并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游活動(dòng)影響的研究

田啟華， 汪巍巍， 杜義賢， 董群梅， 文小勇

(三峽大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院， 湖北 宜昌 443002)

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并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游活動(dòng)影響的研究

田啟華， 汪巍巍， 杜義賢， 董群梅， 文小勇

(三峽大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院， 湖北 宜昌 443002)

設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)與交流能力是影響并行產(chǎn)品開發(fā)的重要因素.為了研究設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響，構(gòu)建了學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)與返工率函數(shù)，提出了下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的數(shù)學(xué)模型，研究了設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻及設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響，得出了下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的判斷條件，并通過實(shí)例對判斷條件進(jìn)行了分析驗(yàn)證.根據(jù)判斷條件以及設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力指數(shù)，計(jì)算出下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù).研究結(jié)果為縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間與減少產(chǎn)品開發(fā)成本提供了理論參考.

并行產(chǎn)品開發(fā)； 學(xué)習(xí)能力； 交流能力； 啟動(dòng)時(shí)刻； 信息交流次數(shù)

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)主要是由企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)部門承擔(dān)，但產(chǎn)品開發(fā)部門并不能單獨(dú)完成整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程，需要其他多個(gè)部門共同參與才能完成.對企業(yè)來說，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要方式之一，為了縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，下游設(shè)計(jì)活動(dòng)經(jīng)常會(huì)在上游設(shè)計(jì)活動(dòng)還沒結(jié)束前就與上游設(shè)計(jì)活動(dòng)進(jìn)行信息交流，使下游設(shè)計(jì)活動(dòng)能夠提前啟動(dòng)[1].但是企業(yè)往往忽略了下游設(shè)計(jì)活動(dòng)提前啟動(dòng)存在的弊端：1)下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻選擇不恰當(dāng)會(huì)引起下游設(shè)計(jì)活動(dòng)出現(xiàn)較大的迭代返工，使產(chǎn)品開發(fā)成本和開發(fā)時(shí)間不但不能減少反而會(huì)增加；2)上游設(shè)計(jì)活動(dòng)與下游設(shè)計(jì)活動(dòng)間進(jìn)行的信息交流不夠充分，則可能會(huì)引起產(chǎn)品開發(fā)出現(xiàn)大面積的修改和返工，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)降低產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量；3)設(shè)計(jì)活動(dòng)間進(jìn)行的信息交流同樣需要一定的時(shí)間和成本，信息交流過于頻繁則會(huì)打亂各設(shè)計(jì)活動(dòng)預(yù)定的開發(fā)計(jì)劃.由此可以看出，企業(yè)內(nèi)部在進(jìn)行產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)時(shí)，關(guān)鍵是要確定下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)刻與上下游設(shè)計(jì)活動(dòng)間進(jìn)行信息交流的次數(shù)[2].

從產(chǎn)品開發(fā)過程來看，設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)與交流能力等是影響下游活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的重要因素.徐亮亮等[3]研究了在產(chǎn)品開發(fā)過程中影響產(chǎn)品開發(fā)的相關(guān)因素及其影響原理，并闡述了設(shè)計(jì)需求和方案求解協(xié)同演化創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的邏輯過程.王娟茹等[4]的研究說明了開發(fā)團(tuán)隊(duì)的交流能力對制造業(yè)復(fù)雜產(chǎn)品的開發(fā)成本有影響.賈軍、吳慶鳴等[5-6]所作的研究表明產(chǎn)品開發(fā)的成本與設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力有關(guān).馬文建等[7]的研究表明下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)是可以通過計(jì)算得出的，并提出要得到最優(yōu)的產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間就需要考慮下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù).劉偉、王志亮等[8-11]針對設(shè)計(jì)任務(wù)的重疊問題以不同的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行了研究.徐巖、周雄輝等[12-15]研究了如何確定下游活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻的問題.Sosa，Gokpinar等[16-17]的研究說明了在研究最優(yōu)研發(fā)迭代次數(shù)時(shí)必須考慮研發(fā)團(tuán)隊(duì)交流成本這一因素.柴國榮等[18]也提出了能夠計(jì)算產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間與產(chǎn)品開發(fā)成本的數(shù)學(xué)模型.但這些研究均未具體考慮設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響.本文擬以設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)與交流能力為研究對象，通過構(gòu)建與學(xué)習(xí)能力有關(guān)的學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)以及與交流能力有關(guān)的返工率函數(shù)，研究設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響，得到對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的判斷條件，從而為確定下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻以及設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)提供決策參考.

