pdm产品设计项目过程管理的研究与实现

摘要:为有效地整合企监的技术和管理,研究了产品数据管理和项目管理技术。提出一个企业级韵产品设计项目过程管理框架,并应用面向对象方法建立了相应的业务模型、对象模型和

    摘要:为有效地整合企监的技术和管理,研究了产品数据管理和项目管理技术。提出一个企业级韵产品设计项目过程管理框架,并应用面向对象方法建立了相应的业务模型、对象模型和体系结构模型。该框架充分考虑了项目管理和产品数据管理的关系,将产品设计项目过程管理系统划分为项目、设计数据和设计过程三个子系统。最后,通过一个应用案例验证了该框架的有效性。

引言
    如何将项目管理技术应用到产品生命周期管理中,实现企业管理资源与技术资源的集成,是目前企业信息化研究的一个重要方向。国内对产品设计项目的研究主要集中在项目管理与产品数据管理(Product Data Management,PDM)的集成,侧重于从设计人员的角度实现设计过程的协同。一个基于PDM的项目管理信息模型,定义了项目、任务、产品结构的相互关系;研究了项目管理在协同设计环境下的实现,并对项目管理与工作流的关系进行了探讨。
 
    在技术业界,PDM系统和项目管理系统都是独立开发和销售的,彼此难以集成,使产品研发项目相关的企业管理和技术活动严重脱节。本文研究了产品生命周期中项目管理和产品数据管理之间的关系,综合产品数据管理和项目管理技术,提出了一个企业级的产品设计项目过程管理框架。
 
1 产品数据管理、项目管理与产品设计过程
    技术资源是技术人员在从事技术活动的过程中需要参考或利用的数据和文档。对于产品设计过程,技术资源主要包括企业内部的产品结构数据、设计图纸及设计手册等,其生成和管理可以通过PDM系统实现。设计人员通过PDM系统利用企业的技术资源,并在设计过程中产生新的技术资源。
 
    管理资源是管理人员在从事管理活动过程中需要遵循的规范或需要参考的知识。企业产品设计活动一般都以项目的形式组织并实施,相关的管理资源主要是项目管理资源,包括项目执行规范、项目管理数据(如计划数据、项目组织管理数据)等。项目管理资源的形成和管理可通过项目管理系统实现。产品设计团队在执行项目时,通过项目管理系统利用项目管理资源,在项目完成后形成新的项目管理资源。
 
    产品设计过程由一系列技术活动和管理活动组成。技术活动包括产品结构定义、图纸设计、工程分析等与技术资源的生成和使用密切相关的活动;管理活动包括项目进度、质量和成本的控制等,属于管理范畴,其目的是使项目的执行过程更加合理,并符合企业利益,它与管理资源的生成和使用密切相关。目前的研究和开发工作中,产品设计过程大都在PDM系统中实现。但PDM的主要功能是对技术资源的管理,难以满足现代企业项目管理的要求。
 
    基于项目管理和产品数据管理专业分工的不同和集成的需求,本文所提出的新设计项目过程管理框架(如图1),分成设计数据管理、项目管理、过程管理三个子系统。其中,设计数据管理子系统管理企业的设计技术资源,由技术管理部门(如设计处、研发部)维护;项目管理子系统管理企业的项目管理资源,由项目管理部门(或项目管理办公室)维护;设计过程管理子系统为项目组提供设计过程的支撑平台,通过与设计数据管理子系统和项目管理子系统的信息交互,项目组成员在设计过程中可以同时利用设计技术资源和项目管理资源。另外,因为产品设计过程中,需要使用大量的复杂业务,所以使用工作流管理系统实现对主要业务过程的自动化管理。
 
图1产品设计项目过程管理框架
 
2 业务模型
    在面向对象的企业建模方法中,业务模型定义关注系统的业务功能,检查企业中角色和它们之间的相互关系,及主要的业务流程。可单独或结合使用统一建模语言(Unified Modeling Language,UML),用例图和流动图建立业务模型。本文采用UML活动图描述各种角色在产品设计过程中的参与。
 
    产品设计项目过程是一个技术与管理密切结合的过程,需要多种角色的人员协同参与。与产品设计过程密切相关的组织包括技术管理部门、项目管理部门和项目组。这里定义技术主管、项目主管、项目经理和项目成员四种角色。
 
    技术主管是技术管理部门的负责人员,管理企业范围内的技术资源和技术活动;项目主管是项目管理部门的负责人员,管理企业范围内的项目资源,并综合管理企业范围内的项目;项目经理是项目组的负责人,对项目的技术、管理负全部责任;项目成员是项目组的组成人员,执行项目经理分配的任务。
 
    项目组在执行项目时,能够利用技术管理部门的设计资源和项目管理部门的管理资源,并在项目完成后,分别将设计数据和管理数据归档到设计数据管理和项目管理子系统中,形成新的设计技术资源和管理资源。各种角色在产品设计过程的参与可通过图2的活动图描述。
 
