在一般的PDM系統(tǒng)中，將工程數(shù)據(jù)的管理通常劃分為兩部分，一是對靜態(tài)數(shù)據(jù)文擋的管理；二是對動態(tài)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)流程的管理。兩種管理相對獨(dú)立，屬于不同的模塊。人為地將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作流程割裂，導(dǎo)致對設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的文檔進(jìn)行管理不便，設(shè)計(jì)過程完成后須花大量的時(shí)間和精力對文檔資料進(jìn)行整理，才能得到為各個(gè)部門產(chǎn)生各種BOM視圖的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。這種做法容易出現(xiàn)差錯，而且影響設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的效率。本文提出一種基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的設(shè)計(jì)流程的管理，能對設(shè)計(jì)流程實(shí)時(shí)管理、監(jiān)控，設(shè)計(jì)流程結(jié)束后自然得到設(shè)計(jì)產(chǎn)品的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程對文檔完整和高效地管理。
1 產(chǎn)品靜態(tài)數(shù)據(jù)的管理模型
對于設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生的最終結(jié)果——電子文檔，需要按一定的方式組織存儲起來，便于設(shè)計(jì)人員的查詢、引用和修改。以往的計(jì)算機(jī)管理軟件通常用文件夾的方式進(jìn)行管理，這沒有完全反映文檔之間的關(guān)系。而且文檔的一些附屬信息沒有表達(dá)完整。在工廠中，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)文檔資料往往以產(chǎn)品及其零部件間關(guān)系（例如裝配關(guān)系）為線索進(jìn)行組織管理，有鑒于此，建立一套產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)的模型，并將文檔與之關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型。集中對產(chǎn)品零部件及其描述文檔進(jìn)行操作和維護(hù)。這樣，即便于用戶使用操作，又有利于數(shù)據(jù)的完整表達(dá)和維護(hù)，同時(shí)方便地為各個(gè)部門提供各種BOM視圖。該模型如圖所示，使用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑢a(chǎn)品結(jié)構(gòu)歸納為三個(gè)層次：
產(chǎn)品模型（Product Model）：用于描述各種零部件如何組成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品模型體現(xiàn)的是零部件之間的所有可能的裝配關(guān)系，它描述零部件間的最抽象的關(guān)系。
產(chǎn)品配置（Product Configuration）：它是排列互斥條件的而有具體版本的零部件組成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，它描述了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中使用的設(shè)計(jì)歷史變遷有關(guān)零部件中所有下級零部件、這些零部件的版本以及相關(guān)文檔；
材料清單（Bill of Material）：實(shí)例化的零部件組成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，它既是可以用于指導(dǎo)生產(chǎn)的明細(xì)表，又是建立文檔與零部件關(guān)系結(jié)構(gòu)骨架。材料清單可以以圖形和表格兩種形式體現(xiàn)。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理的三層模型：
▲ 圖 1
結(jié)合當(dāng)前操作系統(tǒng)流行的界面方式，系統(tǒng)左邊顯示配置或材料清單（BOM）樹，右邊顯示相關(guān)文檔。文檔可以是各種類型的文件，通過不同的應(yīng)用程序激活并編輯它們。
2 產(chǎn)品動態(tài)數(shù)據(jù)的管理模型
設(shè)計(jì)過程是一個(gè)動態(tài)變化的過程，從并行工程角度來講，設(shè)計(jì)活動只有細(xì)化到可操作的程度，才可能并行展開工作。從優(yōu)化的角度來講，設(shè)計(jì)活動又是不斷反復(fù)，不斷前進(jìn)的過程。每項(xiàng)設(shè)計(jì)活動可以看作一項(xiàng)任務(wù)，用戶在使用系統(tǒng)過程中需要按時(shí)完成的一系列活動都可稱為任務(wù)。針對不同的視角，引入兩個(gè)概念對工作流程加以描述：
