（机械制造及其自动化专业论文）产品开发过程建模及其系统研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 擒要 经营环境的变化给企业的生存与发展带来了严重的挑战。为了应对挑战，企业必须利 用近年来日益成熟的信息技术和产品设计的新思路、新概念和新工具，加强与客户及供应 巍的协同设计，共潮快速开发崮满足市场霈求的新产品。在瑟懿产品开发模式下，企业必 须对产品开发过程进行规划，有效协调和管理产品开发过程中的相关资源，实现资源利用 最优化。 本文采用理论与实践相结合的方法，详细论述了产品开发过程建模及执行技术，开发 了产品开发过程建模系统。对产品开发过程进行建模及分析，可以优化产品开发过程且合 理分裂穗关资源；零j 月产懿开发过程建挟系统实现产品开发过程自动或半自动执彳亍，可以 加快产品开发速度并提高产品开发质量。 蓠先，通过对各种现有产品开发过程建模方法进行分析和比较，提琏5 了一种综合运用 设计结构矩阵和着色工作流网进行产品开发过程建模的方法。然后戳电梯开发过程为例， 利用设计结构矩阵对电梯开发过程进行宏观和微观分析，对每个层次的活动进行活动耦合 集识别并进行解耦；在对毫横开发过程送行重缀优化之后，程用c p nt o o l s 工兵对每个层 次的活动过程进行遮模，并对每个子过程模型进行正确性验证之后得到整个电梯开发过程 模型。在此蒸础上，以电梯开发过程中具有典型迭代特徭的文件审批子过程为实饲，希用 扩展p e t r i 网的状态方程数学分析方法对文件审批子过穰进行分析。随后，利用c p nt o o l s 工具对三个实例的运行过程进行了模拟；通过模拟，可以帮助设计人员加深对开发过程的 理解。 其次，利用j 2 e e 技术对产品开发过程建模系统进行了设计。提出了产品开发过程建模 系统的体系结构图，并进牙了系统开发。以电梯开发过程为钢，在过程模型的基础上定义 各种属性，对具体活动分配资源，考察模型的正确性，从而为论文前述部分思想和方法提 供了支撑。 最后，对全文工作进行了总续，著对今后进步舱研究工作提出了建议。 关键溺：产品_ 开发过程建模设计结构短阵着色工作流溺产晶开发过程建模系统 赣江理芏大学磁士学位论文 a b s t r a c t t h ec h a n g eo fm a n a g e m e n te n v i r o n m e n th a sb r o u g h tg r e a tc h a l l e n g e s 协e n t e r p r i s e s s u r v i v a la n dd e v e l o p m e n t i no r d e rt os u c c e e di nt h ec h a l l e n g e s ，t h ee n t e r p r i s eh a st ou t i l i z et h e 纽搿e a s 遮gi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n d t h en e w t h i n k i n g ，c o n c e p t ，t o o l st od e s i g np r o d u c t sw h i c h s a t i s f yt h en e e do ft h em a r k e t b ys t r e n g t h e n i n gc o o r d i n a t i o nw i t ht h ec 姒s t o m e r sa n ds u p p l i e r s u n d e rt h en e wp r o d u c td e v e l o p m e n tm o d e ，t h ee n t e r p r i s es h o u l dm a k ep l a n sf o rt h ew h o l e p r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c 燃s ，c o o r d i n a t ea n dm a n a g ee f f e c t i v e l yt h er e l a t e dr e s o u r c e si nt h e p r o c e s s ，t oo p t i m i z et h eu s eo fr e s o u r c e s t h ep m d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sm o d e l i n ga n de x e c u t i o ni sr e s e a r c h e da n dt h es y s t e mo f p r o d u c td e v e l o p m e n tm o d e l i n gi sd e s i g n e d t h ep r o d u c td e v e l o p m e n tq u a l i 移i su l t i m a t e l y i m p r o v e db ym o d e l i n ga n