一种考虑序关系分析的产品方案多指标评估方法

1.本发明属于产品方案设计技术领域，涉及一种考虑序关系分析的产品方案多指标评估方法。


背景技术：

2.国内企业，特别是实体企业，产品越来越大型化和复杂化。在产品研制过程中，往往存在两种情况，其一是新产品研制过程中需求难以获取；其二是企业产品的研制由于技术成熟、方案继承性好、模块重用度高等情况，往往跳过需求分析，从方案设计阶段开始，由设计师直接选择方案。此外，关于需求的获取往往是企业人员按照自己已有的经验来引导客户提出的。
3.大多数企业并没有重视需求阶段的任务，采用的基于文档的模式处理，具有二义性、不一致性、需求分散无关联等问题，而需求获取和分析是复杂产品研制的重点一步工作。复杂产品设计过程中，颠覆性、创新性设计往往出现在需求分析阶段。此阶段未涉及产品制造，没有大量的人力物力参与，创新成本较低。
4.总之，当前普遍存在的问题包括且不限于以下情况：1)企业复杂产品研发过程中跳过需求分析阶段，或者对需求获取、分析阶段难以建立一套规范化的流程。2)传统的需求分析阶段没有模型的概念，没有设计软件，企业人员依靠文档来对标以往产品，甚至依靠有经验的设计人员去独立抉择。3)传统的用户需求分析工作主要是通过与用户进行会议沟通，需求在文档中或者用户通过合同提出，在传递过程在还会出现信息误解或缺失的情况，结果导致需求分析阶段的不充分，造成后续设计反复。
5.基于模型的系统工程(mbse)的形式化建模支持系统开发全寿命周期，包括需求分析、系统设计、样品测试、仿真验证与确认。系统建模语言(sysml)是实践mbse的语言，适合描述系统的层次、结构、行为、属性及组件间的关系，其目标是将以上步骤涉及的信息元素集成在统一的模型中，设计人员面向同一个模型做设计交流。以sysml或其他图形化建模语言为背景技术，构建规范的需求获取、分析及可追溯的流程，实现复杂产品的总体需求设计，形成具有实操性的模型规范。


技术实现要素：

6.本发明的目的是以解决上述背景技术中提出的问题，提出一种考虑序关系分析的产品方案多指标评估方法。
7.1、一种考虑序关系分析的产品方案多指标评估方法，是以复杂产品研发背景为对象开展的，包括以下步骤:
8.s1、获取数据源：
[0009]1‑
1根据产品需求提取有效信息，进而构建利益相关者需求、系统需求、物理需求三种类别需求；
[0010]
所述的产品需求包括文字需求、数值需求中一种或两种；文字需求为用户方和供
应方对产品的结构、功能、环境要求及操作方式等方面的约定性描述，属于文字信息；数值需求为产品组件的功能性参数，属于数值信息；针对文字需求，由于语句中包括形容词、副词、连词等无效成分，故直接提取该语句的主谓宾成分，识别出有效信息；针对数值需求，由于是产品组件的功能性参数，不存在无效成分，全部信息为有效信息；
[0011]
所述的产品需求可根据书面文件、会议视频、邮件等渠道进行获取产品信息；其中书面文件包括招标文件、企业合同、任务书、项目报告书等。
[0012]
所述的利益相关者为用户方和/或供应方；利益相关者需求根据识别出的有效信息提取需求；
[0013]
所述的系统需求为技术人员从技术层面对利益相关者需求进行分析和分解所得到的产品功能组件和功能组件装配需求信息；此处的分析和分解为现有常规技术，故不详解；
[0014]
所述的物理需求为技术人员根据系统需求和有效信息进行功能组件细化，得到功能组件参数信息。
[0015]1‑
2需求之间受控传递
[0016]
将利益相关者需求、系统需求、物理需求三种类别需求构建元模型，然后根据元模型建立sysml需求模型；根据sysml需求模型建立三种类别需求间的可追溯关联关系，将三种类别需求转换为需求可跟踪性和验证矩阵，需求变更时会依据该矩阵快速确定受影响的功能组件、上下游需求等。
[0017]
所述的可追溯关联关系包括利益相关者与系统需求、物理需求间的跟踪关系；系统需求和物理需求之间的满足关系；系统需求与产品功能组件的结构、行为之间的改善关系；物理需求与产品功能组件参数信息的派生关系；
[0018]
