第一课题：航空产品设计资源优化配置.doc

南昌航空大学航空制造工程学院大学生科研创新项目研究报告项目名称 航空产品设计资源优化配置研究 项目负责人 年级、专业 机械设计制造及其自动化 联系电话 电子邮件 指导教师 填表日期 2012.11.07 航制学院机械设计制造及其自动化系 制二一二年九月项目名称（中文）航空产品设计资源优化配置研究项目名称（英文）Optimize Resource Dstributing for Aviation Product Projeet项目实施时间起始时间： 2012 年 6 月 完成时间： 2012 年 11 月申请人或申请团队姓名年级专业联系电话E-mail签字项目负责人成 员一、申请理由（包括自身具备的知识条件、自己的特长、兴趣、已有的实践创新成果等）因为所学专业是机械设计制造及其自动化，以后工作方向主要面对航空行业，而且比较喜欢关注航空相关的情况，再加上对于国家政策和国际环境感兴趣，所以提前研究航空领域的相关问题，有助于提高自己对航空行业的认识。二、研究项目的意义由于航空产业是国内的重要产业，不仅军用方面有大量需求，民用领域的需求也日益增大，但设计资源有限，再加上各种浪费和管理方法的不合理，因此研究航空产品设计资源优化配置可以节约航空资源，提高我国航空产业的竞争能力。三、项目方案（包括研究内容、研究方法、实验方案、技术路线、可行性分析等）研究内容：通过从宏观政策、国家政策以及相关技术等方面研究航空产品设计资源优化的配置，使得产品生产资源节约，效率提高研究方法：市场分析、政策分析和实时过程分析技术路线：通过ProA分解工作流程的方法对航空产品进行实时优化配置可行性分析：航空产品的生产属于制造业的领域，面对资源缺乏的今天，制造业的各个领域也都在运用科学有效的方法进行资源配置的研究，因此，航空产品设计资源优化配置的研究也是制造业领域的一部分。四、项目的创新点、特色和解决的关键技术项目创新点：从宏观角度分析了航空产品设计资源优化配置研究的必要性，并且提出了相应的解决办法。同时也从微观角度技术领域提出了不同的方案。关键技术：航空产品设计实时动态技术ProA 分解工作流程研究成果总结报告摘要当今全球仍然深陷金融危机的泥潭中，而陆地各种矿质资源面临匮乏处境，航空企业开始研究如何降低成本以及节约资源，因而产品设计资源优化配置研究是航空制造企业提高竞争能力的一个重要发展方向和必然趋势。长期以来，人们对资源优化问题的研究主要是基于数学解析法和启发式算法，这些方法优化效率比较低、可移植性差、求解结果也比较单一，并且对目标问题要求很高。本文在以前的基础上，结合航空产品的特点，采用了市场分析、政策分析和ProA 分解工作流程法对资源优化问题进行了研究。本文主要分为两部分，首先从航空产品的特点出发，对航空产品设计资源优化配置研究进行必要性、可行性和重要意义进行阐述。第二部分，结合市场分析提出企业在管理方面的改进措施；通过对国家政策的分析和理解，制定了相应的配套计划；最后，利用ProA 分解工作流程法对产品设计的实时环节进行技术研究，使得真正做到航空产品设计资源的优化配置。通过上述方法，航空企业可以实现资源在产品设计的不同时间的调度及优化配置。关键词 航空产品；源优化；ProA 分解工作流程法一、项目简介在以知识、信息为特征的新经济社会中，随着经济的全球一体化和市场不断走向成熟，企业间的相互竞争日趋激烈。市场竞争的焦点已逐渐从产品的价格竞争转向产品的差异竞争，为了能在竞争中获胜，企业必须不断向市场推出新产品、新服务，以高质量、高性能和具有价格优势的产品赢得用户。新产品开发是否成功对企业发展目标能否达成的影响愈来愈大，唯有及时推出新产品才能让企业持续大幅成长。增强研究与开发能力，不仅是企业谋求生存发展的重要源泉和动力，也是企业在市场竞争中取得长期竞争优势的基本保证。航空项目是高、精、尖技术密集，资会密集的大型制造业，其水平的高低往往体现一个国家的制造业水平的高低。航空产品的设计制造过程复杂、零部件多，一个产品往往由成千上万个零部件组成。因此，如何降低成本，节约资源，提高效率成为航空业的重要研究课题。