PDM产品开发过程管理系统

摘要分析了PDM系统对产品开发过程管理的基本功能和不足,提出了一种集成产品数据管理和开发过程管理的工作流管理系统。提出了一种以过程活动为核心,集成了产品结构、组织、资

    摘要分析了PDM系统对产品开发过程管理的基本功能和不足,提出了一种集成产品数据管理和开发过程管理的工作流管理系统。提出了一种以过程活动为核心,集成了产品结构、组织、资源、成本和时间等视图的集成化产品开发过程模型。针对此模型,设计并实现了一个集成工作流建模、工作流执行和产品数据管理的产品开发过程管理系统。
 
    引言一般的PDM软件对产品数据有强大的管理功能,基本上可以支持多功能开发团队实现产品的并行设计。但是要对产品的开发的全周期进行管理以支持集成化产品开发与设计(IPPD)的工作方式,PDM系统(特别是部门级PDM系统)存在着一些局限。当设计任务与具体产品数据(图形数据)本身关系不大时,PDM对这些任务及其结果的管理是很弱的。例如,要使PDM系统与ISO9000等设计规范文档的结合,并通过对设计过程的管理来保证产品的设计质量是具有一定的难度。
 
    考虑到PDM系统对产品并行设计管理的支持的优缺点,本文提出了集成PDM系统并支持设计过程和设计文档管理的工作流管理系统。目的是把PDM的已有的强大的产品数据管理功能和工作流系统的强大的过程管理和控制功能、对设计文档、设计资源、设计人员等管理功能有机地结合起来实现产品并行设计的管理。
 
1 PDM系统的基本功能与特点
    PDM是一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息,配置,文档,CAD文件,结构,权限信息等)和所有与产品开发相关的过程(包括过程定义和管理)的技术。PDM的重要特点就是以产品数据为核心,能很好地通过产品数据管理实现CAX软件的协同。产品数据在PDM系统往往以产品结构树的形式体现出来。
 
    通过产品结构树能有效地管理和处理产品数据中的零部件之间的关系。CAX软件通过接口能方便地对产品结构树中的数据进行读写。同时,PDM对产品开发过程中的角色及其权限有相应的管理功能。对于每一零部件的设计有一相应的设计流程,而与此设计过程相关的文档也可以和这一零部件关联起来(如Pro/Intralink中可以把与此零部件相关的所有信息都放在同-Folder下)。
 
    针对每一零部件的设计,企业会定义一个相应的设计流程,而不同的零部件可以对应不同的流程。可以创建不同的流程模板供设计零部件时去选择。一个流程模板的例子如图1所示。显然,对于零部件设计流程中的每一步,也就是每一个活动(任务),除了对产品数据本身进行操作以外还会产生相应的文档数据。
 
图1零部件设计流程
 
    一般的PDM软件系统都能根据产品数据(产品结构树)来获取到所有与产品开发活动相关的信息,这是PDM的优点,另外PDM还能很好地与相应的CAX软件集成,如Pro/Intralink就很方便地与ProE集成。PDM软件系统的不足之处是对项目管理的能力较弱,对产品开发全过程的管理和控制较弱,对多个项目的管理和协调弱,对设计活动与处产品数据以外的其他资源的管理较弱。这些特点是因为PDM的出发点和归宿都是产品数据的管理而不是项目的管理。
 
2 集成化产品开发工作流模型
    产品开发过程除了反映设计活动的任务和设计活动之间的先后关系和依赖关系,也就是设计过程本身外,还应反映了设计过程与产品,与组织团队与资源及设计成本等关系。图2所示的产品开发过程工作流模型是以过程活动为核心的集成化多视图模型。该模型除了建立了活动之间的关系以外还建立了活动与产品结构树、活动与角色、角色与人员、人员与组织、角色人员与团队等关系。该模型是典型的产品开发工作流模型,这里称为PPROCT模型。
 
    集成的视图包括:过程视图(P)、产品视图(P)、资源视图(R)、组织视图(O)、成本视图(C)、时间视图(T)。该模型是在原863/CIMS中的并行工程研究中提出的P-PORF模型中修改和扩充得到的。P-PROCT模型更切合产品开发的IPPD模式,也是在WfMC定义的工作流元模型中扩展出来的。
 
图2产品开发过程工作流模型
 
    从图2中可以看出,过程视图,也就是设计过程视图,由设计活动组成,它描述了活动的横向关系和纵向关系,横向关系是活动执行顺序的关系(包括并行关系),而纵向关系是活动的层次关系是活动之间的父子关系。产品视图是以产品结构树的形式体现出来的,反映了产品及零部件关系。组织视图是以组织结构树的形式出现的,而组织结构树中的叶子节点就是人员,它属于某个部门;角色是组织(部门)和人员的角色集合;团队是一组角色和一组人员及其两者之间的匹配关系的集合。

