陳潔

摘要： 本文提出了有關(guān)復(fù)雜系統(tǒng)的價值工程功能-成本的分析模型，在價值分析中引入人工智能方法搜索創(chuàng)新方案，在效率和效果等方面會有很好的改進。本文通過運用進化算法搜索創(chuàng)新方案，通過一個人力資源管理的案例，說明了復(fù)雜系統(tǒng)的價值分析方法的具體應(yīng)用。

Abstract： This paper presents a function cost analysis model of the value engineering of complex systems， introduces the artificial intelligence method in the value analysis to search the innovation plan， which will improve the efficiency and effectiveness. This paper uses evolutionary algorithms to search the innovative solutions. Through a case of human resource management， the application of the value analysis method of complex systems is illustrated.

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜系統(tǒng)；價值工程；功能-成本分析；創(chuàng)新方案

Key words： complex system；value engineering；function cost analysis；innovation project

中圖分類號：F270.7 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）03-0020-04

0 引言

價值工程首次對事物實用價值的構(gòu)型進行了量化分析，從工程角度對產(chǎn)品和服務(wù)的價值進行系統(tǒng)的管理。價值工程區(qū)分對象的載體和價值，兩者關(guān)系雖然密切但必須區(qū)別對待。價值工程的目標就是提升對象的價值，價值定義為功能強度與成本之比。對象的功能-成本分析是價值工程的核心環(huán)節(jié)。功能-成本分析需要分解對象的整體功能，形成由主要功能和輔助功能，必要功能和不必要功能，上位功能和下位功能等功能元素構(gòu)成的功能分析圖。然后根據(jù)各功能載體構(gòu)型之間的關(guān)系，建立功能-成本矩陣，最后將每個部件的成本分攤到對象的子功能上，經(jīng)過匯總得到對象的總體成本。功能-成本分析是價值分析和價值優(yōu)化的基礎(chǔ)，產(chǎn)品設(shè)計以此建立更具價值的創(chuàng)新方案。

早期價值工程實施的對象通常是簡單對象[1-2]，部件與功能之間的對應(yīng)關(guān)系比較簡單，基本上是一對一的關(guān)系，一對多或多對多的關(guān)系不多見，也比較容易分離。隨著價值工程的發(fā)展和成功應(yīng)用，其所實施的對象越來越復(fù)雜，從產(chǎn)品設(shè)計到制造工藝，從改進服務(wù)流程到業(yè)務(wù)流程重組，從單一的價值分析到全面的價值管理[4-5]，價值工程所面對的問題越來越復(fù)雜，部件與功能之間的對應(yīng)關(guān)系多數(shù)情況是多對多的關(guān)系，有時需要處理模糊的甚至動態(tài)的關(guān)系[3]。

隨著對價值研究的不斷深入，對象本身的復(fù)雜性給價值分析工作帶來了極大的困難。傳統(tǒng)價值工程借助經(jīng)驗分析和手工操作的方法已經(jīng)遠遠落后于時代的要求，但價值工程的基本理念和思想方法仍具有現(xiàn)實意義，這是被理論界所共識的[6]。

價值工程在面對各種挑戰(zhàn)的過程中不斷引入新的技術(shù)方法[7-9]，信息技術(shù)無疑對價值工程產(chǎn)生了深遠影響。事實上，只有利用計算機的信息處理能力，運用現(xiàn)代優(yōu)化算法和人工智能方法，價值工程才能處理各種復(fù)雜系統(tǒng)的價值分析。只有在計算機軟件輔助的條件下，才能實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)新方案設(shè)計。正如其他已經(jīng)迅速發(fā)展的計算機輔助工程技術(shù)一樣，如CAD、CAM、CAI等，計算機輔助價值工程的產(chǎn)生和發(fā)展是將信息技術(shù)應(yīng)用于價值工程的必然結(jié)果。價值工程的創(chuàng)新方案設(shè)計需要從超大空間中搜索更好的創(chuàng)新方案，通過各種人工智能算法，可以更好地分析和獲得創(chuàng)新方案，有關(guān)問題本文將在隨后的進化算法中做進一步說明。價值工程與現(xiàn)代信息技術(shù)，特別是人工智能的結(jié)合，是價值工程發(fā)展的必然。

本文在價值工程中引入人工智能方法搜索創(chuàng)新方案，在范圍、效率和效果等方面可以得到極大的改進，從而可以大幅度提升復(fù)雜系統(tǒng)的價值。通過一個人力資源管理的案例進一步闡明應(yīng)用軟計算進行價值分析的意義。

1 問題的提出

復(fù)雜系統(tǒng)的基本特點是系統(tǒng)內(nèi)部元素之間存在復(fù)雜的對應(yīng)關(guān)系，給實施價值工程帶來了極大的困難。本節(jié)在介紹基本概念及定義的基礎(chǔ)上，建立復(fù)雜系統(tǒng)價值工程功能-成本分析的一般模型。

