基于DSM模糊評價的復雜產(chǎn)品開發(fā)模式研究

劉 航

（鄭州航空工業(yè)管理學院 管理科學與工程學院，鄭州 450007）

基于DSM模糊評價的復雜產(chǎn)品開發(fā)模式研究

劉 航

（鄭州航空工業(yè)管理學院 管理科學與工程學院，鄭州 450007）

文章提出了一種將產(chǎn)品設計工具與項目管理工具集成運用的系統(tǒng)化產(chǎn)品開發(fā)模型。首先綜合運用層次分析法與模糊綜合評價法對候選的開發(fā)項目進行選擇。然后將設計結構矩陣與關鍵路徑法集成運用對產(chǎn)品開發(fā)的實施過程進行規(guī)劃管理。最后，案例證明了該模式的有效性和實用性。

產(chǎn)品開發(fā)模型；層次分析法；模糊綜合評價；關鍵路徑法；設計結構矩陣

1 產(chǎn)品優(yōu)化開發(fā)項目的選擇評價模型

本文采用層次分析法與模糊多層次評價相結合的方法,將兩者的優(yōu)點綜合，提出了產(chǎn)品開發(fā)項目的評價指標體系與選擇模型。

1.1 層次分析法

層次分析法是20世紀70年代提出的一種系統(tǒng)分析方法。該方法綜合定性與定量分析，模擬人的決策思維過程，以解決多因素復雜系統(tǒng)。其計算步驟如下：

(1)建立層次結構模型

將要解決的問題分層系列化按照因素之間的相互影響和隸屬關系將其分層聚類組合，建立一個遞階的、有序的層次結構模型。

(2)構造判斷矩陣

針對上一層某因素而言，本層次與之有關的各因素之間的相對重要性可構造判斷矩陣B。矩陣B中的元素bij表示i元素與j元素相對重要度之比。一般采用1-9度標度。

(3)層次單排序及其一致性檢驗

即根據(jù)判斷矩陣計算對于上一層某因素而言本層次與之有聯(lián)系的因素的重要性次序的權值，并檢驗計算結果的一致性。

本文采用求和法計算判斷矩陣B的最大特征根λmax,及其對應的特征向量W0，即：

隨后進行一致性檢驗。檢驗方法為：

計算一致性指標CI:

計算隨機一致性比值 CR:

其中RI為隨機一致性指標，其取值見下表1。

當CR＜0.1時，判斷矩陣的一致性可以接受。

（4）計算綜合重要度

綜合計算各層因素相對重要性的權值，得到最低層（方案層）相對于最高層（總目標）的相對重要性次序的組合權值W，以此作為評價和選擇方案的依據(jù)。

1.2 模糊綜合評價

模糊綜合評價是對受多種因素影響的事物做出全面評價的一種十分有效的多因素決策方法，其步驟表述如下：

（1）確定對象集，因素集和評語集

設評判對象為A。被評價的事物影響因素為u1,u2,…ui,構成因素集U,U={u1,u2,…,ui}。評價等級優(yōu)，良，中，及格，不及格為評語集V={v1,v2,…,vj}。

（2）建立各因素的評分隸屬函數(shù)和綜合評價矩陣R

對U中每一因素根據(jù)評判集中的等級指標進行模糊評判，得到評判矩陣R：其中rij為因素ui對等級vj的隸屬度，為求模糊矩陣R，就要對每一個評價指標ui分別構造出它屬于v1（優(yōu)），v2（良），v3（中），v4（及格）和 v5（不及格）的隸屬函數(shù)。

（3）確定權數(shù)分配

各個因素的重要程度是不一樣的.通常對評價目標影響越大的因素，其重要程度（即權重）也越大。確定各因素的權重，記為 w={w1,w2,…,wi}。

（4）計算每個對象綜合評價結果

一旦權重向量W和評價矩陣R確定之后，就可以通過以下的運算公式求出綜合評價結果B:

對B進行歸一化處理得B′從而可計算出綜合評價結果P：

表1 隨機一致性指標RI

（3）產(chǎn)品優(yōu)化開發(fā)的過程管理-CPM與DSM方法的集成

復雜產(chǎn)品的開發(fā)過程通常被分為產(chǎn)品設計過程優(yōu)化和項目實施過程規(guī)劃兩個階段,由于兩個領域所使用方法和工具的不同而阻礙了其間的交流,使得設計數(shù)據(jù)零散分布于開發(fā)過程，缺乏統(tǒng)一有效的管理，數(shù)據(jù)無法保持一致且容易丟失。因此,如果能夠運用系統(tǒng)的觀點看待產(chǎn)品開發(fā)過程,對其中的設計過程和隨后的項目管理過程進行動態(tài)集成從而實現(xiàn)兩者的有機統(tǒng)一，則可望使復雜產(chǎn)品開發(fā)的全過程達到最優(yōu)。