图2产品设计业务模型
 
3 对象模型
    从项目、设计数据和设计过程三个方面建立系统对象模型。其中,项目对象模型属于企业管理范畴,为项目主管统一管理企业范围内所有项目,为项目经理所负责的项目提供支持;设计数据对象模型属于技术范畴,管理企业范围内的设计技术资源;设计过程对象模型管理设计过程中设计数据与项目数据的关系,并实现项目组成员的设计协同。三者的有机结合可以实现企业内部管理与技术的集成。
 
3.1 项目管理对象类模型
    项目管理对象类模型实现对项目规范和项目管理数据等项目管理资源的自动化管理。项目规范主要通过项目过程模型实现,企业通过项目过程模型定义不同类型项目的执行过程。一个过程模型规定了项目所划分的阶段、每个阶段需要执行的质量控制活动,以及每个质量控制活动需要提交的审批文档。项目管理数据是项目执行过程与管理活动相关的所有数据,如进度、组织、风险和变更等管理数据。
 
    项目管理对象类模型如图3所示。过程模型对象类描述企业的项目过程模型,被一个或多个项目引用;项目阶段对象类为过程模型划分的阶段;标准质量活动描述在特定项目阶段中必须执行的质量控制活动;规定提交文档描述执行质量活动时需要提交的文档;项目对象类描述企业的一个实际项目,可以是执行中的项目,也可以是已经完成的历史项目;项目成员定义项目的参加人员。该项目模型中,还包括用于分析项目变更过程的基准对象类、用于管理项目风险记录的项目风险对象类和管理项目问题的项目问题对象类等。
 
图3项目管理对象类模型
 
3.2 设计数据对象类模型
    设计数据对象类模型管理企业的设计技术资源,主要是产品结构数据和设计文档等,如图4所示。产品种类是企业根据所生产产品自身的特点对产品的分类;产品系列是对产品种类的进一步分类,同一产品种类中,具有某些相同参数、功能或结构的产品为一个产品系列;产品指由企业自行设计或外协的具有一定功能的物品,可通过产品树节点组成一个完整的产品结构树,或形成各种物料清单(Bin of Materials,BOM)表;产品参数指针对某一个产品种类,描述产品性能、功能的参数;物件类型系根据企业生产的零、部件的自身特点,对零部件进行的分类;产品树节点是部件、零件的基类,即部件和零件都可以作为产品结构树的节点;部件为产品的组成部分,可以由零件或其他部件组成;零件是组成产品的最小单元,不可再分,由毛坯或材料加工而成。产品文档对象类为产品或零件、部件的设计图、装配图和工程分析等电子文件。
 
图4设计数据对象类模型
 
3·3 设计过程对象类模型
    项目经理和项目成员在设计过程中需要使用企业既有的技术资源和管理资源,因此在对象类模型中,除了描述产品设计过程信息,还要与项目管理对象类模型和设计数据对象类模型集成。对象类之间的集成可以通过继承和关联实现,设计过程对象类模型如图5所示,该模型基于3.1节和3.2节的对象模型,对项目、产品、项目成员、任务、产品树节点等对象类进行了重用。
 
图5设计过程对象类模型
 
    每个项目对应一个产品,任务对象类和产品树节点之间通过关联类维护他们之间的多对多关系;项目输入文档是项目在执行过程中需要参考的项目要求、行业规范等文档;任务过程文档是执行管理活动时产生的管理文档,如ISO质量控制文档、审批文档、会议纪要等;产品文档是项目成员在执行设计活动时产生的设计文档,在项目完成后需将其归档到设计数据管理子系统;项目输入文档和任务过程文档属于项目文档,在项目完成后需要将其归档到项目管理子系统。所有文档都从文档对象类中继承,每个文档都有相应的文档操作记录。
 
    设计过程中的协同控制主要是通过检人、检出机制来实现的。一个产品树节点对象(可能是产品、部件或零件)的状态模型如图6所示。项目经理创建产品结构树之后,产品树节点对象处于“草稿”状态。项目经理将该产品结构发布后,产品节点对象处于“项目内发布”状态。
 
图6产晶数据状态模型
 
    通过检出操作,可以使产品节点对象处于“检出”状态,在该状态下检出人员修改该产品节点及该节点的设计文档,同时系统禁止其他人检出该节点,保持设计过程中数据版本的一致性。修改完成后,执行检人操作,使之回到“项目内发布”状态,其他项目成员可以继续检出该节点并修改。项目完成后,需要将项目进行归档。处于“归档”状态的产品数据在企业范围内发布,其版本由技术主管管理。
 
