（机械工程专业论文）广义资源约束下的网络化协同设计多项目管理方法与应用研究.pdf

中文摘要 摘要 在当今国内离散制造行业由成本优势向技术优势、品牌优势转型的过程中， 如何快速提升零部件产业的自主开发能力，与整机厂形成同步开发能力，是提高 供应链协同新产品开发效率的必由之路。针对供应链上整机厂和供应商企业间的 网络化协同设计对多项目管理共性需求，通过对大量企业新产品开发活动的实际 调研与需求分析，作者提出了广义资源约束下的网络化协同设计多项目管理理论 与应用研究课题，展开了广义设计资源约束下的网络化协同设计多项目管理理论 和应用研究工作，在此基础上形成本博士论文，论文主要内容体现在以下几方面t 建立了广义资源约束下的网络化协同设计资源管理模型。归纳总结了制造 业供应链集群模式下的广义设计资源形成特征和类型，定义了广义设计资源和设 计资源池，创新性地提出了设计资源颗粒的概念，完成了广义设计资源池的构建、 设计资源颗粒的特征属性定义及操作定义，提出了广义设计资源需求管理模型， 为多项目计划任务与广义设计资源匹配和动态再匹配奠定了基础。 提出了一种基于关联约束和语义w e b 的协同设计任务动态管理模型。归纳 总结了供应链集群下的网络化协同设计模式及特征，建立了网络化协同设计任务 分类、关联约束机制及任务动态管理模型；提出了基于语义w e b 的协同设计任务 信息描述模型，让网络化协同设计中的主机企业、供应商以及计算机都能共同理 解和识别。构建了协同设计任务本体，定义了任务内容、任务关联、信息流以及 协同计划特征属性的语义元数据描述模型，为网络化协同设计多项目任务管理、 知识管理的实现奠定了基础。 提出了网络化协同设计多项目任务资源匹配模型、方法和关键技术。主要 包括多项目协同计划编制与资源“颗粒约束匹配模型、多项目协同计划执行状 态监控、计划与资源变更的动态再匹配方法和关键技术。提出了在有前置计划、 无前置计划、优先级计划和紧急插单计划状态下，计划与资源“颗粒间的需求 拉动型和资源驱动型约束匹配算法与算例；多项目协同计划执行过程启动、冻结、 恢复、延迟、结束等多状态属性的实时管控实现算法与算例；计划与资源变更、 意外失衡时的动态再匹配算法与算例。 网络化协同设计平台软件开发与应用。在多项目管理理论和关键技术研究 基础上，作为主研人员，作者采用u m l 建模方法、s o a 、j 2 e e 技术架构等，建 立了“网络化协同设计平台软件”业务模型和n 层技术架构，参与了网络化协 同设计平台软件v 2 5 的开发与测试，并将该平台软件成功应用于中国嘉陵工业 股份有限公司( 集团) 、重庆建设摩托车股份有限公司和重庆力帆乘用车股份有限 重庆大学博士学位论文 公司与上百家供应商合作的1 0 款新车协同设计多项目管理中，有效解决了有分布 式供应商参与的多项目协同计划编制、计划与资源匹配、多项目计划执行过程实 时监控、计划与资源发生冲突时的动态再匹配等多项目协同管理应用工程问题， 取得显著效果。 关键词：广义资源约束，网络化协同设计，多项目协同管理，语义w e b u 英文摘要 a b s t r a c t i nt h ed i s c r e t e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y t r a n s f o r m a t i o n p r o g r e s s f r o mc o s t a d v a n t a g e st ot e c h n i c a la d v a n t a g e sn o w a d a y s ，i ti se s s e n t i a lt oe n h a n c et h ec a p a b i l i t yo f i n d e p e n d e n td e v e l o p m e n to fc o m p o n e n t sa n dp a r t si n d u s t r yr a p i d l y , a n db u i l dt h e c a p a b i l i t yo fs y n c h r o n i z e dd e v e l o p m e n t 、i 廿lt h em a c h i n ef a c t o r y , i no r d e rt oi m p r o v e t h ei n d u s t r i a lc h a i nc o o p e r a t e d 谢t 1 1n e wp r o d u c td e v e l o p m e n te f f i c i e n c y c o n c e r n i n g t h ec o m m o nr e q u i r e m e n t so fm u l t i p r o j e c tm a n a g e m e n to fn e t w o r kc o l l a b o r a t i v ed e s i g n b e t w e e nm a i n f r a m ef a c t o r i e sa n ds u p p l i e r si nt h ei n d u s t r i a lc h a i n ，t h