بخشی از مقاله
چکیده
قابلیت اطمینان، از مهمترین ویژگیهاي یک سیستم است. براي تخصیص قابلیت اطمینان به اجزاي محصول ابتدا باید استقلال یا وابستگی اجزا همچنین قدرت وابستگی بین اجزا جهت تخصیص قابلیت اطمینان دقیق به اجزا مشخص گردد. یکی از راههاي شناسایی اجزاي مستقل و وابسته استفاده از الگوریتمهاي گروه-بندي است. هدف معمول خوشه بندي DSM، کاهش وابستگی هاي خارجی، افزایش وابستگی هاي داخلی با تغییر محل المانهاي در ماتریس DSM است.
هدف این مقاله، خوشه بندي یک محصول پیچیده از طریق ماتریس ساختار طراحی فازي می باشد که طی آن اجزاي مستقل و وابسته جهت تخصیص قابلیت اطمینان شناسایی میشوند. در تحلیل و ارزیابی از طریق ماتریس ساختار طراحی فازي، محصول مورد مطالعه به دو خوشه با چندین جزء و شش جزء مستقل تقسیم گردید که یک خوشه به عنوان یک قطعه وابسته تعریف میشود که در آن اجزا به شدت به هم وابستهاند اما وابستگی ضعیفی با سایر اجزاي سیستم دارند.
.1 مقدمه
کلیه سیستمها از بزرگ تا کوچک همه باید از یک قابلیت اطمینان لازم برخوردار باشند. در غیر این صورت اختلال در کارکرد یک سیستم میتواند خسارات و زیانهاي اقتصادي و جانی زیادي را به بار آورد .[1] تخصیص یکی از فعالیتهاي مهم و اساسی در فرایند قابلیت اطمینان میباشد که با توجه به اهداف موردنظر، قابلیت اطمینان زیرسیستمها و اجزاي تشکیل دهنده آن را تعیین مینماید و چنانچه به درستی و با دقت انجام نشود، دستیابی به اهداف قابلیت اطمینان براي کل سیستم امکانپذیر نخواهد بود .[2]
امروزه با توجه به ماهیت اهداف سیستمها، براي تخصیص قابلیت اطمینان سیستم به هریک از زیرسیستمهاي مربوطه، روشهاي مختلفی وجود دارد که ساده-ترین آنها، تخصیص قابلیت اطمینان به یک سیستم کاملا سري میباشد که در آن تمامی اجزاء یکسان و مستقل از هم میباشند. اما در اکثر سیستمها، اجزاء تشکیل دهنده آنها با توجه به فاکتورهاي مهندسی و تأثیرگذار آنها وابسته به یکدیگر می باشند.
صرفنظر از وابستگی بین اجزا نامطلوب است زیرا بد کار کردن دو یا چند عضو میتواند به طور خاص براي سیستمهایی با ماموریت بحرانی که به دنبال قابلیت اطمینان بالایی از طریق افزونگی است تعیین کننده باشد. بنابراین به یک روش ساده براي شناسایی اجزاي مستقل و وابسته در یک سیستم یا محصول جهت تخصیص صحیح قابلیت اطمینان نیاز است .[3]
با افزایش روزافزون محصولات و تنوع آنها پیچیدگی و معماريهاي مختلف محصولات بااهمیت شده است. معماري محصول میتواند بر بسیاري از جنبههاي کیفیت محصول و طراحی شامل: عملکرد کاربردي، تلاش طراحی مورد نیاز، هزینههاي تولید و رضایت مشتري تاثیر میگذارد. معماري محصول نفوذ گستردهاي بر روي محصول و موفقیت شرکت دارد .[4] با این حال فرایند معماري محصول با وجود یک عامل کلیدي تعیین کننده در صرفهجویی هزینه و توانایی ارائه تنوع محصول، به خوبی شناخته نشده است. معماري محصول به عنوان روشی که توسط آن اجزاي تجزیه شده یک محصول در ماژولها تنظیم میشود، تعریف میشود.