關鍵路徑法(Critical Path Method,CPM)是項目管理技術的一個核心工具，其通過箭線圖或節(jié)點圖明確地描述了活動的優(yōu)先順序關系。設計結構矩陣（Design Structure Matrix，DSM）是產(chǎn)品開發(fā)中常用的設計工具，以一個 n×n階矩陣表示。矩陣的第一行和第一列由代表相同順序的活動元素構成，矩陣中的其余元素則用來描述每個活動之間是否存在相互聯(lián)系。用0（或空格）代表無關，用1代表有關，則DSM就是一個由0（空格）和1組成的n階的二元結構方陣

通過對CPM以及DSM方法的研究發(fā)現(xiàn)，DSM的基本用途是根據(jù)活動之間的依賴關系或信息流對活動進行排序，規(guī)劃產(chǎn)品開發(fā)過程。其優(yōu)點是能夠清楚地描述并處理迭代活動關系。而缺點則是沒有涉及資源和時間分配。CPM則是在確定關鍵路徑的基礎上對整個系統(tǒng)進行組織、協(xié)調(diào)和控制，以達到最有效地利用資源，并用最少的時間來完成系統(tǒng)的預期目標。其優(yōu)點是能夠進行比較準確的時間和資源分配，而缺點是在網(wǎng)絡模型中不能出現(xiàn)回路，不能描述和處理迭代活動關系，對于不確定因素較多的開發(fā)項目不能完成管理和決策的職能。

基于以上的比較分析,DSM和CPM的互補性恰恰適用于產(chǎn)品開發(fā)的不同階段,即:

①首先采用DSM方法處理產(chǎn)品開發(fā)過程中的迭代問題并對其進行優(yōu)化；

②對優(yōu)化后的開發(fā)過程用CPMP確定關鍵路徑并制定進度計劃。

值得指出的是,雖然關于DSM和CPM本身的獨立的研究和應用都已經(jīng)比較成熟，然而很少有文獻將 CPM與DSM聯(lián)系起來。在進行產(chǎn)品優(yōu)化時往往只能關注一個領域的因素，而忽視了另一個層面的約束條件。這就導致其得出的結果往往無法達到最優(yōu)。針對這種相對割裂的研究狀況,本文提出了系統(tǒng)化的產(chǎn)品開發(fā)模式。

2 CPM與DSM集成的產(chǎn)品開發(fā)規(guī)劃模型的提出

綜合以上分析，現(xiàn)將產(chǎn)品開發(fā)的規(guī)劃模型綜述如下：

步驟Ⅰ:定義產(chǎn)品開發(fā)項目,確定候選開發(fā)方案。

步驟Ⅱ:對候選開發(fā)方案進行評價。

步驟Ⅲ:將選定的產(chǎn)品開發(fā)方案按照相應的功能活動進行細分。本文采用工作分解結構圖實現(xiàn)。

步驟Ⅳ:建立進度計劃DSM模型。

步驟Ⅴ:處理DSM模型并消除迭代活動關系。

該步驟為關鍵步驟，特詳述如下：

消除迭代活動時，通常有兩種不同的處理方式:解開迭代或者加強迭代。

（1）解開迭代。解開迭代法是指將迭代在其最薄弱處斷開,并賦予由此無法獲得信息的活動一個假設的輸入值。例如,圖1所示的迭代由A、B、C三個活動構成。

假設迭代從活動A和活動C之間斷開,如圖2（a）所示。該處信息的斷開會使得活動A無法得到活動C的信息,使得其最終結果同實際情況有偏差。為了能夠在消除迭代的同時準確地描述整個流程,需要賦予活動A一個假設的輸入值,設為i,此值一般可根據(jù)經(jīng)驗或歷史數(shù)據(jù)給出。迭代消除的結果顯示在圖 2（b）。

（2）加強迭代。加強迭代是指將多個迭代活動視為一個整體來考慮,同時把項目中其他活動同各個迭代活動的的關系轉換成與該整體的關系。例如，將圖1所示迭代活動采取加強迭代的處理方式，如圖3（a）所示，將活動 A、B和 C視為一個整體活動F。將活動D對活動A的輸出關系轉化為活動D對活動F的輸出關系,將活動C對活動E的輸出關系轉化為活動F對活動E的輸出關系。最終結果如圖3（b）所示。

