基于遺傳學(xué)的產(chǎn)品開(kāi)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(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)于原有產(chǎn)品開(kāi)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(kāi)發(fā)過(guò)程中提取產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因，利用基因工程方法修改和重組產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因，形成新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，既繼承了原過(guò)程的特性，又根據(jù)新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要求和約束條件進(jìn)行改善，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的優(yōu)化和重用。
為了更有效地解決產(chǎn)品族設(shè)計(jì)的繼承與創(chuàng)新問(wèn)題，近年來(lái)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(jì)中。香港大學(xué)的陳克彰教授等認(rèn)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(tuán)隊(duì)將生物遺傳原理引入工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，提出了設(shè)計(jì)基因的概念及其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用和意義。德國(guó)馬德格堡大學(xué)的Vajna[6,7]提出了自生設(shè)計(jì)理論（AutogeneticDesignTheory)，將產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中的產(chǎn)生類比于有機(jī)體的進(jìn)化過(guò)程，研究了自生設(shè)計(jì)理論的特點(diǎn)。這些研究的共同點(diǎn)是通過(guò)對(duì)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(guò)對(duì)產(chǎn)品基因的繼承和重構(gòu)，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
本文將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程本身看作一種特殊的產(chǎn)品，將指導(dǎo)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行的信息作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因，借鑒生物基因遺傳變異的特性，研究產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的模型和表示，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的優(yōu)化和重用提供支持。
1產(chǎn)品開(kāi)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(kāi)發(fā)過(guò)程的特性，提出產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的定義。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因（ProductDevelopmentGene，PDG)是指導(dǎo)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行的有遺傳價(jià)值信息的集合。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因可以看作某類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的“藍(lán)圖”或“食譜”，規(guī)定了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的基本特征及自動(dòng)生成機(jī)制，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的外界約束條件下，自動(dòng)生成新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程。其具有以下幾個(gè)方面的特性：
1)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因是控制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)性狀的基本功能單位，其功能是通過(guò)指導(dǎo)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的表達(dá)，從而控制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)性狀和功能。
2)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因本質(zhì)上是一種與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程有關(guān)的特殊指令，是一種信息。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的進(jìn)行需要產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標(biāo)、設(shè)計(jì)策略、人員組織方式和資源調(diào)配模式等與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程相關(guān)的信息來(lái)指導(dǎo)。
3)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因具有遺傳和變異的特性，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)常重用已有相似產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，即原有的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程信息傳遞給新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，類似于生物基因的遺傳特性，同時(shí)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)又要按照新的要求對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)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(gè)堿基符號(hào)來(lái)表示一樣，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因也可以通過(guò)一定形式或符號(hào)來(lái)表示。通過(guò)形式化表示，為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的存儲(chǔ)、檢索和重用創(chuàng)造條件。
2產(chǎn)品開(kāi)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(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA，最后獲得基因，這樣一個(gè)從宏觀到微觀，不斷分解、深入細(xì)化的過(guò)程。類似地，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的獲取，可以通過(guò)對(duì)已有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行分析，將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程逐步分解為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)單元（類似于生物細(xì)胞），提取驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)單元進(jìn)行的遺傳信息，集合成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因。如圖1所示，首先將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程分解為產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、試制、測(cè)試和改進(jìn)以及產(chǎn)品推出等階段；其次以概念設(shè)計(jì)為例，將其分解為營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)、設(shè)計(jì)部門(mén)、制造部門(mén)和法律部門(mén)等各部門(mén)的任務(wù)；接著以營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)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(jí)和建立需求重要度等活動(dòng)單元；最后以收集顧客原始數(shù)據(jù)這一活動(dòng)單元為例，提取出驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行的約束條件、施行對(duì)象、受動(dòng)對(duì)象、動(dòng)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(dòng)單元進(jìn)行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因。
3產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的模型
產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)單元可以描述為“在一定的約束條件下，施動(dòng)對(duì)象對(duì)受動(dòng)對(duì)象實(shí)施一系列的動(dòng)作，獲得一定的結(jié)果�！睂�(duì)應(yīng)地，其中包含的遺傳信息有：約束條件信息、施動(dòng)對(duì)象信息、動(dòng)作信息、受動(dòng)對(duì)象信息、結(jié)果信息，這些信息構(gòu)成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因。本文以動(dòng)作信息為核心，構(gòu)建產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因模型，如圖2所示。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因可以用一個(gè)六元組來(lái)概括：PDG={C,A,M,R,S}。其中，約束條件信息C(Constraint)描述動(dòng)作發(fā)生的條件；施動(dòng)對(duì)象信息A(Actor)描述動(dòng)作的發(fā)出者；動(dòng)作信息M(Motion)描述產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)單元進(jìn)行的方式；受動(dòng)對(duì)象信息R(Recipient)描述動(dòng)作的承受者；結(jié)果信息S(Solution)描述動(dòng)作發(fā)生的結(jié)果。
4產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的表示
在建立產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因模型基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因進(jìn)行表示，為建立產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因庫(kù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的重用奠定基礎(chǔ)。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因表示是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因形式化和符號(hào)化的過(guò)程，主要是選擇適當(dāng)?shù)腵形式來(lái)表示產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因。產(chǎn)品開(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因表示。如圖3所示，在進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因表示時(shí)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(dòng)對(duì)象槽和結(jié)果槽的過(guò)程側(cè)面，采用產(chǎn)生式表示法表示過(guò)程性信息。
5產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)際上是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因復(fù)制、變異、表達(dá)的過(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)程基因庫(kù)中檢索出相似產(chǎn)品A，B和C的開(kāi)發(fā)過(guò)程基因組，新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程選擇性繼承這些相似產(chǎn)品的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因Aa，Bb和C。，并根據(jù)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要求增加基因庫(kù)中沒(méi)有的新基因。、，重組形成新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程基因組；其次按照新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)目標(biāo)和約束條件進(jìn)行變異進(jìn)化，基因從狀態(tài)1進(jìn)化到狀態(tài)n，得到最終的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程基因組；最后將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因表達(dá)為一系列產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)，組成完整的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的重用。
為了闡明如何從活動(dòng)單元中提取出遺傳信息，進(jìn)而集合成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因，本文以開(kāi)發(fā)一款無(wú)繩螺絲刀為例(案例來(lái)源于文獻(xiàn)[11])，對(duì)其“收集客戶原始數(shù)據(jù)”這一活動(dòng)單元進(jìn)行分析。該活動(dòng)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(gè)過(guò)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(dòng)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(kāi)發(fā)基因表示方法，對(duì)其中的客戶選擇基因?qū)嵗M(jìn)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(gè)客戶訪談，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)增加的訪談對(duì)象不能揭示出新的需求時(shí)，則停止該流程。對(duì)于本例來(lái)說(shuō)，訪談人數(shù)約30人，訪談總時(shí)長(zhǎng)約25小時(shí)，地點(diǎn)可以通過(guò)產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)選擇，最后通過(guò)客戶選擇矩陣和產(chǎn)生式規(guī)則，來(lái)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(kāi)發(fā)過(guò)程中提取產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因，利用基因工程原理修改和重組產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因，形成新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的重用和優(yōu)化。文中提出的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因模型、表示方法和操作流程是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因遺傳變異和重用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的基礎(chǔ)。文章的研究成果還處于初步階段，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因在重用過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)進(jìn)化變異和表達(dá)等問(wèn)題，仍需進(jìn)一步深入研究。
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