بنابراین توسعه یک معماري محصول ماژولار نیازمند شناسایی گروهی از تعاملات بین اجزا است. ماتریس ساختار طراحی یکی از ابزارهایی است که به افراد در طراحی بهتر، توسعه و مدیریت سامانههاي پیچیده مهندسی کمک میکند. محصولات، فرآیندها، و سازمان ها همگی در دامنهي "سیستم هاي پیچیده" قرار می گیرند .[5] این مقاله یک روش خوشهبندي را پیادهسازي میکند که بر اساس ترکیب طراحی و محاسبات ریاضی است و به طراحان اجازه میدهد تا معماريهاي ممکن را براي یک محصول که منجر به نتایج بهتر میشود را بررسی کنند.
در این معماري اجزاي مستقل و وابسته شناسایی شده و میزان قدرت ارتباط و وابستگی بین اجزا جهت تخصیص صحیح قابلیت اطمینان نشان داده میشود. در این مقاله از یک ماتریس ساختار طراحی فازي - FDSM - براي نشان دادن معماري محصول استفاده میشود. در این مدل اجزاي درون محصول لیست شده وروابط بین آنها نمایش داده میشود. ارتباطات بین اجزا شامل فرمان، مایع، سیگنال، لیزر و توان با نظر خبرگان مشخص میشوند.
بعد از شناسایی اجزاي محصول یک ماتریس ساختار طراحی اولیه دودویی با اعداد صفر و یک تشکیل میشود. جهت تعیین وزن این ارتباطات از ماتریس مقایسه زوجی و مصاحبه با خبرگان با اعداد فازي استفاده میشود همچنین براي تعیین مقدار قدرت وابستگی بین اجزا از AHP فازي استفاده میشود سپس این اعداد به روش گرانیگاه وافازي میشوند.
با جایگزینی مقادیر غیرفازي شده با مقادیر یک در ماتریس ساختار طراحی اولیه، ماتریس ساختار طراحی فازي به دست میآید. سپس با استفاده از یک روش گروهبندي اجزاي مستقل و وابسته شناسایی میشوند و در نهایت از خوشهبندي براي شناسایی اجزا یا بلوك هایی از اجزایی که بصورت موازي، سري یا جفت شده هستند استفاده میشود.
در بخش دوم مقاله مبانی نظري، ادبیات پژوهش شامل تعاریف، الگوها بیان میشود. در بخش سوم پیشینه و سوابق مطالعات انجام شده بیان میشود. در بخش چهارم روش پژوهش ارائه شده. در بخش پنجم یک مثال کاربردي براي نشان دادن چگونگی محاسبات و تحلیلهاي مدل پیشنهادي مورد بررسی قرار گرفته است و درنهایت بخش ششم نتیجهگیري و پیشنهادات براي تحقیقات آینده بیان شده است.
.1,1 ماتریس ساختاري طراحی
ماتریس ساختار طراحی براي اولین بار توسط پروفسور استوارد، یکی از اساتید دانشگاه ایالت کالیفرنیا در دهه 1970میلادي در پژوهشی با عنوان "ماتریس ساختار طراحی: روشی براي طراحی سیستم هاي پیچیده" معرفی شد .[6] ماتریس ساختار طراحی، یک وسیله نمایشی براي کل سیستم، محصول، یا فرایند با اجتماع تعاملات افراد در بین عناصر، افراد، فعالیت ها، یا پارامترها است و وابسته به نوع سیستمی که قرار است مدل شود، DSM میتواند به صورت هاي مختلف و زمینه هاي گوناگون مورد استفاده قرار گیرد.
DSM .[7] معماري یا مبتنی بر جزء براي مدلسازي معماريهاي سیستم مبتنی بر زیر سیستمها و روابطشان مورد استفاده هستند. به عبارت دیگر، چنین DSM هایی براي نمایش تعاملات بین المانهاي یک سیستم استفاده میشوند .[8] که این المانهامعمولاً دودویی هستند. براي مثال، از اعداد صفر و یک و یا علامتهاي مشابه دیگر استفاده می کنند. مقادیر دیگر نیز میتوانند براي بیان شدت تعاملات عناصر مورد استفاده باشند .[9]
.2,1 تحلیل سلسله مراتبی فازي
در فرایند تحلیل سلسله مراتبی ابتدا هدف، معیارها و گزینه هاي موجود براي تعیین ساختار فرایند تعیین میشوند سپس ماتریس مقایسات زوجی تشکیل می-
شود.
