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[摘 要]一项机械产品的成功，除了在性能上必须满足设计目标的要求外，也必须要能妥善地安排完成此项设计所需工作的次序、时程以及相关成本，才能确保产品在市场上的竞争力。由于机械设计程序具有复杂与多变的特性，不容易进行客观量化的比较。本研究对设计流程的分析是以讯号流程图法为基础，在本文中将尝试以现有研究为基础，加以改进并推广其应用至同步设计程序与设计流程成本的分析上，同时更进一步利用计算机软件的辅助，来分析较复杂的机械设计流程。
[关键词]机械 设计 流程 分析 模型 建立
中图分类号：TB115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0059-01
一、 机械设计程序的内涵
就基本的循序式设计流程而言，在分析时只要以基本化简原则，即可进行整体设计流程平均时间的计算与相关的分析。
若在设计流程中包含了环状回路，即有设计反复的现象出现时，则可以环状回路的简化规则来处理。如果流程更为复杂，则可以使用Mason法则直接进行计算。但是，当设计流程中有同步设计程序出现时，讯号流程图上将会产生节点向外的所有分支机率和大于 1的現象，Eppinger[1]说明了此种现象对设计完成时间计算的影响，但并未提出的处理方法，本文中将提出一种拆解同步设计流程的方法，以尝试解决此类设计流程在讯号流程图法应用上的问题。而除了时间分析之外，成本分析亦为设计流程中的一个重要主题，这也是在讯号流程图法的应用中尚未讨论过的部份，本文中将推导成本计算的数学模式，使讯号流程图法的功能更加完备。
上述运用讯号流程图与其相关改进的作法，皆属于求出解析解的方法，可以得到确实公式的分析结果为其最大的优点，但是相对而言，在流程时间为不确定的应用情况下亦会有所限制。本研究将以电脑仿真的方法来分析此种设计流程，除了原本讯号流程图法就可以进行分析的范围，例如循序式流程、设计反复流程等情形之外，对于同步设计流程的分析，将比解析法来得更具有弹性，可以处理更复杂的
流程，以避免如节点向外所有分支机率和大于1的情形。此外，若同步设计流程伴随着设计反复一起发生，在流程拆解分析法上需要以化简原则的辅助，导致处理过程较为复杂时，亦可利用计算机软件所建构的仿真模式，直接进行设计流程的分析。
二、 同步设计程序的拆解化简法
传统上，设计流程采取的是循序式的安排，前一个设计活动结束之后，下一个设计的活动才开始进行，在同步工程的概念中，流程的安排导入了并行与部份重迭的方式。前者是使两个彼此之间无直接因果关系的设计活动，在资源许可的情形下，利用同时进行的方式来缩短设计的时程。后者则为在两个设计活动之间有因果关系，但可能在第一个设计活动进行到一半时，产生的部分信息，已足够让下一个设计活动提早开始进行，因此可使流程间具有部分重迭，其目的也是为了要缩短设计的时程。如同步设计流程，设计活动A、B之间有部份重迭的现象，而设计活动B、C之间则为并行设计的情形。但在以上两种状况下，以传统的讯号流程图来建构模型时，将会产生节点向外的所有分支机率的和必须大于1的现象，Eppinger[1]提出了这个问题，并认为对于此种情形下，以讯号流程图分析设计完成平均时间时，可以沿用原来的方式进行计算，但是，计算的结果将产生不合理的现象，亦即含有同步设计流程的设计完成所需平均时间会比无同步设计流程的时间长，为了解释此种结果，Eppinger将含有同步设计流程情形下计算出的时间定义为总工作时间，以与设计完成所需平均时间有所区别。
为了解决此问题，可以将设计活动开始或结束的时间点作为分割的基准，先对整个流程进行拆解，再将拆解后同时间进行的数个部分的设计活动，组合成为一新的设计活动。程以时间点为基准进行拆解的结果，B、C开始的时间点与A、B结束的时间点皆为其分割点的所在。接着将分割后同时进行的设计活动结合，定义为新的设计活动，合并后新的流程。
三、 流程成本的分析
对于一个设计案或是一项项目计划，除了设计完成所需的时间之外，成本的控管亦为管理阶层关心的主题。成本主要包含两个部分：
一部分为各项设计活动或作业的直接成本，例如人工费用、设备费用及材料费用等；另一部分是整个设计案或计划之间接成本，例如管理费用或会计费用等。由于直接成本可以反映出设计流程变化的直接影
响，本研究将以直接成本作为成本估算的分析依据。
