PLM的主動過程控制管理方案

摘要( 傳統的過程控制系統主要分三類。基於產品全生命週期管理系統的過程控制正在成為一種趨勢，但目前產品全生命週期管理系統在過程控制上仍然屬於被動控制模式。透過將專家系統引入到產品全生命週期管理系統中，可以實現主動式的過程控制。最後提出了基於產品全生命週期管理平臺的主動式過程控制功能結構。

 

概述

過程控制技術起源於20 世紀80 年代，隨著過程控制理念的發展和變化，根據不同的機理，過程控制系統可以分為三種型別：

 

(1) 以文件流為中心的過程控制

主要用於實現日常表單處理的電子化與文件流動過程的自動化，其控制機制透過文件的自動傳遞來實現，主要應用在電子文件的生成、流轉、彙集和全域性管理方面，因此，稱為) 以文件為中心) 的過程控制。這類控制系統以公文流轉管理系統或辦公自動化軟體為主要代表，通常是辦公自動化或文件管理軟體中的一部分。以文件為中心的過程控制系統具有以下特點：

 

①它主要控制文件從建立到完成的過程，其控制物件主要是文件，因此，可控制的過程比較有限，比較適合以公文處理為主的企業應用；

 

②文件本身就是具有工作流程特徵的表單，透過設定某些特定的域來定義過程特徵，因此，雖然這限制了其應用範圍，但可以進行更為細緻的控制，可以精確到文件內容上，這是其他過程控制系統無法比擬的；

 

③過程定義、人員定義、過程執行等沒有嚴格分離，因此，系統的整合性有限，而且其電子化的過程控制無法從系統全域性的角度解決交貨期問題。

 

 

(2) 以工作流為中心的過程控制

它的重點是對工作項狀態的自動跟蹤與監控，並明確定義工作項執行的條件和工作項間的資訊流，從而實現業務過程的高效運轉，並能在最大程度上實現業務過程的重用。

 

以工作流為中心的控制系統基本上提供以下三種功能：過程建模、工作流控制和人機互動。有以下主要特點：

 

①控制範圍較廣。不僅可以控制文件審批等過程，而且更為主要的是可以控制面向企業的業務過程。有些系統還可以和BPR 工具結合，對企業業務過程進行分析和最佳化，使以工作流為中心的系統的應用範圍既寬又深，適合對企業的整體或關鍵業務過程進行控制；

 

②系統的分佈性、異構性和整合性較高。過程定義和過程執行相分離，便於整合其他應用系統，如BPR 工具等。工作流系統有標準體系結構可以遵循和參考，為不同工作流系統的整合和互操作提供支援；

 

③過程自動化程度較高。由於過程定義和過程執行分離，系統可以根據過程模型進行資訊的自動傳遞，而以文件為中心的系統有時需要在過程執行中動態指定資訊流向；

 

④資訊在所有和業務過程相關的人員之間自動傳遞，而在以文件為中心的系統中資訊在所有和文件相關的人員中間傳遞；

 

⑤以工作流為中心的系統中所有功能主要為工作流服務而在以文件為中心的系統中則主要為文件服務前者進一步加強了過程控制系統的整合性和可控制性但仍無法勝任過程控制中的多工協同排程問題。

 

(3) 以任務流為中心的過程控制

主要針對任務間的協同問題，將人納入到控制系統中，作為重要的控制物件。 專案管理系統是一種典型的以任務流為中心的過程控制系統。其目的是在一定的約束條件下，按照任務間的內在邏輯規律，進行有效的計劃、排程、協調和控制。有以下主要特點：

 

①可以由人根據實際情況不斷對工程的進度等進行最佳化，柔性較高，可以分析並解決關鍵環節，便於在過程本質上進行控制，具有主動控制特徵。很多以任務流為中心的過程控制系統具有一定的協同性，可以實現多人協同、異地實時的進度調整或任務排程；

 

②更多的時候表現為一種互動式靜態控制，無法用類似於工作流的技術進行自動控制，需要人的不斷參與，自動化程度較低。

 

隨著企業資訊化水平的提高，這三類傳統的過程控制系統已經難以滿足現代企業新的需求，過程控制理論與技術也面臨著突破、創新和發展的挑戰。因此，將這三類系統的優勢特徵融合在一起，研究並提出一種新的過程控制系統理論結構模型，解決相關的關鍵技術問題，使其不僅能靈活、高效地對企業的各種過程進行整合動態控制，而且能進行必要的過程最佳化，以及兼顧對過程中產生的各種企業文件和資料的整合管理，將極大提高過程控制系統在企業應用中的廣度和深度。 (PLM) 技術及其商品化軟體的出現和發展，為解決上述過程控制系統中存在的問題提供了很好的思路和技術開發平臺。