本文从航空产品的特点出发，阐述航空产品设计资源优化配置研究的重要性质，通过对市场与政策的分析与解读，提出解决这一问题的方法。二、项目研究目标和意义1、航空产品设计资源优化配置的必要性资源是影响项目进度、工期和成本的重要因素，资源计划的失误将会造成项目进度和投资目标失控。航空产品零部件数量庞大、装配工艺结构复杂、资源需求量巨大，因而，资源优化是航空产品项目设计管理的关键问题之一。因此航空产品设计资源优化配置问题急需解决。2、航空产品设计资源优化配置的可行性本项目采用了不同的市场分析角度以及独特的实时研究技术，既符合国家政策与国际市场的走势，又符合科学理论的严谨性与正确性。本项目的研究使得航空产品的资源利用率高，设计周期短，具有广阔的市场应用范围，显著的经济效益。3、航空产品设计资源优化配置的重要意义由于航空产品的特殊性，决定了航空产品的造价昂贵以及资源需求量大，因而资源优化配置可以使航空产品的价格下降，扩大需求量，提高竞争力，同时还可以节约资源，实现真正的可持续发展道路。4、航空产品设计资源优化配置的研究目标通过企业管理方式的改进，以及对国家政策的呼应，完善航空产品研究的步骤，合理分配资源，采用ProA实时研究方法，使得研发设计过程中的资源使用达到最优化，进而达到节约资源，优化资源，提高生产效率的目标。三、项目主要研究工作资源配置是项目运作过程中的一项重要活动，项目计划制定、项目活动安排都要依据企业资源的情况。表面来看，资源数量的不足使得产品研发项目无法获得足够、有效的资源供应，因而限制了产品开发的速度。但是，仅仅加大对资源数量的投入，而缺少对资源分配活动的有效管理，即使在资源充足的情况下，资源分配还是不能取得理想的效果。本论文的主要研究内容为：1分析研究产品研发项目的特点，结合对国内外市场的分析以及对国家政策的解读，探讨项目管理方式在产品研发活动中的应用，并研究适合产品研发项目特点的项目组织方式。2.探讨减缓延迟、最小化重新分配、提高分配工作效率等资源分配管理的目标，分析产品研发项目的动态特征，在此基础上提出动态资源配置这一分配资源的新方案。阐述该方案的主要内容，并论述该方案为何能有效解决资源约束影响项目进度的问题。四、研究成果1、航空产品的特点（1）航空产品特殊性：面对陆地上的拥挤，越来越多的科学家将研究的方向面向天空，而随着飞机的大规模的生产，无论是军用还是民用，航空产品的需求量日益增大。然而，在天空这一变幻莫测的领域内，航空产品的各项要求也更加严格，这就要求了航空产品生产在分类、结构设计、环境适应性等方面拥有自己的特殊要求。（2）航空产品的多样性：由于飞机种类繁多，因此不同类型的飞机要求的零件各不相同，因此造就了航空产品的多样性。（3）航空产品设计的复杂性：因为航空产品对于军用领域和民用领域极其重要，所以在产品设计上的要求相比其它行业产品更加严格，工艺性更加繁琐，设计更加复杂。（4）研究方法的多样性：研究航空产品设计资源优化配置的方法有很多，可以从微观方向入手，例如数学解析法和启发式算法等等；也可以从宏观方向研究，比如国家政策、资源整合、产业布局等等。2、市场分析2011年，我国的航空航天产业将形成4000亿元的规模，其中民用航空具有明显的高端高质高新特征，聚集效应、带动效应、引领效应十分突出。世界发达国家和地区、有条件的发展中国家和地区，都在竞相发展民用航空产业，积极抢占经济和科技发展的制高点，赢得综合实力和科技水平竞争的主动权。对企业而言，成本是一种资源的消耗，因此降低资源消耗不仅是企业管理的重要内容，也是在影响收益的诸多因素中企业最具控制力的因素。资源配置的有效性最终体现在消耗的降低上。企业进行战略成本管理，必须引入资源配置的问题，探求资源配置的有效性。基于此，优化资源配置的研究成为全球各行业研究的重点。3、国家政策分析国家“十一五”规划把航空产业发展作为重点。但我国航空工业的发展与发达国家相比还存在明显的差距。因此，政府必须对航空产业给予大力扶持，使其尽快发展壮大。1、大对航空产业发展的资金支持。国家投入要侧重支持战略性的航空产业项目、航空企业创业期的引导资金、航空企业增加研究开发补贴以及利用高技术促进航空产业技术升级和产品更新换代的补助等。2、对民用航空产业企业的发展，制定具有吸引力的财税政策。