基于遺傳學(xué)的產(chǎn)品開發(fā)與基因研究論文
0引言
基因的遺傳和變異使生物的子代具有與親代相似但不完全相同的遺傳特征。通過基因工程的研究，人類可按照自己的意愿把不同生物的基因重新加工組合，定向改變生物遺傳特性，創(chuàng)造出新的生物類型。產(chǎn)品開發(fā)過程中對于原有產(chǎn)品開發(fā)信息的繼承和重組很重要，具有類似生物基因遺傳和變異的特性。從產(chǎn)品開發(fā)過程中提取產(chǎn)品開發(fā)基因，利用基因工程方法修改和重組產(chǎn)品開發(fā)基因，形成新的產(chǎn)品開發(fā)過程，既繼承了原過程的特性，又根據(jù)新的產(chǎn)品開發(fā)要求和約束條件進行改善，可以實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的優(yōu)化和重用。
為了更有效地解決產(chǎn)品族設(shè)計的繼承與創(chuàng)新問題，近年來已有一些學(xué)者研究將基因工程的相關(guān)原理應(yīng)用于工程設(shè)計中。香港大學(xué)的陳克彰教授等認為產(chǎn)品擁有遺傳信息，提出了制造產(chǎn)品虛擬基因的概念、特征和組成結(jié)構(gòu)。喬治.梅森大學(xué)Krasnow研究院的Jone.S.Gero[3?5]教授及其團隊將生物遺傳原理引入工程設(shè)計領(lǐng)域，提出了設(shè)計基因的概念及其在產(chǎn)品設(shè)計中的作用和意義。德國馬德格堡大學(xué)的Vajna[6,7]提出了自生設(shè)計理論（AutogeneticDesignTheory)，將產(chǎn)品在設(shè)計過程中的產(chǎn)生類比于有機體的進化過程，研究了自生設(shè)計理論的特點。這些研究的共同點是通過對產(chǎn)品基因特征與類型的研究，提取出同類產(chǎn)品的遺傳基因，通過對產(chǎn)品基因的繼承和重構(gòu)，設(shè)計出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
本文將產(chǎn)品開發(fā)過程本身看作一種特殊的產(chǎn)品，將指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)過程進行的信息作為產(chǎn)品開發(fā)基因，借鑒生物基因遺傳變異的特性，研究產(chǎn)品開發(fā)基因的模型和表示，為實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的優(yōu)化和重用提供支持。
1產(chǎn)品開發(fā)基因的概念
生物基因是DNA分子上具有遺傳效應(yīng)的一段核苷酸序列，基因含有特定的遺傳信息，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位[8]。類比生物基因，并結(jié)合產(chǎn)品開發(fā)過程的特性，提出產(chǎn)品開發(fā)基因的定義。產(chǎn)品開發(fā)基因（ProductDevelopmentGene，PDG)是指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)過程進行的有遺傳價值信息的集合。產(chǎn)品開發(fā)基因可以看作某類產(chǎn)品開發(fā)過程的“藍圖”或“食譜”，規(guī)定了產(chǎn)品開發(fā)過程的基本特征及自動生成機制，在新產(chǎn)品開發(fā)的外界約束條件下，自動生成新的產(chǎn)品開發(fā)過程。其具有以下幾個方面的特性：
1)產(chǎn)品開發(fā)基因是控制產(chǎn)品開發(fā)活動性狀的基本功能單位，其功能是通過指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)活動的進行實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)基因的表達，從而控制產(chǎn)品開發(fā)活動性狀和功能。
2)產(chǎn)品開發(fā)基因本質(zhì)上是一種與產(chǎn)品開發(fā)過程有關(guān)的特殊指令，是一種信息。產(chǎn)品開發(fā)過程的進行需要產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)、設(shè)計策略、人員組織方式和資源調(diào)配模式等與產(chǎn)品開發(fā)過程相關(guān)的信息來指導(dǎo)。
3)產(chǎn)品開發(fā)基因具有遺傳和變異的特性，新產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)常重用已有相似產(chǎn)品的開發(fā)過程，即原有的產(chǎn)品開發(fā)過程信息傳遞給新的產(chǎn)品開發(fā)過程，類似于生物基因的遺傳特性，同時新產(chǎn)品開發(fā)又要按照新的要求對產(chǎn)品開發(fā)過程進行修改和創(chuàng)新，類似于生物基因的變異特性。
4)類似于生物基因以A,T,C,G四個堿基符號來表示一樣，產(chǎn)品開發(fā)基因也可以通過一定形式或符號來表示。通過形式化表示，為產(chǎn)品開發(fā)基因的存儲、檢索和重用創(chuàng)造條件。
2產(chǎn)品開發(fā)基因的獲取
生物學(xué)的發(fā)展，經(jīng)歷了從生物體、器官、細胞、蛋白質(zhì)、DNA，最后獲得基因，這樣一個從宏觀到微觀，不斷分解、深入細化的過程。類似地，產(chǎn)品開發(fā)基因的獲取，可以通過對已有產(chǎn)品開發(fā)過程進行分析，將產(chǎn)品開發(fā)過程逐步分解為產(chǎn)品開發(fā)活動單元（類似于生物細胞），提取驅(qū)動產(chǎn)品開發(fā)活動單元進行的遺傳信息，集合成產(chǎn)品開發(fā)基因。如圖1所示，首先將產(chǎn)品開發(fā)過程分解為產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、詳細設(shè)計、工藝設(shè)計、試制、測試和改進以及產(chǎn)品推出等階段；其次以概念設(shè)計為例，將其分解為營銷部門、設(shè)計部門、制造部門和法律部門等各部門的任務(wù)；接著以營銷部門收集客戶需求的任務(wù)為例，將其分解為收集原始數(shù)據(jù)、恰當(dāng)表述需求、組織需求等級和建立需求重要度等活動單元；最后以收集顧客原始數(shù)據(jù)這一活動單元為例，提取出驅(qū)動其進行的約束條件、施行對象、受動對象、動作和結(jié)果等遺傳信息，這些信息集合在一起組成指導(dǎo)收集顧客原始數(shù)據(jù)這一活動單元進行的產(chǎn)品開發(fā)基因。