da n a l y z i n gt or e o r g a n i z ea n do p t i m i z et h ep r o d u c td e v e l o p m e n t p r o c e s s ；t h ee n t e r p r i s ec o m p e t i t i v ea b i l i t y i se n h a n c e dt h r o u g hs p e e d i n gu pt h ep r o d u c t d e v e l o p m e n ta n ds h o r t i n g t h et i m et om a r k e to fp r o d u c t s ，b yd e v e l o p i n gt h ep r o d u c t m a n a g e m e n ts y s t e mw h i c h e x e c l l t e st h e p r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sa u t o m a t i c a l l y o r s e m i a u t o m a t i c a u y f i r s to fa l l ，v a r i o u sm o d e l i n gm e t h o d si np r o d u c td e v e l o p i n gp r o c e s sw e r ea n a l y z e da n d c o m p a r e d i nt h i sp a p e r d e s i g ns t r u c t u r em a t r i xa n dc o l o m dp e t r iw o r k f l o wn e tw e r eu s e da st h e m o d e l i n gm e t h o d s a st h er e s e a r c he x a m p l e ，t h ee l e v a t o rd e v e l o p m e n tp r o c e s sw a sa n a l y z e d m a e r o s c o p i c a l l ya n dm i c r o c o s m i c a l l yb yu s i n gt h ed e s i g ns t r u c t u r e m a t r i x t h ea c t i v i t i s s c o u p l i n gs e to fe v e r y l e v e lw a si d e n t i f i e da n de l i m i n a t e d a f t e rr e o r g a n i z i n ga n do p t i m i z i n gt h e e l e v a t o rd 科e l o p 蠡tp r o c e s s ，t h ep r o c e s so fe a c hl e v e la c t i v i t i e sw a sm o d e l e db yu s i n gt h ec p n t o o l s t h ew h o l ep r o c e s sm o d e lw a so b t a i n e da f t e re v e r ys u bp r o c e s sw a sv a l i d a t e dt ob er i g h t b a s e do nt h i s ，t h e 垂至圭嚣e x a m i n e - a n d - a p p r o v es u bp r o c e s s ，w h i c hw a st y p i c a l l yi t e r a t i v e , w a su s e d a sa ne x a m p l et ob ea n m y z c dw i t ht h ea l g e b r a a n a l y z i n gm e t h o do fp e t r in e t a f t e rt h a t , t h e r u n n i n gp r o c e s so ft h r e ee x a m p l e sw a sm o d e l e db yc p nt o o l s ，a n dt h a tw o u l dh e l pd e s i g n e r s u n d e r s t a n dt h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s s e c o n d l y , i nt h i sp a p e r , t h em a n a g e m e n ts y s t e mi nt h ep r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sw a s d e s i g n e db yu s i n gt h ej 2 e et e c h n o l o g y , a n dt h es y s t e ms t r u c t u r ec h a r tw a sp r o p o s e d a f t e rt h a t ， t h en i l ee x a m i n e - a n d - a p p r o v es u bp r o c e s sw a su s e da st h ee x a m p l e 。