ea u t h o rp r o p o s e s t h e t h e s i so fm u l t i - p r o j e c tm a n a g e m e n tt h e o r yi nn e t w o r kc o l l a b o r a t i v ed e s i g na n d a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 谢mg e n e r a l i z e d r e s o u r c ec o n s t r a i n t ，b y s u r v e ya n dd e m a n d a n a l y s i so fl a r g en u m b e r o fn e w p r o d u c td e v e l o p m e n t si nc o m p a n i e s an e t w o r kr e s o u r c em a n a g e m e n tm o d e lu n d e rg e n e r a l i z e dr e s o u r c ec o n s t r a i n t s f o rc o l l a b o r a t i v ed e s i g ni se s t a b l i s h e d g e n e r a l i z e dd e s i g nr e s o u r c e sf o r m a t i o nf e a t u r e s a n dt y p eu n d e rm a n u f a c t u r i n gs u p p l yc h a i nc l u s t e rm o d e li ss u m m a r i z e d ，g e n e r a l i z e d d e s i g nr e s o u r c e sa n dd e s i g nr e s o u r c e sp o o li sd e f i n e d ，t h ec o n c e p to fp a r t i c l e so f r e s o u r c e sh a sb e e np u tf o r w a r di n n o v a t i v e ，t h ec o n s t r u c t i o no fg e n e r a l i z e de n g i n e e r i n g r e s o u r c e sp o o la n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd e s i g nr e s o u r c ep a r t i c l e sa n do p e r a t i o n a l d e f i n i t i o ni sf i n i s h e d t h eg e n e r a l i z e dd e s i g nr e s o u r c ed e m a n dm a n a g e m e n tm o d e lf o r m u l t i - t a s kp r o j e c tp l a na n dd e s i g nr e s o u r c e si s p r o p o s e dt om a t c ht h eb r o a da n d d y n a m i cr e - m a t c hb a s i s ac o n s t r a i n t b a s e da s s o c i a t i o na n dt h es e m a n t i cw e b sd y n a m i cm a n a g e m e n t m o d e lf o rc o l l a b o r a t i v ed e s i g nt a s ki sp r o p o s e d t h en 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 p a t t e r n sa n dc h a r a c t e r i s t i c su n d e rs u p p l yc h a i nc l u s t e ri ss u m m a r i z e d ，an e t w o r k - b a s e d c l a s s i f i c a t i o no fc o l l a b o r a t i v ed e s i g nt a s k t h et a s ka s s o c i a t e d 、析t ht h ed y n a m i cb i n d i n g m e c h a n i s ma n dm a n a g e m e n tm o d e li se s t a b l i s h e d s e m a n t i cw e b - b a s e dc o l l a b o r a t i v e d e s i g nt a s kd e s c r i p t i o nm o d e