基于DSM模糊評價的復雜產品開發模式研究

劉 航

（鄭州航空工業管理學院 管理科學與工程學院，鄭州 450007）

基于DSM模糊評價的復雜產品開發模式研究

劉 航

（鄭州航空工業管理學院 管理科學與工程學院，鄭州 450007）

文章提出了一種將產品設計工具與項目管理工具集成運用的系統化產品開發模型。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品開發的實施過程進行規劃管理。最后，案例證明了該模式的有效性和實用性。

產品開發模型；層次分析法；模糊綜合評價；關鍵路徑法；設計結構矩陣

1 產品優化開發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,將兩者的優點綜合，提出了產品開發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。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

即根據判斷矩陣計算對于上一層某因素而言本層次與之有聯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。

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，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和綜合評價矩陣R

對U中每一因素根據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），v2（良），v3（中），v4（及格）和 v5（不及格）的隸屬函數。

（3）確定權數分配

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）產品優化開發的過程管理-CPM與DSM方法的集成

復雜產品的開發過程通常被分為產品設計過程優化和項目實施過程規劃兩個階段,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,使得設計數據零散分布于開發過程，缺乏統一有效的管理，數據無法保持一致且容易丟失。因此,如果能夠運用系統的觀點看待產品開發過程,對其中的設計過程和隨后的項目管理過程進行動態集成從而實現兩者的有機統一，則可望使復雜產品開發的全過程達到最優。

關鍵路徑法(Critical Path Method,CPM)是項目管理技術的一個核心工具，其通過箭線圖或節點圖明確地描述了活動的優先順序關系。設計結構矩陣（Design Structure Matrix，DSM）是產品開發中常用的設計工具，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方法的研究發現，DSM的基本用途是根據活動之間的依賴關系或信息流對活動進行排序，規劃產品開發過程。其優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進行組織、協調和控制，以達到最有效地利用資源，并用最少的時間來完成系統的預期目標。其優點是能夠進行比較準確的時間和資源分配，而缺點是在網絡模型中不能出現回路，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品開發的不同階段,即:

①首先采用DSM方法處理產品開發過程中的迭代問題并對其進行優化；

②對優化后的開發過程用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比較成熟，然而很少有文獻將 CPM與DSM聯系起來。在進行產品優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。針對這種相對割裂的研究狀況,本文提出了系統化的產品開發模式。

2 CPM與DSM集成的產品開發規劃模型的提出

綜合以上分析，現將產品開發的規劃模型綜述如下：

步驟Ⅰ:定義產品開發項目,確定候選開發方案。

步驟Ⅱ:對候選開發方案進行評價。

步驟Ⅲ:將選定的產品開發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。

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,此值一般可根據經驗或歷史數據給出。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,并隨重復次數的增加而遞減。本文依據學習曲線公式計算重復活動的持續期,計算公式下:

其中，Nn——迭代因子。N為迭代次數

n 為學習率，n=lnφ/ln2

ti——活動i的持續期

步驟Ⅵ:依據處理后的活動關系構建CPM網絡圖并確定關鍵路徑。

步驟Ⅶ:對生成的產品開發項目規劃予以實施、監督和控制。

3 實例研究

3.1 對候選的優化項目進行選擇決策

在汽車制造企業，發動機及相關零部件產品的開發項目中充滿交互、反復與迭代類型的開發活動。尤其是關聯度高的發動機核心零部件，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，在現代企業各類復雜產品開發過程中十分常見。

企業進行發動機優化開發時,會有多個候選方案。對候選方案進行評價從而做出最優選擇是產品開發的首要步驟。該企業的發動機開發項目有2個候選方案。方案（1）：開發單點電控燃油噴射式發動機；方案（2）：開發多點電控燃油噴射式發動機。本文采用層次分析法與模糊多層次評價相結合的方法,對該企業的發動機開發項目的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。根據企業的實際情況與戰略目標，應用德爾菲法確立評價因素集合A.B和C。

A=[新產品優化開發項目評價總目標A]

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

B1=[制造可行性C11,產品優勢C12,高科技比例C13,新產品生命周期C14]

B2=[現有可利用生產人員比例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,年科研經費]

B4=[現有生產能力可利用率C41,新產品的生產自動化程度C42,新產品生產周期C43,新產品生產能力C44]

B5=[產品成本C51,固定資產投入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。

根據公式(2)計算得CI=0.0223,查表得R=1.12,根據公式(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:

影響產品開發項目評價的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、良、中、一般和較差,組成評價集V。根據該企業聘請的30位專家對方案（1）的測評數據可得評價矩陣。

根據式(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]

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

評定該產品優化方案等級為“中”,評價結果表明目前實施該方案對企業而言不太適合。進一步分析可知,該新產品在人員以及固定資產上的投入較大，占用成本的比例較高，同時，該產品的生命周期較短，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，但運行經濟性和環保性好，是未來發動機的發展方向。因此，方案（2）為最優選擇。

表2 相關活動信息

表3 對應的DSM模型

表4 DSM優化結果

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，可得到該方案開發過程所涉及的基本活動及相關數據（見表2），從而可得出對應的DSM模型，顯示在表3。

從DSM表可知，該產品開發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,假設迭代次數為2,學習率分別為 0.78和 0.4,則:

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

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

根據DSM結果可繪制圖CPM網絡圖，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,產品開發項目急需一個集成化和系統化的管理方案。本文正是基于這種需求提出了產品開發項目的系統化管理方法。此方法從系統的觀點出發，首先綜合運用層次分析法與模糊綜合評價對候選的優化項目進行評價，輔助管理層做出最優的選擇決策。其次，對選定的優化項目的實施過程進行管理。通過實現產品工程DSM模型與項目規劃的CPM網絡模型間的動態連接，集成了過程優化方法和項目進度計劃和控制方法,可以對開發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化的交流機制來保障開發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。提高整個開發活動的效率，有利于進一步加強了對產品的理解和認識，以達到縮短設計開發周期、控制開發成本等目的，最終確保產品開發的成功。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、易于實現的決策方法。

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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：生產管理，項目管理。

（責任編輯/易永生）