    资源视图是描述设计过程中要使用的各种原料、设备及软件。成本视图描述了对设计过程的成本预估、成本核算和优化成本,而成本包含了资源的使用、人员的使用等。时间视图反映了项目周期、设计过程的关键路径以及项目进度预警(阶段成果发布时间)等。而所有视图都在过程活动这一核心中得到集成。
 
3 集成PDM的产品开发工作流管理系统
3.1 工作流管理系统
    工作流管理系统的出发点是产品开发全过程的活动管理和控制,也就是项目管理。因此它可以较好地把活动(任务)、角色、资源(人员和设备)有效地管理起来。同时把与活动相关的信息在活动参与者之间传送,并能对这些文档进行有效地管理。因此,相对于PDM系统,工作流系统有更强的过程控制能力和项目管理能力和文档管理能力。
 
    另外,从应用软件的角度看,工作流管理系统是一个集成化的平台,它可以集成许多应用软件(软件工具)以完成工作流中每个活动对应的任务。与PDM相比,工作流最不足的地方就是它与产品数据的结合程度很弱。但是,由于工作流具有强大的集成性,可以把PDM的功能集成到工作流系统中来,这样可以实现优势互补。本系统正是基于这一目的出发,以实现品设计过程管理。
 
3.2 系统结构与设计
    考虑到产品开发过程对设计过程或对产品数据两者的管理缺一不可的需求。必须要把PDM系统与工作流管理系统集成起来。工作流管理系统又可重点分为工作流建模和工作流执行两大模块。这样系统从功能模块上看也分为三大块:工作流建模和基本信息管理模块、工作流执行和文档管理模块以及产品数据管理模块(PDM系统),如图3所示。

 
图3工作流管理系统模块

    该系统是一个集成三大主要处理系统和三大数据库的集成化系统。其中,工作流建模系统是图视化的工作流定义工具,负责建立项目的集成化过程模型,也就是工作流模型,并管理与项目相关的基本信息,同时提供与第三方建模软件的交互模型的XML文档表示的接口。
 
    工作流定义存放在关系数据库(RDB)中,通过工作流建模系统对其进行操作,并可通过XML生成器生成其XML表示供第三方使用。使用关系数据库来存放工作流信息是它更方便查询、操作、和管理,也方便工作流执行系统读取。
 
    之所以使用XML格式来表示工作流定义以实现与第三方交换是因为XML是一种结构化信息表示格式和方法,并且是一种标准,具有很大的发展和应用潜力,是其他表示格式无法达到的。
 
    另外,工作流建模系统通过从PDM系统封装出来或提供的API对产品结构树进行读取,结构树中的节点(零部件)作为工作流活动中要完成的设计任务的工作对象,如Design(Huban.asm)就是一项任务。而产品数据管理模块就是PDM系统,它维护产品结构树、对角色和权限进行管理,并与其它CAX和DFX系统进行集成。可通过一组API向外提供操作接口。
 
    工作流执行系统主要包括两部分,核心部分是工作流引擎,另一主要部分是个人工作台面。执行系统通过ODBC获取工作流模型,并由工作流引擎去解释,工作流引擎通过工作流定义中的活动执行序关系和当前的状态决定某些活动什么时候该发生,并把该活动要完成的任务分配给适当的人员去完成,每个项目参与者能够在个人工作台面上接收到他的任务,任务完成后提交给工作流引擎,由它决定后续活动的发生。
 
    活动任务的内容往往就是设计、修改、评审产品结构树中的某个节点,也就是某个零部件。同样可通过PDM系统提供的一组API实现对产品结构树中的零部件进行操作,而与活动相关的文档信息被存入到Domino/Notes数据库中(NSF数据库),这些文档信息可以按设计过程活动树和产品结构树进行检索和查阅。
 
3.3 系统的实现
    由于该系统的PDM系统模块是现成的系统,因此要做的工作是实现或使用一组API来访问其内部功能,由于Pro/Intralink提供了这样的API,使得这项工作变得容易。本文的重点是实现工作流系统。可分为工作流建模和工作流执行系统两部分。
 
    工作流建模系统就是要针对每个产品开发项目来建立其P_PROCT模型,并用一定的格式表现出来供工作流执行系统执行。在本系统中,工作流建模是基于对项目活动的纵向分解和建立活动的横向关系来建立产品开发的P_PROCT的模型的。活动的纵向分解是从项目任务的分解角度出发的,体现了项目管理的思路。活动的横向关系的建立是建立活动之间执行的次序和因果关系。
 
