率研究 文献 3 0 l 研究了影响信息系统对组织、个人产生作用的因素，提出了有关信息 系统效用的影响因素模型。该模型可以使企业有重点地关注信息系统选择、实施、 评价、诊断中应注意的问题，并且寻找出切实有效的解决办法，为企业信息化的 顺利实施奠定良好的基础。文献 3 h 以企业内部协调为研究对象，利用团队理论的 方法，讨论部门间协调状态，对企业内协调方式进行分类，研究企业采用何种信 息体制可以获得最高的信息效率。文献 3 2 】提出了利用禁忌搜索思想进行信息系 统效率优化的改进遗传算法，并对信息系统的效率进行了评价和优化。 ( 2 ) 现代环境下的组织效率研究 文献 3 3 1 研究了新兴市场中组织结构和信息技术能力对组织效率的影响， 指出在新兴市场中，企业的t 1 r 能力与组织效率呈正相关关系，并且组织结构与r r 能力也呈正相关关系，最后得出结论：发展r r 能力能提高组织效率。文献【3 4 】分 析了信息技术和组织效率的内涵，从考察组织的基本含义和构成要素入手，对企 业组织效率的影响因素进行了深入剖析。在此基础上，详细分析了信息技术( i t ) 对 组织效率影响因素的作用，并指出t r 正是通过组织效率影响因素的作用改变了企 业组织效率。文献【3 5 】研究了信息技术的影响，其影响概括为：提高组织效率、协 同和创新。其中效率的提高体现在员工操作效率、管理人员决策效率和组织结构 效率三个方面。 ( 3 ) 组织中与人相关的效率研究 文献 3 6 】从人的需求出发，分析了影响人工作效率的关键因素。文献 3 7 1 分析 8 重庆大学硕士学位论文1 绪论 了企业信息化环境下人信息系统交互效率的重要性，从因素属性的角度将影响人 信息系统交互效率的因素分为5 类：人的因素、信息系统因素、管理因素、环境 因素和技术因素。该论文研究表明：作为模型核心构成的人的因素和信息系统因 素直接决定交互效率的高低；管理因素约束或支持人和信息系统的效用，最终保 障交互效率；而环境因素、技术因素通过制约或支撑人的因素、信息系统因素对 交互效率产生间接影响。 另一方面，为提高组织效率，效率管理己被众多学者所关注。效率研究不再 仅仅关注于事后的效率评价和改善，而是把效率思想融入到管理工作中，从根本 上保证组织和工作效率的提高。在现代管理科学中，效率问题已经越来越引起人 们的关注，效率的高低是在市场激烈竞争中企业成败的最具有决定性的因素之一。 因此，效率管理被提出并用于改进组织效率它分析组织及组织的流程，对组织 的效率进行规定、评估和分析，提高组织的效率，从而有效地实现组织的目的。 效率管理作为一种管理方法，它强调要以一切可行的效率标准来统一人们的思想， 指导人们的行动，把效率作为管理活动的宗旨，放在工作的中心和突出位置，这 种思想是效率管理的精髓所在。 综上所述，效率管理的特点包括：( 1 ) 以组织为中心的全面管理；( 2 ) 效率管 理的目的是追求效率；( 3 ) 动态解决管理问题。组织系统中的管理客体可分为两大 部分：人的管理和物的管理。因此，组织效率的提高应从这两方面加以考虑。通 过对人的组织，指导和调节，充分调动人的主动性、积极性和创造性，做到人尽 其才，以此提高人的工作效率。物的管理是指物理活动所必需的物质条件和物质 成分的总和，它不仅仅是指管理中的物质生产资料，而指在管理系统中除人之外 的那些作为管理对象的一切物质成分。对物的效率管理主要体现在科学地管理和 合理地使用物资资源，从而降低生产成本和管理成本，以此提高物的效率口8 1 。 1 3 3 网络化协同设计的效率研究现状分析 虽然协同设计工作的效率问题已经开始受到企业和学者的关注，但是，有关 这方面的研究相对较少。文献【3 9 】考虑到供应商的协同设计能力已成为企业选择与 评价供应商时的主要因素，因此以供应商的协同设计能力为研究对象，综合考虑 在新产品开发的不同阶段影响供应商协同设计能力的主要因素，针对专家给出语 言评价信息的特点，采用近年来国际上最新发展的l w d ( l i n g u i s t i cw e i g h t e d 啪i o n ) 算子和l o w a ( l i n g u i s t i co r d e r e dw e i g h t e da v e r a g i n g ) 算子，提出了 一种基于语言评价信息的供应商协同设计能力的综合评价方法。文献 4 0 】基于分布 式设计问题概率模型、并行工程和计算机辅助设计软件工程的思想，在分布式设 计环境下，研究了一种服务于产品整个生命周期的集成化、智能化产品设计过程 9 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 协同评估方法。