lf o rn e t w o r kc o d e s i g no ft h eh o s tc o m p a n i e s ，s u p p l i e r s a n d c o m p u t e r c a l lb eac o m m o n t m d e r s t a n d i n g a n d r e c o g n i t i o n i s p r o p o s e d c o l l a b o r a t i v ed e s i g nt a s ko n t o l o g yd e f i n e st h et a s kc o n t e n t ，t a s kr e l e v a n c e ，i n f o r m a t i o n f l o wa n dc o l l a b o r a t i v ep l a n n i n gf e a t u r ea t t r i b u t e sd e s c r i b et h es e m a n t i cm e t a d a t am o d e l f o rt h en e t w o r kc o d e s i g nm u l t i p r o j e c tt a s km a n a g e m e n t ，a n dk n o w l e d g em a n a g e m e n t i sb u i l tt oa c h i e v et h ef o u n d a t i o n t h ea u t h o rp r o p o s e sm o d e l s ，m e t h o d sa n dk e yt e c h n o l o g yo fm u l t i p r o j e c t i i i 重庆大学博士学位论文 t a s k r e s o u r c e m a t c h i n gi n n e t w o r kc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，w h i c ha r ec o n s i s t e do f m u l t i p r o j e c tc o o p e r a t e dp l a nf o r m a t i o na n dr e s o u r c e p a r t i c l e c o n s t r a i n tm a t c h i n g m o d e l ，m u l t i - p r o j e c tc o o p e r a t e dp l a ne x e c u t i o n s t a t u s m o n i t o r i n g ，a n dd y n a m i c r e m a t c h i n gm e t h o da n dk e yt e c h n o l o g y o fp l a na n dr e s o u r c ec h a n g e c o n s t r a i n t m a t c h i n ga l g o r i t h ma n de x a m p l e so fd e m a n d p u l lt y p ea n dr e s o u r c ed e r i v e dt y p e b e t w e e nt h ep l a na n dr e s o u r c e p a r t i c l e h a sb e e nc r e a t e d ，i nt h ec i r c u m s t a n c e so f p r e - p l a ni n c l u d e d ，p r e - p l a ne x c l u d e d ，p r i o rp l a na n de m e r g e n to r d e ri n s e r ts t a t u s ； a l g o r i t h ma n de x a m p l e so f r e a l t i m em a n a g e m e n ta n dc o n t r o lr e a l i z a t i o n , w h i c hf o c u s e s o nl a u n c h i n g ，f r e e z i n g ，r e c o v e r i n g ，d e l a ya n dc o m p l e t i o ni nm u l t i p r o j e c tc o o p e r a t e d p l a ne x e c u t i o np r o c e s s e s ；d y n a m i cr e - m a t c h i n ga l g o r i t h ma n de x a m p l e sd u r i n gp l a na n d r e s o u r c ec h a n g eo ru n e x p e c t e du n b a l a n c e s o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fn