鄭玉潔,楊 育,張 娜,焦 垚

(重慶大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 400030)

0 引言

產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中，客戶需求的更改、供應(yīng)商的變化、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的糾正等，都會(huì)引起工程變更(Engineering Change, EC)[1-4],一旦工程變更發(fā)生，往往會(huì)引起產(chǎn)品零部件的變化[5]。在大多數(shù)情況下，一個(gè)零部件的變化會(huì)通過(guò)零部件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行傳播[4,6]，導(dǎo)致其他零部件甚至整個(gè)產(chǎn)品發(fā)生變化，并進(jìn)一步給產(chǎn)品質(zhì)量、進(jìn)度及成本等帶來(lái)不同程度的負(fù)面影響。工程變更傳播路徑優(yōu)化可以幫助設(shè)計(jì)人員篩選出對(duì)產(chǎn)品開發(fā)影響較小的傳播路徑，減少工程變更帶來(lái)的負(fù)面影響，尤其對(duì)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)及社會(huì)中具有不可替代角色的復(fù)雜產(chǎn)品而言[7-8]，工程變更傳播路徑(以下簡(jiǎn)稱變更傳播路徑)優(yōu)化的意義更為顯著。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)工程變更的研究主要集中于變更影響評(píng)估方面[4,6,9-17]，對(duì)變更傳播路徑搜索或優(yōu)化方法[18-25]的研究相對(duì)較少。其中，文獻(xiàn)[18-20]從變更傳播可能性的角度預(yù)測(cè)了變更可能的傳播路徑，但該方法的準(zhǔn)確度不高[26]；文獻(xiàn)[21-22]構(gòu)建了產(chǎn)品特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型，并基于此探討了變更傳播路徑搜索方法，但由于復(fù)雜產(chǎn)品零部件數(shù)量眾多且關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，該搜索方法用于優(yōu)化復(fù)雜產(chǎn)品工程變更傳播路徑時(shí)的工作量較大；文獻(xiàn)[23]提出基于經(jīng)驗(yàn)的工程變更傳播路徑預(yù)測(cè)方法，利用信息論、語(yǔ)義相似度和變更影響相似度，從設(shè)計(jì)歷史信息中提取與變更傳播路徑相關(guān)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出變更傳播路徑，但是當(dāng)歷史變更資料較少或不全面時(shí)，該方法的適用性較低;文獻(xiàn)[24]提出基于蒙特卡洛模擬的設(shè)計(jì)變更調(diào)度優(yōu)化方法，然而建模過(guò)程中的目標(biāo)函數(shù)難以準(zhǔn)確構(gòu)建，變量繁多且變量間的關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，因此難以保證該調(diào)度方法的準(zhǔn)確性；文獻(xiàn)[25]提出一種集成變更傳播仿真模型和優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)變更調(diào)度優(yōu)化方法，但是因?yàn)樽兏鼈鞑シ抡婺Ｐ偷臉?gòu)建在很大程度上依賴于設(shè)計(jì)人員的主觀經(jīng)驗(yàn)，所以與文獻(xiàn)[18-20]一樣，該文獻(xiàn)的準(zhǔn)確性有待提高。

鑒于復(fù)雜產(chǎn)品工程變更傳播路徑優(yōu)化的重要意義和目前研究的不足，本文提出復(fù)雜產(chǎn)品工程變更傳播路徑優(yōu)化方法。首先，構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)描述復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，為變更影響機(jī)制的研究奠定基礎(chǔ)；其次，針對(duì)不同類型的特性節(jié)點(diǎn)，分析其變更傳播特點(diǎn)，研究變更對(duì)上、下游特性的影響機(jī)制；再次，研究變更傳播路徑的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，獲得對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)影響最小的變更傳播路徑；最后，驗(yàn)證研究方法的準(zhǔn)確性與適用性。

1 復(fù)雜產(chǎn)品特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

由于工程變更包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)已發(fā)布的零部件、圖紙或軟件等多種對(duì)象進(jìn)行的更改[3]，而不同變更對(duì)象的優(yōu)化方法不同，在此將本文中復(fù)雜產(chǎn)品工程變更界定為對(duì)產(chǎn)品零部件的更改。因?yàn)楫a(chǎn)品零部件的更改主要是對(duì)組件設(shè)計(jì)參數(shù)和指標(biāo)的更改[21,27]，而特性涵蓋了組件的各類參數(shù)和指標(biāo)，所以工程變更可以看作是對(duì)組件特性的變更。同時(shí)，工程變更之所以能在特性間進(jìn)行傳播，是因?yàn)樘匦蚤g存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，若將特性視為節(jié)點(diǎn)，特性間的關(guān)聯(lián)關(guān)系視為邊，則變更傳播可看作在特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)間展開。與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(Design Structure Matrix, DSM)等方法相比，特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可以用單、雙向箭頭分別表示單、雙向依賴關(guān)聯(lián)關(guān)系，這種圖形化的表達(dá)方法更為直觀，更容易進(jìn)行下文的網(wǎng)絡(luò)層級(jí)劃分[28]。為此，本文首先構(gòu)建特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型，在此基礎(chǔ)上研究變更傳播及影響機(jī)制。