这种方法能够快速构造集成化产品设计过程评估模型，促进协同 设计工作顺利进行，提高产品设计质量并缩短产品研制周期。文献【4 1 】首先对面 向协同设计的机械产品全生命周期进行综合评价研究，提出了面向协同设计的产 品综合评价体系结构。文献 4 l 】的研究为协同设计环境下的机械产品全生命周期决 策评价提供了一种工具，它的最终评价结果和反馈为设计人员提供了所设计产品 综合性能的评价依据。 国外学者在这方面的研究相比国内显得活跃。目前，管理者和信息技术专家 在鉴别和挑选合适的协同技术上存在一定的困难，另一方面，如何证明企业花费 巨资引进的协同技术切实有效地提高了工作绩效? 针对这些问题，文献 4 2 】中 b r u c ea r e i n i g 等人对协同技术的效力进行了研究，分析了不同协同技术的作用， 并用实际案例证明了此种协同技术在某一方面的效力。文献 4 3 1 对计算机支持的协 同工作( c s c w ) 进行了评估，提出了用于评估的多面框架结构，为分布式c s c w 的 效力评估提供了较为有利的工具和方法。2 0 0 5 年1 月在美国夏威夷召开的第3 8 届 国际系统科学会议上，美国a m o r o s od l 协同效率研究小组就对此进行了论述， 其中b e r a n c kp 对影响虚拟组织效率的相关信任技术进行了比较，这些技术将影 响小组成员协同工作的效率，s t e v e s 和s c h o l t z 对协同系统效率评估体系进行了分 析和研究 4 4 1 文献 4 5 】提出了一种针对协同系统效力评估的方法。该方法采用一种 框架结构，通过把系统目标映射为评价目的、规则和尺度的办法来实施评估工作。 文献【4 6 】在以学习和知识交换为主的虚拟组织系统中，对协同技术的使用效率进行 了鉴别和研究，为高效率的虚拟组织系统的构建提供了可参考依据。 综上所述，计算机和网络的发展，使得基于i n t e m e t 的协同设计工作模式成为 企业赢得市场和客户的有力工具之一，同时也成为各专家学者的热门研究对象。 然而，目前国内外有关协同设计的研究主要集中在技术手段、系统开发和应用、 工作过程管理与组织以及基础建模上，对协同设计工作的效率研究相对较少。随 着信息科学和认知科学的发展，新的效率工程研究的对象也逐渐转移到协同设计 工作效率上来。此外，效率工程的发展也为协同设计工作的效率研究提供了必要 的理论依据和方法手段。因此，网络化协同设计的效率研究是十分必要的。 1 4 论文研究的主要内容 围绕研究目标，本论文主要进行以下几个方面的研究： ( 1 ) 分析本论文的研究背景、研究的工程意义和学术价值，并对与本课题相关 的国内外研究现状进行研究和总结。 ( 2 ) 建立用于协同设计效率评估的t ( t e c h n o l o g y ) p ( p r o c e s s ) 0 ( o r g a n i z a t i o n ) r ( r e s o u r c e ) 参考模型；提出用于协同设计效率分析的分析模型：研究用于协同设 i o 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 计效率评估分析的影响因素指标集，即用于后续效率评价的指标集。 ( 3 ) 分析研究了国内外用于评估的方法，比较了它们的优缺点。同时，对目前 迅速发展起来的神经网络( n m ”a in e t w o r k ) 和遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ) 进行了仔 细的研究，在此基础上，提出g a - b p 评价方法，以此对协同设计工作的效率进行 评估。 ( 4 ) 基于本课题研究的分析模型、影响因素指标集和评估方法，从技术手段、 过程管理、组织管理以及资源管理四个方面，以中澳合作研究项目：“t h e i n t e m e t - b a s e d p r o j e c td e s i g na n dm a n a g e m e n t o l lt d i c m sd e v e l o p m e n t ， 2 0 0 4 - 2 0 0 5 ”为实验应用背景，对列车控制与监测系统协同设计工作效率进行实验 研究。 ( 5 ) 论文最后将对本文进行小结和对未来工作进行展望。 1 5 本章小结 本章首先介绍了本论文的选题背景和研究课题的来源，然后阐述了课题的研 究目的和意义接着分析和总结了与本课题相关领域的国内外研究现状，包括协 同设计技术、信息环境下的效率工程以及协同设计工作效率的评估现状。最后简 要介绍了本论文研究的主要内容。 重庆大学硕士学位论文 2 面向项目研