基于遗传学的产品开发与基因研究

　　0引言

　　基因的遗传和变异使生物的子代具有与亲代相似但不完全相同的遗传特征。通过基因工程的研究，人类可按照自己的意愿把不同生物的基因重新加工组合，定向改变生物遗传特性，创造出新的生物类型。产品开发过程中对于原有产品开发信息的继承和重组很重要，具有类似生物基因遗传和变异的特性。从产品开发过程中提取产品开发基因，利用基因工程方法修改和重组产品开发基因，形成新的产品开发过程，既继承了原过程的特性，又根据新的产品开发要求和约束条件进行改善，可以实现产品开发过程的优化和重用。

　　为了更有效地解决产品族设计的继承与创新问题，近年来已有一些学者研究将基因工程的相关原理应用于工程设计中。香港大学的陈克彰教授等认为产品拥有遗传信息，提出了制造产品虚拟基因的概念、特征和组成结构。乔治.梅森大学Krasnow研究院的[3?5]教授及其团队将生物遗传原理引入工程设计领域，提出了设计基因的概念及其在产品设计中的作用和意义。德国马德格堡大学的Vajna[6,7]提出了自生设计理论（AutogeneticDesignTheory)，将产品在设计过程中的产生类比于有机体的进化过程，研究了自生设计理论的特点。这些研究的共同点是通过对产品基因特征与类型的研究，提取出同类产品的遗传基因，通过对产品基因的继承和重构，设计出高质量的产品。

　　本文将产品开发过程本身看作一种特殊的产品，将指导产品开发过程进行的信息作为产品开发基因，借鉴生物基因遗传变异的特性，研究产品开发基因的模型和表示，为实现产品开发过程的优化和重用提供支持。

　　1产品开发基因的概念

　　生物基因是DNA分子上具有遗传效应的一段核苷酸序列，基因含有特定的遗传信息，是遗传物质的最小功能单位[8]。类比生物基因，并结合产品开发过程的特性，提出产品开发基因的定义。产品开发基因（ProductDevelopmentGene，PDG)是指导产品开发过程进行的有遗传价值信息的集合。产品开发基因可以看作某类产品开发过程的“蓝图”或“食谱”，规定了产品开发过程的基本特征及自动生成机制，在新产品开发的外界约束条件下，自动生成新的产品开发过程。其具有以下几个方面的特性：

　　1)产品开发基因是控制产品开发活动性状的基本功能单位，其功能是通过指导产品开发活动的进行实现产品开发基因的表达，从而控制产品开发活动性状和功能。

　　2)产品开发基因本质上是一种与产品开发过程有关的特殊指令，是一种信息。产品开发过程的进行需要产品开发目标、设计策略、人员组织方式和资源调配模式等与产品开发过程相关的信息来指导。

　　3)产品开发基因具有遗传和变异的特性，新产品开发经常重用已有相似产品的开发过程，即原有的产品开发过程信息传递给新的产品开发过程，类似于生物基因的遗传特性，同时新产品开发又要按照新的要求对产品开发过程进行修改和创新，类似于生物基因的变异特性。

　　4)类似于生物基因以A,T,C,G四个碱基符号来表示一样，产品开发基因也可以通过一定形式或符号来表示。通过形式化表示，为产品开发基因的存储、检索和重用创造条件。

　　2产品开发基因的获取

　　生物学的发展，经历了从生物体、器官、细胞、蛋白质、DNA，最后获得基因，这样一个从宏观到微观，不断分解、深入细化的过程。类似地，产品开发基因的获取，可以通过对已有产品开发过程进行分析，将产品开发过程逐步分解为产品开发活动单元（类似于生物细胞），提取驱动产品开发活动单元进行的遗传信息，集合成产品开发基因。如图1所示，首先将产品开发过程分解为产品规划、概念设计、结构设计、详细设计、工艺设计、试制、测试和改进以及产品推出等阶段；其次以概念设计为例，将其分解为营销部门、设计部门、制造部门和法律部门等各部门的任务；接着以营销部门收集客户需求的任务为例，将其分解为收集原始数据、恰当表述需求、组织需求等级和建立需求重要度等活动单元；最后以收集顾客原始数据这一活动单元为例，提取出驱动其进行的约束条件、施行对象、受动对象、动作和结果等遗传信息，这些信息集合在一起组成指导收集顾客原始数据这一活动单元进行的产品开发基因。