e t w o r kc o l l a b o r a t i v ed e s i g n p l a t f o r m o nt h eb a s i so fm u l t i - p r o j e c tm a n a g e m e n tt h e o r ya n dk e yt e c h n o l o g yr e s e a r c h ， t h ea u t h o r , b e i n gt h ec o r er e s e a r c h e r , u s e st h eu m l m o d e l i n gm e t h o d ，s o a ，j 2 e e t e c h n i c a li n f r a s t r u c t u r ea n do t h e rm e t h o d st ob u i l dt h eb u s i n e s sm o d e lo f n e t w o r k c o l l a b o r a t i v ed e s i g np l a t f o r ms o f t w a r e a n dn - l e v e lt e c h n i c a li n f r a s t r u c t u r e t h ea u t h o r h a sa l s op a r t i c i p a t e di nt h ed e s i g na n dt e s t i n go f n e t w o r kc o l l a b o r a t i v ed e s i g np l a t f o r m s o f t w a r e v 2 5e d i t i o n ，w h i c hw a sa p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nt h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g n p r o j e c tm a n a g e m e n to f10n e wc a r si nc h i n aj i a l i n gi n d u s t r i a lc o ，l t d ( g r o u p ) ， c h o n g q i n gj i a n s h em o t o r c y c l ec o ，l t d ，c h o n g q i n gl i f a np c vc o ，l t dc o o p e r a t e d 、加t l lo t h e rh u n d r e d so fs u p p l i e r s a n di ts o l v e sa p p l i c a t i o ne n g i n e e r i n gp r o b l e m si n m u l t i - p r o j e c tc o o p e r a t e dm a n a g e m e n ti n c l u d i n gm u l t i - - p r o j e c tc o o p e r a t e dp l a n f o r m a t i o n ，p l a na n dr e s o u r c em a t c h i n g ，m u l t i p r o j e c tc o o p e r a t e dp l a ne x e c u t i o ns t a t u s m o n i t o r i n g ，a n dc o n f l i c t i o no fp l a na n dr e s o u r c e s 晰md i s t r i b u t e ds u p p l i e r sp a r t i c i p a t e d ， a n df i n a l l yo b t a i n sr e m a r k a b l ea c h i e v e m e n t s k e y w o r d ：g e n e r a l i z e dr e s o u r c ec o n s t r a i n t ，n e t w o r kc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ， m u l t i p r o j e c tm a n a g e m e n t ，s e m a n t i cw e b i v 1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 2 1 世纪的制造业正面临着越来越激烈的全球化市场竞争，新经济和网络信息 时代的浪潮正冲击着以产品为载体的企业生产经营活动。各种高新技术的迅猛发 展与推广应用，虽然增加了新产品开发的投入和风险，但同时高技术含量的产品 又给制造企业带来了丰厚的回报。