讯号流程图法在目前的研究当中，尚未包含成本计算在内，在此将建立成本分析的数学模式，以利设计流程的成本估算。
隔机率与时间两种参数，当分支传输相乘时，其机率项为相乘而时间项为相加，恰好针对机率与时间分析时的不同特性，在一个式子的中分别计算。今将此式及其观念进一步推广到一个包含成本因素在内的新分支传输关系式中，以达到估算设计流程成本的功能。
为设计活动执行的机率，而设计活动jk所需成本mjk放在y指数项的位置。在设计活动jk中所需的工程师或设备总共有n类，bi代表其中第i类的工程师人数或设备个数，ci为该类工程师或设备的单位时间的成本，ti则为其实际工作的时间。此式这样安排的原因是由于在一个设计活动当中，配合的工程师或人员可能不只一类，薪资等级亦不相同；或是有多种所需设备，购置成本或使用折旧成本也不一样；也有可能工程师只是兼职配合，而不是自始至终都参与工作，实际工时并不等于设计活动进行的时间。因此，设计活动成本在计算上须有较大的弹性，以容纳较多的可能情况，且应由多项成本相关的因子所组成，包括工程师人数或设备个数、单位成本以及时间等。经由上述的计算方式，即可套用类似传统讯号流程图法中对设计完成时间的分析方式，进行成本方面的分析与评估。
综合以上所述，在实际应用于设计流程时，为了使用上的方便，同时考虑时间与成本的分支传输关系式，则可表成如下的型式以进行各种相关的计算：
现以数例设计流程为基础，以说明设计流程成本的估算方法。如讯号流程图所示的设计流程，假设产品设计时间（A）需要产品设计工程师配合，所需设备为个人计算机，使用CAD的软件，A'的配合人员与所使用的软硬件设备与 A相同但数量较少；而加工设计时间（B）需要加工设计工程师配合，所需设备一样是个人计算机与CAD的软件。各个项目的详细内容，包括所需的工程师与软硬件数目、单位成本及实际配合时间等，分析A、A'与B三个阶段的成本可计算如下：
上式中y、z分别为成本与时间的转换变量，若对 y作偏微分，并将y、z皆以1代入。
四、总结
此设计流程完成所需成本与其对应机率的关系，可直接由讯号流程图中计算，其结果如图2所示。若比较在某一机率下，对应的时
间与成本间的关系，可发现由于每一个设计活动中个别成本组成因子的不同，成本并不会随着时间成等比例增加或减少。以此数例而言，比较中对同一个设计流程作时间分析的结果。当设计流程在5单位时间内完成的机率为40%，而时间若增加一倍，在10单位时间内完成的累积机率则增加到89.2%，若与成本与相对机率关系图比较，则可发现当累积机率一样由40%增加到89.2%时，其设计成本则只增加了约0.9倍。
[关键词]机械 设计 流程 分析 模型 建立
中图分类号：TB115 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）37-0059-01
一、 机械设计程序的内涵
就基本的循序式设计流程而言，在分析时只要以基本化简原则，即可进行整体设计流程平均时间的计算与相关的分析。
若在设计流程中包含了环状回路，即有设计反复的现象出现时，则可以环状回路的简化规则来处理。如果流程更为复杂，则可以使用Mason法则直接进行计算。但是，当设计流程中有同步设计程序出现时，讯号流程图上将会产生节点向外的所有分支机率和大于 1的現象，Eppinger[1]说明了此种现象对设计完成时间计算的影响，但并未提出的处理方法，本文中将提出一种拆解同步设计流程的方法，以尝试解决此类设计流程在讯号流程图法应用上的问题。而除了时间分析之外，成本分析亦为设计流程中的一个重要主题，这也是在讯号流程图法的应用中尚未讨论过的部份，本文中将推导成本计算的数学模式，使讯号流程图法的功能更加完备。
上述运用讯号流程图与其相关改进的作法，皆属于求出解析解的方法，可以得到确实公式的分析结果为其最大的优点，但是相对而言，在流程时间为不确定的应用情况下亦会有所限制。本研究将以电脑仿真的方法来分析此种设计流程，除了原本讯号流程图法就可以进行分析的范围，例如循序式流程、设计反复流程等情形之外，对于同步设计流程的分析，将比解析法来得更具有弹性，可以处理更复杂的
流程，以避免如节点向外所有分支机率和大于1的情形。此外，若同步设计流程伴随着设计反复一起发生，在流程拆解分析法上需要以化简原则的辅助，导致处理过程较为复杂时，亦可利用计算机软件所建构的仿真模式，直接进行设计流程的分析。
二、 同步设计程序的拆解化简法