进一步的，将利益相关者需求、系统需求、物理需求三种类别需求构建元模型是先将利益相关者需求、系统需求、物理需求进行需求条目化，然后将其存储在元模型中；元模型包含的基本要素有id、名称和text(描述文本)、日期、关联信息。
[0019]
近一步的，所述sysml需求模型可以将需求条目通过图的形式呈现，在组织方式上是树的结构，各需求间的层级关系通过直线连接，更加清楚的呈现需求见的关系。
[0020]
进一步的，所述需求之间的受控传递，底层需求变更引起的同级或上级需求的变更，或某上级需求变更相对应的同级或下级需求也发生变更。
[0021]
s2、根据sysml需求模型，通过功能分解得到至少两类功能指标：成本指标、功能组件参数指标。
[0022]
所述的功能分解是针对系统需求和利益相关者需求，设计人员根据产品领域知识以及建模粒度要求所进行的，具体是从利益相关者需求中识别产品、功能组件的成本相关信息，得到成本指标；把系统需求中的功能组件进行细化，得到使命该功能组件任务成功的关键参数，与物理需求中的功能组件参数信息一同作为功能组件参数指标的选取集合。
[0023]
s3、构建关于多功能指标权重的评估方案：
[0024]3‑
1建立极差变换后评估矩阵
[0025]
1)根据上述得到的多功能指标q＝{q1,q2,...,q
n
}，n≥3，建立m个备选方案p＝
[0026]
{p1,p2,...,p
m
}，m≥3，并建立评估矩阵a＝(a
ij
)
m
×
n
:
[0027][0028]
其中a
ij
表示第i个备选方案p
i
对第j个功能指标q
j
的数值；
[0029]
2)由于需要消除不同功能指标间的数值差距和量纲差距，故需将评估矩阵元素进行极差变换处理，变换公式(2)如下：
[0030][0031]
其中分别表示评估矩阵中第j列功能指标元素中最大值、最小值；
[0032]
3)根据变换公式(2)对评估矩阵经过极差变换处理，得到矩阵a1＝(x
ij
)
m
×
n
；
[0033]3‑
2求解指标权重
[0034]
采用序关系分析法对多功能指标进行权重赋值；
[0035]
进一步的，序关系分析法确定指标权重是依靠决策者的经验或偏好，把所有指标放在一起比较。判断矩阵元素的标度方法如下表1所示：
[0036]
表1指标间重要程度比
[0037][0038][0039]
各功能指标间权重的计算见公式(3)和(4)：
[0040][0041]
ω
k
‑1＝r
k
ω
k
,k＝b,n
‑
1,
…
,3,2#(4)
[0042]
其中r
k
表示第k个和第k
‑
1个多功能指标的重要程度比，ω
k
表示第k个多功能指标的权重。
[0043]3‑
3根据指标权重计算各备选方案评估值
[0044]
利用线性加权综合评价模型，计算备选方案评估值的公式(5)和归一化后备选方案评估值公式(6)如下：
[0045][0046][0047]
其中l
i
为第i个备选方案的评估值；k
i
为归一化后的第i个备选方案的评估值；
[0048]3‑
4根据k
i
的大小确定各备选方案的优劣，选择k
i
最大值所对应的备选方案作为最
佳的产品方案。
[0049]
本发明的另一个目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行上述的方法。
[0050]
本发明的又一个目的是提供一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述处理器执行所述可执行代码时，实现上述的方法。
[0051]
本发明相比于原有技术具有如下优点：
[0052]
(1)以sysml模型的形式进行需求管理，更易于实现可追溯性，避免产品测试性能分析、产品需求变更等事后检查的缺陷。
[0053]
(2)采用层次分析法对各指标赋予权重，所需定量数据信息较少，把判断各指标的相对重要性留给技术人员，方便解决许多无法从技术层面着手评估的实际问题。
附图说明
[0054]
图1本发明方法框架示意图；
[0055]
图2需求分析流程图；
[0056]