1.1 特性關(guān)聯(lián)關(guān)系分析

基于前人的研究成果[29]，機(jī)械產(chǎn)品的特性關(guān)聯(lián)關(guān)系一般有空間依賴、能量依賴、物料依賴和信息依賴4種。其中：空間依賴指兩特性間存在的空間位置或尺寸上的依賴；能量依賴指兩特性之間存在的能量上的依賴；物料依賴指兩特性間存在的物料上的依賴；信息依賴指兩特性間存在的數(shù)據(jù)或信號(hào)的依賴。

若特性v0為特性v1提供空間位置、能量、物質(zhì)或信息依賴(如圖1a)，則稱特性v1單向依賴于特性v0，可用函數(shù)v1=F(v0)表示；若特性v1同時(shí)也為特性v0提供空間位置、能量、物質(zhì)或信息依賴(如圖1b)，則稱特性v0與特性v1雙向依賴，可用函數(shù)F(v0,v1)=0表示。箭頭前端連接的特性稱為上游特性或輸入特性，箭頭末端連接的特性稱為下游特性或輸出特性。

根據(jù)文獻(xiàn)[1]的研究成果，雙向依賴關(guān)系可以轉(zhuǎn)化為單向依賴關(guān)系(如圖2)，為下文變更傳播路徑的分析帶來(lái)了方便。

1.2 特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

定義vi表示復(fù)雜產(chǎn)品的第i個(gè)特性，則節(jié)點(diǎn)集合V={vi,i=1,2,3,…}。布爾變量eij表示特性vi與vj之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，故邊集合E={eij,i,j=1,2,3,…}。若eij=1，則表示特性vi是vj之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，且vi是vj的上游特性；若eij=0，則表示特性vi與vj之間不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系?；诖?，復(fù)雜產(chǎn)品特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可表示為

G=(V,E)。

(1)

根據(jù)上述定義可知，該網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有向復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，因此存在入度和出度等結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[30]，節(jié)點(diǎn)vi的入度指指向節(jié)點(diǎn)vi的邊的數(shù)量，記為di(vi)；節(jié)點(diǎn)vi的出度指從節(jié)點(diǎn)vi出發(fā)的邊的數(shù)量，記為do(vi)。當(dāng)di(vi)=n(n∈N+)時(shí)，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)vi存在n個(gè)上游特性，若di(vi)=0，則節(jié)點(diǎn)vi不存在上游特性;同樣地，當(dāng)do(vi)=n(n∈N+)時(shí)，說(shuō)明節(jié)點(diǎn)vi存在n個(gè)下游特性，若do(vi)=0，則節(jié)點(diǎn)vi不存在下游特性。

復(fù)雜產(chǎn)品特性的提取及特性間關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析應(yīng)由產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)共同完成。一些成熟的方法，如質(zhì)量功能配置(Quality Function Deployment, QFD)和關(guān)鍵特性分解法，可用于輔助特性關(guān)聯(lián)信息的提取[21]。

2 變更影響機(jī)制分析

2.1 不同類型特性變更傳播分析

若兩特性間存在空間依賴關(guān)系，則當(dāng)特性變更量大于公差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生變更傳播現(xiàn)象，引起關(guān)聯(lián)特性的變更；否則，變更會(huì)被吸收，不會(huì)引起關(guān)聯(lián)特性的變更。例如，離合器設(shè)計(jì)中，壓盤外徑和離合器蓋直徑是相互依賴關(guān)系，當(dāng)壓盤外徑的變更量超過(guò)其尺寸公差時(shí)，離合器蓋直徑也要發(fā)生變化。

若兩特性之間存在能量、物料或信息依賴關(guān)系，則只要特性變更量不可忽略，就會(huì)發(fā)生變更傳播，引起關(guān)聯(lián)特性的變更。例如，作為渦輪進(jìn)口溫度設(shè)計(jì)的輸入信息，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)變化后，渦輪進(jìn)口溫度也會(huì)發(fā)生變化[31]。為區(qū)別空間依賴關(guān)系，在此將信息依賴、能量依賴和材料依賴統(tǒng)一稱為非空間依賴。

