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(lèi)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(lèi)型。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中對于原有產(chǎn)品開(kāi)發(fā)信息的繼承和重組很重要，具有類(lèi)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)品族設計的繼承與創(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)原理應用于工程設計中。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、特征和組成結構。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計領(lǐng)域，提出了設計基因的概念及其在產(chǎn)品設計中的作用和意義。德國馬德格堡大學(xué)的Vajna[6,7]提出了自生設計理論（AutogeneticDesignTheory)，將產(chǎn)品在設計過(guò)程中的產(chǎn)生類(lèi)比于有機體的進(jìn)化過(guò)程，研究了自生設計理論的特點(diǎn)。這些研究的共同點(diǎn)是通過(guò)對產(chǎn)品基因特征與類(lèi)型的研究，提取出同類(lèi)產(chǎn)品的遺傳基因，通過(guò)對產(chǎn)品基因的繼承和重構，設計出高質(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(lèi)比生物基因，并結合產(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(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的“藍圖”或“食譜”，規定了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的基本特征及自動(dòng)生成機制，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)指導產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)的進(jìn)行實(shí)現產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的表達，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、設計策略、人員組織方式和資源調配模式等與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程相關(guān)的信息來(lái)指導。
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(lèi)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產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)行修改和創(chuàng )新，類(lèi)似于生物基因的變異特性。
4)類(lèi)似于生物基因以A,T,C,G四個(gè)堿基符號來(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、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、細胞、蛋白質(zhì)、DNA，最后獲得基因，這樣一個(gè)從宏觀(guān)到微觀(guān)，不斷分解、深入細化的過(guò)程。類(lèi)似地，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的獲取，可以通過(guò)對已有產(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(lèi)似于生物細胞），提取驅動(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)品規劃、概念設計、結構設計、詳細設計、工藝設計、試制、測試和改進(jìn)以及產(chǎn)品推出等階段；其次以概念設計為例，將其分解為營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)、設計部門(mén)、制造部門(mén)和法律部門(mén)等各部門(mén)的任務(wù)；接著(zhù)以營(yíng)銷(xiāo)部門(mén)收集客戶(hù)需求的任務(wù)為例，將其分解為收集原始數據、恰當表述需求、組織需求等級和建立需求重要度等活動(dòng)單元；最后以收集顧客原始數據這一活動(dòng)單元為例，提取出驅動(dòng)其進(jìn)行的約束條件、施行對象、受動(dòng)對象、動(dòng)作和結果等遺傳信息，這些信息集合在一起組成指導收集顧客原始數據這一活動(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)對象對受動(dòng)對象實(shí)施一系列的動(dòng)作，獲得一定的結果�！睂�，其中包含的遺傳信息有：約束條件信息、施動(dòng)對象信息、動(dòng)作信息、受動(dòng)對象信息、結果信息，這些信息構成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因。本文以動(dòng)作信息為核心，構建產(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)對象信息R(Recipient)描述動(dòng)作的承受者；結果信息S(Solution)描述動(dòng)作發(fā)生的結果。
4產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因的表示
在建立產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因模型基礎上，對產(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，實(shí)現產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的重用奠定基礎。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因表示是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)基因形式化和符號化的過(guò)程，主要是選擇適當的`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，既有結構性信息，又有過(guò)程性信息�？蚣鼙硎痉ㄟm合表示結構性信息，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)生式規則嵌入到框架表示中，在約束條件槽、受動(dòng)對象槽和結果槽的過(guò)程側面，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)基因復制、變異、表達的過(guò)程。在課題組前期工作?的基礎上，構建如圖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。，并根據新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要求增加基因庫中沒(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[11])，對其“收集客戶(hù)原始數據”這一活動(dòng)單元進(jìn)行分析。該活動(dòng)單元包含選擇客戶(hù)、選擇收集數據的方式和整理收集的原始數據三個(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，構建客戶(hù)選擇基因、收集方式選擇基因和數據整理基因，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，對其中的客戶(hù)選擇基因實(shí)例進(jìn)行表示，如圖6所示。在客戶(hù)
選擇基因中，首先為了揭示大部分客戶(hù)的需求，需要確定應該與多少個(gè)客戶(hù)訪(fǎng)談，判斷的標準是：當增加的訪(fǎng)談對象不能揭示出新的需求時(shí)，則停止該流程。對于本例來(lái)說(shuō)，訪(fǎng)談人數約30人，訪(fǎng)談總時(shí)長(cháng)約25小時(shí)，地點(diǎn)可以通過(guò)產(chǎn)生式規則來(lái)選擇，最后通過(guò)客戶(hù)選擇矩陣和產(chǎn)生式規則，來(lái)定位領(lǐng)先客戶(hù)和一般客戶(hù)。
7結論
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。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)現進(jìn)化變異和表達等問(wèn)題，仍需進(jìn)一步深入研究。
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