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，一方面設(shè)計(jì)人員對所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的相關(guān)知識(shí)是通過不斷學(xué)習(xí)積累的，而學(xué)習(xí)知識(shí)量與設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力有直接關(guān)系，設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)能力的大小決定了學(xué)習(xí)知識(shí)量的大小與累積速度，為了描述學(xué)習(xí)能力對學(xué)習(xí)知識(shí)量的影響，擬構(gòu)建學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)來描述學(xué)習(xí)能力對學(xué)習(xí)知識(shí)量的影響；另一方面，當(dāng)下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)以及啟動(dòng)之后，上游設(shè)計(jì)活動(dòng)與下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的設(shè)計(jì)人員需要進(jìn)行信息交流并對已經(jīng)完成的設(shè)計(jì)活動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)返工，設(shè)計(jì)人員的交流能力越強(qiáng)，則設(shè)計(jì)活動(dòng)間的信息交流越充分，使得設(shè)計(jì)活動(dòng)的返工率越低，為了描述交流能力對返工率的影響，擬構(gòu)建出返工率函數(shù)來描述設(shè)計(jì)人員交流能力對返工率的影響.

設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)是影響下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的關(guān)鍵因素，所以在研究設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響時(shí)，可以通過學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響來體現(xiàn).在研究設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對并行產(chǎn)品開發(fā)下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響時(shí)，可以通過構(gòu)建與設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)、交流能力相應(yīng)的學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)與返工率函數(shù)，推導(dǎo)出下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，得出設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響，即設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響.

1　學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)與返工率函數(shù)的構(gòu)建

1.1學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)的構(gòu)建

從產(chǎn)品開發(fā)的特征來看，設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力是各個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)能否順利完成的重要影響因素，擬構(gòu)建設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)來描述設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)能力對上游設(shè)計(jì)活動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)量的影響.設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力反映了承擔(dān)該產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)活動(dòng)人員的設(shè)計(jì)能力，對于學(xué)習(xí)能力不同的設(shè)計(jì)人員而言，在完成相同設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)的難易程度是不同的，設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)能力的不同導(dǎo)致學(xué)習(xí)知識(shí)量的大小與積累速度不同，所對應(yīng)的設(shè)計(jì)能力也會(huì)不同，最終使得產(chǎn)品開發(fā)周期和成本都不相同.文獻(xiàn)[7]提出的知識(shí)累積率函數(shù)中用設(shè)計(jì)活動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新程度來反映承擔(dān)設(shè)計(jì)活動(dòng)的團(tuán)隊(duì)的技術(shù)開發(fā)能力，設(shè)計(jì)活動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新程度可以從技術(shù)的角度體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)中設(shè)計(jì)人員的開發(fā)能力，但是團(tuán)隊(duì)中設(shè)計(jì)人員的技術(shù)開發(fā)能力與設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力有直接關(guān)系，且設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力比設(shè)計(jì)活動(dòng)的技術(shù)創(chuàng)新程度更能體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)活動(dòng)中的重要作用.參考上游設(shè)計(jì)活動(dòng)知識(shí)累積率函數(shù)，采用學(xué)習(xí)能力指數(shù)λ來描述設(shè)計(jì)活動(dòng)與設(shè)計(jì)人員之間的關(guān)系，定義設(shè)計(jì)活動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)f(t)如下：

(1)

式中：t為設(shè)計(jì)活動(dòng)已經(jīng)執(zhí)行的時(shí)間；T為設(shè)計(jì)活動(dòng)的預(yù)計(jì)完成時(shí)間；λ為設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)能力指數(shù)，0<λ<1，若λ趨近于0，則表明設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)能力弱，即在任務(wù)執(zhí)行中設(shè)計(jì)人員不能有效地學(xué)到知識(shí)，學(xué)習(xí)的知識(shí)量少，若λ趨近于1，則表明設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，即在任務(wù)執(zhí)行過程中能高效地學(xué)到知識(shí)，學(xué)習(xí)的知識(shí)量多，因此λ體現(xiàn)出設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)能力對設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響；(1-λ)表示設(shè)計(jì)人員對外界提供知識(shí)幫助的依賴度，λ越大表明設(shè)計(jì)人員對外界提供知識(shí)幫助的依賴越小，反之則越大；α為設(shè)計(jì)活動(dòng)中學(xué)習(xí)的知識(shí)演化路徑指數(shù)，其大小取決于設(shè)計(jì)活動(dòng)的特性.

