基于产品结构的工作流程管理

    0　简介

　　在一般的PDM系统中，将工程数据的管理通常划分为两部分，一是对静态数据文挡的管理；二是对动态数据设计流程的管理。两种管理相对独立，属于不同的模块。人为地将产品结构和工作流程割裂，导致对设计过程中产生的文档进行管理不便，设计过程完成后须花大量的时间和精力对文档资料进行整理，才能得到为各个部门产生各种BOM视图的产品结构。这种做法容易出现差错，而且影响设计、生产的效率。本文提出一种基于产品结构树的设计流程的管理，能对设计流程实时管理、监控，设计流程结束后自然得到设计产品的产品结构，以实现设计过程对文档完整和高效地管理。

    1　产品静态数据的管理模型

　　对于设计过程产生的最终结果——电子文档，需要按一定的方式组织存储起来，便于设计人员的查询、引用和修改。以往的计算机管理软件通常用文件夹的方式进行管理，这没有完全反映文档之间的关系。而且文档的一些附属信息没有表达完整。在工厂中，传统的设计文档资料往往以产品及其零部件间关系（例如装配关系）为线索进行组织管理，有鉴于此，建立一套产品零部件结构的模型，并将文档与之关联，形成一个完整的产品结构模型。集中对产品零部件及其描述文档进行操作和维护。这样，即便于用户使用操作，又有利于数据的完整表达和维护，同时方便地为各个部门提供各种BOM视图。该模型如图所示，使用面向对象的方法，将产品结构归纳为三个层次：
　　产品模型（Product　Model）：用于描述各种零部件如何组成产品的结构。产品模型体现的是零部件之间的所有可能的装配关系，它描述零部件间的最抽象的关系。
　　产品配置（Product　Configuration）：它是排列互斥条件的而有具体版本的零部件组成产品的结构，它描述了产品结构中使用的设计历史变迁有关零部件中所有下级零部件、这些零部件的版本以及相关文档；
　　材料清单（Bill　of　Material）：实例化的零部件组成的产品结构，它既是可以用于指导生产的明细表，又是建立文档与零部件关系结构骨架。材料清单可以以图形和表格两种形式体现。
　　产品结构管理的三层模型：

▲　图　1

　　结合当前操作系统流行的界面方式，系统左边显示配置或材料清单（BOM）树，右边显示相关文档。文档可以是各种类型的文件，通过不同的应用程序激活并编辑它们。

    2　产品动态数据的管理模型

　　设计过程是一个动态变化的过程，从并行工程角度来讲，设计活动只有细化到可操作的程度，才可能并行展开工作。从优化的角度来讲，设计活动又是不断反复，不断前进的过程。每项设计活动可以看作一项任务，用户在使用系统过程中需要按时完成的一系列活动都可称为任务。针对不同的视角，引入两个概念对工作流程加以描述：
　　任务流：任务从创建到不断细化再到完成的全过程，将具体的工作分解后在适当的时间下达给适当的人，使工作能够按时完成。这是从并行工程角度分析设计过程，这种不确定型类型的流程特点是很少具有回滚等异常操作，但在流程的逻辑执行过程中可能发行变化，任务先后关系定义较松散，要求人为调度、控制较多，工作流程管理系统提供辅助监控能力。
　　工作流：文档从创建到不断反复优化改进再到归档的全过程，由若干步骤组成，这些步骤构成一个有向图，前后有固定的时序逻辑。这主要是从设计优化角度分析设计过程。这类工作流程管理多为确定型，在流程的时序逻辑执行过程中很少发行变化，但回滚等异常操作较多，对执行的可靠性要求高，要求工作流程管理系统的调度、监控能力强。
　　需要说明的是，这里定义的工作流与工作流管理联盟（workflow　management　coalition）提出的工作流有所差别，该联盟是把经营过程中由计算机系统自动执行的那部分称为工作流。实际上是指工作流程管理系统控制其执行的所有过程，其应该包含了上述的任务流和工作流。
　　任务流作为设计活动的一个不断细化过程，细化到什么粒度值得探讨，细化到对设计过程的最小操作对象——文档的操作是恰当的。这样划分一是因为任务流的特点是细化任务，反复优化的过程较少，这也是对流程管理引入两个概念的原因之一；第二条理由与建立产品结构树有关，将在后文详细叙述。
　　工作流除了体现设计过程中文档在不断接近完成过程中改进、优化的过程，同时包涵了对文档操作步骤进一步的细化工作，也是一种分解任务的过程，当然也支持对文档工作步骤的串行、并行操作。
　　无论是任务流，还是工作流，实质上都是信息的处理和流动过程。这些信息根据不同的作用可分为三类，应用信息作为设计过程这条流水线上的主体，是设计活动的操作对象，也是设计活动所追求的结果；控制信息则是系统用来控制流程中实例的状态和工作方式；关联信息则由用户定义设计流程中应用信息的数据流向或流动的判断条件。PDM系统中流程管理主要集中在控制信息和关联信息的表达和处理，而将应用信息的处理交给各种应用程序去完成。任何一个工作流程都包括一组活动及它们的相互关系，还包括过程及活动的启动和终止条件，以及对活动的描述。