传统上，设计流程采取的是循序式的安排，前一个设计活动结束之后，下一个设计的活动才开始进行，在同步工程的概念中，流程的安排导入了并行与部份重迭的方式。前者是使两个彼此之间无直接因果关系的设计活动，在资源许可的情形下，利用同时进行的方式来缩短设计的时程。后者则为在两个设计活动之间有因果关系，但可能在第一个设计活动进行到一半时，产生的部分信息，已足够让下一个设计活动提早开始进行，因此可使流程间具有部分重迭，其目的也是为了要缩短设计的时程。如同步设计流程，设计活动A、B之间有部份重迭的现象，而设计活动B、C之间则为并行设计的情形。但在以上两种状况下，以传统的讯号流程图来建构模型时，将会产生节点向外的所有分支机率的和必须大于1的现象，Eppinger[1]提出了这个问题，并认为对于此种情形下，以讯号流程图分析设计完成平均时间时，可以沿用原来的方式进行计算，但是，计算的结果将产生不合理的现象，亦即含有同步设计流程的设计完成所需平均时间会比无同步设计流程的时间长，为了解释此种结果，Eppinger将含有同步设计流程情形下计算出的时间定义为总工作时间，以与设计完成所需平均时间有所区别。
为了解决此问题，可以将设计活动开始或结束的时间点作为分割的基准，先对整个流程进行拆解，再将拆解后同时间进行的数个部分的设计活动，组合成为一新的设计活动。程以时间点为基准进行拆解的结果，B、C开始的时间点与A、B结束的时间点皆为其分割点的所在。接着将分割后同时进行的设计活动结合，定义为新的设计活动，合并后新的流程。
三、 流程成本的分析
对于一个设计案或是一项项目计划，除了设计完成所需的时间之外，成本的控管亦为管理阶层关心的主题。成本主要包含两个部分：
一部分为各项设计活动或作业的直接成本，例如人工费用、设备费用及材料费用等；另一部分是整个设计案或计划之间接成本，例如管理费用或会计费用等。由于直接成本可以反映出设计流程变化的直接影
响，本研究将以直接成本作为成本估算的分析依据。
讯号流程图法在目前的研究当中，尚未包含成本计算在内，在此将建立成本分析的数学模式，以利设计流程的成本估算。
隔机率与时间两种参数，当分支传输相乘时，其机率项为相乘而时间项为相加，恰好针对机率与时间分析时的不同特性，在一个式子的中分别计算。今将此式及其观念进一步推广到一个包含成本因素在内的新分支传输关系式中，以达到估算设计流程成本的功能。
为设计活动执行的机率，而设计活动jk所需成本mjk放在y指数项的位置。在设计活动jk中所需的工程师或设备总共有n类，bi代表其中第i类的工程师人数或设备个数，ci为该类工程师或设备的单位时间的成本，ti则为其实际工作的时间。此式这样安排的原因是由于在一个设计活动当中，配合的工程师或人员可能不只一类，薪资等级亦不相同；或是有多种所需设备，购置成本或使用折旧成本也不一样；也有可能工程师只是兼职配合，而不是自始至终都参与工作，实际工时并不等于设计活动进行的时间。因此，设计活动成本在计算上须有较大的弹性，以容纳较多的可能情况，且应由多项成本相关的因子所组成，包括工程师人数或设备个数、单位成本以及时间等。经由上述的计算方式，即可套用类似传统讯号流程图法中对设计完成时间的分析方式，进行成本方面的分析与评估。
综合以上所述，在实际应用于设计流程时，为了使用上的方便，同时考虑时间与成本的分支传输关系式，则可表成如下的型式以进行各种相关的计算：
现以数例设计流程为基础，以说明设计流程成本的估算方法。如讯号流程图所示的设计流程，假设产品设计时间（A）需要产品设计工程师配合，所需设备为个人计算机，使用CAD的软件，A'的配合人员与所使用的软硬件设备与 A相同但数量较少；而加工设计时间（B）需要加工设计工程师配合，所需设备一样是个人计算机与CAD的软件。各个项目的详细内容，包括所需的工程师与软硬件数目、单位成本及实际配合时间等，分析A、A'与B三个阶段的成本可计算如下：
上式中y、z分别为成本与时间的转换变量，若对 y作偏微分，并将y、z皆以1代入。
四、总结
此设计流程完成所需成本与其对应机率的关系，可直接由讯号流程图中计算，其结果如图2所示。若比较在某一机率下，对应的时
间与成本间的关系，可发现由于每一个设计活动中个别成本组成因子的不同，成本并不会随着时间成等比例增加或减少。以此数例而言，比较中对同一个设计流程作时间分析的结果。当设计流程在5单位时间内完成的机率为40%，而时间若增加一倍，在10单位时间内完成的累积机率则增加到89.2%，若与成本与相对机率关系图比较，则可发现当累积机率一样由40%增加到89.2%时，其设计成本则只增加了约0.9倍。