例如，在增值税方面，对研发投入大、生产消耗小的生产企业，允许其率先由生产型增值税转变为消费型增值税。在所得税方面，要强化其对社会资金投向的引导、激励作用，对企业的研究开发投入以及社会的创业风险投入给予适当的税收减免。3、建立和完善航空工业产品出口融资体系。对航空企业的高技术产品出口和高技术境外投资项目，在流动资金贷款和出口信贷方面给予政策性金融支持。建立担保基金，为航空企业出口高技术产品提供出口信贷担保服务。4、出台扶持航空产业国际合作和转包生产的政策。提供政策性贷款低息、贴息或提供贷款担保等。5、 出台针对航空产业的创新政策和人才引进政策，这样可以更加鼓励创新和吸引人才。例如，对外国专家和研究人员给予一定时间段内的个人所得税全部减免；对引进的研发人员给予一定的时间段内的部分税收减免等。4、企业管理方式的改进企业的管理就是对资源的管理，企业的资源配置必须与国家或行业宏观环境的资源配置方式相适应。在目前国家大力提倡企业自主创新、转变经济增长方式、调整产业结构的大背景下，应及时调整战略布局，对相关行业进行价值分析，将资源配置集中在价值链高端。（1）狠抓两个开发（产品开发、市场开发），占领价值链高端行业价值链中，通常研发和流通环节处于“微笑曲线”两端，属高附加值环节，而制造环节则处于“微笑曲线”中间，属低附加值环节。为此，企业应当及时调整经营策略，加强对研发能力的投入并缩减制造规模。（2）优化产品结构，提高产品附加值企业要想站位高端价值链，必须有高端的产品作支撑。企业需要审时度势，紧跟航空、船舶、兵器、通信电子等领域重点客户发展调整步伐，先入为主，推出诸多中高端、集成化解决方案。通过改变产品组合调整，附加值得到成倍提升。（3）开展价值工程，创新商业模式自美国工程师麦尔斯创设价值工程（Value Engineering）这一种价值分析体系以来，价值工程迅速在世界各国得到推广应用。价值工程被广泛应用的主要原因之一是其对产品资源消耗的科学认识，即“生产产品所消耗的资源是有限的甚至是紧缺的”。麦尔斯指出：“功能导向的工作，基本上是以完成人们渴望与需要的新功能为中心而利用资源的，而价值导向工作的目的，则在于用更少的物资资源和时间资源来完成这些预定的功能。”为此，公司开展了一系列价值工程活动，并推动了公司商业模式的创新。 把好设计关，源头控成本设计过程是资源分配规划的过程，决定了产品成本的70%80%。在保证产品性能的前提下，选用经济材料，降低消耗，去除冗余功能。 应用新技术、新工艺、新材料，建设资源节约型企业资源优化配置必须从技术环节入手。技术研发指新品种、新技术从创新构思的产生直至品种、技术审核确定的环节。是研发人员或研发机构根据市场现实或潜在的需求，通过一定的材料和技术路线，采用适当的方法和手段，筛选出具有能满足市场需求或能更好地满足市场需求的新品种、新技术，新服务。5、设计ProA 分解工作流程法当前对产品研发过程实时动态分解与优化配置的研究如工作流管理技术基于矩阵的模型，主要以设计结构矩阵（DSM）为主和基于图的模型，主要包括项目计划评审技术（PERT）/关键路径法（CPM）和IDEF 系列方法等，从理论和实践上都取得了显著的成绩，但是研究中也存在一些问题。目前的评价方法都不能伴随产品开发过程的进展而开展实时、依实的评价，优化技术主要是对一个或者两个子过程的优化，针对产品开发过程的局部，没有形成面向产品开发过程全局的优化方法，产品开发过程优化分析的系统性和集成性不够。由此可见，研究产品研发过程实时动态分解与优化配置方法具有极高的实用价值。在此介绍一种航空产品实时动态分解与优化配置的方法。ProA 分解工作流程产品研发项目的运作是一个由粗到细，对最初模糊的顾客需求和产品结构逐级分解、实现的过程。企业在建立一个复杂过程的初始模型时，重点在于包含该过程的总体信息，而没有过多地考虑各抽象模块内部的子活动间的优化问题。因此，还要对其分解或细化后的模型优化重组。产品开发ProA的分解就是基于ProA的建模方法，应用ProA建模基本元素与规则，以图表、文字和数学关系等形式描述出建模对象。伴随逐步分解，对建模对象不断分解与细化，形成一层一层细化的多层分级的对象模型。