1.1 基本概念和定義

對象的物理結(jié)構(gòu)由部件構(gòu)成，對象的價值由功能構(gòu)成。在復(fù)雜系統(tǒng)中，對象可以選用的部件和對象需要實現(xiàn)的功能是多樣化的，部件與功能之間也存在多對多的對應(yīng)關(guān)系，即一個部件可以支持多個功能或部分功能，一個功能可以通過多個部件組合實現(xiàn)，如圖1所示。對象選用什么樣的部件，既決定了對象的成本也決定了對象的功能，也就是說，決定了對象的價值。因此價值工程創(chuàng)新方案設(shè)計就是尋找構(gòu)成對象的最佳部件組合。

2 基于進化算法的創(chuàng)新方案設(shè)計

由算法復(fù)雜性理論可知上述模型不能用常規(guī)算法在有效時間內(nèi)完成。過去常用經(jīng)驗的方法，如直接評分或加權(quán)評分，多方案估計法，頭腦風暴法等。從理論上講，借助現(xiàn)代人工智能的計算機算法得到的設(shè)計方案要優(yōu)于上述經(jīng)驗方法。

進化算法是智能軟計算的一種，其基本思想是利用生物進化過程中優(yōu)勝劣汰的自然法則改善物種適應(yīng)環(huán)境的能力，將這一自然法則運用到在大空間中搜索最優(yōu)解。將進化算法引入價值工程創(chuàng)新方案設(shè)計時，需要確定基因組、適應(yīng)函數(shù)、交叉、變異以及初始種群等，然后通過一代代的演化得到適應(yīng)值高的個體，即優(yōu)化的設(shè)計方案。在上述模型中：

①基因位和基因組：基因是個體最本質(zhì)的東西。在進化算法中一個基因組就是一個可行解。將部件作為基因位，部件按照其編號由小到大構(gòu)成基因組，其中部件允許被重復(fù)使用。

②適應(yīng)函數(shù)：對象的價值是個體的適應(yīng)函數(shù)（參見定義4）。在進化過程中，個體的基因組決定了個體對環(huán)境的適應(yīng)能力。通過適應(yīng)函數(shù)，可以將個體的基因組映射為一個適應(yīng)值，適應(yīng)值越大，說明個體的適應(yīng)能力越強。

③交叉：既可以隨機選擇交叉點，也可以選取固定的交叉點。在交叉位置將兩個基因組分開并重組為兩個新的基因組。交叉是一種進化機制，是形成新個體的過程。交叉過程是個體之間交配產(chǎn)生后代的過程。

④變異：選擇一個很小的數(shù)值作為變異概率（如0.01），變異概率是一個系統(tǒng)參數(shù)。對新基因組的每個基因位（即部件），以變異概率的幾率改變基因位的編碼（即替換部件）。變異是指基因組中個別的基因位發(fā)生變化。變異通常是隨機出現(xiàn)的，對個體適應(yīng)度的影響也是隨機的。通過變異，保留優(yōu)良個體，淘汰不良個體。

⑤初始種群：初始種群的選擇，可以根據(jù)專家經(jīng)驗手工選擇或隨機選擇。首先需要確定種群的規(guī)模，并保證初始種群個體的多樣性。種群的規(guī)模越大，計算量必然越大，但由于大規(guī)模種群中的個體多樣性分布廣泛，因此所得到的創(chuàng)新方案的質(zhì)量會更高。在進化初始階段的群體規(guī)模和群體中個體的多樣性分布對整個物種的進化結(jié)果會有很大影響。

從初始種群開始，經(jīng)過個體的交叉、變異，產(chǎn)生新的個體，在保持一定種群規(guī)模的前提下，從中選出適應(yīng)值高的個體作為種群下一代，這樣一代代不斷地進化，整個種群適應(yīng)環(huán)境的能力逐步加強。理論和實踐都已充分證明了進化算法的可靠性，只要在算法設(shè)計過程中適當控制系統(tǒng)參數(shù)，包括初始種群的多樣性、種群的規(guī)模、變異概率、進化代數(shù)等，上述算法能夠產(chǎn)生理想的創(chuàng)新方案。下面通過一個人力資源管理的例子，說明上述基于人工智能的復(fù)雜系統(tǒng)創(chuàng)新方案的設(shè)計。

對于一個組織的人力資源利用方面的價值管理，首先要根據(jù)組織的職能和目標，對組織進行功能分析和工作流程設(shè)計，建立組織的功能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，并依據(jù)組織內(nèi)部的功能結(jié)構(gòu)設(shè)定崗位。這時，應(yīng)當從功能價值分析的角度確定各種子功能的屬性（如主要功能和輔助功能，上位動能和下位功能等）和價值，人力資源部門應(yīng)當根據(jù)崗位所實現(xiàn)的功能價值設(shè)定崗位工資，并根據(jù)崗位工作的專業(yè)要求從人才市場招聘員工。