1.2返工率函數(shù)的構(gòu)建

當(dāng)上游設(shè)計(jì)人員學(xué)習(xí)的知識(shí)信息需要傳遞給下游設(shè)計(jì)人員時(shí)，設(shè)計(jì)人員間的交流能力越強(qiáng)，則上、下游設(shè)計(jì)活動(dòng)之間的信息交流越充分及信息交流率越高，上游設(shè)計(jì)活動(dòng)傳遞的信息對下游設(shè)計(jì)人員的影響程度就越大，下游設(shè)計(jì)活動(dòng)返工率越低；反之，設(shè)計(jì)人員間的交流能力越弱，則上、下游設(shè)計(jì)活動(dòng)之間的信息交流越不充分，下游設(shè)計(jì)人員在與上游設(shè)計(jì)人員進(jìn)行信息交流時(shí)，從上游設(shè)計(jì)活動(dòng)中獲得的信息越少，信息交流率越低，使下游設(shè)計(jì)人員在完成設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)需要作的假設(shè)就越多，下游設(shè)計(jì)活動(dòng)返工率越高.在文獻(xiàn)[7]的下游設(shè)計(jì)活動(dòng)返工函數(shù)中，用上游設(shè)計(jì)活動(dòng)信息對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)開展的重要度體現(xiàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)間傳遞的信息對設(shè)計(jì)活動(dòng)的重要性，但設(shè)計(jì)活動(dòng)間的信息傳遞與設(shè)計(jì)人員的交流能力有直接關(guān)系，即設(shè)計(jì)活動(dòng)的信息在進(jìn)行傳遞時(shí)會(huì)受到設(shè)計(jì)人員交流能力的影響，設(shè)計(jì)人員交流能力越強(qiáng)，則上、下游設(shè)計(jì)活動(dòng)間的信息交流就越充分，使得傳遞的信息越容易被接納和利用，信息的重要度也越能被體現(xiàn)出來，所以設(shè)計(jì)人員的交流能力比上游設(shè)計(jì)活動(dòng)信息對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)開展的重要度更能體現(xiàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)與傳遞的信息之間的重要關(guān)系.參考下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的返工函數(shù)，用設(shè)計(jì)人員交流能力指數(shù)γ來描述設(shè)計(jì)活動(dòng)與傳遞的信息的關(guān)系，定義下游設(shè)計(jì)活動(dòng)返工率函數(shù)g(x)如下：

(2)

式中：x為上游設(shè)計(jì)活動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)量，即式(1)中f(t)；γ為設(shè)計(jì)人員的交流能力指數(shù)，0<γ<1，當(dāng)γ趨近0時(shí)，表明設(shè)計(jì)人員的交流能力低，此時(shí)下游設(shè)計(jì)活動(dòng)具有較高的返工率，當(dāng)γ趨近1，表明設(shè)計(jì)人員的交流能力較高，此時(shí)下游設(shè)計(jì)活動(dòng)具有較低的返工率，因此，γ也體現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員的交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)執(zhí)行的重要度；β為下游設(shè)計(jì)活動(dòng)開發(fā)團(tuán)隊(duì)具有的技術(shù)能力指數(shù)，β≥0.

2　下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建

下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)是影響下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的重要因素，因此在構(gòu)建下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，主要構(gòu)建下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的數(shù)學(xué)模型.

假設(shè)一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目有多個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)，現(xiàn)選取其中2個(gè)重要設(shè)計(jì)活動(dòng)——產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)來研究，前者為上游設(shè)計(jì)活動(dòng)，后者為下游設(shè)計(jì)活動(dòng).上游設(shè)計(jì)活動(dòng)預(yù)計(jì)完成時(shí)間為T1，假設(shè)下游設(shè)計(jì)活動(dòng)在上游設(shè)計(jì)活動(dòng)開始后的t0時(shí)刻啟動(dòng)(0≤t0≤T1)，上、下游設(shè)計(jì)活動(dòng)在t0～T1時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行n次信息交流(n≥1)，假設(shè)每次進(jìn)行信息交流的時(shí)間間隔相同，則相鄰兩次信息交流的時(shí)間間隔Δt=(T1-t0)/(n-1).下游設(shè)計(jì)活動(dòng)在每個(gè)Δt內(nèi)的工作分為任務(wù)返工和有效工作兩部分，則Δt包含了任務(wù)返工時(shí)間與有效工作時(shí)間.