鑒于變更在空間依賴關(guān)系與非空間依賴關(guān)系間傳播的相似性，本文以非空間依賴關(guān)系為例進(jìn)行變更傳播分析。由于不同類型的特性變更時(shí)，變更傳播的特點(diǎn)不同，本文根據(jù)特性是否具有上、下游特性，將特性劃分為只具有下游特性的特性、只具有上游特性的特性及同時(shí)具有上、下游特性的特性3種類型(如圖3),各種類型的傳播特點(diǎn)如下：

(1)只有下游特性時(shí)的特性變更傳播特點(diǎn)

根據(jù)單向依賴關(guān)系函數(shù)表達(dá)式v1=F(v0)可知，特性v0發(fā)生變更且變更量不可忽略時(shí)，下游特性v1也會(huì)發(fā)生變更。因此，圖3a所示的特性v0變更且變更量不可忽略時(shí)，變更會(huì)沿特性依賴關(guān)系客觀地向下游傳播，導(dǎo)致其下游特性v1和v2發(fā)生變更，即特性v0的變更影響域是V0={v1,v2}。例如，離合器的摩擦因數(shù)及磨損是平均工作溫度的下游特性，當(dāng)平均工作溫度改變時(shí)，摩擦因數(shù)和磨損也會(huì)發(fā)生變化。

(2)只有上游特性時(shí)的特性變更傳播特點(diǎn)

根據(jù)單向依賴關(guān)系函數(shù)表達(dá)式可知，下游特性的變更需要通過(guò)主動(dòng)變更其上游特性實(shí)現(xiàn)。因此，圖3b所示的特性v0變更時(shí)，只有其上游特性v1或v2，或v1和v2主動(dòng)變更且變更量不可忽略時(shí)，下游特性v0才能發(fā)生變更，此時(shí)特性v1的變更影響域有3種可能的情況，分別是V0={v1}，V0={v2}或V0={v1,v2}。例如，離合器的踏板總行程和操縱分離力是操縱方便性的上游特性，若提高離合器的操縱方便性，則需變更踏板總行程或變更操縱分離力，或同時(shí)變更踏板總行程和操縱分離力。

(3)同時(shí)具有上、下游特性時(shí)的特性變更傳播特點(diǎn)

該類特性變更時(shí)，其上游特性需要發(fā)生主動(dòng)變更，其下游特性受變更客觀傳播影響也會(huì)發(fā)生變更。因此，如圖3c所示的特性v0變更，當(dāng)其上游特性v1或v2，或v1和v2主動(dòng)變更時(shí)，作為v1和v2下游特性的v0才能發(fā)生變更；同時(shí)，特性v0的變更還會(huì)沿依賴關(guān)系客觀向下游傳播，導(dǎo)致其下游特性v3和v4發(fā)生變更。因此，特性v1的變更影響域有3種可能的情況，分別是V={v1,v3,v4}，V={v2,v3,v4}或V={v1,v2,v3,v4}。

需要注意的是，當(dāng)客戶無(wú)法接受變更產(chǎn)生的消極影響時(shí)，需要對(duì)其上游特性進(jìn)行主動(dòng)變更以緩解該影響[21]。例如圖4中，v0表示離合器磨損的平均值，該值受初始變更特性v1的影響由19 000 km·mm-1變?yōu)?7 800 km·mm-1，此時(shí)需要對(duì)v0的上游特性v2或v3進(jìn)行主動(dòng)變更來(lái)消解該影響。

2.2 變更對(duì)上、下游特性影響機(jī)制的分析

基于2.1節(jié)可知，變更發(fā)生后，既會(huì)沿特性間的關(guān)聯(lián)關(guān)系客觀傳播至下游特性(如圖5右側(cè))，又會(huì)沿特性間的關(guān)聯(lián)關(guān)系因主動(dòng)變更傳播至上游特性(如圖5左側(cè))。受影響的下游特性發(fā)生變更成為變更特性，并繼續(xù)沿特性間的關(guān)聯(lián)關(guān)系客觀傳播，進(jìn)而對(duì)其下游特性產(chǎn)生影響，使被影響的下游特性成為變更特性；受影響的上游特性也發(fā)生變更成為變更特性，并對(duì)其下游特性和上游特性都產(chǎn)生影響。不斷重復(fù)以上過(guò)程，直到完成變更傳播，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。