對那些經(jīng)過解開或加強迭代的活動的時間或成本等指標要做相應調(diào)整。由于學習曲線效應,當活動重復時,需要的時間往往會少于第一次進行時需要的時間,并隨重復次數(shù)的增加而遞減。本文依據(jù)學習曲線公式計算重復活動的持續(xù)期,計算公式下:

其中，Nn——迭代因子。N為迭代次數(shù)

n 為學習率，n=lnφ/ln2

ti——活動i的持續(xù)期

步驟Ⅵ:依據(jù)處理后的活動關系構建CPM網(wǎng)絡圖并確定關鍵路徑。

步驟Ⅶ:對生成的產(chǎn)品開發(fā)項目規(guī)劃予以實施、監(jiān)督和控制。

3 實例研究

3.1 對候選的優(yōu)化項目進行選擇決策

在汽車制造企業(yè)，發(fā)動機及相關零部件產(chǎn)品的開發(fā)項目中充滿交互、反復與迭代類型的開發(fā)活動。尤其是關聯(lián)度高的發(fā)動機核心零部件，任何設計修改都將或多或少引起其他關聯(lián)零部件的重新設計、重新校驗而影響預定進度的推進。類似情況，在現(xiàn)代企業(yè)各類復雜產(chǎn)品開發(fā)過程中十分常見。

企業(yè)進行發(fā)動機優(yōu)化開發(fā)時,會有多個候選方案。對候選方案進行評價從而做出最優(yōu)選擇是產(chǎn)品開發(fā)的首要步驟。該企業(yè)的發(fā)動機開發(fā)項目有2個候選方案。方案（1）：開發(fā)單點電控燃油噴射式發(fā)動機；方案（2）：開發(fā)多點電控燃油噴射式發(fā)動機。本文采用層次分析法與模糊多層次評價相結合的方法,對該企業(yè)的發(fā)動機開發(fā)項目的2個方案進行評價與選擇。首先對方案（1）進行評價。

評價時需要對項目評價時考慮的主要因素建立遞接層次模型，即一層評價因素B和二層評價因素C。根據(jù)企業(yè)的實際情況與戰(zhàn)略目標，應用德爾菲法確立評價因素集合A.B和C。

A=[新產(chǎn)品優(yōu)化開發(fā)項目評價總目標A]

B=[技術分析 B1，人員情況 B2，市場分析 B3，生產(chǎn)能力B4，財務能力 B5]

B1=[制造可行性C11,產(chǎn)品優(yōu)勢C12,高科技比例C13,新產(chǎn)品生命周期C14]

B2=[現(xiàn)有可利用生產(chǎn)人員比例C21,人員再培訓成本C22,所需技術人員C23,合作商情況C24]

B3=[同類產(chǎn)品競爭情況C3，市場接受度C32，目前市場需求量C33，潛在市場容量C34,年科研經(jīng)費]

B4=[現(xiàn)有生產(chǎn)能力可利用率C41,新產(chǎn)品的生產(chǎn)自動化程度C42,新產(chǎn)品生產(chǎn)周期C43,新產(chǎn)品生產(chǎn)能力C44]

B5=[產(chǎn)品成本C51,固定資產(chǎn)投入C52,所需R&D資金C53，可能利潤率C54]

B層各元素相對于總目標A的兩兩判斷矩陣A-Bi,如下表所示：

根據(jù)公式(1)可得:

λmax=5.089;W0=[0.449,0.258,0.080,0.163,0.050],W0為 B層各元素相對于總目標A的權重向量。

根據(jù)公式(2)計算得CI=0.0223,查表得R=1.12,根據(jù)公式(3)得CR=0.02＜0.10,表明判斷矩陣的一致性可接受。同理可計算出C層各元素相對于B層的權重。最后，組合權重可計算得出:

影響產(chǎn)品開發(fā)項目評價的20個因素可組成評價因素集U,對因素集中各因素的評價有5種結果,即優(yōu)、良、中、一般和較差,組成評價集V。根據(jù)該企業(yè)聘請的30位專家對方案（1）的測評數(shù)據(jù)可得評價矩陣。

根據(jù)式(4)計算得：B=[0.198,0.254,0.324,0.168,0.052]·

歸一化得：B′=[0.199,0.255,0.325,0.169,0.052]

根據(jù)式(5)計算得 P=B’·V=66.35，式中 V=[95 80 60 40 15]

評定該產(chǎn)品優(yōu)化方案等級為“中”,評價結果表明目前實施該方案對企業(yè)而言不太適合。進一步分析可知,該新產(chǎn)品在人員以及固定資產(chǎn)上的投入較大，占用成本的比例較高，同時，該產(chǎn)品的生命周期較短，在投資收益率上不夠理想。