將式(1)代入式(2)，得

(3)

式(3)描述了下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)后其返工率g(t)與時(shí)間t的關(guān)系，也體現(xiàn)出上游設(shè)計(jì)活動(dòng)對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)影響的連續(xù)性，隨著上游設(shè)計(jì)活動(dòng)學(xué)習(xí)知識(shí)量的不斷增加,下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的返工率在不斷降低.

實(shí)際應(yīng)用中我們?yōu)榱说玫胶啙嵱行У臄?shù)學(xué)模型，參考文獻(xiàn)[7]，取α=1，β=1，此時(shí)設(shè)計(jì)活動(dòng)的學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)和返工率函數(shù)均為線性，則在第ti時(shí)刻時(shí)：

(4)

式中：ti=t0+(i-1)Δt，i=1，2，…，n-1.

將返工時(shí)間視為返工率與工作時(shí)間的乘積，根據(jù)返工率g(ti)計(jì)算得到在第i個(gè)時(shí)間間隔Δt內(nèi)，有效的工作時(shí)間Twi與返工時(shí)間Tri分別為：

Twi=[1-g(ti)]×Δt，

(5)

Tri=g(ti)×Δt.

(6)

則總的有效工作時(shí)間Tw和總的返工時(shí)間Tr為：

(7)

(8)

視下游設(shè)計(jì)活動(dòng)提前啟動(dòng)所得的總收益為總的有效工作時(shí)間成本，付出的總成本為總的返工時(shí)間與信息交流成本，則下游設(shè)計(jì)活動(dòng)提前啟動(dòng)的全局收益π為

π=Twct-(Trct+ncm)，

(9)

式中：ct為下游設(shè)計(jì)活動(dòng)單位時(shí)間成本，cm為下游設(shè)計(jì)活動(dòng)與上游設(shè)計(jì)活動(dòng)每次進(jìn)行信息交流的成本，Twct為總收益，Trct+ncm為總成本.

將式(4)至(8)代入式(9)中整理得：在下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)刻為t0、設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)為n時(shí)的全局收益π(t0,n)為

(10)

對式(10)求全局收益函數(shù)π的無條件極值，可得當(dāng)λ>0，γ>0，且0

(11)

3　學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響分析

我們在分析學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的影響時(shí)，主要分析其對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻以及設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)這2個(gè)方面的影響.

3.1對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻的影響分析

由式(11)可以看出，學(xué)習(xí)能力指數(shù)λ與交流能力指數(shù)γ都能對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)刻產(chǎn)生影響，現(xiàn)就3種情況進(jìn)行討論.

1)假設(shè)上游設(shè)計(jì)活動(dòng)完成時(shí)或完成之后下游設(shè)計(jì)活動(dòng)才開始執(zhí)行，即t0≥T1.

(12)

可得當(dāng)λ與γ滿足式(12)時(shí)，下游設(shè)計(jì)活動(dòng)在上游設(shè)計(jì)活動(dòng)完成時(shí)或完成之后才開始執(zhí)行.

最后得出

(13)

可得當(dāng)λ與γ滿足式(13)時(shí)，下游設(shè)計(jì)活動(dòng)與上游設(shè)計(jì)活動(dòng)同時(shí)開始執(zhí)行.

3)假設(shè)下游設(shè)計(jì)活動(dòng)在上游設(shè)計(jì)活動(dòng)執(zhí)行過程中開始執(zhí)行，即0

(14)

可得當(dāng)λ與γ滿足式(14)時(shí)，下游設(shè)計(jì)活動(dòng)在上游設(shè)計(jì)活動(dòng)執(zhí)行過程中開始執(zhí)行.

3.2對設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響分析

根據(jù)式(11)可以看出，學(xué)習(xí)與交流能力同樣都能對信息交流次數(shù)產(chǎn)生影響，與學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻影響的3種情況同理分析，也可得出學(xué)習(xí)與交流能力對設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響的3種情況：

綜上所述，得到下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的判斷條件如表1所示.