.3,1 نظریه گراف
یک گراف، یک مدل ریاضیاتی است که المان ها را با روابطشان نمایش میدهد. یک گراف، یک نمایش بصري می باشد که در آن، المان ها را گره می نامند و ممکن است با نقطه و عوامل دیگر نمایش داده شود. و روابط رئوس با خطوط یا کمان ها نمایش داده میشوند و آنها را یال مینامند .[11]
.4,1 پارتیشنبندي
پارتیشن بندي یک نوع عملیات گروه بندي المان هاي ماتریس ساختار طراحی است. پارتیشن بندي، فرایند ترتیب دهی مجدد ردیف ها و ستون هاي DSM است. الگوریتم هاي پارتیشن بندي شامل مراحل زیر می باشند :[12]
شناسایی المان هایی که ردیف خالی در DSM دارند. این المان ها که بدون ورودي از باقی المانها تعیین میشوند را در بالاي DSM قرار می گیرند سپس سطر و ستون متناظر با آن المان نادیده گرفته می شود و این مرحله مجدد براي المانهاي باقیمانده تکرار می شود.
شناسایی المان هایی ستون خالی در DSM دارند. این المان ها که هیچ اطلاعاتی را به المان هاي دیگر در ماتریس ارسال نمی کنند، در پایین DSM قرار داده می شوند و سطر و ستون متناظر با آن المان تا نادیده گرفته می شود و این مرحله بر روي المان هاي باقی مانده تکرار می شود. اگر هیچ المانی در DSM باقی نماند، پس ماتریس بطور کامل پارتیشن بندي شده است.
.5,1 خوشهبندي
جداول اندازه گیري قدرت تعاملات بین المان ها، اولین مرحلهي تکنیک خوشه بندي است. ویژگی قدرتمند DSM این است که تنها حضور تعاملات را دربرنمی گیرد، بلکه قدرت تعاملات را نیز درنظرمی گیرد. بنابراین اندازه گیري قدرت تعاملات موضوع مهمی براي خوشه بندي یک DSM است .[13]
.2 پیشینه پژوهش
تحقیقات در مورد ماتریس ساختار طراحی در کاربردهاي زیادي انجام شده است. به برخی از تحقیقاتی که اخیرا از ماتریس ساختار طراحی استفاده شده است، در زیر اشاره شده است: کیو و همکاران [14] با تحلیل قابلیت دمونتاژ محصول قابل پیکربندي، آنتروپی هاي دمونتاژ همچون نوع اتصال، اندازه اتصال، مسیر دمونتاژ، دسترسپذیري دمونتاژ و سازگاري مواد بین عناصر را محاسبه کردند و یک درجه دمونتاژ-شاخص یکپارچه براي قابلیت دمونتاژ محصول قابل پیکربندي با وزن دار کردن ماتریس ساختار طراحی محاسبه کردند که بر این اساس ماتریس ساختار طراحی وزن دار با قید روابط دمونتاژ محصول قابل پیکربندي ساخته شد.
الگداوي و المراغی [15] بیان کردند که براي یک محصول ساده، ماتریس ساختار طراحی نمی تواند تغییر کند زیرا روابط بین عناصرش براي آن طراحی خاص ثابت است .در یک سیستم ساخت قابل تغییر، روابط بین عناصر سیستم همچون مجاورت ها، سطوح مشترك و موجودیت یک تجهیز حمل مواد، وابسته به پیکربندي سیستم تغییر خواهد کرد. ماتریس ساختار طراحی قابل تغییر، پیچیدگی سیستم ساخت و تلاش درپیکربندي را مینیمم میکند.
روت و همکاران [16] در مقالهاي روشی براي تولید و ارزیابی خطا با استفاده از DSM انجام دادند که افزایش پیچیدگی محصولات و مقررات ایمنی با افزایش انواع فرایندهاي پیچیده تجزیه و تحلیل ایمنی در سیستمهاي مهندسی ترکیب شده است. بنابراین جلوگیري به موقع یا پیشگیري از شکست موجب صرفه جویی در هرینه ها و بهبود کیفیت است. همچنبن شناسایی عناصر حیاتی و ارزیابی و مقایسه مفاهیم معماري سیستم هاي جایگزین را آسان می کند. این روش براي رسیدن به مقدار دادهها وبراي شناسایی شکست بحرانی و یا هر المانی از نقطه نظر ساختاري کمک میکند. درنتیجه اجازه میدهد تا روشها و مفاهیم معماري جایگزین ارزیابی و مقایسه شوند.