任務(wù)流：任務(wù)從創(chuàng)建到不斷細(xì)化再到完成的全過程，將具體的工作分解后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間下達(dá)給適當(dāng)?shù)娜耍构ぷ髂軌虬磿r(shí)完成。這是從并行工程角度分析設(shè)計(jì)過程，這種不確定型類型的流程特點(diǎn)是很少具有回滾等異常操作，但在流程的邏輯執(zhí)行過程中可能發(fā)行變化，任務(wù)先后關(guān)系定義較松散，要求人為調(diào)度、控制較多，工作流程管理系統(tǒng)提供輔助監(jiān)控能力。
工作流：文檔從創(chuàng)建到不斷反復(fù)優(yōu)化改進(jìn)再到歸檔的全過程，由若干步驟組成，這些步驟構(gòu)成一個(gè)有向圖，前后有固定的時(shí)序邏輯。這主要是從設(shè)計(jì)優(yōu)化角度分析設(shè)計(jì)過程。這類工作流程管理多為確定型，在流程的時(shí)序邏輯執(zhí)行過程中很少發(fā)行變化，但回滾等異常操作較多，對執(zhí)行的可靠性要求高，要求工作流程管理系統(tǒng)的調(diào)度、監(jiān)控能力強(qiáng)。#p#分頁標(biāo)題#e#
需要說明的是，這里定義的工作流與工作流管理聯(lián)盟（workflow management coalition）提出的工作流有所差別，該聯(lián)盟是把經(jīng)營過程中由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動執(zhí)行的那部分稱為工作流。實(shí)際上是指工作流程管理系統(tǒng)控制其執(zhí)行的所有過程，其應(yīng)該包含了上述的任務(wù)流和工作流。
任務(wù)流作為設(shè)計(jì)活動的一個(gè)不斷細(xì)化過程，細(xì)化到什么粒度值得探討，細(xì)化到對設(shè)計(jì)過程的最小操作對象——文檔的操作是恰當(dāng)?shù)摹＿@樣劃分一是因?yàn)槿蝿?wù)流的特點(diǎn)是細(xì)化任務(wù)，反復(fù)優(yōu)化的過程較少，這也是對流程管理引入兩個(gè)概念的原因之一；第二條理由與建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹有關(guān)，將在后文詳細(xì)敘述。
工作流除了體現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中文檔在不斷接近完成過程中改進(jìn)、優(yōu)化的過程，同時(shí)包涵了對文檔操作步驟進(jìn)一步的細(xì)化工作，也是一種分解任務(wù)的過程，當(dāng)然也支持對文檔工作步驟的串行、并行操作。
無論是任務(wù)流，還是工作流，實(shí)質(zhì)上都是信息的處理和流動過程。這些信息根據(jù)不同的作用可分為三類，應(yīng)用信息作為設(shè)計(jì)過程這條流水線上的主體，是設(shè)計(jì)活動的操作對象，也是設(shè)計(jì)活動所追求的結(jié)果；控制信息則是系統(tǒng)用來控制流程中實(shí)例的狀態(tài)和工作方式；關(guān)聯(lián)信息則由用戶定義設(shè)計(jì)流程中應(yīng)用信息的數(shù)據(jù)流向或流動的判斷條件。PDM系統(tǒng)中流程管理主要集中在控制信息和關(guān)聯(lián)信息的表達(dá)和處理，而將應(yīng)用信息的處理交給各種應(yīng)用程序去完成。任何一個(gè)工作流程都包括一組活動及它們的相互關(guān)系，還包括過程及活動的啟動和終止條件，以及對活動的描述。
3 基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的流程管理模型
任何一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)離不開設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)對象和設(shè)計(jì)人員三項(xiàng)要素，所有的設(shè)計(jì)活動都是圍繞這三項(xiàng)要素展開和進(jìn)行的。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)全生命周期考慮，建立一套基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的流程管理模型，在完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，完成對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造工作管理的高效、統(tǒng)一和優(yōu)化。
（1） 主要設(shè)計(jì)思想
產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，任務(wù)的分解過程可以看作產(chǎn)品結(jié)構(gòu)生成的過程，隨著任務(wù)的不斷細(xì)化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹也在不斷生長，當(dāng)任務(wù)完成提交后，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（BOM樹）也就完成了。將設(shè)計(jì)流程中的有用信息提取出來，加以抽象提煉，便可得到一棵完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。
（2） 進(jìn)行步驟