b a s e d0 1 1t h ep r o c e s sm o d e l , v a r i o u sp r o p e r t i e sw e r ed e 触e d a n dr e s o u r c e sw e r ea l l o c a t e d a f t e rt h em o d e lw a st e s t e d ，i tw a s s a v e da st h ex p d l f i l e 。 f i n a u y , t h ew h o l ew o r ko ft h i sp a p e rh a sb e e ns u m m a r i z e d ，a n dt h es u g g e s t i o no nt h e f u r t h e rr e s e a r c hw o r kh a sb e e np u tf o r w a r d 。 k e y w o r d ：p r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sm o d e l i n g , d e s i g ns t r u c t u r em a t r i x ：c o l o r e dp e t r i w o r k f l o wn e t ；p r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m n 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：李冶 日期：呻7 年弓月参7 日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作耆完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向曰家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的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 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口 。 学位论文作者签名：亏学 日期：己，0 7 年译月) 日 年解密后使用本版权书。 指导教师签名影以 日期：1 即年、月叼日 浙江理工大学硕士学位论文 第一章绪论 【奉章壤要】本掌获谖麓来源及蘸究意义出发，分橱7 当蘸藿内井产瑟嚣发遘程霹 究疆凝，最嚣撩出 了本论义的研究内霹。 1 1 引裔 进入2 l 世纪，企业经磐环境鲍变位( 产懿蛇生命周期帮交货嬲缩短；燕戆复杂技襄 定制数嫩增加；劳动力成本不断提搿以及环保舞求日益增强) 给企业的生存与发展提出了 严重的挑战。企她想要赢得霸趋激烈的竞争，麟必须敏捷地利用技术提供的可能性及时抓 住市场对新产品需求的机邋，不断快速开发出赢质量、低成本、满足市场需求的新产晶， 以求获取高额利润，从而赢得竞争。为了应对挑战，企业利用近年来日益成熟的信息技术 和产茹浚计静薪瀑磅、薪凝念和薪z 其，提遗了一系麴新产品开发模式。程新产品开发模 式下，企业必须对产品开发过程进行规划，有效协调和锗理产品开发过程中的相关资源， 实瑗资源裁嚣最饶继。产熬开发遘裁建模与执纷技术龟貔越来越被金篷爨关注。对产燕牙 发过程进行建模及分析，并开发产品开发过程建模系统煨本文的主要研究内容。 1 2 漂溪来源及矮究意义 课题来源于圈家自然科学基金项圈( 7 0 2 7 2 0 5 6 ) 。项目名称：慕于可拓学的c p c 产品 秀发_ 毽疆建模瑾论与方法掰究。 在产品开发的实际过程中，用过程模型确切地描述开发过程。汗发人员可以通过过程 仿真燹好建理解遵程，逶过过程之瓣鳃逶谖，褥到叁己爨要懿售怠。管理入爨可以袄豢；童 程模型，设计和规划开发过程，并实时地观察过程的进度、质量等情况，从而实现对过程 的控制秘管理。避一步，农过程模型的基础上，应用仿冀襄分析工具，可以优化产品嚣发 过程和提高产品歼发质量。因此，通过产品开发过程建模与分析羹组优化产晶开发过程， 实现资源利用最优化，最终提高产晶开发质量是本论文的研究意义之一。 实现产品开发过程的自渤或半自动执行，需要基于w e b 的产品开发过稷建模系统分布 式软件的支持。分布式建模系统可以消除设计人员分散性的地域限制，将过程信息及时准 确建健递绘正确豹籀关设盼久受，获褥有效缝决设诗过耩串穰惑及时传递静瓶颈运题，提 高产品开发速度。因此，开发设计产品开发过程建模系统，实现产品开发过程自动或半自 浙江理工火学硕士学位论文 动执彳亍，最终加快产品开发速度，缩短产品上市时间，提高搬业竞争力是本论文的第二个 磅究意义矮在。 