3 復(fù)雜產(chǎn)品工程變更傳播路徑動(dòng)態(tài)優(yōu)化

根據(jù)變更影響機(jī)制可知，變更影響可以分為對(duì)上游特性的影響和對(duì)下游特性的影響。變更對(duì)上游特性的影響通過(guò)主動(dòng)變更實(shí)現(xiàn)，當(dāng)變更特性存在多個(gè)上游特性時(shí)，變更就會(huì)有多條傳播路徑，不同路徑引起的變更影響不同，因此變更對(duì)上游特性的影響可以通過(guò)優(yōu)化變更傳播路徑而減少;變更對(duì)下游特性的影響是因變更沿特性間關(guān)聯(lián)關(guān)系的客觀傳播造成，該影響的大小是客觀確定的，因此變更傳播路徑的優(yōu)化由上游影響特性的優(yōu)化和下游影響特性的搜索構(gòu)成。

3.1 上游影響特性動(dòng)態(tài)優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)

一般而言，每個(gè)變更特性具有多級(jí)上游特性，每級(jí)上游特性的數(shù)量不止一個(gè)，而且變更對(duì)上游特性的影響沿特性間的關(guān)聯(lián)關(guān)系逐級(jí)依次進(jìn)行，因此對(duì)上游影響特性的優(yōu)化是一個(gè)多階段決策的最優(yōu)化問(wèn)題。為此提出上游影響特性動(dòng)態(tài)優(yōu)化方案，如圖6所示。

該方案的具體流程如下：

(1)判斷變更特性的變更量Δc(v0)與允許變更量Δt(v0)的關(guān)系。若Δc(v0)≤Δt(v0)，則轉(zhuǎn)步驟(2)；否則，變更不可行。

(2)判斷變更量是否可忽略。若可忽略，則上游影響特性動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)步驟(3)。

(3)獲取各層級(jí)特性集Sk(k=1,2,3,…,n)，其中層級(jí)劃分方法如下：

1)雙向依賴關(guān)系轉(zhuǎn)化為單向依賴關(guān)系

在特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中存在單向依賴和雙向依賴兩種關(guān)聯(lián)關(guān)系。為便于進(jìn)行層級(jí)劃分，在此根據(jù)前人的研究成果[1]，將雙向依賴轉(zhuǎn)化為單向依賴。例如，圖7所示的某產(chǎn)品特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,特性v4和v6之間存在雙向依賴關(guān)系，在此可依據(jù)圖2所示的轉(zhuǎn)化方法，將該特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的結(jié)果如圖8所示。

2)劃分層級(jí)及各層級(jí)中上、下游特性集

(4)若初始變更特性v0∈Sk(k=1,2,3,…,n)，則傳播至v0的變更路徑Pk(v0)不可行。

(5)計(jì)算變更特性v0傳播至第k層級(jí)特性vi時(shí)各特性的變更量Δc(vi)，并判斷變更量Δc(vi)與允許變更量Δt(vi)的關(guān)系。若變更量大于允許變更量，則變更不可行；否則，轉(zhuǎn)步驟(6)。

(6)判斷特性vi的變更量Δc(vi)是否可忽略。若可以，則轉(zhuǎn)步驟(7)；否則，轉(zhuǎn)步驟(8)。

(7)判斷變更特性v0傳播至第k-1層級(jí)特性vj時(shí)，變更影響最小值fk-1(vj)是否為當(dāng)前所有變更影響的最小值(各層級(jí)的特性變更影響計(jì)算如式(2))。若是，則路徑Pk-1(vj)為最優(yōu)變更傳播路徑，輸出該路徑，搜索結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)步驟(8)。

(8)計(jì)算變更特性v0傳播至第k層級(jí)特性vi時(shí)，變更影響的最小值fk(vi)。

i,j,k,m=1,2,3,…。

(2)

其中vi，vl，vh,vm分別表示位于第k層級(jí)、第k+1層級(jí)、第k+2層級(jí)和第k+m層級(jí)中的特性；wi,wl,wh,wm分別表示特性vi，vl，vh,vm變更時(shí)對(duì)自身產(chǎn)生的影響，該值可參考前人研究成果或企業(yè)根據(jù)自身情況通過(guò)產(chǎn)品性能、時(shí)間和成本等的變化進(jìn)行度量。

且eji=1。

(3)