 

1 PLM 中的過程控制功能

不僅可以管理與產品相關的資料，而且可以管理相關的過程，並可建立一個跨越地域的並行化產品開發協作環境。隨著Web 技術和標準化構件技術的融入，PLM 正在從一種使能技術向企業的整合使能平臺發展。PLM 通常是一個物件導向的資訊系統，主要管理三個方面的內容：資料（包括文件）管理、過程管理和系統整合。

 

其中，在過程控制方面，PLM 已經從專一的功能向全方位的解決方案轉變，協同性得到大大加強。PLM 的概念也從資料管理向產品全生命週期管理（PLM ）轉變。以目前規模最大的PLM 產品提供商——EDS 公司的PLM 為例，其PLM 的解決方案以產品為中心，提供了廣泛的功能，包括協同、視覺化、產品結構定義、工作流程管理、資訊管理、變更管理以及企業應用整合等，這些功能可應用到企業完整的產品線上任何產品的任何生命週期階段之中。

 

具體地說，PLM 的全生命週期解決方案在過程控制上綜合了三類傳統過程控制的優點，將三類過程控制系統的核心要素整合在同一個系統中，使過程模型、資源模型、排程模型和資料模型有機結合成為可能。因此，它提供的過程控制功能也分為三個大類：

 

(1) 工作流控制

工作流控制是過程控制最基本的特徵和核心內容，是任務流資訊傳遞的底層基礎和實現載體。透過控制文件資訊或者任務按照一定的過程規則流轉，實現業務過程的整體目標。對工作流的控制主要由PLM 系統所提供的過程管理基本模組來實現管理活動與活動之間的資料流向，以及在一個產品的生命週期內跟蹤所有事務和資料的活動。在企業中，過程管理廣泛用來跟蹤和控制產品的設計和修改過程，以增強產品開發過程的自動化程度。同時運用PLM 特定的過程建模工具，還能對產品開發過程進行重組，規範開發流程，降低開發成本，提高開發效率。

 

過程管理主要包括三個方面的功能：

①過程建模。提供特定的過程建模工具，可以透過簡單的圖形化介面來定義企業的實際業務流程；

②過程執行按照定義好的過程模型，自動進行過程階段的轉換，實現資訊或任務的傳遞。過程執行透過PLM 內嵌的工作流引擎來完成，由系統自動控制將每個參與人員的工作項放到個人的工作項表單裡，每個參與人員可從計算機中檢視到自己工作項表單中的工作項。在過程執行機制的控制下，實現協調有序地工作；

③過程監控。在流程執行過程中，任何授權使用者可以檢視過程執行的實時情況，例如文件的審批情況等，如圖1 所示。

 

(2) 任務流控制

一個產品的設計過程是以任務為核心的，設計過程隨著任務的分解而展開，設計資料隨著任務的完成而不斷完善，設計過程可以用任務流的方式表達出來，任務流是對產品設計過程的抽象，本文將任務排程的動態過程稱為任務流。與工作流控制不同，對任務流的控制集中在對任務之間的協同和排程上，而任務的自動流轉和監控則由工作流引擎來完成。

 

在PLM 中，對任務流的控制主要由專案管理的功能來實現。PLM 專案管理提供了協同工作環境，能夠管理產品團隊的資源、任務和計劃，也可以透過協作，線上制定和修改專案進度表，實現跨越整個價值鏈並貫穿產品生命週期進行有效的協同工作。其核心功能如下：

 

①業務協作透過提供團隊協同的共享環境，保證分散團隊成員之間的實時交流；透過建立工作區，使分散的專案組成員建立、共享和管理專案資訊，並可將這些資訊以協作文件的形式被多個小組成員共享和同時觀看，包括團隊記事本、團隊資料庫、團隊討論板、團隊論壇、實時資訊服務、線上檢測、工作區模板、基於角色的安全性控制等；

 