    3　基于产品结构的流程管理模型

　　任何一项设计任务离不开设计目标、设计对象和设计人员三项要素，所有的设计活动都是围绕这三项要素展开和进行的。从产品设计全生命周期考虑，建立一套基于产品结构的流程管理模型，在完成设计任务的同时，完成对产品结构的管理，实现设计、制造工作管理的高效、统一和优化。
　　（1）　主要设计思想
　　产品设计过程中，任务的分解过程可以看作产品结构生成的过程，随着任务的不断细化，产品结构树也在不断生长，当任务完成提交后，产品结构（BOM树）也就完成了。将设计流程中的有用信息提取出来，加以抽象提炼，便可得到一棵完整的产品结构树。
　　（2）　进行步骤
　　对于新产品的设计、总任务的创建意味着产品结构根节点的生成，任务的不断细化代表新节点（主要是零部件）的生成，每一个新节点生成后，可以进一步细化，分解成子任务，即产生了节点。任务流动过程中带有应用、控制和关联信息，与之对应的实例就是各种文档及文档附加属性和任务状态。
　　分布在各个节点上的多个任务流引擎一起组成完整的工作流程服务，每个任务流引擎负责本节点上所有用户及应用的任务流相关任务管理。它们间的通讯、协调是由客户／服务器方式实现的。实际中，设计人员接受任务后，作为该任务节点的负责人，需要完成两方面的工作，一是进一步细化设计任务，生成产品结构树的一个分枝并加以维护，二是创建相关文档及其工作流，并将文档与产品结构相关联。当任务分解到对文档的操作后，BOM树的框架就完成了，系统根据产品结构树的叶节点负责人和子节点负责人制定相应的文档工作流步骤和对任务的分解，将对文档的每一步操作和任务细化所需的应用数据在正确时间传送给正确的设计人员。传送方式可以使用邮件系统，将任务信息和需设计的文档一起传送给设计者。对于叶节点，当对应文档经过一系列的设计、审批、修改、优化直到正式提交后，该叶点的任务就告完成。对于子节点，只有其下级子节点和本身对应的文档同时完成，该节点任务方告完成。这样，由下至上在完成设计流程的同时形成一棵BOM树。
　　需要指出的是，BOM树节点与任务叶节点并非一一对应，实际上是一对多的关系，即一个零部件节点可能细分出多份文档，产生多个子任务。而一项任务可以对多份文档执行同一流程的操作。正是因为任务与BOM树节点存在对应关系，所以进行任务流活动所针对的最小单位是文档，而并非文档对应的工作流的某个步骤。将设计过程中大量的反复修改、优化和有固定时序逻辑的工作放在文档工作流里进行，尽量减少这种频繁回滚过程对产品结构树的产生不稳定的影响，另一方面避免工作流固定时序逻辑束缚任务的分解和产品结构的建立，因局部的受阻导致整个设计工作的停顿。
　　流程管理与产品结构关系如下图所示：

▲　图　2

　　设计工作是一个富有创造性的工作，设计文档提交发布后仍然可能有着大量的数据修改，本模型采用工程变更方式对已提交的文档及相关零部件进行修改，这种变更需经历变更请求、变更执行、变更发布三个阶段。另外，系统还提供对工程变更更进行跟踪记录的功能，避免对发布的文档随意修改。以实现数据管理的统一性和安全性。
　　产品设计完成提交以后，如果该产品存在改进设计，可以在BOM树的基础上进一步丰富产品结构树，利用零部件的版本记录产品设计发展的历史和可选方案，再经历一遍任务流的活动便可得到产品配置树，得到层次的提升。
　　对于进行系列化产品生产的企业，可以进行更高层次的抽象、归纳，但是此项工作需要人工与计算机交互式进行，在产品配置树的基础上，根据该系列化产品可能情况建立一棵有抽象意义节点的产品结构树来，再通过拷贝或引用关系将产品配置节点添加上去，形成完整的产品结构树。以后的改型或改进设计都可以在产品模型或配置的基础上进行。从而充分利用已有设计成果，提高设计生命周期的文档管理，缩短设计周期。
　　本系统提供建立三层模型的工具，企业在什么层次上管理自己的设计文档，则可根据具体情况而定。

    4　系统模型的应用的进一步思考

　　近几年来，人工智能技术特别是专家系统获得了较大发展。如果能够引入知识库和推理机并与产品结构相结合，那么当产品模型建立以后，通过人工交互式输入约束条件，便可实现一定程度上的自行设计，这特别适合用于生产系列化产品的企业，其设计效率的提高是相当可观的。随着我国企业机构的改革和设计人员的重组，一种以工程项目为核心的设计管理方式正在悄然兴起，紧紧围绕项目，将跨部门、科室的人员组织在一起，实行人、财、物的统一管理和统一调度，以期达到最佳的效果。如何进一步发展、提升系统模型以支持这种管理方式值得研究。世纪之交，以网络通讯为基础的信息技术正给传统的企业带来巨大冲击，国外发达国家逐渐出现异地设计、异地制造等新型管理生产方式，作为PDM软件，提供基于Internet／Intranet的产品信息查询和修改将有利于企业集团的资源配置，大大提高设计、生产能力。

    5　实际情况及讨论

　　本系统得到国家863项目基金的资助，开发出了INTEPDM3．0原型系统，并在此基础上在江西省江铃汽车集团进行实施。实际中使用中对于建模人员的素质要求较高，构建产品结构设计人员不仅要熟悉企业产品状况，而且对计算机及其管理要有一定知识。特别是要建立较高层次的产品模型，需掌握面向对象的抽象方法。企业设计人员对这种层层下达任务，逐级提交的工作模式要有一个适应过程。

    6　结束语

　　提供支持平台，对产品设计活动全生命周期管理，正是PDM系统所追求的目标，通过将一套完整产品结构树与流程管理紧密结合，实现对设计数据全生命周期的管理是完全可能的。这将大大提高和增强设计信息表达的完整性和使用的高效性。有着良好的应用前景。如果能引入专家系统，将能使系统效率倍增；在计算机网络通讯方面，支持基于Web浏览器的多重体系结构则是PDM系统的发展趋势。