復(fù)雜系統(tǒng)的價(jià)值工程功能—成本分析初探

陳潔

摘要： 本文提出了有關(guān)復(fù)雜系統(tǒng)的價(jià)值工程功能-成本的分析模型，在價(jià)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(huì)有很好的改進(jìn)。本文通過(guò)運(yùn)用進(jìn)化算法搜索創(chuàng)新方案，通過(guò)一個(gè)人力資源管理的案例，說(shuō)明了復(fù)雜系統(tǒng)的價(jià)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(jià)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(lèi)號(hào)：F270.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）03-0020-04

0 引言

價(jià)值工程首次對(duì)事物實(shí)用價(jià)值的構(gòu)型進(jìn)行了量化分析，從工程角度對(duì)產(chǎn)品和服務(wù)的價(jià)值進(jìn)行系統(tǒng)的管理。價(jià)值工程區(qū)分對(duì)象的載體和價(jià)值，兩者關(guān)系雖然密切但必須區(qū)別對(duì)待。價(jià)值工程的目標(biāo)就是提升對(duì)象的價(jià)值，價(jià)值定義為功能強(qiáng)度與成本之比。對(duì)象的功能-成本分析是價(jià)值工程的核心環(huán)節(jié)。功能-成本分析需要分解對(duì)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(gè)部件的成本分?jǐn)偟綄?duì)象的子功能上，經(jīng)過(guò)匯總得到對(duì)象的總體成本。功能-成本分析是價(jià)值分析和價(jià)值優(yōu)化的基礎(chǔ)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)以此建立更具價(jià)值的創(chuàng)新方案。

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

隨著對(duì)價(jià)值研究的不斷深入，對(duì)象本身的復(fù)雜性給價(jià)值分析工作帶來(lái)了極大的困難。傳統(tǒng)價(jià)值工程借助經(jīng)驗(yàn)分析和手工操作的方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于時(shí)代的要求，但價(jià)值工程的基本理念和思想方法仍具有現(xiàn)實(shí)意義，這是被理論界所共識(shí)的[6]。

價(jià)值工程在面對(duì)各種挑戰(zhàn)的過(guò)程中不斷引入新的技術(shù)方法[7-9]，信息技術(shù)無(wú)疑對(duì)價(jià)值工程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。事實(shí)上，只有利用計(jì)算機(jī)的信息處理能力，運(yùn)用現(xiàn)代優(yōu)化算法和人工智能方法，價(jià)值工程才能處理各種復(fù)雜系統(tǒng)的價(jià)值分析。只有在計(jì)算機(jī)軟件輔助的條件下，才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)。正如其他已經(jīng)迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)一樣，如CAD、CAM、CAI等，計(jì)算機(jī)輔助價(jià)值工程的產(chǎn)生和發(fā)展是將信息技術(shù)應(yīng)用于價(jià)值工程的必然結(jié)果。價(jià)值工程的創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)需要從超大空間中搜索更好的創(chuàng)新方案，通過(guò)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(wèn)題本文將在隨后的進(jìn)化算法中做進(jìn)一步說(shuō)明。價(jià)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(jià)值工程發(fā)展的必然。

本文在價(jià)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(jìn)，從而可以大幅度提升復(fù)雜系統(tǒng)的價(jià)值。通過(guò)一個(gè)人力資源管理的案例進(jìn)一步闡明應(yīng)用軟計(jì)算進(jìn)行價(jià)值分析的意義。

1 問(wèn)題的提出

復(fù)雜系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是系統(tǒng)內(nèi)部元素之間存在復(fù)雜的對(duì)應(yīng)關(guān)系，給實(shí)施價(jià)值工程帶來(lái)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(jià)值工程功能-成本分析的一般模型。

1.1 基本概念和定義

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

2 基于進(jìn)化算法的創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)

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(shí)間內(nèi)完成。過(guò)去常用經(jīng)驗(yàn)的方法，如直接評(píng)分或加權(quán)評(píng)分，多方案估計(jì)法，頭腦風(fēng)暴法等。從理論上講，借助現(xiàn)代人工智能的計(jì)算機(jī)算法得到的設(shè)計(jì)方案要優(yōu)于上述經(jīng)驗(yàn)方法。