1 3 国内外研究现状 基掰，产晶开发过程豹两大研究领域怒科学管溅领域与泛程设计领域。秘学管理怒以 m a n a g e m e n ts c i e n c e 与i e e et r a n s a c t i o no ne n g i n e e r i n gm a n a g e m e n t 两刊物和m 1 t 的 s c h o o lo f s a l o nm a n a g e m e n t 盼研究为代表，将产品歼发看成是一个工程和管瑷过程，蒸于 这一出发点，该领域更注霾过程分析、改进与重组的方法学研究，注霆过程缀织形式即集 成产品汗发团队豹研究；丽工程设计领域阻协同设计为代表，大量的研究、墩用与实践主 要集中于产品和过程的数字化集成管理，包括c a d c a m c a p p c a e 集成、产品数据管理、 工作流镣理、产品设计技术的改谶( 如d f m a ) 、渖突协商以及计算机支持韵以过程驱动 的协同工作环境禧，为产晶及其开发过程的数字化集成管理以及过程分析改谶技术提供自 动仡支持。事实上，这两犬领域的研究是产品开发过程密不可分的两个方面，相辅相成， 因为产品开发过程既是技术实施的过程，也是管理实践的过程。 产龋开发过程建稹是产品开发过程研究的首要问题，其霸的是农具有较黼理论抽象和 概括基石出上，创建产品开发过程的具有预见性模型，以指导蠛改进过程管理决策。范纛顺 1 1 对产懿开发过程建模的定义是：在并行工程的指导下，产龋开发过程是多学科群体猩计 算机网络通信环境的支持下，在开发时间秘资源约束下，建囊产品全生命周期信息的开发 组织结构和开发任务的动态调控流程。过程分析、过程优化、过程仿真及过程执行都建立 在过程模型基础之上。 国内外研究脊对过程模型均做了大量研究。美瀚并行工糨研究中心c e r c 提出过程模 型应该撼述谁( w h o ) 在什么时候( w h e n ) 如何( h o w ) 来完成什么( w h a t ) ；k a r a n d i k a r 【2 1 用一公式形象地描述了过程建模的内容：p = w 5 h ，即：p r o c e s s = w h od o e sw h a t , * w h e n ， w h e r e , w h ya n dh o w ：s m i t h a 等从过程分析；l ；拜艇划的焦麦对过程数学模型进行了研 究，认为过程的迭代和重叠是过秘建模必须考虑的内容；c u r t i s 4 1 分析了过程娥模的需求， 认为过壤建模应该是多视图鲍，霰黎从功熊、资源、组织、纷为、信息等方霹进行接逐。 李冰等提出了以数据为驱动的过程模型f 5 】；彭毅等认为模型殿该包含信息、功能、组织、 资源和约束五方蕊f 6 l 。吴棒宝等认为集成声晶和开发过程由过程、活动、信怠、产品、资 源和人员组成阳。 2 浙江理工犬学硕士学位论文 根据需求和殿用背景不同，几十年来，研究者掇出了多种多样的方法和技术来进行过 程建蒺，餐大致笼努孚这撵强类：基于蚕形懿建模方法释基予矩蓐戆建穰方法。箕孛薪者 又包括：有向图法、c p m ( c r i t i c a lp a t hm e t h o d ) 和p e r t ( p r o g r a me v a l u a t i o na n dr e v i e w t e e l m o l o g y ) 方法、i d e f ( i n t e g r a t i o nd e f i n i t i o n ) 系强方法鹣锁、p e t d 溺及箕扩震方法【精 1 ”等。厢者包括d s m ( d e s i g ns t r u c t u r em e t h o d ) 方法【1 2 1 。 霄离图是逶j 霪秘络盈来表达任务闻鹣惫君颓彦关系l | 3 1 ，麸蔼接述产晶舞发过程懿方法。 它由表达任务的带点集和连接任务的有向弧集组成。节点定义产品开发过程中的各项任 务，描述任务名称、嚣瘸瓷源等各静信意；有彝孤簧l 反疰 壬务之闯静先磊关系及信意钕赖 关系。柯向图描述产品开发过程模裂具有形象直观、简单易1 蘸的优点。但是有向图难以描 述过程迭伐，蔼产晶并发避程是嵩发迭代熬过程，溺忿对弯囱图静产赫开发邋程建模串的 研究较少。 p e r t 和c p m 都是薹予任务潮络圈静逑模方法。二者使掰有商圈袭达任务豹先螽关系， 通过对关键路径上的任务进行时间成本均衡分析来尽可能地对关键任务增加资源投入， 毅缩短美键饪务豹完成辩阍来热快项磊鹃完成l 埔。c p m 和p e r t 眈露向囤多了对闯信患， 但同样它只适合于静态系统的分析，不适会于存在迭代任务、反馈和并发的过程分柝。 e l m a g h r a b y 对c p m p e r t 进行了深入豹综述圈。 i d e f 方法族 i s 】是由结构化分析和设计技术( s a d t t l 7 1 ) 发展而来用于支持c i m 和并行 工程静遗翟建模方法，箕审i d e f 0 、i d e f 3 、i d e f l x 被用予辩过程的分析和潋进。i d e f 0 着重于功能建模，即做什么。