当今的新产品更新换代更快，新产品研制周期 大幅度缩短，各种新的产品设计方法和开发技术应运而生，数字化设计与管理技 术在产品创新设计中的大量应用，推动了产品创新技术的迅速发展；并在设计方 法学、新产品开发流程优化与项目管理、网络化协同设计、敏捷制造、产品生命 周期管理、仿真试验与性能评估技术、逆向工程与快速原型制造等方面取得了重 大进展。 本文所指的新产品开发，对应于i s 0 9 0 0 0 ：2 0 0 0 对产品开发的定义瞎要 求转换为规定的特性和产品实现过程规范的一组过程1 1 , 2 j 。既包括产品设计过程， 即将产品的要求转换为设计要求，并确定实现设计要求的原理方案、结构方案、 参数及容差的过程；也包括工艺工装设计过程，即将产品规范、特性转换为过程 规范和特性及工装设计过程文件的过程。 离散制造业设计制造的产品一般由系统级部件、大部件、小部件及零件、原 辅材料组成，设计制造最终产品的企业称为主机厂( 或集成商) ，设计制造系统级 部件的企业称为第一层次供应商，设计制造大部件的企业称为第二层次供应商， 设计制造小部件及零件的供应商称为第三层次供应商，生产原辅材料的称为第四 层次供应商。主机厂主要复负责最终产品的总体设计、性能保证、各零部件技术 性能参数的提出与装配关系约束、总装工艺工装设计、最终产品的装配制造等； 第一层次供应商具有系统级部件自主设计开发能力，负责系统级部件的设计与制 造并向主机厂供货；第二层次供应商具有大部件的改型设计能力和完全制造能力， 向第一层次供应商供货；第三层次供应商一般只具备小部件及零件的工艺s e 装设 计与制造能力，向第二层次供应商供货，一些生产标准件、通用件的第三层次供 应商也直接向主机厂供货；第四层次侠应商生产的原辅材料向以上各层次供应商 及主机厂供货。离散产品和供应商间的层次结构如图1 1 所示。 离散制造企业复杂产品( 如汽车、摩托车、智能家电、电子产品、轻工产品 等) 的开发模式一般是：主机厂根据顾客订单或潜在市场需求，制定新产品开发 项目计划，主要包括：新产品的市场定位、产品总体功能性能配置、产品结构初 始配置、产品分解到下级零部件的性能参数、产品与零部件间的技术接口、产品 重庆人学博士学位论文 及零部件质量保证体系、产品及零部件开发与试制、试验各阶段时间进度节点计 划、产品及零部件设计开发资源匹配( 包括供应商资源) 、技术来源与知识产权事 务、产品预计上市时间与定价、销售与售后服务网络布点等内容。主机厂的新产 品开发项目计划编制并获得企业决策层的批准后，便，f = 始将计划任务分解和指派 给主机厂内部开发部门和参与开发的供应商，主机j 与供应商共同组成一个新产 品开发项目团队，围绕项目计划中定义的各自任务、技术要求和时间进度节点， 展开设计开发活动。 图1 1 离散产品及供应商的层次结构 f i 9 1 1t h eh i e r a r c h yo fp r o d u c t i o na n ds u p p l i e r 在新产品开发中，一方面，为适应市场的多样性需求，主机厂会同时开发多 个功能相近、但又有差异的新产品，以满足同一市场的不同客户个性化需求，这 就构成了一家主机厂与供应商会面临多个新产品开发项目同步开展的局面。而主 机厂和供应商组成的新产品设计资源总是有限的，主机厂和供应商要同时满足多 个新产品的同步开发，就必然存在多个新产品开发项目对有限设计资源的竞争。 另一方面，由于新产品开发过程是一个复杂的多目标优化与工程问题求解过程， 不可避免地存在市场需求变化、新技术障碍、主机厂和供应商设计资源不足、多 项目协同开发对有限资源的竞争等矛盾，迫使项目负责人要及时掌握项目计划编 制、执行过程中的各种状态，及时发现异常状态，及时进行项目计划与资源间的 2 1 绪论 动态匹配、及时解决，才能保证多个新产品开发项目的协同完成。 随着客户对产品的多样性要求越来越高，市场竞争越来越激烈，企业的开发 压力越来越大，新产品开发项目越来越复杂，受有限设计资源约束，新产品开发 多项目协同管理越来越困难。据调查，约9 0 以上的产品开发项目都不是孤立的， 几乎每一个新产品开发项目都与已完成的、正在执行的，或计划中的其它项目之 间存在技术上或资源上的密切联系1 3 朋。目前我国的很多企业都应用p r o j e c t 等通用 计划工具编制新产品开发项目计划，或采用p d m 系统中专用的项目管理工具管理 新产品开发项目，但主要关注于企业内部设计资源和单项目计划，制造企业在管 理自己和供应商设计资源和多个新产品开发项目的过程中常常会遇到以下问题： 广义设计资源管理。由主机厂、供应商组成的广义设计资源，由于主机厂 专著于产品总体功能和性能的设计，以及产品与零部件间的装配设计，而供应商 专著于零部件的功能和性能设计，如何寻找满足主机厂技术要求的供应商设计资 源、主机厂设计资源与供应商设计资源的匹配、分布在异地的供应商设计资源如 何管理、供应商和主机厂在设计资源共享与冲突消解方面如何协同等。 多项目计划与广义设计资源需求矛盾。编制多项目计划时，计划与设计资 源的优化匹配难度大。主机厂在编制新产品开发多项目计划时，会存在无前置项 目任务、前置项目任务未完和设计资源短缺等三种状态，当有足够的设计资源来 满足新产品开发多项目计划需求时，每个项目都能获得所需的设计资源匹配，这 往往是理想状态。实际上更多的状态是前置未完项目任务占用了一部分设计资源， 或现有的设计资源本身就不够多个项目计划分配，此时的新产品开发多项目协同 计划编制与有限广义设计资源供给的矛盾尤其突出。