基于设计结构矩阵(DSM)的复杂研发项目建模与优化研究进展

研发项目是由流程架构、组织架构和产品架构组成的复杂系统.本文首先分析了研发项目复杂性的特征、分类和产生原因,指出设计结构矩阵(DSM)方法是量化分析复杂研发项目的有效工具.进一步,本文从流程架构中迭代和重叠的建模,到流程DSM的排序优化与仿真;从组织架构中团队之间依赖度的测度,到组织DSM聚类准则的确定;从产品架构中部件之间依赖度的测度,到产品DSM的模块化设计以及聚类算法的演变和发展;从单一领域的DSM扩展到多领域矩阵(MDM)的建模与应用,清晰地展示了基于DSM的复杂研发项目建模与优化的几条研究脉络和最新研究进展.最后,本文提出"系统架构的复杂性研究-DSM中元素间依赖关系的测度-DSM优化/聚类"相集成的理论分析框架,并指出了有待进一步研究的关键问题.     

研发项目中“团队-产品-功能”多领域集成与组织聚类研究

研发项目是由产品、功能、组织和流程等多个领域中元素之间相互联系构成的复杂网络.为了便于同时分析三个领域元素之间存在的相互依赖关系,本文引入扩展的域映射矩阵EDMM分析团队-产品-功能之间的依赖关系,进一步,通过扩展的多领域矩阵(EMDM),即团队-产品-功能EMDM,本文构建了由部件设计结构矩阵(DSM)、功能DSM和EDMM推导组织DSM的模型.然后,为优化组织架构以降低管理的复杂性,构建了改进的两阶段组织DSM聚类准则,提出了最大化增加的类内外依赖强度比AIDER和最小化项目的总协调成本的聚类准则,以平衡类内和类外元素对聚类的影响.最后,通过案例,将本文提出的AIDER聚类准则与传统的聚类准则进行了比较,聚类结果表明本方法可明显降低总协调成本.     

基于返工风险传播和预处理的研发项目流程DSM优化

为分析产品开发过程中的迭代对研发项目时间和成本的影响,本文首先研究了返工变更的传播过程,在直接返工概率和间接返工概率的基础上建立了返工因子设计结构矩阵(DSM),分析了返工变更传播和返工时间、范围对返工风险的影响.然后,提出采用返工预处理的方法降低返工影响强度,构建了预处理后的返工影响强度计算模型.进一步,基于返工预处理和返工因子DSM构建了项目净收益模型,并以项目净收益最大化作为流程DSM优化目标.最后,通过案例验证了本文提出的模型,优化与仿真结果表明采用本文提出的方法可有效控制返工风险.     

研发项目产品与流程架构的跨领域集成与优化

为揭示复杂产品开发项目中部件间的依赖关系对活动的影响,本文采用多领域矩阵(MDM)分析产品与流程架构之间的依赖关系,并对研发项目中的产品架构与流程架构进行集成及其优化首先,依据产品设计结构矩阵(DSM)中部件间的依赖度及部件与活动之间的耦合关系,本文提出了由产品DSM建立流程DSM的方法,构建了由部件依赖度测度活动之间依赖度的量化模型.其次,提出了基于依赖度平均增量的产品IDSM聚类方法,因此,由MDM推导的流程DSM形成若干的活动组,降低了管理的复杂性.最后,结合典型案例,在产品DSM聚类的基础上,对初始的流程DSM以最小化项目总协调成本进行排序优化,并对优化结果进行仿真,结果表明本文提出的方法可降低项目时间和成本.     

研发项目产品与流程架构的跨领域集成与优化

为揭示复杂产品开发项目中部件间的依赖关系对活动的影响,本文采用多领域矩阵（MDM）分析产品与流程架构之间的依赖关系,并对研发项目中的产品架构与流程架构进行集成及其优化. 首先,依据产品设计结构矩阵（DSM）中部件间的依赖度及部件与活动之间的耦合关系,本文提出了由产品DSM建立流程DSM的方法,构建了由部件依赖度测度活动之间依赖度的量化模型. 其次,提出了基于依赖度平均增量的产品DSM聚类方法,因此,由MDM推导的流程DSM形成若干的活动组,降低了管理的复杂性. 最后,结合典型案例,在产品DSM聚类的基础上,对初始的流程DSM以最小化项目总协调成本进行排序优化,并对优化结果进行仿真,结果表明本文提出的方法可降低项目时间和成本.     

基于DSM返工风险评价矩阵的项目优化与仿真

针对项目中活动返工的不确定性,由返工概率矩阵和返工影响强度矩阵共同构成了DSM返工风险评价矩阵,提出了基于返工风险的遗传算法(Rework risk GA,RRGA),同时考虑返工风险、反馈个数、反馈距离及活动的时间和费用建立了DSM优化目标函数,改进了传统遗传算法的变异算子和变异概率.通过对典型案例进行优化及其结果的仿真,验证了RRGA算法可明显降低返工导致的项目费用和时间,并降低其结果的波动性.     