它支持自项向下的分析，有效地控制系统的复杂性艇i 是i d e f 0 会产生大量韵数据，不利予系统并发者翻翊和理解，特掰是溺系统需求不确定时就会导致 系统结构的不稳定性【1 s l 。同时，i d e f o 不能描述系统的动态行为。i d e f 3 的核心是描述系 统过程，鄹怎么散。它通过过程描述圈和辩象状态转移网络，再如上一些规格说明表擒述 系统。i d e f 3 缺乏功能分解信息、组织信息，需要_ 和其它方法结合使用1 1 9 1 。i d e f l x 一般 不作为独立的建模方法，哭是 笮为一种辅鼢技术焉袋定义系统的信息模型。 i d e f 方法是一种结构化的方法，在产品开发过程中，使用该方法可以清晰熄描述产品 开发过程中的每个设计活动，描述活动之阎的关系，并可路受现层次化的分粥。但是i d e f 方法只是对产晶开发过程的一个静态描述，对产品开发过稳所关心的对间闯题也常常忽 略。k u s i a k 等i 2 0 l 以及z a k a f i a n 等【2 1 】使用i d e f 建模方法对机械制造过程实施了过程再造。 t l a g 等( 2 2 l 采用了i d e f 系剐方法对制造企业进行了一个全面系统的建模。s h i n 和k e m f 2 3 1 3 浙江理工大学硕士学位论文 使用i d e f 0 模型构造了一个企业联盟( i n t e r - e n t e r p r i s e ) 电子商务模型。j a n g 2 4 等使用i d e f 方法对制造企业的商业过程进行了流程再造。k i m a l 2 5 】等考虑到i d e f 方法和统一建模语言 方法( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，u m l ) 的相似性，将这两种方法集成在一起对企业过程进 行建模。由于i d e f 方法缺乏动态分析能力，因而i d e f 方法一般与其它方法相结合，如 i d e f 和d s m 结合的方法 硎，i d e f 和p e t r i 网集成的方法【2 7 ，碉。 p e t r i 网是一种被广泛用来进行过程建模和分析的方法。p e t r i 网模型对过程任务的定义 非常严格，具有精确的语义和严格的数学基础，可以检验模型的正确性。同时p e t r i 网方法 支持定量分析和层次化分解。p e t d 网在工程领域的应用包括研究机械制造过程建模【2 9 ，3 0 , 3 1 , 3 2 。a a l s t 等人将p e t r i 网方法引入到工作流过程建模中【3 3 3 4 1 ，并对工作流网的性质 3 5 ，3 6 ，3 7 以及工作流网的应用【3 8 3 9 , 加】进行了深入地研究。虽然产品开发过程模型和商业工作流模型 有很大的区别，但是产品开发过程建模也可以借鉴相对成熟的工作流技术中的一些方法。 其中采用p e t r i 网方法是研究工作流技术的一种重要方法，s a l i m i f a r d 【4 1 】对其进行了很好的 综述。p e t r i 网缺乏有效的时间分析工具【4 2 1 。同时，p e t r i 网模型缺少现代产品开发系统所要 求的模块化、可重用等特性【4 3 1 。j e n s e n “，4 5 , 艏1 对有色p e t r i 网进行了深入研究，对有色p e 硒 的定义、分析技术系统化，并对p e t r i 网的应用进行了总结。 z h a o 4 7 j 用有色p e t r i 网对协同设计过程模型进行了研究。l i u 4 8 l 采用基于有色p e t r i 网的 工作流方法对产品的评审等工作流模型进行了研究。蒋国银等1 4 9 ，5 0 】在基本的有色p e t r i 网 系统定义的基础上，引入面向对象技术和时间映射机制，提出了一种基于高级对象p e t r i 网的建模方法。祖旭【5 l 提出了一系列基于p e t r i 网理论的产品开发过程建模方法。 为了对产品开发过程中的复杂任务关系( 耦合、迭代、并行等) 进行分析和描述，一 些研究者提出了设计结构矩阵( d e s i g ns t r u c t u r em a t r i x ，d s m ) 【矧。d s m 以矩阵形式表达了 复杂过程中任务信息之间的关系。d s m 中除对角线外的非零元素表示了任务间的联系。众 多研究者从不同角度研究d s m ，d s m 的范围进一步拓展，形成了四种d s m s s i ：基于团队 的d s m 、基于任务的d s m 、基于参数的d s m 和基于产品结构的d s m 。其中，基于任务 的d s m 是使用最广泛的形式，它专门用于解决任务之间的迭代、耦合等关系。 近年来，由e p p i n g e r 等提出了数字设计结构矩阵( n u m e r i cd s m ，n d s m ) 酬，即用【0 ， 1 区间的实数替代d s m 中的布尔变量来定量描述任务信息之间依赖关系的强弱，而不是 仅仅表示任务间联系的存在与否。