因此，多项目协同计划编制 与有限广义设计资源优化匹配问题是多项目协同管理亟待解决的重要问题。 多项目计划执行过程实时监控难度大。新产品开发多项目计划在执行过程 中，每个项目的执行情况都分散在主机厂和多个供应商中，项目负责人要实时掌 控主机厂自己和n 个供应商的项目任务完成情况、实际进度、资源被占用、资源 空闲、技术冲突等信息，才能及时发现问题、及时协调解决。靠传统的电话、传 真、邮件、开碰头会等沟通方式，要及时、准确获取分布在异地的广义设计资源 和项目任务执行的大量信息( 如项目电子文档、零部件3 d 数据、任务完成情况、 同步变更等信息) 是非常困难的，常常导致项目计划管理的滞后或混乱。 项目计划与广义资源频繁变更，计划与资源的动态再匹配困难。多项目计 划在执行过程中，会出现三种类型的变更：项目计划和技术内容变更、广义设计 资源变更、计划任务与资源匹配关系变更。由于顾客需求或潜在市场需求的变化， 供应商设计资源变化，导致多项目协同计划执行中的三类变更日益频繁，当三种 类型变更中出现任何一种或多种变更，都会增加项目计划与广义资源动态再匹配 重庆大学博士学位论文 或调度的难度。 在这些问题的综合影响下，主机厂很难实现理想的新产品开发多项目整体目 标。很多资源的投入都没有取得预期的结果，项目间的资源竞争一方面引起部分 资源超负荷工作，另一方面很多资源并没有充分发挥其作用；另外，不合理的项 目计划和频繁的变更也使项目执行过程具有很多不确定性，最终导致各项目开发 计划延期且难以有效控制，如重庆某摩托车主机厂与3 0 家供应商协同开发三款新 车，主机厂负责整车总体设计和性能仿真；供应商负责零部件设计，设计完成后 将零部件3 d 数据提交给主机厂进行整车虚拟装配和性能仿真。主机厂采用p r o j e c t 编制项目计划、执行过程采用电话、传真、邮件、开碰头会等传统方式管理，其 结果是主机厂与供应商合作的每款新车协同设计项目都比预期计划延期二到三个 月才完成。 产业链上整机与供应商企业间的新产品协同开发一般包括：新产品开发策划、 产品及零部件设计( 概念设计、详细设计、工艺i 装设计) 、样机试制、试验、试 生产、定型等多个阶段，其中，产品及零部件设计是新产品协同开发中的重要环 节。因此，本文将重点研究产业链上企业间网络化协同设计中的多项目管理理论 与关键技术，包括： 建立统一的广义设计资源管理与维护模型。只有准确、及时、量化地组织 和管理广义设计资源，才能合理地在多项目计划间分配广义设计资源，及时更新 广义设计资源状态、准确掌控各时刻广义设计资源在各个项目中的负荷、空闲、 减少、新增、能力变更等信息，为多项目协同管理服务。 广义资源约束下的网络化协同设计多项目计划编制方法。根据各个项目的 重要度和广义资源供给状态，合理安排各个项目计划任务的执行顺序，以多项目 计划对广义设计资源总体利用率最高和多项目计划总体完成时问最短为优化目 标，实现广义资源约束下的网络化协同设计多项目计划编制。 广义资源约束下的多项目计划执行过程管控机制。在多项目计划执行过程 中，研究多项目计划执行的远程协同管控机制，及时捕捉各项目计划执行的状态 信息、广义设计资源占用、空闲、变更状况信息，实时监控多项目计划与广义设 计资源的冲突，为多项目计划与广义设计资源的动态再匹配提供支持。 广义资源约束下的多项目计划与资源动态再匹配方法。在多项目计划执行 过程中，当项目计划任务、广义设计资源出现变更、冲突时，按各项目计划队列 或项目任务的优先级，在计划锁定期结束时的计划与资源匹配变更点，合理调配 后续可用广义设计资源，在广义资源利用率最高和多项目总体延期最少的优化目 标下，使变更后的项目计划与广义设计资源重新得到匹配，包括原项目任务的拆 分与组合、任务外包、加班、增加设计资源、计划与资源匹配关系调整、任务执 1 绪论 行顺序调整、局部任务延期、局部任务终止等调度。 广义资源约束下的网络化协同设计多项目管理实现关键技术。广义资源约 束下的网络化协同设计多项目管理业务建模，广义设计资源管理、多项目计划编 制、多项目计划执行管控机制、多项目计划与资源冲突的动态再匹配等一系列实 现核心算法，以及广义资源约束下的网络化协同设计平台软件开发关键技术，包 括：网络化协同设计平台软件的技术架构、功能模型、信息模型建立、数据库结 构设计、软件代码编写、软件测试、安全机制与互联网运行模式等关键技术。 1 2 多项目协同管理的相关定义 为便于理解和深入研究广义资源约束下的新产品开发多项目协同管理理论和 应用关键技术，作者对本论文研究中出现的与多项目协同管理有关概念给出如下 定义： 定义1 ：项目是一个特殊的将被完成的有限任务，它是在一定时间内， 满足一系列特定目标的多项相关工作的总称。项目的定义包含三层含义：第一， 项目是一项有待完成的任务，且有特定的环境与要求：第二，在一定的组织机构 内，利用有限资源( 人力、物力、财力等) 在规定的时间内完成任务；第三，任 务要满足一定性能、质量、数量、技术指标等要求。 定义2 ：项目管理项目管理就是项目的管理者在有限的资源约束下，运用系 统论的观点、方法和理论，对项目设计的全部工作进行有效的管理【5 l 。即从项目决 策到项目结束的全过程进行计划、组织、指挥、协调、控制和评价，以实现项目 的目标。