图3基于sysml模型的需求图；
[0057]
图4需求可追踪性和验证矩阵。
具体实施方式
[0058]
下面根据具体实施步骤，结合粮仓设备(内环流控温/环流熏蒸产品)和附图对本发明做进一步的说明，但仅用于解释本发明，不用来限制本发明的范围。
[0059]
本发明一种考虑序关系分析的产品方案多指标评估方法，通过对复杂产品研发初期的工作模式进行改进，将该阶段详细划分为需求分析、指标获取及方案评估三个关键步骤。为提高需求阶段的工作效率，避免后期产品总体设计的返回修改，本发明提出建立需求受控传递的关联矩阵，获取多功能指标并做出产品方案评估。
[0060]
如图1所示一种考虑序关系分析的产品方案多指标评估方法，具体内容如下：
[0061]
s1、获取数据源：
[0062]1‑
1根据产品需求提取有效信息，进而构建利益相关者需求、系统需求、物理需求三种类别需求；具体如下：
[0063]
根据书面文件、会议视频、邮件等渠道进行获取产品信息；其中书面文件包括招标文件、企业合同、任务书、项目报告书等。根据上述产品需求获取来源，获得部分需求如下；
[0064]
需求1：内环流控温/环流熏蒸系统研发的任务目标之一是利用粮堆“冷芯”的内部环流，有效降低仓温和上层粮食温度，实现准低温储粮，研发成本控制在每套设备不大于5w。
[0065]
需求2：用户方要求内环流装置的控制方式为一机四控、一机六控、一机八控(单面安装、双面安装)的控制方式，产品寿命不少于3年。
[0066]
需求3：内环流装置可实现实时检测粮面温度的功能，当检测温度达到设定温度时系统停止运行。
[0067]
需求4：系统温度控制精度为
±
1℃；系统工作环境的温度范围为
‑
10℃～60℃；相对湿度小于95％(无凝露)；系统存储环境的温度范围为
‑
40℃～70℃，相对湿度小于95％
(无凝露)；系统供电的动力电源为ac380v
±
10％，50hz
±
2％；
[0068]
需求5：保温循环风机系统为整个系统提供循环动力，风机保温壳能够有效降低冷热量损失，减少冷凝水现象，单仓减少设备运行时间10％左右。
[0069]
通过图2的需求分析过程对内环流装置研发项目中的5条产品需求进行解析，得到5条利益相关者需求，1.准低温储粮，2.“冷芯”内环流，3.多参数粮情检测，4.产品成本，5.产品寿命；5条系统需求：1.产品重量，2.循环风量，3.循环风机材质，4.温度控制精度，5.控制方式；3条物理需求：1.传感器测量准确度，2.保温管重量，3.供电动力电源
[0070]1‑
2需求之间受控传递
[0071]
将利益相关者需求、系统需求、物理需求三种类别需求构建元模型，然后根据元模型建立sysml需求模型；根据sysml需求模型建立三种类别需求间的可追溯关联关系，将三种类别需求转换为需求可跟踪性和验证矩阵，需求变更时会依据该矩阵快速确定受影响的功能组件、上下游需求等。
[0072]
所述的将利益相关者需求、系统需求、物理需求三种类别需求构建元模型具体是：
[0073]
1)对利益相关者需求、系统需求、物理需求进行条目化处理，得到条目化需求；
[0074]
2)将条目化需求存储在元模型中，见表2，元模型包含的基本要素有id、名称和text(描述文本)、日期、关联信息。
[0075]
表2条目化需求元模型
[0076][0077]
所述条目化需求的id属性是唯一的，每个需求指定自己所对应的id来区分其他需求，用于快速检索。
[0078]
所述条目化需求的名称属性是利益相关者需求名称，通常不超过8个字，此名称是对产品整体需求的概括。
[0079]
所述条目化需求的描述文本属性是对需求名称的进一步说明，描述文本需简洁、准确，内容格式统一。
[0080]
所述条目化需求的日期属性是用来确定建立该需求的时间信息，作用是用于评估项目需求阶段是否能够按照计划时间完成。
[0081]
近一步的，所述sysml需求模型可以将需求条目通过图的形式呈现，在组织方式上
是树的结构，各需求间的层级关系通过直线连接，更加清楚的呈现需求见的关系。
[0082]