s m i t h 等又将n d s m 分为两个矩阵，一个对角矩阵，对 角线的数字表示每个任务所需要的完成时间，另一个为n d s m ，这两个矩阵构成任务转移 4 浙江理工太学硕士学位论文 矩阵( w o r kt r a n s i t i o nm a t r i x ，w t m ) 5 5 1 ，通过对w t m 的分析，可以进一步研究设计迭代 与任务完成辩阕等静内奁关系，敬及设诗过程酌效率问题，眈如为了加快开发时间，对于 弱鹚会任务霹l 美缎耀：必了提蹇产品质量，可以期强任务之瓣瓣糕会关系。毽楚e p p i n g e r 等并没有提出如何根据稚尔d s m 来构造n d s m ，而只是根攒主观经验来确定n d s m 的元 素。 黧淘学释对d s m 迸学了大豢豹磷究帮敷丽。张东民箨壤零j 糯d s m 对产箍开发过程串活动 关系遴行了袭达，势给出了耦台活动袋的代数方法识别。徐路宁1 5 7 s s 用设诗结稳矩阵( d s m ) 量化表达复杂产品的设计流程，并通过d s m 的分析与重构进行复杂产品的协同设计规划。 郭峰提出蒺予设计结构矩阵族( i ) s m f ) 的过程建模方法。溺国奇嘲在d s m 基础之上设计 了一令多参数字结构矩簿实瑰瓣该遵程豹优纯管理。锋东锋瓣1 激搂赣集疆论碧基穑，结合 d s m 给出了一神建立并行设计过程模糊设计结构矩阵的方法。 尽管很多研究餐对产品开发过程进行了一系列的研究，并应用予实际的产品开过稔中。 但是，产品歼发过程是一个复杂的动态多变的过程，准确全丽地描述产品开发进程并进行 性能分辑还嚣箨遴一步深入研究。 另外，实现产品开发过程计算机自动化或半自动化执行，需要产晶开发过稷建模系统 的支持。目前成熟的过程管理软件主臻是工作流建模系统。尽管现有工作流建模系统众多， 僵主要支持过程蔑鬟| j 沈较固定豹过程模垄，缺少必要韵梁性，不支持过程模型韵反复修改； 阉鞋聪产品秀发过程中大量的迭代过程躲豹支持毖不完善。鼹此，支持其毒大爨迭饯特色 的产懿开发j 建程建模系统有待谶一步开发。 1 4 论文研究内容 本论文备章的具体内容如下； 第一章获谋题来源及研究意义密发，分祈了巍蓊国内外产品开发过程研究现状，最后 指出7 本论文的磷究内雾。 第二章从产品开发过程模型需求分析出发，对设计结构矩阵和糟色工作流网相结会的 产品开发过程建模方法进行了分析，并运用该方法对电梯开发过程进行了建模。电梯在人 餐豹受活串藏角越来趣蓄邃，遮及全球的客户及供应裔瓣电撵设计豹参与程度越来越舞， 电梯开发过程日趋复杂，因此蠢必要在电梯开发翦对电梯开发过程避孬仔缨规划和优化。 首先利用设计结构矩阵的优势对电梯开发过程中的活动信息依赖情况进行分析和过程优 5 濒汪理王大学颈圭学垃论文 纯鬟缝，然压裁簿着色王俸滚瓣戆谯势捶述鼓搽开发建程。 第三章利用p e t r i 扩展网分析方法对建立的过程模瓤进行了分析，并对：过程实例运行进 行了模拟。电梯开发过程中，文件审批予过程舆有大畿的迭代。利阁第二章的建模方法对 文佟审批子过程遴 亍建模，然后零l 用p e t r i 扩晟网中盼数学方法慰鼹建立熬模型进弦分辑， 随艏利用基于着色p e t r i 网开发的c p nt o o l s 工具对文件审批过程的实例进行了模拟。 第强章提密了产磊开发遗程建模系统整俸体系结稿囤，然后对产品开发过程建模子系 统谶行了设计与实现。利用j 2 e e 对产鼎开发过程建模系统遴行了整体设计，提出了产品 开发过程建模系统整体体系结构图。产黼开发过程建模系统体系结构分为三层：表示层、 选务层和数据痒震。由予隧润秘穗力熬羧键，援怼产熬舞发j 鏊程建模子系绞送行了详缨懿 设计，并对电梯开发过程进行了建模，定义了备种相关属性，然后对过程的正确性进行了 验诞。最詹将模鍪 保存为) 口d l 文件。 第五耄对全文作了总结，势瓣将来的工作终了展望。 1 5 本章小结 本章首先介绍了课题的来源，并指出了研究意义，然后对产品开发过稷建模方法及执 行技术进行了综述。最鑫，绘出了本文瓣硬究悫容。 6 浙江理工大掌硕士学位论文 第二章产品开发过程模型及其构建 【本章摘要】本章扶产品开发过程模黧需求分析如发，提出了综合逡用设计络构矩阵稀帮包工作流两 进行产品开发过程建模的方法，并运用该方法对电梯开发过程进行了建模。 2 1 引蠢 产晶开发过獠建模是产品开发过程分析、模拟、执行和管理的基础，是产龋开发过程 中的首要研究问题。现代产晶变褥鼹益复杂，秀发难度越来越离。产晶的开发往往涉及多 个学科，要求地域上分散的众多设计人员协同设计。在此背豢下，有必要在产品开发前对 产品舜发过程进褥建模分糖，及早蟪发现产品开发过程中可能存在的闻题，科学会理地分 配企业资源，提商产品开发过程的效率。 本文黠产品舞发过程的特点及对产品舞发过程建模方法的要求进褥了详细的分撰，同 时在分析了现有的各种过程建模方法的基础上，提出了综合运用设计结构矩阵和着色工作 滤网进行产品开发过程建横的方法，对电梯舞发过程避行了建模，进鞭优化开发过程。 2 2 产蹋开发过程模型需求分析 产赫开发过稷包括与产瑟舞发裔关懿掰蠢技术潦渤襄警矮活动，代表了特定组织滋行 产品开发的行为，是一个将工程技术方法以及工具、人员集成并付诸产品开发实践的潜动 戆集合。模鍪是入粕秀了研究蠢髂决客蕊畿赛孛存巍的麓蘧褥对客鬣瑗实经过瓣维撞象惹 用文字、图形、符号、关瑟式及实体模样描述所认识的客观对象的一种简化表乐。简而畜 之，模登载是一瓣撞象。产品开发建程模黧是j l 雩产菇开发过程豹弦象，是产鑫汗发过穆中 所有活动以及活动之间的逻辑关系的集合，同时集成了产品开发过程中的所有相关资源。 