项目管理知识体系( p r o j e c tm a n a g e m e n tb o d yo f k n o w l e d g e ，p m b o k ) 将 项目管理涉及的内容分为9 个知识领域，即项目整体管理、项目范围管理、时间 管理、成本管理、质量管理、人力资源管理、沟通管理、风险管理和采购管理【6 1 ， 本文的研究内容不涉及成本管理和采购管理。 定义3 ：新产品设计多项目管理复杂产品设计是一个高度协同的社会过程， 数以百计的人员参与到新产品设计过程中，开发数以千计的相互关联的零部件， 需要做出数以万计的协同决策【4 ，7 ，8 j 。新产品设计项目管理是一项特殊的项目管理， 除了需要管理设计资源、设计计划、成本、质量等因素外，也需要管理各类专业 知识、实践经验，以及创造性的工作结果等，新产品设计项目管理具体体现为按 照项目管理的方法管理新产品开发过程。新产品设计项目管理分单项目管理和多 项目管理。新产品设计单项目管理，是指同一时间内只有一个项目计划的编制、 与设计资源的匹配和项目计划的执行管理；新产品开发多项目管理，是指在同一 时间内，有多个并行或部分并行的项目计划编制、与设计资源的匹配和多项目计 划执行过程的协同管理。 重庆大学博士学位论文 1 3 国内外相关领域研究现状 为了提升制造企业的新产品开发过程管理能力，很多企业采用项目管理的方 法管理产品开发过程【1 4 1 ，项目管理系统也逐渐成为产品数据管理系统、产品生命 周期管理系统的重要组成部分【1 5 1 7 1 。但目前国内外对产品开发项目的研究主要针 对制造企业内部进行的单项目或多项目，即制造企业研发部门内部同时管理一个 或多个相互关联的项目。 为了满足激烈的市场竞争需求，企业需要充分发挥自己和供应商的技术及资 源优势，采取供应链上多项目管理方式组织、管理产品和零部件协同开发过程， 但传统的p e r t c p m 等项目管理技术【6 , 1 8 并不能很好地处理供应链上多项目间的 设计资源竞争与协同关系。因此，近年来企业内部和供应链上的多项目协同管理 ( m u l t i p l ep r o j e c tm a n a g e m e n t ，m p m ) 受到了越来越多研究者的关注。 1 3 1 网络化协同设计模式与多项目管理研究背景 网络化协同设计主要有三种模式：( 1 ) 分布式协同设计；( 2 ) 基于a g e n t 的协同 设计；( 3 ) 基于语义w e b 的协同设计。其中，基于语义w e b 的网络化协同设计已成 为近年来研究的热点，基于w e b 的框架已被广泛应用于协同产品设计系统。 随着计算机网络技术和通信技术的发展，i n t e r n e t 成为协同设计最主要的网络 化支撑环境。自1 9 8 9 年，t i mb e m e r s l e e 在欧洲粒子物理实验室发明了w e b 以来， w e b 以其开放性、易用性、友好性成为人们构建信息系统的主要技术之一。所谓 语义w e b ，即通过实现文档语义与文档结构的分离，达到使文档具有机器可处理 的语义，从而解决传统w e b 无法解决的一些问题，使智能信息处理能够在w e b 上 实现，并使w e b 上的大量有用信息得到有效利用1 6 1 。 目前，w e b 应用开始出现在机械工程领域，如协同装配设计、协同产品设计、 制造服务发现以及制造资源集成等1 7 1 0 随着w e b 技术的普及和社会信息化程度的 提高，各个应用领域所积累的信息资源在w e b 上也飞速增长，w e b 已成为了人类 获取知识的重要渠道。 多项目管理研究关注的主要问题1 1 2 1 ： 项目之间的协调问题 企业需要在项目的协调和融合上花费很多精力，应该关注如何在项目之间分 配资源。为了充分发挥各种资源的效用，就必须根据各项目的特点及需求及时调 度资金和人员，通过协调各项目的进度计划和资源调配，最终实现整个企业的效 益最大化。 职能部门之间的协作问题 随着企业的发展，同时进行多个项目的情况在企业里越来越普遍。对职能部 门之间的协调水平的要求也随之迅速提高。 6 1 绪论 职能部门与项目部门之间的协作问题 在单项目管理里，也存在着项目部门与职能部门之间的协调问题，但是职能 部门都是围绕着单一的项目开展工作的，各部门的目标比较一致，关系也容易处 理。多个项目的出现使项目部门与职能部门之间的矛盾变得更为复杂化。在多项 目经营的情况下，各个职能部门要同时面对多个项目，这就涉硬到首先为哪个项 目服务的问题，并可能导致职能部门与项目部门之间责任推托和矛盾深化。 多项目与资源配置问题 一般项目中，项目经理为了使自己的项目能够以最好地绩效完成，他们会努 力为自己的项目争取最好、最多的资源( 材料、人员和资金) ，尽管项目本身可 能并不需要。这种利益最大化的行为在传统项目管理中可能是有效的，它可以使 最重要的项目得到最好的资源并使他尽快完成。但是在多项目管理环境中，这种 项目干系人的寻优行为却极不可取。因为在传统项目管理中，项目管理的目标是 单个项目的效益最大化，而在多项目管理中管理的主要目标却是企业效益的最大 化。企业效益的最大化并不是单个项e l 效益的最大化的叠加，而是要达到整个企 业中所有项目整体效益的最大化，在实现这种目标的过程中，往往要求某些项目 做出一定的牺牲，这些项目可能是重要的、也可能是不重要的。 