②專案管理。為跟蹤專案進度、專案成本、交付指標和專案團隊，提供了一個高度互動式的、靈活的協作環境，包括協同專案計劃、資源管理、工時彙報、成本管理、Microsoft Outlook 任務整合、Microsoft Project 整合和團隊通知等。可以支援管理者進行拖放式的專案計劃編制、互動式檢視資源柱狀圖和工作載荷的管理、線上彙報工時、自動生成專案成本檢視等，如圖2 所示。

 

(3) 文件流控制。對文件流的控制是透過文件的自動傳遞來實現的，其功能應用主要集中在電子文件的生成、流轉匯集和全域性管理方面。在PLM 中，可以實現文件執行路由、以通用格式瀏覽待審查文件、貼上註釋性的評論，以及對文件釋出的批准或否決資訊等。此外，也可以為文件指定預定義的流程模板，由系統以電子方式將文件傳送到參與審查人員的桌面系統中，並且跟蹤文件處理的進度。文件流控制規則確定後，企業人員可以在自動化流程的指導下，完成下列與文件有關的任務：

 

①提交文件以備批准；

②審查其他人建立的文件；

③對需要審查的文件另加批註；

④批准或否決審查過的文件。

 

2 傳統的被動控制模式

目前的PLM 產品在過程控制上已經達到了比較高的層次，提供的功能也比較豐富。主流的PLM 產品在整合性跨平臺性開放性和柔性等方面都有很大改善。但使用者的需求是不斷更新的，上述過程控制功能仍然不能滿足現代企業過程管理的需要。目前的PLM 系統均是一個被動管理系統。過程控制中的各種資料，包括文件、任務、過程模型等，雖然由PLM 進行有序管理和儲存，但PLM 只對這些資料進行靜態管理，無法主動利用這些資料及其關係向企業人員提供更高層次的資訊，例如企業過程模型分析、資料探勘分析等，缺乏智慧化的支援。在過程控制上，PLM 的這種被動性主要表現在：

 

(1) 即使目前PLM 產品具有專案管理功能，但對於任務流的控制也僅僅限於對人工任務排程結果的管理，而不是任務排程過程，因而在任務流控制上的功能十分有限。專案計劃安排仍然需要人的不斷參與，自動化程度較低，重複工作量大，對使用者的使用要求較高，很難達到整體過程的最佳化。

(2) 在手工排程模式下，企業中大量的排程經驗和規則沒有得到有效利用，使得任務排程在自動化過程控制中所佔時間過長，直接影響了過程控制效率，任務排程的準確性和適宜性很難得到保證，難以做到將合適的任務分配給合適的人來完成。

 

(3) 在目前的PLM 系統中，過程建模由人工進行形式化定義，模型的建立只是人腦中模型的復現，缺乏必要的輔助和分析手段，不僅模型建立的正確性無法檢驗，而且經常要用先進的手段進行落後的業務模型控制，無法實現模型的最佳化。

 

(4) 雖然透過PLM 的 過程管理功能，可以實現工作項的自動傳遞，但本質上仍是人工操縱系統的執行，系統除了反饋一些執行狀態等資訊外，很難向使用者反饋高層次的資訊，無法幫助使用者進行業務過程的控制最佳化。

 

(5) 缺乏對並行工程的量化動態支援。由於預釋出點設定靠建模時設定，無法和動態的設計過程結合起來，無法準確指定後續設計提前介入的時間，過程控制在時效上仍然屬於一種序列的機制，沒有從根本上實現並行。

 

研究基於PLM 的過程控制理論與技術，是研究PLM 和過程控制兩個方向上極具發展前景的交叉點，但是目前國內外對PLM 的研究主要集中在以下方面：

 

(1)PLM 的部分關鍵技術，如Web 技術、COR-BA 技術和JaVa 技術在PLM 中的應用、資料整合問題等。

(2)PLM 的應用技術，如聯邦式應用、分散式應用、對並行工程的支援和在企業中的實施技術等。

(3) 商品化PLM 平臺軟體的開發。

 

然而，關於PLM 在過程控制上的潛在發展和相關理論與技術的研究則很少。作為PLM 系統的重要組成部分，過程管理模組有很高的投入產出比。

 

但是恰恰在這個領域，大部分的PLM 系統還沒有充分發揮作用。雖然目前國內外有很多公司、大學和研究機構正在研究開發新一代PLM 系統，並提出了cPLM 、PLM Ⅱ、PLM 等概念。但這些新技術和思想並沒有脫離PLM 傳統的被動式過程控制的思路，不能使PLM 系統在過程控制上發生質的飛躍。

 