(9)判斷是否層級(jí)k=n。若是，則輸出最優(yōu)上游影響特性，搜索結(jié)束；否則，繼續(xù)搜索。

在圖8中，最優(yōu)變更傳播路徑的計(jì)算過(guò)程如下(假設(shè)各特性變更量均不可忽略)：

f1(v3)=w3。

(4)

特別地，當(dāng)變更特性v0傳播至第1層級(jí)上游特性v7時(shí)導(dǎo)致v7變更，特性v7的變更會(huì)沿關(guān)聯(lián)關(guān)系e73客觀向下游傳播導(dǎo)致特性v3變更，而特性v3變更也會(huì)沿關(guān)聯(lián)關(guān)系e30客觀向下游傳播至初始變更特性v0，故變更傳播路徑P1(v7)不可行。

變更特性v0傳播至第1層級(jí)上游特性v2時(shí)，導(dǎo)致特性v2變更，特性v2的變更會(huì)繼續(xù)向下游客觀傳播導(dǎo)致特性v4變更。若特性v4的變更量不可忽略，則其變更會(huì)因關(guān)聯(lián)關(guān)系向下游傳播導(dǎo)致特性v1變更，因此變更特性v0傳播至第1層級(jí)上游特性v2時(shí)產(chǎn)生的影響為

f1(v2)=w2+w4+w1。

(5)

f2(v4)=f1(v2)=w2+w4+w1。

(6)

因?yàn)樘匦詖3的變更會(huì)沿關(guān)聯(lián)關(guān)系e30客觀向下游傳播至初始變更特性v0，所以變更傳播路徑P2(v3)不可行。

f2(v6)=w6+f1(v2)

=w6+w2+w4+w1。

(7)

因?yàn)樘匦詖7是特性v3的上游特性，而特性v7變更會(huì)因關(guān)聯(lián)關(guān)系客觀傳播至初始變更特性v0，所以變更傳播路徑P2(v7)不可行。

f3(v1)=f2(v4)=w2+w4+w1。

(8)

(9)

3.2下游影響特性動(dòng)態(tài)搜索方案設(shè)計(jì)

由于變更對(duì)下游特性的影響是客觀確定的，對(duì)下游影響特性只需進(jìn)行動(dòng)態(tài)搜索即可。對(duì)此，提出如圖9所示的下游影響特性動(dòng)態(tài)搜索方法，具體搜索流程如下：

(1)判斷變更特性的變更量Δc(v0)與允許變更量Δt(v0)的關(guān)系。若Δc(v0)≤Δt(v0)，則轉(zhuǎn)步驟(2)；否則，變更不可行。

(2)判斷變更量是否可忽略。若可忽略，則下游影響特性搜索結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)步驟(3)。

(4)計(jì)算變更特性v0傳播至第k層級(jí)時(shí)特性vi的變更量Δc(vi)，并判斷變更量Δc(vi)與允許變更量Δt(vi)的關(guān)系。若變更量Δc(vi)大于允許變更量Δt(vi)，則變更不可行；否則，轉(zhuǎn)步驟(5)。

(5)判斷變更量Δc(vi)是否可以忽略。若是，則路徑Pk(vi)搜索結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)步驟(6)。

(6)計(jì)算變更特性v0傳播至第k層級(jí)特性vi時(shí)的變更影響值fk(vi)為

i,j,k=1,2,3,…。

(10)

式中:wi表示特性vi變更時(shí)產(chǎn)生的影響;fk-1(vj)表示初始特性v0變更傳播至第k-1層級(jí)特性vj時(shí)產(chǎn)生的變更影響。

(7)當(dāng)層級(jí)k=n時(shí)，下游影響特性搜索結(jié)束，輸出變更的下游傳播路徑。

4 對(duì)比分析及案例應(yīng)用

4.1 對(duì)比分析

為驗(yàn)證本文方法的有效性，現(xiàn)與文獻(xiàn)[21]所提方法進(jìn)行對(duì)比分析?；谖墨I(xiàn)[21]對(duì)離合器特性的分解結(jié)果和關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析情況，以特性間的依賴關(guān)系為基礎(chǔ)構(gòu)建如圖10所示的離合器特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)熱導(dǎo)率變更時(shí)，熱導(dǎo)率只存在下游特性，因此只采用下游影響特性動(dòng)態(tài)搜索方法進(jìn)行變更傳播路徑分析。根據(jù)該方法，熱導(dǎo)率的一級(jí)下游特性(平均工作溫度)、二級(jí)下游特性(磨損和摩擦因數(shù))和三級(jí)下游特性(轉(zhuǎn)矩容量)都會(huì)發(fā)生變化，熱導(dǎo)率變更時(shí)的變更傳播路徑如圖11所示，該結(jié)果與文獻(xiàn)[21]的分析結(jié)果一致。