具体的，将条目化的需求转化为图3所示的sysml需求图，以<<requirement>>为标识；在转化过程中仅保留需求的id、名称和text(描述文本)，
“⊕”
符号表示需求与上级需求的包含关系，两个需求模块间以直线连接。
[0083]
所述的可追溯关联关系包括利益相关者与系统需求、物理需求间的跟踪关系；系统需求和物理需求之间的满足关系；系统需求与产品功能组件的结构、行为之间的改善关系；物理需求与产品组件参数信息的派生关系。
[0084]
进一步的，根据sysml需求图和构造的需求与需求、需求与其他元素之间的关系，建立需求可跟踪性和验证矩阵如图4所示。
[0085]
s2、根据sysml需求模型，通过功能分解环节得到至少三类功能指标：成本指标、功能组件参数指标。
[0086]
所述的功能分解环节是设计人员针对系统需求和利益相关者需求的每个条目化需求，根据产品领域知识以及建模粒度要求所进行的。该环节将从利益相关者需求中识别产品、组件的成本相关信息，得到成本指标；把系统需求中的功能性组件进行细化，得到使命该组件任务成功的关键参数，与物理需求中的功能组件参数信息一同作为功能组件参数指标的选取集合。
[0087]
更进一步的，从涉众需求出发，经过相关设计人员多次分析、反馈修改后，得到的指标有：控制精度指标、负载损耗指标、保温管重量指标、风机重量指标、成本指标。
[0088]
s3、构建关于多功能指标权重的评估方案：
[0089]3‑
1建立极差变换后评估矩阵
[0090]
所述的评估矩阵是以内环流装置为例，以功能分解得到的5个功能指标，编号q1‑
q5,作为方案评估依据。选取6组初始设计方案数据进行分析计算，编号为p1‑
p5。
[0091]
进一步的，所述评估矩阵的评价指标分别为控制精度、负载损耗、保温管重量、风机重量、成本，具体参数见表3：
[0092]
表3内环流装置初始方案
[0093]
方案编号控制精度/℃负载损耗/w保温管重量/kg风机重量/kg成本/万元p11.98880224.6825.654.23p21.58985223.2430.864.56p31.231045221.3627.543.98p42.04834215.9731.684.32p51.84963213.6930.474.12
[0094]
进一步的，经过极差变换公式(2)计算得到的评估矩阵a为：
[0095][0096]3‑
2求解指标权重
[0097]
采用序关系分析法对多功能指标进行权重赋值；
[0098]
进一步的，序关系分析法确定指标权重是依靠决策者的经验或偏好，把所有指标
放在一起比较。判断矩阵元素的标度方法如表1所示。
[0099]
对表中5个评价指标q1,q2,q3,q4,q5有以下序关系：
[0100][0101]
其中决策者对上述5个评价指标进行重新排序后为其中决策者对上述5个评价指标进行重新排序后为为最重要的一个指标，其他指标中依次按照相对重要程度进行排序，分别记为
[0102][0103]
其中，r
k
表示排序前的第k个和第k
‑
1个多功能指标的重要程度比，表示排序后的第k个多功能指标的权重。
[0104][0105]
根据公式(3)和(4)计算的指标权重系数为：
[0106][0107]
其中ω
k
表示排序前的第k个多功能指标的权重。
[0108]3‑
3根据指标权重计算各备选方案评估值
[0109]
采用线性加权综合评价模型，由公式(5)和(6)计算得到方案评估值，并将结果按照大小排序，得到表4结果如下：
[0110]
表4各方案评估值及排序
[0111]
方案号p1p2p3p4p5估值0.4981.0000.2830.5980.538排序41523
[0112]3‑
4根据方案评估值的大小确定各备选方案的优劣，选择最大值所对应的备选方案p2作为最佳的产品方案。
[0113]
本发明一种考虑序关系分析的产品方案多指标评估方法，通过以上三个步骤，快速识别需求信息，构建可追溯模型，获取关键指标。有助于产品研发中形成创新性的需求建模和分析规范，在产品方案设计初期可以快速的进行方案评估，方便解决许多无法从技术层面着手评估的实际问题。