表1下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的判斷條件

Table 1The judging conditions of downstream design activity start time and the times of information communication between design activities

下游設(shè)計(jì)活動(dòng)執(zhí)行模式λ與γ滿足條件下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻t0信息交流次數(shù)n上游設(shè)計(jì)活動(dòng)完成時(shí)或完成之后下游設(shè)計(jì)活動(dòng)才開始執(zhí)行λγ≥T1ct8cmT1-γT14λ+γT1cm2λct1下游設(shè)計(jì)活動(dòng)與上游設(shè)計(jì)活動(dòng)同時(shí)開始執(zhí)行8λcmT1γct≤1-4λγγ≥4λ{(lán)0T1γct8λcm下游設(shè)計(jì)活動(dòng)在上游設(shè)計(jì)活動(dòng)執(zhí)行過程中開始執(zhí)行8λcmT1γct>1-4λγ或λγ

在并行產(chǎn)品開發(fā)中，根據(jù)以上判斷條件，判斷出下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)模式，將學(xué)習(xí)能力指數(shù)與交流能力指數(shù)以及其他相關(guān)參數(shù)代入式(11)中，以此確定下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù).

特別地，對學(xué)習(xí)能力指數(shù)λ與交流能力指數(shù)γ分別趨近于0時(shí)的2種特殊情況進(jìn)行分析.

由式(11)可得：

1)當(dāng)λ趨近于0時(shí)，由于t0≥0，所以此時(shí)t0趨近于0，設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力得不到體現(xiàn)，交流次數(shù)n會(huì)變得無窮大，上游設(shè)計(jì)活動(dòng)的知識(shí)累積不能很好地通過設(shè)計(jì)人員的自主學(xué)習(xí)獲得，要求設(shè)計(jì)人員的交流能力很強(qiáng).此時(shí)，可采用下游設(shè)計(jì)活動(dòng)與上游設(shè)計(jì)活動(dòng)同時(shí)開始執(zhí)行的模式.

4　實(shí)例分析

現(xiàn)以某企業(yè)車載裝置開發(fā)為例.該企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)主要由2個(gè)部門參與，即產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門與產(chǎn)品制造部門，設(shè)計(jì)部門的設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功

能等，設(shè)計(jì)人員工作一段時(shí)間后將設(shè)計(jì)信息傳遞給制造部門的制造人員，制造人員根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的信息進(jìn)行制造生產(chǎn).在產(chǎn)品開發(fā)過程中制造人員會(huì)與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行信息交流，設(shè)計(jì)人員根據(jù)制造人員反饋的信息不斷進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，并將更改后的信息再次傳遞給制造人員，如此反復(fù)交流多次后，最終完成整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程.產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門與制造部門的人員在產(chǎn)品開發(fā)過程中合理地進(jìn)行信息交流，有效提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度與效率，將總的成本控制在可以接受的范圍內(nèi).

通過對產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門與制造部門的人員進(jìn)行問卷調(diào)查或訪談等方式，獲得產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門與制造部門人員的交流能力指數(shù)γ.產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門與制造部門人員的學(xué)習(xí)能力指數(shù)λ主要根據(jù)所需傳遞信息的信息量大小以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門與制造部門人員的文化程度等因素綜合考慮，對參與人員進(jìn)行問卷調(diào)查并打分獲得.參考文獻(xiàn)[5]和[7]中實(shí)例，并對實(shí)例數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化與假設(shè)，得出產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)參數(shù)如表2所示.

表2產(chǎn)品開發(fā)相關(guān)參數(shù)

Table 2The related parameters of product development

參數(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門產(chǎn)品制造部門人員學(xué)習(xí)能力指數(shù)λ0.55人員交流能力指數(shù)γ0.72信息交流成本cm/(元/次)400預(yù)計(jì)信息交流次數(shù)n'/次7設(shè)計(jì)開發(fā)的單位時(shí)間成本ct/(元/d)1500設(shè)計(jì)活動(dòng)預(yù)定的啟動(dòng)時(shí)刻t1,t2/d133預(yù)計(jì)完成所需時(shí)間T1,T2/d4045

29.55d，

此時(shí)取t0=30 d.

此時(shí)，產(chǎn)品開發(fā)的總成本C總、總時(shí)間T總為：

C總=n×cm+(t0+T2)×ct=

400×5+(30+45)×1500=114 500元，

T總=t0+T2=30+45=75d.