進(jìn)化算法是智能軟計(jì)算的一種，其基本思想是利用生物進(jìn)化過(guò)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(yùn)用到在大空間中搜索最優(yōu)解。將進(jìn)化算法引入價(jià)值工程創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)時(shí)，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(guò)一代代的演化得到適應(yīng)值高的個(gè)體，即優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。在上述模型中：

①基因位和基因組：基因是個(gè)體最本質(zhì)的東西。在進(jìn)化算法中一個(gè)基因組就是一個(gè)可行解。將部件作為基因位，部件按照其編號(hào)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(duì)象的價(jià)值是個(gè)體的適應(yīng)函數(shù)（參見(jiàn)定義4）。在進(jìn)化過(guò)程中，個(gè)體的基因組決定了個(gè)體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。通過(guò)適應(yīng)函數(shù)，可以將個(gè)體的基因組映射為一個(gè)適應(yīng)值，適應(yīng)值越大，說(shuō)明個(gè)體的適應(yīng)能力越強(qiáng)。

③交叉：既可以隨機(jī)選擇交叉點(diǎn)，也可以選取固定的交叉點(diǎn)。在交叉位置將兩個(gè)基因組分開(kāi)并重組為兩個(gè)新的基因組。交叉是一種進(jìn)化機(jī)制，是形成新個(gè)體的過(guò)程。交叉過(guò)程是個(gè)體之間交配產(chǎn)生后代的過(guò)程。

④變異：選擇一個(gè)很小的數(shù)值作為變異概率（如0.01），變異概率是一個(gè)系統(tǒng)參數(shù)。對(duì)新基因組的每個(gè)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(gè)別的基因位發(fā)生變化。變異通常是隨機(jī)出現(xiàn)的，對(duì)個(gè)體適應(yīng)度的影響也是隨機(jī)的。通過(guò)變異，保留優(yōu)良個(gè)體，淘汰不良個(gè)體。

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

從初始種群開(kāi)始，經(jīng)過(guò)個(gè)體的交叉、變異，產(chǎn)生新的個(gè)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(gè)體作為種群下一代，這樣一代代不斷地進(jìn)化，整個(gè)種群適應(yīng)環(huán)境的能力逐步加強(qiáng)。理論和實(shí)踐都已充分證明了進(jìn)化算法的可靠性，只要在算法設(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)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(jìn)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(guò)一個(gè)人力資源管理的例子，說(shuō)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(jì)。

對(duì)于一個(gè)組織的人力資源利用方面的價(jià)值管理，首先要根據(jù)組織的職能和目標(biāo)，對(duì)組織進(jìn)行功能分析和工作流程設(shè)計(jì)，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(shí)，應(yīng)當(dāng)從功能價(jià)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(dòng)能和下位功能等）和價(jià)值，人力資源部門(mén)應(yīng)當(dāng)根據(jù)崗位所實(shí)現(xiàn)的功能價(jià)值設(shè)定崗位工資，并根據(jù)崗位工作的專(zhuān)業(yè)要求從人才市場(chǎng)招聘員工。