不同层次的模型，都是对同一建模对象在不同深入程度上的刻画和描述。层次越深，对建模对象的描述程度就越深。产品研发人员按照一定的要求将一个复杂的ProA分解成多个简单的子ProA，并确定各子ProA间的关系。如图 1 所示，图 1 ProA的逐层分解ProA逐层分解，最终形成一个复杂的立体ProA网络。ProA分解的工作流程序如下所示：步骤1 建立顶层的ProA。将整个产品研发过程作一初步分析，建立顶层ProA。每个过程模型必须有且仅有一个顶层ProA。步骤2 子ProA的确立。与实际产品研发过程展开相对应，对顶层ProA进行分解，得到下一层子ProA的集合。考虑到图面的大小，为使子ProA的排列不会过于拥挤，以及对子ProA图编号时仅为一位数，不出现进位的现象，在基本规则中特别规定子ProA的选取范围为：2m9，m 表示子ProA个数。如果选择的子ProA不在此范围内，则要运用优化算法对其优化，使得优化结果符合规定。步骤3 ProA入出项的分解。在子ProA构成的集合中，子ProA的入项都只有两种情形，一种是外部ProA的入项，体现为父ProA的入项；另一种是同一层子ProA集中其他子ProA的出项作为其入项，体现为父ProA的内部结构。类似地，子ProA的出项也只有两种情形，一种是外部ProA的出项，体现为父ProA的出项；另一种是作为同一层子ProA集中其他子ProA的入项，体现为父ProA的内部结构。ProA的内部结构只有在对该ProA分解的时候才能表示出来（图2）图 2 ProA入出项的分解ProA分解过程即是其父ProA入出项分解，子ProA入出项匹配的实现过程。父ProA的入项、出项作为子ProA集的外部入项、出项全部被移置到子ProA集中。返工的子ProA往往是因为没有匹配正确的子ProA入出项。保证外部ProA入出项合理分配到子ProA中，确切知道子ProA之间子ProA入出项的匹配，将有利于管理者的策划，提供决策条件，消除约束，减少不必要的返工，缩短产品开发周期。即明确子ProA入出项的项源和项目的地，使正确的子ProA入出项进入正确的子ProA，消除冗余、错误的子ProA入出项，保证父子ProA入出项分解平衡。假设1 ProA入出项PIOI 是在对数据组D = X1,X2,X3,.Xn ,进行加工的基础上产生的，并有PIOI = f(X1,X2,X3,.Xn )。父子ProA入出项之间的数据关系如图3 所示。图 3 父子ProA入出项之间数据关系步骤4 ProA性能参数的优化配置。确定好子ProA、子ProA之间的ProA入出项关系、父子ProA入出项关系之后，ProA的性能参数包括进度参数、质量参数、成本参数、资源参数被优化配置到子ProA中，配置的结果满足ProA的性能参数整体最优。步骤5 ProA分解判断。对各子ProA进行判断，是否需要继续分解，若需要重复步骤2步骤5，否则结束。基于ProA的产品研发过程根据研制需要，将产品研制信息实时逐层动态分解，并应用现有的优化技术、人工智能技术、计算机技术等，在质量、资源、成本、进度之间进行折中，综合决策，极力寻找不同性能参数之间的平衡点，动态决策优化配置，让过程产生的信息在过程网络上实时传递，使各个层面的管理人员能够迅速和准确无误地取得过程的动态信息，控制不确定性，管理者和决策者应用监控机制及时评估、分析调整过程分解执行过程中随时可能出现的问题，实时优化调整后续子过程参数，并根据需要逐层反馈调整，最小化地减少可能造成的损失，那么就能够实现整体最优的管理决策，保证产品研发过程在各个阶段的整体性能最优，实现过程体系的优化，从而极大程度地提高管理效率和效益。五、结束语通过对市场、政策以及相关技术的深入研究，寻找产品设计资源优化配置的科学方法越来越多，同时也通过大量事实证明资源优化配置是可以实现的。因此，探索出适合自身企业以及本国航空产业的科学解决途径，从而提高本国航空产业在国际上的竞争力，构建可持续发展的产业。本文正式通过市场研究以及政策的解析，对企业管理加以改进，同时使用ProA 分解工作流程法保证产品研发过程在各个阶段的整体性能最优，实现过程体系的优化，从而极大程度地提高管理效率和效益。1参考文献1 V