7×400+(33+45)×1500=119 800元，

產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門的任務(wù)預(yù)計(jì)完成時(shí)間為40 d，而產(chǎn)品制造部門的任務(wù)啟動(dòng)時(shí)刻為第30天，總的交流次數(shù)為5次，這就意味著當(dāng)產(chǎn)品制造部門的任務(wù)啟動(dòng)后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門和制造部門平均每兩天就要進(jìn)行一次信息交流.產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度表是由產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門和制造部門相互溝通后共同制定出來的，并以設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)與交流能力指數(shù)為參考，計(jì)算出下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)后，對在什么時(shí)候需要進(jìn)行信息交流作出調(diào)整，并確定每次進(jìn)行信息交流時(shí)要達(dá)到的目標(biāo).由于有了具體的產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度表，并嚴(yán)格按照進(jìn)度執(zhí)行，為成功開發(fā)產(chǎn)品提供了保障.

在實(shí)際開發(fā)中，由于明確了產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門和制造部門之間的信息交流次數(shù)，而且每次交流的目的明確，使兩部門間的信息交流效率顯著提高，避免了在產(chǎn)品開發(fā)過程中各部門之間頻繁或過少進(jìn)行信息交流的現(xiàn)象發(fā)生，產(chǎn)品制造部門任務(wù)啟動(dòng)時(shí)刻的確定也減少了因任務(wù)提前或滯后啟動(dòng)帶來的成本增大.有效的信息溝通和交流以及明確了制造部門任務(wù)的啟動(dòng)時(shí)刻，使得產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)總的完成時(shí)間從計(jì)劃的78 d減少為75 d；產(chǎn)品實(shí)際開發(fā)的總成本為114 500元，比企業(yè)計(jì)劃的總成本119 800元降低了4.42%.因此，最終提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度，減少了成本.

5　結(jié)束語

本文考慮產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)人員的學(xué)習(xí)能力和交流能力，提出了與學(xué)習(xí)能力有關(guān)的學(xué)習(xí)知識(shí)量函數(shù)以及與交流能力有關(guān)的返工率函數(shù)，推導(dǎo)出下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的數(shù)學(xué)模型，研究學(xué)習(xí)與交流能力對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻及設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響，得出對下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)的影響情況與判斷條件，為確定并行產(chǎn)品開發(fā)中下游設(shè)計(jì)活動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)，以及減少產(chǎn)品開發(fā)成本、提高產(chǎn)品開發(fā)效率提供理論參考.實(shí)例分析表明，本文得到的下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻和設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)數(shù)學(xué)模型與判斷條件，對確定合理的下游設(shè)計(jì)活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻與設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)有一定的參考作用，能夠縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，控制設(shè)計(jì)活動(dòng)間信息交流次數(shù)，最終減少產(chǎn)品開發(fā)成本.

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Research on influence of designers′ learning ability and information communication ability to downstream design activity in concurrent product design

TIAN Qi-hua， WANG Wei-wei， DU Yi-xian， DONG Qun-mei， WEN Xiao-yong

(College of Mechanical and Power Engineering， China Three Gorges University， Yichang 443002， China)

The designers′ learning ability and information communication ability are important factors affecting concurrent product development. In order to research the influence of designers′ learning ability and information communication ability to downstream design activity， the learning knowledge quantity function and the rework rate function were constructed， the mathematical model of start time of downstream design activity and information communication times between design activities was put forward， the influence of designers′ learning ability and information communication ability to the start time of downstream design activity and the information communication times between design activities was researched， and the judging conditions of the start time of downstream design activity and the information communication times between design activities were obtained， and the judging conditions were analyzed and verified through an example. The start time of downstream design activity and the information communication times between design activities were calculated on the basis of the judging conditions and the designers′ learning ability and information communication ability indexes. The study provides theoretical reference for shortening the product development time and reducing the product development cost．

concurrent product development; learning ability; information communication ability; start time; information communication times

2016-01-27.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51475265).

田啟華(1962—)，男，湖北宜昌人，教授，博士，從事CAD/CAE/CAM、優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究，E-mail：tqh@ctgu.edu.cn.http://orcid.org//0000-0002-6084-6687

10.3785/j.issn. 1006-754X.2016.05.004

T -29； TB 472

A

1006-754X(2016)05-0424-07

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