因此，本文提出將專家系統引入到PLM 系統中，解決資料、過程、任務、人的整合化過程最佳化控制與決策支援問題，將PLM 的過程控制從靜態轉變成動態智慧，使過程控制實現由被動式向主動式轉變。

 

3 主動式過程控制功能結構

基於專家系統的主動式過程控制如圖3 所示。

從圖中可以看出，這個基於專家系統的整合化過程控制系統由三部分組成了使用者介面、過程控制執行部分和知識庫。如果把過程控制執行部分看作是推理機，這個功能結構基本符合專家系統的一般結構，尤其是滿足了專家系統：知識庫+ 推理機的基本特徵。這三個組成部分分別完成專家系統相應部分的功能。

 

(1) 知識庫由於PLM 本身就是基於資料庫的，所以知識庫由PLM 進行統一管理。知識庫所

管理的資料包括過程控制內部資料和外部資料。其中內部資料包括過程定義、工作項列表、任務排程樹、工作流控制資料、工作流相關資料、任務流相關資料等。過程控制外部資料主要指PLM 管理的其他資料，如文件資料、產品資料、產品結構資料、人員組織資料、資源資料等。這樣做有以下優點：

 

①PLM 的基本服務層已經提供了上層物件模型和底層資料庫之間的對映，以物件導向的思想提供了對資料庫進行存取等各種操作，具有遮蔽異構資料庫的特性，可以實現對資料的透明化操作，使得專家系統知識存取功能的開發相對簡單；

 

②PLM 提供了豐富的資料管理功能，使用者透過宜人的介面使用各種功能。各個功能模組產生的各種資料由PLM 進行統一有序的管理。而這些資料很多又是專家系統所需要的知識，因此，可以實現半自動的知識獲取；

 

③可以重複利用PLM 所管理的各種資料，避免重複進行知識的管理，而且保證了知識的一致性；

 

④透過資料庫的組織，提高了各功能構件資訊的共享性，也降低了對資料搜尋的要求。

 

(2) 過程控制執行部分它在過程控制系統中相當於專家系統中推理機的作用，是整個過程控制系統的核心。透過模型結構、功能和相互作用關係等方面的設計，不僅實現過程控制中工作流和任務流的有機整合和協調控制，而且透過結合PLM 提供的 文件管理等其他功能，實現整合化過程控制和PLM 其他功能應用之間的資訊互動，並在此基礎上實現對文件流的管理和控制。

 

過程控制執行部分分為任務流和工作流兩部分。其中任務流引擎和工作流引擎分別是兩個組成部分的核心。任務流引擎是根據專家系統的思想進行開發的，主要負責根據知識庫中的知識，按一定的推理方法和控制策略對任務進行最佳化排程，並和工作流引擎透過知識庫進行資訊互動。

 

工作流引擎從知識庫中引用人員組織和相關資源對應資訊等以便進行任務的自動傳遞。而工作流部分的過程建模工具也是根據專家系統的思想進行開發的。透過引用知識庫的相關資料確定過程適用的物件以及過程中物件需要傳遞的組織或人員，並利用一定的推理機制，向建模人員提供建模的知識支援，並對模型進行分析最佳化，體現出一定的智慧性。

 

透過任務流和工作流的整合，將任務排程相關資料（如分解出的任務）提供給工作流執行服務，由工作流執行服務實現任務的傳送等，同時將部分任務排程相關資料提供給過程建模工具，在過程建模時就考慮任務的設定以及過程、資源和資料之間的關係，實現任務流和工作流的融合。

 

(3) 使用者介面

它由PLM 平臺統一管理，提供給PLM 的用。戶使用根據使用者角色的不同，完成的工作不同，使用的功能也不同。這裡的使用者可以是一般的PLM 使用者，如設計人員，也可能是管理人員，如專案管理人員、過程監控管理員，也可能是領域專家或知識工程師。

 

4 結束語

PLM 提供的整合化開發框架及其整合機制，為解決傳統過程控制問題提供了平臺基礎和新的發展途徑但目前的PLM 系統在過程控制上仍然屬於被動控制系統本文提出將專家系統引入到PLM 系統中進行主動式的過程控制根據這一思路提出了基於PLM 平臺的主動式過程控制功能結構PLM 在過程控制上的智慧化研究不僅會促進過程控制理論和技術本身的發展而且對於PLM 技術的發展和應用也大有裨益PLM 應用的廣度和深度也會得到進一步擴充。