　　3产品开发基因的模型

　　产品开发活动单元可以描述为“在一定的约束条件下，施动对象对受动对象实施一系列的动作，获得一定的结果。”对应地，其中包含的遗传信息有：约束条件信息、施动对象信息、动作信息、受动对象信息、结果信息，这些信息构成产品开发基因。本文以动作信息为核心，构建产品开发基因模型，如图2所示。产品开发基因可以用一个六元组来概括：PDG={C,A,M,R,S}。其中，约束条件信息C(Constraint)描述动作发生的条件；施动对象信息A(Actor)描述动作的发出者；动作信息M(Motion)描述产品开发活动单元进行的方式；受动对象信息R(Recipient)描述动作的承受者；结果信息S(Solution)描述动作发生的结果。

　　4产品开发基因的表示

　　在建立产品开发基因模型基础上，对产品开发基因进行表示，为建立产品开发基因库，实现产品开发过程的重用奠定基础。产品开发基因表示是产品开发基因形式化和符号化的过程，主要是选择适当的形式来表示产品开发基因。产品开发基因所包含的信息形式较多，既有结构性信息，又有过程性信息。框架表示法适合表示结构性信息，而产生式表示法适合表示过程性信息'因此本文将框架表示法和产生式表示法结合起来进行产品开发基因表示。如图3所示，在进行产品开发基因表示时以框架表示为主体，把产生式规则嵌入到框架表示中，在约束条件槽、受动对象槽和结果槽的过程侧面，采用产生式表示法表示过程性信息。

　　5产品开发过程重用中的PDG操作流程

　　参照生物遗传学的规律，产品开发过程实际上是产品开发基因复制、变异、表达的过程。在课题组前期工作?的基础上，构建如图4所示的PDG操作流程框架。首先从产品开发过程基因库中检索出相似产品A，B和C的开发过程基因组，新产品的开发过程选择性继承这些相似产品的产品开发基因Aa，Bb和C。，并根据新产品的开发要求增加基因库中没有的新基因。、，重组形成新的产品开发过程基因组；其次按照新产品开发目标和约束条件进行变异进化，基因从状态1进化到状态n，得到最终的产品开发过程基因组；最后将产品开发基因表达为一系列产品开发活动，组成完整的产品开发过程，实现产品开发过程的重用。

　　为了阐明如何从活动单元中提取出遗传信息，进而集合成产品开发基因，本文以开发一款无绳螺丝刀为例(案例来源于文献[11])，对其“收集客户原始数据”这一活动单元进行分析。该活动单元包含选择客户、选择收集数据的方式和整理收集的原始数据三个过程，提取其中包含的遗传信息如表1所示。

　　将这些遗传信息以动作信息为核心，构建客户选择基因、收集方式选择基因和数据整理基因，如图5所示。

　　最后按照上文提出的产品开发基因表示方法，对其中的客户选择基因实例进行表示，如图6所示。在客户

　　选择基因中，首先为了揭示大部分客户的需求，需要确定应该与多少个客户访谈，判断的标准是：当增加的访谈对象不能揭示出新的需求时，则停止该流程。对于本例来说，访谈人数约30人，访谈总时长约25小时，地点可以通过产生式规则来选择，最后通过客户选择矩阵和产生式规则，来定位领先客户和一般客户。

　　7结论

　　基于生物遗传理论与方法，从产品开发过程中提取产品开发基因，利用基因工程原理修改和重组产品开发基因，形成新的产品开发过程，可以实现产品开发过程的重用和优化。文中提出的产品开发基因模型、表示方法和操作流程是实现产品开发基因遗传变异和重用产品开发过程的基础。文章的研究成果还处于初步阶段，产品开发基因在重用过程中，如何实现进化变异和表达等问题，仍需进一步深入研究。