3產(chǎn)品開發(fā)基因的模型
產(chǎn)品開發(fā)活動單元可以描述為“在一定的約束條件下，施動對象對受動對象實施一系列的動作，獲得一定的結(jié)果。”對應(yīng)地，其中包含的遺傳信息有：約束條件信息、施動對象信息、動作信息、受動對象信息、結(jié)果信息，這些信息構(gòu)成產(chǎn)品開發(fā)基因。本文以動作信息為核心，構(gòu)建產(chǎn)品開發(fā)基因模型，如圖2所示。產(chǎn)品開發(fā)基因可以用一個六元組來概括：PDG={C,A,M,R,S}。其中，約束條件信息C(Constraint)描述動作發(fā)生的條件；施動對象信息A(Actor)描述動作的發(fā)出者；動作信息M(Motion)描述產(chǎn)品開發(fā)活動單元進行的方式；受動對象信息R(Recipient)描述動作的承受者；結(jié)果信息S(Solution)描述動作發(fā)生的結(jié)果。
4產(chǎn)品開發(fā)基因的表示
在建立產(chǎn)品開發(fā)基因模型基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品開發(fā)基因進行表示，為建立產(chǎn)品開發(fā)基因庫，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的重用奠定基礎(chǔ)。產(chǎn)品開發(fā)基因表示是產(chǎn)品開發(fā)基因形式化和符號化的過程，主要是選擇適當(dāng)?shù)腵形式來表示產(chǎn)品開發(fā)基因。產(chǎn)品開發(fā)基因所包含的信息形式較多，既有結(jié)構(gòu)性信息，又有過程性信息。框架表示法適合表示結(jié)構(gòu)性信息，而產(chǎn)生式表示法適合表示過程性信息'因此本文將框架表示法和產(chǎn)生式表示法結(jié)合起來進行產(chǎn)品開發(fā)基因表示。如圖3所示，在進行產(chǎn)品開發(fā)基因表示時以框架表示為主體，把產(chǎn)生式規(guī)則嵌入到框架表示中，在約束條件槽、受動對象槽和結(jié)果槽的過程側(cè)面，采用產(chǎn)生式表示法表示過程性信息。
5產(chǎn)品開發(fā)過程重用中的PDG操作流程
參照生物遺傳學(xué)的規(guī)律，產(chǎn)品開發(fā)過程實際上是產(chǎn)品開發(fā)基因復(fù)制、變異、表達的過程。在課題組前期工作?的基礎(chǔ)上，構(gòu)建如圖4所示的PDG操作流程框架。首先從產(chǎn)品開發(fā)過程基因庫中檢索出相似產(chǎn)品A，B和C的開發(fā)過程基因組，新產(chǎn)品的開發(fā)過程選擇性繼承這些相似產(chǎn)品的產(chǎn)品開發(fā)基因Aa，Bb和C。，并根據(jù)新產(chǎn)品的開發(fā)要求增加基因庫中沒有的新基因。、，重組形成新的產(chǎn)品開發(fā)過程基因組；其次按照新產(chǎn)品開發(fā)目標(biāo)和約束條件進行變異進化，基因從狀態(tài)1進化到狀態(tài)n，得到最終的產(chǎn)品開發(fā)過程基因組；最后將產(chǎn)品開發(fā)基因表達為一系列產(chǎn)品開發(fā)活動，組成完整的產(chǎn)品開發(fā)過程，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的重用。
為了闡明如何從活動單元中提取出遺傳信息，進而集合成產(chǎn)品開發(fā)基因，本文以開發(fā)一款無繩螺絲刀為例(案例來源于文獻[11])，對其“收集客戶原始數(shù)據(jù)”這一活動單元進行分析。該活動單元包含選擇客戶、選擇收集數(shù)據(jù)的方式和整理收集的原始數(shù)據(jù)三個過程，提取其中包含的遺傳信息如表1所示。
將這些遺傳信息以動作信息為核心，構(gòu)建客戶選擇基因、收集方式選擇基因和數(shù)據(jù)整理基因，如圖5所示。
最后按照上文提出的產(chǎn)品開發(fā)基因表示方法，對其中的客戶選擇基因?qū)嵗M行表示，如圖6所示。在客戶
選擇基因中，首先為了揭示大部分客戶的需求，需要確定應(yīng)該與多少個客戶訪談，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)增加的訪談對象不能揭示出新的需求時，則停止該流程。對于本例來說，訪談人數(shù)約30人，訪談總時長約25小時，地點可以通過產(chǎn)生式規(guī)則來選擇，最后通過客戶選擇矩陣和產(chǎn)生式規(guī)則，來定位領(lǐng)先客戶和一般客戶。
7結(jié)論
基于生物遺傳理論與方法，從產(chǎn)品開發(fā)過程中提取產(chǎn)品開發(fā)基因，利用基因工程原理修改和重組產(chǎn)品開發(fā)基因，形成新的產(chǎn)品開發(fā)過程，可以實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的重用和優(yōu)化。文中提出的產(chǎn)品開發(fā)基因模型、表示方法和操作流程是實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)基因遺傳變異和重用產(chǎn)品開發(fā)過程的基礎(chǔ)。文章的研究成果還處于初步階段，產(chǎn)品開發(fā)基因在重用過程中，如何實現(xiàn)進化變異和表達等問題，仍需進一步深入研究。
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