基于层次化设计结构矩阵的复杂产品研发过程研究

１０．３９０１／ＪＭＥ．２０１１．１６．１６６

基于层次化设计结构矩阵的复杂产品研发过程研究

孙亚东

张旭

宁汝新王天培

北京理工大学机械与车辆学院　北京　１０００８１

摘要：诸如卫星、雷达、飞行器等复杂产品研发普遍采用“分解－综合”的设计模式以降低研发的复杂程度，但复杂系统分解得到的分系统之间、分系统内部组件之间及其不同学科之间在研发过程中相互关联，造成研发活动之间数据交互复杂，研发活动迭代频繁，使得产品研发过程分析、管理困难。针对复杂产品采用的“分解－综合”设计模式，基于系统层次分解定义不同级别组件对应的研发活动、计算模型和指标参数，进而基于系统架构建立层次化设计结构矩阵（Ｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍａｔｒｉｘ，ＭＤＳＭ），利用层次化设计结构矩阵分析不同层次的研发活动之间的数据依赖关系，并自动生成复杂产品研发流程的过程逻辑，最终实现基于输入／输出数据模板和消息驱动的层次化、模块化、集成化的复杂产品研发全局流程模型。

层次化设计结构矩阵；过程逻辑；研发过程；工作流

ＴＰ３１１

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｐｒｏｄｕｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｍａｔｒｉｘ

ＳＵＮ　ＹａｄｏｎｇＺＨＡＮＧ　ＸｕＮＩＮＧ　ＲｕｘｉｎＷＡＮＧ　Ｔｉａｎｐｅｉ

总装预研资助项目（５１３１８０１０２０１）。

２０１０－０８－２４２０１１－０５－１０

万方数据

１　　设计结构矩阵简介

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到抽象概念，

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步骤６：

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机械工程学报第４７卷第１６期

定义具有一定顺序的一组输入／输出数据模板，以应对重叠研发活动之间的多次数据交互；当研发活动之间为上下嵌套关系，根据具体的状况定义输入／输出数据模板，通常按照迭代关系处理，另外只有当所有的底层活动执行完成时，父节点的研发活动才结束。

５研发流程管理系统平台

研发流程的系统平台主要由流程分析模块、流程定义模块、流程执行模块、流程监控模块和流程接口模块５部分组成，本文主要针对文中第１节和第２节提到的流程分析模块和第３节提到的流程执行模块说明研发流程管理系统平台的执行模式。

图１２是ＭＤＳＭ定义界而，图１２中左侧所示

的初始行、初始列中的任意一个节点均是由系统分解得到组件映射得到的研发活动组成的ＤＳＭ，选择节点可以定义该ＤＳＭ中的研发活动的输入、输出数据和算法模型。ＭＤＳＭ定义完成后可以通过文中所述的规则对产品的研发流程进行分析、定义，并生成如图１３所示的基于有向图表达的层次化全局研发流程模型的框架。

图１２ＭＤＳＭ定义界面

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图１３

层次化研发流程的执行界面

万方数据

为了克服复杂产品研发流程分析和表达的不足，本文采用如图１３所示流程实例执行界面的结构树和有向图相结合的表达方式，左侧是通过基于产品分解映射得到的含有子节点的研发活动组成的结

构树，表达研发流程的层次性；中问基于有向图表

达左侧结构树选中节点的子流程信息，矩形表示子研发活动，圆形表示子流程模块的开始、结束节点，连线表示研发活动之间的数据依赖关系：右侧面板显示中间面板选中的研发活动的基本信息，如输入、输出数据，研发活动负责人，开始、结束时间、所

需工具等。６

结论

（１）相对以往研发过程中出现冲突后的被动管理策略，基于ＭＤＳＭ分析从设计本身的角度出发分析研发过程，通过分析指标参数、计算模型和研发活动之间的映射关系主动检测了研发过程中耦合及其研发过程中存在的潜在冲突。

（２）利用ＭＤＳＭ分析研发活动之间依赖关系和指标参数之间依赖关系方法，制定了自动生成研发流程过程逻辑的规则，优化重构了研发流程的过程

逻辑。

（３）全局研发流程模型采用层次化、模块化的结构，建立了基于输入／输出数据模板和任务消息驱动的研发流程执行机制，提高了研发流程柔性、可

重用性。

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