磨損變更傳播到第一級(jí)上游特性時(shí)，根據(jù)圖10可知，f1(自由間隙)=w2，f1(材料沖擊強(qiáng)度)=w3，f1(材料硬度)=w4，f1(平均工作溫度)=w1。根據(jù)文獻(xiàn)[21]對(duì)各特性變更影響的評(píng)價(jià)結(jié)果，w3=9.7，w4=10.5。磨損的變更傳播到第二層級(jí)特性時(shí)，因?yàn)闊釋?dǎo)率為初始變更特性，所以變更傳播路徑P2(熱導(dǎo)率)不可行；變更傳播至第二層級(jí)其他特性時(shí)產(chǎn)生的變更影響為f2(厚度)=w1+w5=12.1，f2(比熱容)=w1+w6=12.5，f2(踏板自由行程)=w2+w7+w8+w9=6.23。因此，在文獻(xiàn)[21]的變更影響評(píng)價(jià)指標(biāo)下，本文計(jì)算的磨損變更的最優(yōu)變更傳播路徑為“磨損→自由間隙→踏板自由行程→踏板總行程→操縱方便性”，與文獻(xiàn)[21]分析結(jié)果一致。分析結(jié)果可知，本文提出的工程變更傳播路徑動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法也適用于一般機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的變更傳播路徑優(yōu)化。

4.2 案例應(yīng)用

下面以HF公司的直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行變更傳播路徑優(yōu)化分析。首先組織直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)專家進(jìn)行直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)特性提取及關(guān)聯(lián)關(guān)系分析，構(gòu)建該產(chǎn)品的特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。作為一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品，直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)包含的特性眾多，且關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，因此其特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)較為龐大。由于篇幅所限，在此呈現(xiàn)該特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一部分，如圖12所示。

在直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)電樞反應(yīng)電抗取值進(jìn)行優(yōu)化，由7.264 Ω降低到4.264 Ω。目前，該公司根據(jù)變更代價(jià)對(duì)變更影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中可能被電樞反應(yīng)電抗變更影響的特性的變更代價(jià)如表1所示，表中變更基數(shù)指特性變更的基本數(shù)量單位，其目的是為不同量綱不同大小的各類特性變更提供比較基礎(chǔ)。例如，一個(gè)內(nèi)半徑為10 cm和厚度為10 mm的圓環(huán)，其內(nèi)半徑的變更基數(shù)為0.1 cm,壁厚的變更基數(shù)為0.1 mm。變更代價(jià)指每變更基數(shù)的變更發(fā)生時(shí)，企業(yè)需要付出的時(shí)間或成本等的代價(jià)，可由專家評(píng)價(jià)給出。

表1 各特性變更代價(jià)

f1(定子外圓半徑)=6，

f1(定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù))=6+27=33，

f1(電機(jī)有效鐵心長(zhǎng)度)=15+27=42，

f1(定子繞組系數(shù))=8+27=35，

f1(定子頻率)=6+27=33，

f1(電機(jī)有效氣隙長(zhǎng)度)=18+21+27=66。

根據(jù)上述計(jì)算可知，在滿足電樞反應(yīng)電抗的變更量時(shí)，變更傳播路徑“電樞反應(yīng)電抗→定子外圓半徑”產(chǎn)生的影響最小，且定子外圓半徑不存在上游特性，該路徑搜索結(jié)束。因此，電樞反應(yīng)電抗變更對(duì)上游影響特性的優(yōu)化結(jié)果為“電樞反應(yīng)電抗→定子外圓半徑”。另外，根據(jù)下游影響特性動(dòng)態(tài)搜索方法可知，電樞反應(yīng)電抗對(duì)下游特性的傳播路徑為“電樞反應(yīng)電抗→電抗參數(shù)”。綜上所述，電樞反應(yīng)電抗最優(yōu)的變更傳播路徑為“定子外圓半徑←電樞反應(yīng)電抗→電抗參數(shù)”。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出復(fù)雜產(chǎn)品工程變更傳播路徑動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，對(duì)減少工程變更在復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的影響具有重要的理論意義。主要結(jié)論如下：

(1)變更對(duì)上游特性的影響通過(guò)主動(dòng)變更實(shí)現(xiàn)，對(duì)下游特性的影響則通過(guò)沿特性間關(guān)聯(lián)關(guān)系的客觀傳播造成，因此變更對(duì)上游特性的影響隨主觀變化，對(duì)下游特性的影響由客觀性確定，變更對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響可以從對(duì)上游特性的影響和下游特性的影響兩個(gè)方面進(jìn)行分析。