例如某組織已經(jīng)完成了功能-價(jià)值分析和工作流設(shè)計(jì)，確定需要N個(gè)工作崗位，根據(jù)功能-價(jià)值分析的結(jié)果，每個(gè)崗位的工資也已經(jīng)確定；根據(jù)工作流設(shè)計(jì)，每個(gè)崗位所需要的專(zhuān)業(yè)技能和所要求的專(zhuān)業(yè)能力也可以確定。有關(guān)工作流設(shè)計(jì)是工業(yè)工程需要解決的問(wèn)題，而功能-價(jià)值分析是價(jià)值工程需要解決的問(wèn)題。一個(gè)組織的功能-價(jià)值分析的目的是提升組織的整體價(jià)值。對(duì)于組織機(jī)構(gòu)中每個(gè)工作崗位，將在組織的一個(gè)或多個(gè)子功能中發(fā)揮作用，整個(gè)組織的職能發(fā)揮是由每個(gè)崗位員工的專(zhuān)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(gè)組織的職能。例如，在領(lǐng)導(dǎo)崗位上使用具有多項(xiàng)專(zhuān)業(yè)技能的管理人才，在關(guān)鍵崗位上使用具有較強(qiáng)專(zhuān)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(jí)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(mén)所面臨的問(wèn)題是：在提升組織能力方面，如何在每個(gè)崗位上使用適當(dāng)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(wèn)題的傳統(tǒng)方法是通過(guò)逐步調(diào)整的方法。首先是憑經(jīng)驗(yàn)自然形成了組織結(jié)構(gòu)，隨后根據(jù)組織運(yùn)行和發(fā)展情況對(duì)內(nèi)部的崗位進(jìn)行逐步調(diào)整。這實(shí)際上就是一種基于演化的優(yōu)化過(guò)程，通過(guò)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(wèn)題可以運(yùn)用本文提出的基于進(jìn)化算法的創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)，對(duì)組織中的崗位進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃。在優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)時(shí)，將組織視為產(chǎn)品，組織職能既產(chǎn)品功能；人才對(duì)應(yīng)為部件，人才的專(zhuān)業(yè)和能力對(duì)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(jià)于產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。由于組織結(jié)構(gòu)改革的復(fù)雜性，同時(shí)由于環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，不可能尋求到最優(yōu)的規(guī)劃方案。但運(yùn)用上述進(jìn)化算法，可以找到相對(duì)優(yōu)化的方案。

3 問(wèn)題的進(jìn)一步討論

上述模型具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。科學(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(duì)象分解為由部件構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)，即對(duì)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(gè)部件具有一定的功能，與其他部件協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)對(duì)象的功能。從價(jià)值工程的角度看，對(duì)象部件的成本決定了對(duì)象的成本，部件的功能及組織形式?jīng)Q定了對(duì)象的功能，對(duì)象的價(jià)值就是對(duì)象的功能強(qiáng)度與對(duì)象的成本之比。因此，當(dāng)今社會(huì)的許多領(lǐng)域都可以運(yùn)用這個(gè)價(jià)值工程的觀點(diǎn)提升價(jià)值。隨著價(jià)值工程研究的深入，價(jià)值分析的對(duì)象從原先的產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，逐漸過(guò)渡到服務(wù)領(lǐng)域，并從具體對(duì)象的價(jià)值分析，逐漸過(guò)渡到管理行為的價(jià)值分析。

對(duì)象復(fù)雜性的增加促使價(jià)值分析方法的創(chuàng)新。與其他研究類(lèi)似，面對(duì)系統(tǒng)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的分析方法面臨重重困難，嚴(yán)重影響了價(jià)值工程的應(yīng)用。而價(jià)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(jià)值工程注入了新的活力，可以極大地拓寬價(jià)值工程的應(yīng)用領(lǐng)域。在運(yùn)用信息技術(shù)和人工職能的基礎(chǔ)上，任何對(duì)象只要滿(mǎn)足以下條件，均可有效地實(shí)施價(jià)值工程：①對(duì)象的物理結(jié)構(gòu)是層次結(jié)構(gòu)，對(duì)象具有明確的功能要求；②構(gòu)成對(duì)象的部件是標(biāo)準(zhǔn)化的部件，部件的成本和功能模型是明確的；③對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系；④在對(duì)象設(shè)計(jì)中存在大量的可供挑選的候選部件；⑤新構(gòu)建的對(duì)象應(yīng)具有明確的功能模型和成本，可以進(jìn)一步作為其他對(duì)象的部件。從上述要求可以看出，價(jià)值工程只有在一個(gè)適宜的環(huán)境下才有可能有效地實(shí)施。對(duì)于一個(gè)行業(yè)而言，從基本部件到中間件再到高層的部件，其標(biāo)準(zhǔn)化水平越高，實(shí)施價(jià)值工程的有效性和可靠性就越高。

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

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