    两方面结合起来并采用自顶向下(Top-Down)和自底向上(Bottom_Up)两种方法相结合来完成其模型的建立。模型中的基本单元是集成化的活动,也就是活动对象Activity,而PPROCT其他视图信息作为Activity的属性集成进去。而活动的执行次序关系,可以通过触发活动的触发器Trigger来反映。因此活动单元包括了活动集成化信息和触发器,如图4所示。
 
    例如,如果触发活动C发生的活动是活动A和活动B完成的消息,则活动单元C的Trigger可以简单表示为“End Of(A)And End Of(B)”。该系统还支持更复杂的过程关系表达。这样,产品开发项目的过程信息被结构化地表达并可存到关系数据库中供工作流执行系统执行。还可以以XML的方式输出供第三方使用。该建模的系统的特点是类似著名的过程建模工具IDEF3,且有IDEF3没有实现的重要功能就是它可供工作流系统解释执行。
 
    该系统中的工作流执行系统是在IBM的群件系统Lotus Domino/Notes上开发的。作者之所以使用Domino/Notes来实现产品过程管理系统是因为它是一个基于文档的数据库和管理系统,它提供了一种将文档组织起来供一群人使用的方法,对于处理基于文档的信息流转特别方便。
 
    Notes应用程序由一个或多个完成同一项目的数据库组成。Notes数据库是用来管理大量相关信息的文档集合,只要有访问数据库的权限就可以读取数据库并添加信息。LotusNotes应用程序通过帮助你创建、收集、共享和管理各种信息以使业务过程自动化。
 
    Notes可以广泛地传播信息,Notes应用程序可以从外部信息源上收集信息,并可以将信息存入外部数据库。Domino/Notes系统也提供了OLE和COM、CORBA以及C接口等技术以集成其他工具和系统。Notes对文档的强大处理能力,以及对业务流程自动化运行的支持使其成为一种实现工作流应用的理想平台。
 
    但Domino/Notes中并没有实现WfMC定义的工作流参考模型中的工作流定义工具、工作流引擎等功能模块,因而就其本身的功能而言,只能支持基于文档的合作型工作流的运行,对更复杂些的工作流就无能为力了。这样,为了支持对产品开发过程这样的复杂工作流,需要在Domino/Notes系统的基础上进行进一步的开发。另外,利用Domino/Notes集成其他工具和系统的能力,把PDM系统集成也是本文要实现的重要功能。
 
    作者在Domino服务器上开发了工作流引擎,负责从关系数据库中读取工作流定义信息并对它进行执行同时响应并处理来自个人工作台的信息。而个人工作台面是参加产品开发的人员的工作台,它是工作人员获取任务和提交任务的地方,它可以在Note的客户端实现,也可以在浏览器内实现,它在功能上的需求是集成其他软件工具来辅助工作人员完成相应的任务,如通过OLE方法集成文档处理软件如Word、EXceI等,通过API实现对PDM系统的操作。任务开始处理和处理完成的事件以及相关数据(信息)都会提交给工作流引擎进行处理。
 
    工作流的执行过程可以描述如下:当有用户登录进入其工作台面(实际上是根据用户动态生成其台面)。工作流引擎通过一个代理系统从流程信息数据库中取出与该用户有关的并处于Ready状态的活动,形成工作任务列表,显示在其个人工作台面上,用户从个人工作台面上得到了他当前需要处理的工作任务。
 
    当用户从中选择一个任务进行相应的处理时,个人工作台面的应用程序会发出消息给工作流引擎,工作流引擎会将相应活动的状态置为Running。当完成任务并提交时也会发出相应的消息给工作流引擎,工作流引擎接收到消息后,将活动的状态置为CompIeted,同时检查流程信息数据库中其他活动的触发条件,若触发条件满足则将其置为Ready并将会出现在相映人员的个人工作台面上。
 
4 结论
    本文针对产品开发全生命周期管理的需求,为了解决传统PDM系统对设计过程管理功能不强的特点提出了一种集成PDM的工作流管理系统。该系在集成了PDM系对产品数据的强大管理功能基础上,大大加强了对设计过程活动,以及与活动相关的文档信息、资源信息、组织信息、成本信息等的管理,有效地支持了并行工程环境中的IPPD的产品开发模式。
 
    该系统实现了产品开发过程的建模、执行和管理,很好地支持了产品的并行设计。特别是基于Domino/Notes开发的工作流管理系统保证了过程管理的强大功能外还有强大的设计过程文档管理能力,这能很好地支持ISO9000文档的管理及标准设计过程的管理以保证产品开发质量。本系统已经在海南新大洲摩托车有限公司的并行工程实施中得到很好的应用,并很好地实现摩托车设计过程的管理。该系统值得在企业并行工程实施工程中推广和应用。
 

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