کو [10] در پژوهشی روش هاي برنامه ریزي و کمی کردن براي توسعه محصول جدید و برپایه تکنیک ماتریس جبري ارائه کرد . ماتریس ساختار طراحی فازي وابستگی دقیق میان اجزاي محصول و بهینه سازي معماري را بااستفاده از الگوریتم کوچک سازي و پارتیشن بندي تعیین میکرد. DSM یک روش پیکر بندي طراحی است که نشان میدهد بر روي کدام اجزا طراحی انجام شود و کدام اجزا نیاز به بررسی دارد. علاوه بر این این ماتریس میتواند عملکرد مدیریت محصول جدید بوسیله کاهش هزینه، ارائه محصول متنوع، کاهش تعداد تکرارهاي اجزا، و همچنین کاهش زمان توسعه محصول را ارتقا دهد.
محققان زیادي، روش خوشه بندي را مورد بررسی قرار داده اند. شرمان [17] الگوریتم معماري را براي یک توربین گاز صنعتی به کار برد. با این حال او نشان داد که الگوریتم قادر به پیشبینی شکلگیري آرایش معماري خوب براي معماري محصول پیچیده به دلیل بیش از حد سادهسازي تابع هدفی که استفاده شده نیست.
یو و همکاران [18] عبارت معماري DSM و بلاكهاي ساختاري را براي توسعه یک روش خوشهبندي جدید که بر اساس MDL و یک الگوریتم ژنتیک ساده پایهریزي شده بود استفاده کردند. این روش جدید براي پارتیشنبندي معماري محصول به مجموعهاي از ماژولها که ارتباط داخل ماژولها ماکزیمم شده و ارتباط بیرون ماژولها مینیمم میشود.
شکار و همکاران [19] سعی کردند روشی را توسعه دهند که بتواند پیچیدگی در طراحی مهندسی هواپیما را مدیریت کند. به کارگیري روش DSM مزایاي اولیهاي در اهمیت کاهش زمان توسعه در مقایسه با طراحی ترتیبی هواپیما نشان میدهد. مطالعات ذکر شده نمایش کلاسیک DSM را با جایگزین علامت X یا 1 در ماتریس توسط یک مقدار وابستگی را نشان میدهد.
نقطه ضعف این روشها این است که فقط یک یا دو مقدار وابستگی را در نظر میگیرند و وابستگی کامل مشخصات ساختاري و عدم قطعیت بین اجزاي محصول که میتواند از طریق استفاده از روش ارزیابی فازي به دست آید را نشان نمیدهند . اشکال دوم این است که اگرچه روشهاي ذکر شده برخی از الگوریتمهاي جدید از DSM را پیشنهاد میکند، اما روند جزییات عملیات را نشان نمیدهند و بیشتر آنها به یک نرمافزار توسعه یافته کامپیوتري وابستهاند.
.3 روش پژوهش
حداکثر م روش جمعآوري اطلاعات به صورت بررسی اسناد و مدارك مرتبط با محصول میباشد و جهت تعیین وزن معیارها از ماتریس مقایسه زوجی استفاده شده است. این پژوهش از نظر هدف، کاربردي و از نظر دادهها، کیفی و کمی میباشد. متدولوژي پیشنهادي براي روش ماتریس ساختار طراحی فازي به صورت گامهاي زیر میباشد:
الف - شناسایی المان هاي محصول و انواع ارتباطات بین اجزاي محصول: ابتدا اجزا یا المانهایی که در سلول هاي ماتریس ساختار طراحی قرار میگیرند شناسایی میشوند و انواع مختلفی از تعاملات و روابط که ممکن است در بین اجزا و المان هاي محصول موجود باشند تعیین میشوند.
ب - تشکیل ماتریس ساختار طراحی اولیه: در این ماتریس فقط وجود ارتباطات بین المان هاي محصول تعیین می شود و بصورت دودویی - صفر و یک - وجود