再次應用該方法對方案（2）進行評價，得出的評價等級為“良”。該方案的缺點是成本較高，但運行經(jīng)濟性和環(huán)保性好，是未來發(fā)動機的發(fā)展方向。因此，方案（2）為最優(yōu)選擇。

表2 相關活動信息

表3 對應的DSM模型

表4 DSM優(yōu)化結果

3.2 DSM分解

利用工作分解結構圖 （Work Breakdown Structure,WBS）對方案（2）進行分析，可得到該方案開發(fā)過程所涉及的基本活動及相關數(shù)據(jù)（見表2），從而可得出對應的DSM模型，顯示在表3。

從DSM表可知，該產(chǎn)品開發(fā)過程有兩對具有迭代關系的活動,即活動E和活動H、活動G和活動K。為了消除該迭代活動，在綜合考慮相關約束條件的情況下選擇加強迭代處理方式。即:將活動E和活動H集成為一個活動M;活動G和K成為集成一個活動N。處理結果如表4所示。運用公式（6）計算集成活動的時間,假設迭代次數(shù)為2,學習率分別為 0.78和 0.4,則:

持續(xù)時間 TE&H=（tE+tH）+（tE+tH）×2ln0.78/ln2=88 天

持續(xù)時間 TG&K=（tG+tK）+（tG+tK）×2ln0.4/ln2=77 天

根據(jù)DSM結果可繪制圖CPM網(wǎng)絡圖，結果如圖3所示。從圖中可以看出,關鍵路線為:A→D→E&H→L,項目最早完工時間為203天。

4 結束語

面對越來越激烈的全球化競爭形勢,產(chǎn)品開發(fā)項目急需一個集成化和系統(tǒng)化的管理方案。本文正是基于這種需求提出了產(chǎn)品開發(fā)項目的系統(tǒng)化管理方法。此方法從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，首先綜合運用層次分析法與模糊綜合評價對候選的優(yōu)化項目進行評價，輔助管理層做出最優(yōu)的選擇決策。其次，對選定的優(yōu)化項目的實施過程進行管理。通過實現(xiàn)產(chǎn)品工程DSM模型與項目規(guī)劃的CPM網(wǎng)絡模型間的動態(tài)連接，集成了過程優(yōu)化方法和項目進度計劃和控制方法,可以對開發(fā)過程中的結構進行更加清晰的描述。本文提出的方法提供了一種系統(tǒng)化的交流機制來保障開發(fā)過程中管理層與項目管理人員之間、設計師與項目管理人員之間能及時溝通，保證信息傳遞的高效性、有效性和及時性。提高整個開發(fā)活動的效率，有利于進一步加強了對產(chǎn)品的理解和認識，以達到縮短設計開發(fā)周期、控制開發(fā)成本等目的，最終確保產(chǎn)品開發(fā)的成功。案例分析表明該方法具有較好的可操作性和可行性，是一種簡明、有效、易于實現(xiàn)的決策方法。

[1]中國制造業(yè)發(fā)展研究報告［M］.北京：科學出版社，2008.

[2]祖旭，黃洪鐘，周峰，古瑩奎.產(chǎn)品開發(fā)過程資源管理及其仿真[J].系統(tǒng)仿真學報，2005，（6）.

[3]周塘，徐寅峰.企業(yè)間合作研發(fā)的發(fā)展趨勢與動機分析[J].重慶大學學報（社會科學版），2002，（5）.

[4]劉清華,熊體凡,萬立.基于數(shù)據(jù)和資源約束的并行產(chǎn)品開發(fā)過程建模[J].計算機工程，2003，（18）.

[5]陳培明，王文臻.質量功能展開結合過程管理在新產(chǎn)品實現(xiàn)過程中的應用[J].上海質量，2008，（7）.

[6]莫爾.克勞福德，安東尼.迪.畢尼迪托.新產(chǎn)品管理[M].北京：中國人民大學出版社，2005，(6).

[7]郭建飛，喬立紅.產(chǎn)品開發(fā)過程的圖示評審技術建模方法[M].計算機集成制造系統(tǒng)，2004，(7).

[8]萬立,陳性攀,劉清華.面向產(chǎn)品開發(fā)的項目管理在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中的研究[J].計算機集成制造系統(tǒng),2007，(1).

[9]羅瑩,戚珉.談用模糊數(shù)進行項目風險關鍵性評價[J].大眾科技，2006,(7).

F270

A

1002-6487（2011）01-0053-04

河南省軟科學項目（092400430069）

劉 航（1980-），女，山東菏澤人，碩士，講師，研究方向：生產(chǎn)管理，項目管理。

（責任編輯/易永生）