(2)基于上述研究結(jié)論，本文提出由上游影響特性動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法和下游影響特性動(dòng)態(tài)搜索方法構(gòu)成的變更傳播路徑動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法。對(duì)比分析及案例分析表明，該方法可以較準(zhǔn)確地獲得對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)影響最小的變更傳播路徑。另外，該方法也適用于一般機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的變更傳播路徑優(yōu)化，且不依賴于歷史變更數(shù)據(jù)，具有普遍的適用性。

在變更傳播路徑優(yōu)化中，變更代價(jià)是評(píng)價(jià)變更傳播路徑優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于如何準(zhǔn)確評(píng)估變更代價(jià)，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者并未進(jìn)行深入研究，這將是本文下一步需要探究的重要方向。

[1] WANG Yang, DUAN Guijiang. Product characteristic relationship modeling oriented to quality characteristic variation propagation analysis[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems,2014,20(3):652-660(in Chinese).[王 洋,段桂江.面向質(zhì)量特性波動(dòng)傳播分析的產(chǎn)品特性關(guān)聯(lián)建模技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2014,20(3):652-660.]

[2] LIU Dongsheng, WANG Jianmin, SUN Jiaguang. Design and implementation of engineering change management[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems,2001,7(7):41-46(in Chinese).[劉東升,王建民,孫家廣.工程更改管理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2001,7(7):41-46.]

[3] JARRATT T A W, ECKERT C M, CALDWELL N H M, et al. Engineering change:an overview and perspective on the literature[J]. Research in Engineering Design,2011,22(2):103-124.

[4] CHENG Hui, CHU Xuening. A network-based assessment approach for change impacts on complex product[J]. Journal of Intelligent Manufacturing,2012,23(4):1419-1431.

[5] AKG N A E, KESKIN H, BYRNE J C. Complex adaptive systems theory and firm product innovativeness[J]. Journal of Engineering & Technology Management,2014,31(1):21-42.

[6] ECKERT C, CLARKSON P J, ZANKER W. Change and customisation in complex engineering domains[J]. Research in Engineering Design,2004,15(1):1-21.

[7] LIN Tingyu, YANG Chen, GU Mu, et al. Application technology of cloud manufacturing for aerospace complex products[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems,2016,22(4):884-898(in Chinese).[林廷宇，楊 晨,谷 牧，等.面向航天復(fù)雜產(chǎn)品的云制造應(yīng)用技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2016,22(4):884-898.]

[8] LI Bohu, CHAI Xudong, XIONG Guangleng, et al. Research and primary practice on virtual prototyping engineering of complex product[J]. Journal of System Simulation,2002,14(3):336-341(in Chinese).[李伯虎,柴旭東,熊光楞,等.復(fù)雜產(chǎn)品虛擬樣機(jī)工程的研究與初步實(shí)踐[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2002,14(3):336-341.]

[9] TAO Fang, WEI Fajie. Propagation scope and impact of engineering change in product design and development[J]. Industrial Engineering Journal,2013,16(4):98-104(in Chinese).[陶 芳,魏法杰.產(chǎn)品研制過(guò)程中工程變更傳播范圍和影響分析[J].工業(yè)工程,2013,16(4):98-104.]

[10] TANG Dunbing, XU Ronghua, TANG Jicheng, et al. Analysis of engineering change impacts based on design structure matrix[J]. Journal of Mechanical Engineering,2010,46(1):154-161(in Chinese).[唐敦兵,徐榮華,唐吉成,等.基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣的工程變更影響分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010,46(1):154-161.]

[11] HE Rui, TANG Dunbing, XUE Jianbin. Engineering change propagation based on design structure matrix[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems,2008,14(4):656-660(in Chinese).[何 睿,唐敦兵,薛建彬.基于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣的工程變更傳播研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2008,14(4):656-660.]

[12] GONG Zhongwei, MO Rong, YANG Haicheng, et al. Method for forecasting avalanche propagation of engineering change[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems,2012,18(12):2619-2627(in Chinese).[宮中偉,莫 蓉,楊海成,等.基于矩陣的工程變更雪崩傳播預(yù)測(cè)方法[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012,18(12):2619-2627.]