例如某組織已經(jīng)完成了功能-價值分析和工作流設(shè)計，確定需要N個工作崗位，根據(jù)功能-價值分析的結(jié)果，每個崗位的工資也已經(jīng)確定；根據(jù)工作流設(shè)計，每個崗位所需要的專業(yè)技能和所要求的專業(yè)能力也可以確定。有關(guān)工作流設(shè)計是工業(yè)工程需要解決的問題，而功能-價值分析是價值工程需要解決的問題。一個組織的功能-價值分析的目的是提升組織的整體價值。對于組織機構(gòu)中每個工作崗位，將在組織的一個或多個子功能中發(fā)揮作用，整個組織的職能發(fā)揮是由每個崗位員工的專業(yè)技能和工作能力決定的。反之，調(diào)整和優(yōu)化崗位的人才結(jié)構(gòu)，可以提高整個組織的職能。例如，在領(lǐng)導(dǎo)崗位上使用具有多項專業(yè)技能的管理人才，在關(guān)鍵崗位上使用具有較強專業(yè)能力的人才，可以大幅度地提高組織的職能。

另一方面，越高級人才需要支付的薪酬越高，所支付的人力資源成本也越高。因此人力資源管理部門所面臨的問題是：在提升組織能力方面，如何在每個崗位上使用適當層次的人才，使得在發(fā)揮組織功能和消耗人力資源成本之間尋求最佳的平衡。

解決上述問題的傳統(tǒng)方法是通過逐步調(diào)整的方法。首先是憑經(jīng)驗自然形成了組織結(jié)構(gòu)，隨后根據(jù)組織運行和發(fā)展情況對內(nèi)部的崗位進行逐步調(diào)整。這實際上就是一種基于演化的優(yōu)化過程，通過不斷適應(yīng)環(huán)境的方式完善資源配置，因此傳統(tǒng)的組織改革通常是非常緩慢的。

上述問題可以運用本文提出的基于進化算法的創(chuàng)新方案設(shè)計，對組織中的崗位進行系統(tǒng)的規(guī)劃。在優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)時，將組織視為產(chǎn)品，組織職能既產(chǎn)品功能；人才對應(yīng)為部件，人才的專業(yè)和能力對應(yīng)部件的功能和質(zhì)量。這樣組織結(jié)構(gòu)的改革就等價于產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。由于組織結(jié)構(gòu)改革的復(fù)雜性，同時由于環(huán)境的動態(tài)性，不可能尋求到最優(yōu)的規(guī)劃方案。但運用上述進化算法，可以找到相對優(yōu)化的方案。

3 問題的進一步討論

上述模型具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?？茖W(xué)以及現(xiàn)代管理學(xué)的基本方法論是基于一種還原論的方法，將被研究的對象分解為由部件構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，即對象由部件的組合而成，部件又由更小的部件構(gòu)成，形成層次結(jié)構(gòu)。其中每個部件具有一定的功能，與其他部件協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)了整個對象的功能。從價值工程的角度看，對象部件的成本決定了對象的成本，部件的功能及組織形式?jīng)Q定了對象的功能，對象的價值就是對象的功能強度與對象的成本之比。因此，當今社會的許多領(lǐng)域都可以運用這個價值工程的觀點提升價值。隨著價值工程研究的深入，價值分析的對象從原先的產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，逐漸過渡到服務(wù)領(lǐng)域，并從具體對象的價值分析，逐漸過渡到管理行為的價值分析。

對象復(fù)雜性的增加促使價值分析方法的創(chuàng)新。與其他研究類似，面對系統(tǒng)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的分析方法面臨重重困難，嚴重影響了價值工程的應(yīng)用。而價值工程原始和樸素的思想方法依然具有意義，信息技術(shù)和人工職能為價值工程注入了新的活力，可以極大地拓寬價值工程的應(yīng)用領(lǐng)域。在運用信息技術(shù)和人工職能的基礎(chǔ)上，任何對象只要滿足以下條件，均可有效地實施價值工程：①對象的物理結(jié)構(gòu)是層次結(jié)構(gòu)，對象具有明確的功能要求；②構(gòu)成對象的部件是標準化的部件，部件的成本和功能模型是明確的；③對象的功能模型由其部件的功能模型組合而成，部件與功能之間可以具有復(fù)雜的對應(yīng)關(guān)系；④在對象設(shè)計中存在大量的可供挑選的候選部件；⑤新構(gòu)建的對象應(yīng)具有明確的功能模型和成本，可以進一步作為其他對象的部件。從上述要求可以看出，價值工程只有在一個適宜的環(huán)境下才有可能有效地實施。對于一個行業(yè)而言，從基本部件到中間件再到高層的部件，其標準化水平越高，實施價值工程的有效性和可靠性就越高。

復(fù)雜對象的價值分析和優(yōu)化問題，復(fù)雜對象功能-成本的價值模型，基于信息技術(shù)和人工智能的復(fù)雜對象創(chuàng)新方案設(shè)計等系列問題是當前價值工程的研究熱點，本文提出的模型和算法具有一般性和普遍性。

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