對于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、總?cè)蝿?wù)的創(chuàng)建意味著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)根節(jié)點(diǎn)的生成，任務(wù)的不斷細(xì)化代表新節(jié)點(diǎn)（主要是零部件）的生成，每一個(gè)新節(jié)點(diǎn)生成后，可以進(jìn)一步細(xì)化，分解成子任務(wù)，即產(chǎn)生了節(jié)點(diǎn)。任務(wù)流動過程中帶有應(yīng)用、控制和關(guān)聯(lián)信息，與之對應(yīng)的實(shí)例就是各種文檔及文檔附加屬性和任務(wù)狀態(tài)。
分布在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的多個(gè)任務(wù)流引擎一起組成完整的工作流程服務(wù)，每個(gè)任務(wù)流引擎負(fù)責(zé)本節(jié)點(diǎn)上所有用戶及應(yīng)用的任務(wù)流相關(guān)任務(wù)管理。它們間的通訊、協(xié)調(diào)是由客戶／服務(wù)器方式實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際中，設(shè)計(jì)人員接受任務(wù)后，作為該任務(wù)節(jié)點(diǎn)的負(fù)責(zé)人，需要完成兩方面的工作，一是進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)任務(wù)，生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的一個(gè)分枝并加以維護(hù)，二是創(chuàng)建相關(guān)文檔及其工作流，并將文檔與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)任務(wù)分解到對文檔的操作后，BOM樹的框架就完成了，系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的葉節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)人和子節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)人制定相應(yīng)的文檔工作流步驟和對任務(wù)的分解，將對文檔的每一步操作和任務(wù)細(xì)化所需的應(yīng)用數(shù)據(jù)在正確時(shí)間傳送給正確的設(shè)計(jì)人員。傳送方式可以使用郵件系統(tǒng)，將任務(wù)信息和需設(shè)計(jì)的文檔一起傳送給設(shè)計(jì)者。對于葉節(jié)點(diǎn)，當(dāng)對應(yīng)文檔經(jīng)過一系列的設(shè)計(jì)、審批、修改、優(yōu)化直到正式提交后，該葉點(diǎn)的任務(wù)就告完成。對于子節(jié)點(diǎn)，只有其下級子節(jié)點(diǎn)和本身對應(yīng)的文檔同時(shí)完成，該節(jié)點(diǎn)任務(wù)方告完成。這樣，由下至上在完成設(shè)計(jì)流程的同時(shí)形成一棵BOM樹。#p#分頁標(biāo)題#e#
需要指出的是，BOM樹節(jié)點(diǎn)與任務(wù)葉節(jié)點(diǎn)并非一一對應(yīng)，實(shí)際上是一對多的關(guān)系，即一個(gè)零部件節(jié)點(diǎn)可能細(xì)分出多份文檔，產(chǎn)生多個(gè)子任務(wù)。而一項(xiàng)任務(wù)可以對多份文檔執(zhí)行同一流程的操作。正是因?yàn)槿蝿?wù)與BOM樹節(jié)點(diǎn)存在對應(yīng)關(guān)系，所以進(jìn)行任務(wù)流活動所針對的最小單位是文檔，而并非文檔對應(yīng)的工作流的某個(gè)步驟。將設(shè)計(jì)過程中大量的反復(fù)修改、優(yōu)化和有固定時(shí)序邏輯的工作放在文檔工作流里進(jìn)行，盡量減少這種頻繁回滾過程對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的產(chǎn)生不穩(wěn)定的影響，另一方面避免工作流固定時(shí)序邏輯束縛任務(wù)的分解和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的建立，因局部的受阻導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)工作的停頓。
流程管理與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系如下圖所示：
▲ 圖 2
設(shè)計(jì)工作是一個(gè)富有創(chuàng)造性的工作，設(shè)計(jì)文檔提交發(fā)布后仍然可能有著大量的數(shù)據(jù)修改，本模型采用工程變更方式對已提交的文檔及相關(guān)零部件進(jìn)行修改，這種變更需經(jīng)歷變更請求、變更執(zhí)行、變更發(fā)布三個(gè)階段。另外，系統(tǒng)還提供對工程變更更進(jìn)行跟蹤記錄的功能，避免對發(fā)布的文檔隨意修改。以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的統(tǒng)一性和安全性。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成提交以后，如果該產(chǎn)品存在改進(jìn)設(shè)計(jì)，可以在BOM樹的基礎(chǔ)上進(jìn)一步豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，利用零部件的版本記錄產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展的歷史和可選方案，再經(jīng)歷一遍任務(wù)流的活動便可得到產(chǎn)品配置樹，得到層次的提升。