1 3 2 多项目协同管理框架 多项目管理最显著的特点在于多个项目部分共用或完全共用资源，如人力资 源、设备资源等；另外，项目之间通常也存在技术、产品等方面的联系。多项目 管理框架 4 , 2 1 , 2 2 1 的意义在于有效处理多项目之间的竞争与协同，从而将各个项目的 目标与需求与多个项目整体的目标与需求相统一1 2 3 j 。 g r e y 认为多项目管理框架可以看作是由一系列相互联系的项目、子项目以及 各种类型的活动、任务组成的结构树【2 4 】，该框架中项目、子项目、活动、任务之 间的关系可以分为水平和垂直两个维度的关系【2 5 】，同一个水平层次的对象采取类 似的管理方式，而对于垂直维度上下两个层次之间的对象，下一个层次相当于对 上一个层次的分解或上一个层次相当于下一个层次的聚合。 根据项目间的技术或产品协作关系，m i k ed a n i l o v i c 等将多项目与产品协同开 发之间的关系分为图1 2 所示的三种类型 4 , 2 6 , 2 7 】： 多个项目相互协作完成产品开发，此类关系的一个显著特点在于：每个项 目负责产品的一个或多个子系统或总成的开发，多个项目相互协作共同完成复杂 产品的开发，每个项目相当于完整产品开发项目的子项目。一些如汽车、飞机等 复杂产品的开发常常采用这种多项目组织方式。 各项目分别负责相互联系的产品，此类关系的特点在于：每个项目分别负 责一个或多个产品的开发，项目之间存在技术上的或产品上的联系，如某些零部 7 重庆大学博士学位论文 件采取类似的工艺、某些产品共用部分总成或零部件等。企业在长期的产品开发 中往往形成了相对稳定的产品类型，所以此类关系非常普遍。 各项目所负责的产品相互独立，项e l 之间不存在技术或产品上的联系，这 种情况主要发生在全新产品开发过程中。 k r i s t i a nr a u t i a i n e n 等认为：由于主机企业与供应商的设计资源是有限的，多 项目管理最关键的是保证充分利用广义设计资源，而主机企业应该以产品开发策 略为导向管理多产品协同开发项目，产品开发中涉及的关键技术、关键总成和部 件以及关键资源等将作为编制多项目计划的基础【2 8 ，2 9 1 。c o o p e rr 1 3 0 1 及l o c hc t 3 1 1 等 也提出设计资源需要根据企业及项日的策略进行分配，产品开发过程需要考虑不 同类型项目的资源需求。 i z j 1 1 a i 一 垮i ；e 溪勺梦埘卜_ _ ( a ) 多个项目辅i 互协作完成产d 6 研发 ( b ) 各贞目分别负贞祠i 吐联系的产品 ( c ) 各项目所负费的产晶相i 且独市 图1 2 多项目之间的关系类型 f i g 1 2t y p e so fm u l t i p r o j e c tr e l a t i o n s h i p 1 3 3 多项目管理中的设计资源管理 资源池 由于多个项目共享或部分共享人力、设备、材料、资金等资源，多个项目之 8 1 绪论 间通常存在资源竞争，尤其是对瓶颈资源的竞争，如同时进行的多个产品开发项 目为了更好地完成项目目标，都希望技术明星参与到各自的项目执行过程中。所 以需要从整体的角度对资源进行统筹管理，面向多项目管理的资源池的概念就是 在这种背景下提出的 3 3 , 3 4 。 对于资源池的概念，目前尚缺少一致的定义。m i s c r o s o f t 公司提出资源池是 一系列可以由单个项目或多个项目内的多个任务共享资源的集合【8 1 1 。结合离散制 造企业产品开发特点，设计资源池不仅仅包括一系列可供多个项目共享的资源， 同时也包含了一系列与资源选择、配置相关的规则，每个企业或部门需要在满足 相应规则的条件下对资源池中的各资源要素进行组织与维护。 孙清超在其博士论文中给出的资源池的概念为：根据业务特点建立的独立于 某个项目的，可以分配给单个或多个项目中的多个任务的资源，以及资源关系、 资源检索和配置规则的集合1 3 5 】。资源池是一个分配给项目任务的可用资源集合， 资源池可供单个项目或几个项目共享1 3 6 j 。 多项目资源组织的关键因素 多项目资源组织的几个关键要素如下： 1 ) 便于从多个项目的角度对资源进行分配与调控。在多个项目( 尤其是并行 的多个项目) 竞争有限资源的情况下，保证各项目按计划执行的基本前提之一是 合理地分配资源，并结合项目执行过程的实际情况有效地调配资源。这需要能够 从多个项目整体的角度对资源进行分配与调整。 2 ) 支持从各个项目的角度对资源进行监督与控制。每个项目都具有相对独立 的、特定的目标，脱离了从各个项目角度的管理，项目多项目的目标是很难实现 的。通过一个合理的资源组织框架，项目管理人员需要能够清楚地了解到哪些阶 段、任务正在占用或计划占用哪些资源，这些资源的能力及工作负荷等情况。 3 ) 设计人员间能够就技术产品等问题进行充分交流。新产品开发过程主要涉 及概念设计、工程化设计、工艺设计等方面的工作，很多丁作涉及多领域、多学 科技术的交叉，因此资源组织框架需要支持在不同部门之间，以及相同部门内进 行充分沟通与交流。 4 ) 便于任务下达、意见反馈、绩效考核。管理人员能够对技术人员及设备工 具资源等在每段时间的情况具有清楚的了解，同时管理人员之间、管理人员与技 术人员之间能够就出现的问题进行及时