[13] GONG Zhongwei, MO Rong, YANG Haicheng, et al. Engineering change based on Hub nodes of product development network[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems,2012,18(1):40-46(in Chinese).[宮中偉,莫 蓉,楊海成,等.基于產(chǎn)品開發(fā)網(wǎng)絡(luò)Hub節(jié)點(diǎn)的工程變更[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2012,18(1):40-46.]

[14] CLARKSON P J, SIMONS C, ECKERT C. Predicting cha-nge propagation in complex design[J]. Journal of Mechanical Design,2004,126(5):788-797.

[15] CHUA D K H, HOSSAIN M A. Predicting change propagation and impact on design schedule due to external changes[J]. IEEE Transactions on Engineering Management,2012,59(3):483-493.

[16] COHEN T, NAVATHE S B, FULTON R E. C-FAR, change favorable representation[J]. Computer-Aided Design,2000,32(5/6):321-338.

[17] JARRATT T A W, ECKERT C M, CLARKSON P J, et al. Product architecture and the propagation of engineering change[C]//Proceedings of the 7th International Design Conference. Bristol, UK:The Design Society,2002:75-80.

[18] GUO Yuming, WANG Jian, LING Weiqing. Study on complex product design change propagation based on small world net model[J]. Manufacturing Automation,2011,33(1):85-90(in Chinese).[郭于明,王 堅(jiān),凌衛(wèi)青.基于小世界網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更傳播研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2011,33(1):85-90.]

[19] ZHANG Zhenyan. Design change study of product structure network[D]. Wuhan:Wuhan University of Science and Technology,2014(in Chinese).[張振炎.面向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)變更研究[D].武漢:武漢科技大學(xué),2014.]

[20] YU Guodong. Change response and key technologies for customer requirements in customized complex product design[D]. Chongqing:Chongqing University,2015(in Chinese).[于國(guó)棟.定制復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)中客戶需求變更響應(yīng)及其關(guān)鍵技術(shù)[D].重慶:重慶大學(xué),2015.]

[21] YANG Fan, TANG Xiaoqing, DUAN Guijiang. Searching model of change propagation paths for mechanical product based on characteristic linkage network[J]. Journal of Mechanical Engineering,2011,47(19):97-106(in Chinese).[楊 帆,唐曉青,段桂江.基于特性關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)模型的機(jī)械產(chǎn)品工程更改傳播路徑搜索方法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2011,47(19):97-106.]

[22] YANG Fan, DUAN Guijiang. Developing a parameter linkage-based method for searching change propagation paths[J]. Research in Engineering Design,2011,23(4):353-372.

[23] GONG Zhongwei, MO Rong, YANG Haicheng, et al. History-based engineering change propagation predicting[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica,2013,34(3):677-685(in Chinese).[宮中偉,莫 蓉,楊海成,等.基于經(jīng)驗(yàn)的工程變更傳播路徑預(yù)測(cè)方法[J].航空學(xué)報(bào),2013,34(3):677-685.]

[24] LI Yuliang, ZHAO Wei, SHAO Xinyu. A process simulation based method for scheduling product design change propagation[J]. Advanced Engineering Informatics,2012,26(3):529-538.

[25] LI Yuliang, ZHAO Wei. An integrated change propagation scheduling approach for product design[J]. Concurrent Engineering,2014,22(4):347-360.

[26] KELLER R, ECKERT C M, CLARKSON P J. Multiple views to support engineering change management for complex products[C]//Proceedings of the 3rd International Conference on Coordinated and Multiple Views in Exploratory Visualization. Washington, D.C., USA:IEEE Computer Society,2005:33-41.

[27] YANG Fan, TANG Xiaoqing. Propagation of engineering change based on characteristic linkage perspective[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2012,38(8):1032-1039(in Chinese).[楊 帆,唐曉青.基于特性關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品工程更改傳播[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào),2012,38(8):1032-1039.]

[28] ZHENG Yujie, YANG Yu, ZHANG Na, et al. A supernetwork-based model for design processes of complex mechanical products[J]. Sustainability,2016,8(10):992.

[29] PIMMLER T U, EPPINGER S D. Integration analysis of product decomposition[C]//Proceedings of the ASME Conference on Design Theory & Methodology Minneapolis.New York,N.Y.,USA:ASME,1994.

[30] GUO Lei. Complex network[M]. Shanghai:Shanghai Science and Technology Education Press,2006(in Chinese).[郭 雷.復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[M].上海:上?？萍冀逃霭嫔?2006.]

[31] OUERTANI M Z. Supporting conflict management in collaborative design:an approach to assess engineering change impacts[J]. Computers in Industry,2008,59(9):882-893.