篱荸来漭，产品开发过程建模裁是定义产菇汗发过稳串戆活渤瑷及活动之闻豹逻辑关系来 描述设计业务过程或工作流程。产品开发过程建模的严格定义在绪论中已有表达。 协丽产品商务环凌下，产品开发是一个镪含大量活动、臻患、入受帮资源静复杂| j 霪程。 在该过程中，信息的获取和过程的篱理是两个关键的因素。信息的获取关系着产品开发过 程能否蔽翱避彳亍；过程静瓣理关系麓企业豹市场竞争力。在产品开发遗程孛，活动与活动 之间是相互关联的，一些活动需要多个相关活动的准备和支持，而活动的信息又是分散的 和动态交亿豹，滔动豹执行者通常并不氯道活动豹信息将影桶到哪些箕它的滔动。如搿证 产品开发人员和管理人员迅速和准确无误地取得活动的动态信息，是产品开发过程中待解 7 浙糕理工犬学硕士学位论文 决的问题。 产品开发豹勇一个闯遂是在计算机网络环境下，如何支持过程中诸活动静楣互合作以 及如劈譬理羚发过程。由 ：产熬舞发系统是一令态度嚣线性、裹度复杂和庞大熬系绞，局 部的不协调可能引发全局的混乱甚至系统数体性能的下降，使t q c s e k 围标( t ：时间， q ；质艇，c ：成本，s ：服务，e ：环境，k ：知识) 难以实现。因此必须酋先建立其管理、 控餐稹登，依据模整进行辩学管理与优纯控裁。换言之，要绦证这样一个系统整体运行成 功和整体性提裹，必须建立个可操作、霹控制系统或过程( 警理与按期) 模型，使之 成为个能够实现幼态监控和动态性能分析的系统。 为了能够利用产品开发过程模型对产品开发过程进行有效管理和控制，理想的产品开 发_ 蓬矮模型寝考虑黻下蠹容： a ) 充分表达产品开发过程中的迭代过程：与一般的业务过穰不同，由予产品势发的特殊 性，在产品开发过程中存在大量的迭代过程，如设计迭代和设计评审迭代。 b ) 支持层次结构；实现子过程的模块化，方便予过程的调用，实现子过程重用。合理组 合予过憨，霞霹以建立复杂豹过稷模登。 c ) 充分表达产品开发过程的静态特憔：定义产品开发过程中所有活动的组成以及活动之 间的逻辑关系，定义与活动相关的各种资源，包括人力资源、设备资源和软件资源等。 国充分表逡产品辩发过程豹动态特往：邋_ 过模拟和仿真我磁模型中存在的瓶颈，科学分 配嚣秘资源，支持对模型邀纷定健积定量黪分辑。 e ) 遵循工作流规辩：产鼎开发过程遽模的晟终目的是在计算机的支持下自动或半自动执 行产品开发过稷，提高产晶开发效率和质量。因此模型必须能够保存为遵 ) 舀工作流规 蔻豹x p d l 文棒，为程用产品开发过程建模系统执行产晶开发_ j 蓬程摸蓬作穗备。 通过对声晶开发过程建模，应实现以下基本爨标： a ) 加强对设计过稷的理解和团队协作：通过对过程的抽象、建模、模拟，不仅可以加深 对过程的静态属性的理解，同时凝可以加深对产品开发过程的动态特性的理解。熬个 嚣发困驮共享一个产菇开笈进程模鍪，筵享避程信惫，信息静一致瞧每及辩往为溺酞 的熬同协作提供了保障。开发人员通过：j 筵程模挺可以更好地了解到与他人黪王作关系， 可以制定更准确的工作计划。 b ) 支持过程分析和改进：提供对过程进彳亍分析的工具，通道对过程的分析可以对过稷进 行霹持续改进。 s 浙江瑷工大学硕士学能论文 囝寅持对过程瓣整控窥管疆：过程运褥对，可敬瓣掰震资澈豹嚣溺谤激邈行釜控籁管理， 找出运行瓶颈，为过程的进一步改进提供资料。 疆趁，要建立满足上述要求的过稷模型，产菇开发过程建模方法必须满足默下足点要 求 曲建模方法具有直观的图形表达形式，用图形表达的模型堂观易懂。 秘建模方法努绥髓够表达产品秀发遗程孛豹大豢迭筏帮爱复过程，戳及征务闯静籀互关 系。 妨建模方法必须允许过程模型的层次化分解，实现过程模溅模块讫，傻之可重篇、曩维 护。 m 建模方法必须提供严密的数学分析方法以及计肄机化的分析工具，在模型建立之后能 够送行分辑秘蕊妻。 e ) 麓模方法必须能描述模型的静态和动态特性，能模拟动态情形，找出模型运行的性能 瓶颈。 0 建模方法必须能集成产品开发过獠中的相关资源等各种信息。 g ) 建模方法必须具有足够的柔性，随时能修改业务规则，衙无须重新创建过程模毅。 玛建模方法必缀支持产菇嚣发蓬程建模系统豹突缝。 纵观已有的建模方法，均不能全筒准确地描述产品开发过程的静态和动态特性，也不 能有效地对所建立的产品舞发过程模型避行性能分析，因此露必要进一步研究产品开发过 程建模方法，傻之具有表遮能力强、支持模型验诞和模型仿真等特点。翮时有必要湃发设 计产品开发过程建模系统，使其支持产品开发过程自动或半自动执行。 2 3 产品嚣爱避穗建模方法 第一章对产品开发过程建模方法进行了综述，从研究情况来看，各种产品开发过程建 攘方法均存在一魑不足。鞠慰来说，d s m 弱p e t r i 扩展网嚣耪方法毙较逑会复杂产赫秀发 过程建模。 d s m 提供了紧凑和清晰的表示方法来捕捉系统内元素之间的关系。它可以通过执行程 关豹矩簿搡维采优毒 二设诗避程，可酸捺述和分聿厅潘动迭我。然丽d s m 仍有不是，京仅表 示任务间的约束必系，而没有表示具体需要什么信息。同时，d s m 方法不能对产品开发过 程进行匿形亿撰述。 浙江理工丈攀硕士学位论文 p , t r i 扩展网方法用图形法表示产品开发过程，形象而直观，简单易懂。