基于随机网络模拟的航天项目风险分析和评估

鉴于各种不确定性因素对航天三项关键参量(战术技术指标,进度和费用)影响的重要性,应用随机网络理论和方法,建立了航天项目研制过程的随机网络模型,对航天项目进度风险和费用风险进行了定量化分析和研究。以一个典型航天项目为例,构建了其研制过程每一阶段的随机网络模型,并进行了求解和分析,得出了富有价值的建设性结论。     

基于活动重叠的DSM项目时间计算及排序优化

研发活动之间常存在顺序重叠和反馈重叠,重叠并行性会加快项目的进度,但又存在返工风险.为此,采用设计结构矩阵(DSM)信息输出和信息输入时间因子矩阵及返工风险矩阵,以更完整地描述活动重叠及其对返工的影响.提出了基于顺序重叠的项目持续时间计算方法和基于反馈重叠导致的返工时间计算方法.针对某案例活动排序优化问题,采用遗传算法以基于重叠的时间计算模型为目标函数进行优化,项目的持续时间和返工时间得到了明显的降低.     

基于贝叶斯学习的复杂系统研制风险演化分析

大型复杂装备的系统结构和研制流程呈现网络化特征,研究风险演化机理有助于控制风险、降低复杂性.通过系统动态过程建模仿真获取数据样本,运用贝叶斯学习从仿真数据样本中提炼风险演化网络,识别不同风险等级的节点之间存在的关联关系,降低了仅凭经验构建风险网络的主观性.对贝叶斯学习获得的风险网络进行概率推理,在总体高风险等级下计算风险网络节点的风险后验概率分布,进而确定风险演化关键节点和传播链路.最后,通过与复杂网络特征指标评估下的静态特征进行对比分析,研究风险网络动态特征与静态特征的差异性,结果表明网络结构特征和风险传播的动态特征共同决定了风险演化关键节点和传播链路.     

复杂产品研发项目技术风险扩散建模与仿真

通过识别复杂产品研发项目中任务间功能关联和组织任务间执行关联,建立基于技术关联的研发项目组织-任务相依网络模型.在此基础上,分析技术风险事件发生时组织任务间相互作用机理,构建复杂产品研发项目技术风险扩散动力学模型,并针对由少数任务引发的技术风险扩散进行仿真.结果表明:少数任务引发的技术风险扩散会在短时间内造成较大影响,扩散过程经历缓慢扩散,失控扩散,最终达到相对稳定状态;扩散范围与组织网络规模呈近似倒U型关系;组织网络规模一定时,组织任务间执行关联越均匀,相依网络鲁棒性越差;存在最佳风险资源投入量使得技术风险的影响范围保持在最低水平;不同袭击策略对技术风险扩散的影响没有明显差异.研究成果丰富了风险扩散动力学理论,对提高复杂产品研发项目抗风险能力提供建议.     

带有活动重叠的资源受限项目调度问题建模与求解

在新产品研发项目中,常常通过活动重叠缩短工期,但是重叠会带来返工风险,进而造成额外的时间和资源的消耗.将活动重叠分为自然重叠和强制重叠,采用设计结构矩阵、紧前重叠活动时间因子矩阵、紧后重叠活动时间因子矩阵和重叠返工影响矩阵量化重叠返工对时间和资源的影响.以最小化研发项目工期为目标,建立了带有活动重叠的资源受限项目调度问题优化模型,并设计了改进的遗传算法进行求解.该算法采用基于优先规则的编码机制,并将考虑活动重叠的进度生成机制作为解码方法.实例研究结果表明,提出的考虑活动重叠的模型与算法,不仅可以缩短项目工期,而且同时使项目资源的使用更加均衡.最后在随机生成的算例集合上测试了算法的有效性.     

基于相互作用网络的大型工程项目组织结构风险分析

为解决在工程项目管理中将组织和项目隔离的问题, 提出了大型工程项目系统的组织-任务相互作用网络模型. 在随机失效和故意攻击的条件下, 分别对随机型、集权型和金字塔型组织网络结构对项目工期的影响进行了解析和仿真分析. 研究结果表明: 只需攻击一定比例的组织节点即可导致整个网络完全瘫痪, 从而造成工期严重延误. 当组织中较少比例节点遭受故意攻击时, 项目工期将明显多于同样比例节点存在随机失效的情况. 以广州-珠海城际轨道交通工程项目为例, 构建了该项目的相互作用网络并对其组织节点面临随机失效和故意攻击的情况下进行了风险分析.     

基于面向对象贝叶斯网络的软件项目风险评估

针对软件项目的特点和软件项目风险定量评估任务,提出了基于面向对象贝叶斯网络的风险评估方法。该方法通过分析软件项目生命周期中的具体风险与风险因素之间的因果关系,建立面向对象贝叶斯网络拓扑结构;由专家判断和工程经验确定网络中的概率参数;采用概率推断工具,可定量估计风险的发生概率。给出了风险贝叶斯网络的建模过程,讨论了风险贝叶斯网络可以完成的风险管理任务。通过一个简单例子说明了该方法的应用。     

基于双值设计结构矩阵的流程优化方法

DSM为系统设计提供了简单、精炼、可视化的表示的方法.业务流程的评价和优化与系统设计有相似之处.但由于业务流程涉及的参数更加复杂,因此原有的DSM不能直接应用于业务流程的优化.本文针对业务流程的特点,在设计结构矩阵（DSM）的基础上提出了基于双值设计结构矩阵（double value design structure matrix,DVDSM）算法,将DSM中的单值元素拓展为双值元素,扩展了元素所代表的信息量.文中以距离、路径值为例,设计了其详细的算法和规则及实现过程,并将算法应用于仓储物流管理系统的优化设计问题中.通过一系列仿真实验表明了算法的有效性.