對于進(jìn)行系列化產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)，可以進(jìn)行更高層次的抽象、歸納，但是此項(xiàng)工作需要人工與計(jì)算機(jī)交互式進(jìn)行，在產(chǎn)品配置樹的基礎(chǔ)上，根據(jù)該系列化產(chǎn)品可能情況建立一棵有抽象意義節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹來，再通過拷貝或引用關(guān)系將產(chǎn)品配置節(jié)點(diǎn)添加上去，形成完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。以后的改型或改進(jìn)設(shè)計(jì)都可以在產(chǎn)品模型或配置的基礎(chǔ)上進(jìn)行。從而充分利用已有設(shè)計(jì)成果，提高設(shè)計(jì)生命周期的文檔管理，縮短設(shè)計(jì)周期。
本系統(tǒng)提供建立三層模型的工具，企業(yè)在什么層次上管理自己的設(shè)計(jì)文檔，則可根據(jù)具體情況而定。
4 系統(tǒng)模型的應(yīng)用的進(jìn)一步思考
近幾年來，人工智能技術(shù)特別是專家系統(tǒng)獲得了較大發(fā)展。如果能夠引入知識庫和推理機(jī)并與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相結(jié)合，那么當(dāng)產(chǎn)品模型建立以后，通過人工交互式輸入約束條件，便可實(shí)現(xiàn)一定程度上的自行設(shè)計(jì)，這特別適合用于生產(chǎn)系列化產(chǎn)品的企業(yè)，其設(shè)計(jì)效率的提高是相當(dāng)可觀的。隨著我國企業(yè)機(jī)構(gòu)的改革和設(shè)計(jì)人員的重組，一種以工程項(xiàng)目為核心的設(shè)計(jì)管理方式正在悄然興起，緊緊圍繞項(xiàng)目，將跨部門、科室的人員組織在一起，實(shí)行人、財(cái)、物的統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度，以期達(dá)到最佳的效果。如何進(jìn)一步發(fā)展、提升系統(tǒng)模型以支持這種管理方式值得研究。世紀(jì)之交，以網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)的信息技術(shù)正給傳統(tǒng)的企業(yè)帶來巨大沖擊，國外發(fā)達(dá)國家逐漸出現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地制造等新型管理生產(chǎn)方式，作為PDM軟件，提供基于Internet／Intranet的產(chǎn)品信息查詢和修改將有利于企業(yè)集團(tuán)的資源配置，大大提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)能力。
5 實(shí)際情況及討論
本系統(tǒng)得到國家863項(xiàng)目基金的資助，開發(fā)出了INTEPDM3．0原型系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上在江西省江鈴汽車集團(tuán)進(jìn)行實(shí)施。實(shí)際中使用中對于建模人員的素質(zhì)要求較高，構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不僅要熟悉企業(yè)產(chǎn)品狀況，而且對計(jì)算機(jī)及其管理要有一定知識。特別是要建立較高層次的產(chǎn)品模型，需掌握面向?qū)ο蟮某橄蠓椒āＦ髽I(yè)設(shè)計(jì)人員對這種層層下達(dá)任務(wù)，逐級提交的工作模式要有一個(gè)適應(yīng)過程。#p#分頁標(biāo)題#e#
6 結(jié)束語
提供支持平臺，對產(chǎn)品設(shè)計(jì)活動全生命周期管理，正是PDM系統(tǒng)所追求的目標(biāo)，通過將一套完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹與流程管理緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)全生命周期的管理是完全可能的。這將大大提高和增強(qiáng)設(shè)計(jì)信息表達(dá)的完整性和使用的高效性。有著良好的應(yīng)用前景。如果能引入專家系統(tǒng)，將能使系統(tǒng)效率倍增；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊方面，支持基于Web瀏覽器的多重體系結(jié)構(gòu)則是PDM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
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