4 系统体系结构模型
    Java2平台企业版(Java2 platform Enterprise Edition,J2EE)是一种企业应用系统的集成应用平台,其优点表现在平台独立性、高效执行服务端、系统框架和服务标准、与其他系统快速集成等层面。本文采用J2EE平台构建产品设计项目过程管理系统的体系结构,如图7所示,整个系统分为数据层、服务层和表示层。其中数据层包括产品数据、项目数据和设计过程数据等关系型数据,以及各种电子图文档。服务层按企业版Java Bean(Enterprise Ja-va Bean,EJB)技术标准实现,在EJB容器中分别开发和部署项目管理、设计数据管理和设计过程管理的Entity Bean类和会话Session bean类。
 
图7系统体系结构不意
 
    Entity Bean实现前述的对象模型,Session Bean基于前述的业务模型。在这种多层体系结构下,子系统的划分只体现在表示层,服务层所实现的对象模型在系统之间是共享的。设计过程会话Bean类可以调用产品数据会话Bean和项目管理会话Bean,在体系架构的业务层实现管理与技术的集成。
 
    业务过程主要是通过服务层的有状态会话Bean实现。为保证不同的角色只能操作其有权限的功能,需要在会话Bean上严格控制用户的调用权限。统一权限服务管理所有用户信息,而每个用户在子系统中拥有哪些权限,则由各个子系统管理员设定。由于项目是一种临时性的组织,造成设计过程会话Bean的角色权限难以在系统中事先设定。
 
    本文采取的方法是通过权限策略,控制产品设计过程会话Bean的操作权限,即会话Bean首先判断用户在项目组中的角色,再读取策略设置值,判断该角色是否有权执行特定的操作。项目经理和项目成员对项目管理资源和设计资源的操作权限,依赖于其在项目管理子系统和产品数据管理子系统中的权限设定。
 
5 工程应用实例
    根据提出的业务模型、对象模型和系统体系结构,利用Java Swing技术实现表示层的客户端界面,以weblogic8.1作为服务层的EJB容器,以SQLSever2000作为数据库服务器,以交互接口服务(In-teractive Interface Service,IIS)作为文件传输协议(File Transfer Protocol,FTP)服务器,开发了一套产品设计项目过程管理系统,图8为几个主要的界面截图。系统目前正在沈阳银河自动化有限公司使用,该有限公司以机电产品研发业务为主,是典型的项目型企业。下面以该企业的产品设计项目的管理为例说明系统的应用流程。
 
    (1)建立企业项目过程模型为加强企业的管理,企业聘请生产力促进中心咨询师制订了企业管理规范,包括项目执行规范。基于该规范,项目办公室通过项目管理界面在系统中创建了新产品开发、产品升级、政府支持创新等几种项目过程模型,定义不同类型项目所应划分的阶段,和每个阶段需要执行的质量活动。这些过程模型以及大量的项目管理规格文档、模板文档作为项目管理资源,在项目管理子系统中维护。
 
    (2)管理企业的产品数据设计部通过产品数据界面将企业历年来的产品数据录入到系统中,作为设计技术资源,并对其使用权限进行设定。

    (3)启动项目项目管理办公室根据企业需要,启动一个新的项目,根据该项目的特点为其选择适合的过程模型。

    (4)计划项目项目经理在设计过程管理界面上能够接收到项目指派。接手项目之后,对在过程模型中定义的项目阶段进一步分解,形成任务分解结构,对标准质量活动进行裁剪,形成质量管理计划。还要制作进度计划、风险管理计划,在制作各种计划的过程中,可以参考以往项目的成功经验。计划制作完成之后,通过工作流系统执行审批。

    (5)执行项目项目成员在设计过程管理界面上能够并行执行管理活动和设计活动。设计过程管理支持项目成员的协同,在检人、检出机制的控制下,各种管理文档和设计文档在项目组内共享。在执行任务时,项目成员可用设计数据管理子系统中的技术资源和项目管理子系统中的管理资源。通过工作流系统实现阶段性设计成果的提交和审批。

    (6)完成项目项目完成时,项目经理通过归档操作将项目产生的项目管理数据和设计数据分别提交给项目管理子系统和设计数据管理子系统,形成新的项目管理资源和设计技术资源。

    (7)改进项目管理水平项目管理办公室根据企业项目的执行情况和项目过程模型的使用情况,改进项目过程模型。
 
6 结束语

    本文所提出的框架能够使不同部门的角色从管理和技术两方面参与到产品设计过程中,因此是一个企业级的信息系统。项目组在执行项目的过程中,可以充分利用企业项目管理资源和设计技术资源,实现管理与技术的有机集成。在每一个新的项目完成之后,通过归档,形成新的企业管理资源和技术资源,促进企业的项目管理水平和设计技术的提升。
 
    在现代制造企业中,产品设计过程是一个复杂的过程,需要利用的管理资源不仅是项目管理资源,还包括人力资源、设备资源、市场等企业管理的诸多领域。这些领域多有比较成熟的应用系统,但如何将其集成并应用到产品设计过程中,还需要更好的模型和集成架构。
 
 

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