p c t r i 扩展网方 法可以表述产品拜发过程模型豹层次毪，锼褥过程模型更煎法，离时w 班表这笈杂静产涵 歼发过程。进一步，利用时间扩展p e t r l 扩展网可以袭示任务执行所需时间，通过将任务执 行豹对闫模糍纯，可班表达任务撬行时闻豹不确定瞧秘模糊技，馒得横嫠更符合实际。p c t r i 扩展网方法可以对所建模型进行各种分析，为模型正确性分析提供坚实基础。但是在建模 之兹，魏琏扩展簿方法靛乏对各种轻务之瓣信患静约束分据。 本文综合运用d s m 和着色工作流网方法，对产鼎开发过程进行建模。在利用层次着色 工 # 流鹅方法对产品开发_ 过程建模之翦，先利用d s m 方法黠各种任务进行分耩，裉摇分 析结果对过程进彳予优化重组。然后刺用层次着色工作流网方 击对产品开发过程进行图形化 描述，建立产品歼发过程谣次纯模登。模墅建立爱，胃瑷番j 粥层次着毪工作流弼各种分析 方法对模型进行性能分析及过程实例模拟。 2 3 。1 设计结梅瓶阵 设计结构矩阵( d s m ) i s 2 , 6 3 】方法是分析复杂系统任务闻毂赖性的肖鼹工具。设菜产鼯 开发过程由n 个设计活动组成，将备个活动问的关系映射为矩阵形式，则构成一个n 阶方 阵，稚为基于活动的设计绦构矩阵。矩阵元索a 矗= 1 表示活动a i 向活动8 i 提供傧息输入。 a i j = 0 ( i j ) 表示活动q 和活动a i 相互独立。规定对角线元素为活动率身。表2 1 表达了 三类任务依赖关系：顺序关系( 独立关系) 、平行关系 并行关系) 翔耦合关系( 相互依 赖关系) 。 寰2 1 设计结橡矩阵 产品开发活动的有自图表示粤设计结构矩阵表暴均是产晶牙发道程系统的犀橡表示 即】。因此可以根据邻接矩阵将设计过_ 程中的祸合活动集识别问题转化为求图的强连通分支 浙江理工大学硕士学位论文 问题。耦合活动集的识别方法有多种不同的算法，如矩阵求幂法、对模糊设计结构矩阵求 截集【吲，深度优先和回溯方法阁，路径搜索法等【6 7 ，鲫。 设g = 是有向图，其中v = v 1 ，v 2 ，v n ) ，a 为其邻接矩阵，定义n 阶方阵r = ( 瑚) 。n ，其中： 坼e u 詈手类霎耋二苎冀嚣耋蓦量璧 i , j ：，2 ，。，n 0 ”一1 ，u 到v ，不存在一条非零长度的通路 - “”。 称矩阵r 为图g 的可达性矩阵。 强连通子集识别算法1 5 6 1 。设r = ( r i j ) 。是有向图g 的可达性矩阵，r t 是r 的转置矩 阵，定义矩阵运算的r0 r t 为： r0r t 2 i2 r 2 1 r 1k o 1 嘞 2 nr 2 , r n l k 蠢k + r 2 1 r 2 1 + 2谚r 知。，：1 2 r n 。kk k t 公式2 一( 1 ) 若从节点v 。到v j 是可达的，则有r j ，= 1 ；若从节点v j 到v l 是可达的，则有r ：i j = 1 。因此， 当且仅当r i l - r i i _ 1 时，节点v 。和v j 是相互可达的。若矩阵ror t 的第i 行的非零元素在 第j l ，j 2 ，j 3 ，j k 列，则节点v i ，v j l ，v j 2 ，v j k 在同一强连通分支中，s 日 v i ，v p ，v j 2 , ，v j k ) 导 出的子图是g 的一个强连通分支。 d s m 分析的主要目的是最小化信息反馈及信息反馈的影响面。在对产品开发过程进行 d s m 分析时，首先尽可能将d s m 转化为下三角矩阵，然后识别耦合活动集。对耦合活动 集进行解耦的方法主要有： a ) 活动聚集：根据产品开发过程以及每个企业的具体特点，对耦合程度高的活动进行聚 集，将两个活动或多个活动聚集为单个活动，从而消除活动之间的耦合关系。 b ) 活动分解：将耦合活动分解为较低级的子活动，通过过程重组消除活动之间的耦合关 系。 c ) 活动撕裂：对耦合活动集中不能进行聚集和分解的耦合活动进行撕裂，从而弱化活动 之间耦合程度。张东民闭根据a y a s s i n e l 6 9 】提出的信息关联度，给出了相应的撕裂算法。 新江理工大学硕士学位论文 2 3 2 麓色王作流网 着色工佟滚网 7 0 , 2 7 , 3 3 堤綦予着色p e t r i 嬲筹馐凝工弦滚嬲戆攫念发爨嚣成。在着色p c t r i 网的基础上绘出黄色工作流网。 一个着色p e t r i 网可以表示成九元组形式，即c p n = ( ，p ，t ，a ，c ，g ，e ，i ) 。 其中： a ) 怒菲空类型的有限集合，也称为颜色集合( c o l o u rs e t s ) 。 砩p 楚库所( p l a c e s ) 的有限集合。 痨t 是交透( t r a n s i t i o n s ) 熬骞藩集合。 a 是锈弧( a r c s ) 的有限嶷舍。且：p a t = p n a = t a a = g 曲n 愚节点( n o d e ) 黼数。n ：a - * ( pxt ) u ( txp ) 。 0c 愚颜色( c 0 1 0 a r ) 函数。c ：p 一。 g ) g 怒守卫( g u a r d ) 飚数。g ：t 一表达式( c x r c s s i o n s ) ，