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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.并行工程过程管理的研究和应用王昕 熊光楞 王计斌 (作者向PRDM供稿) 1 引言：并行工工程与过过程管理理“过程”本本身是一一个抽象象的、普普遍的概概念。物物质之间间相互作作用，产产生变化化，在某某一时间间段上的的投影，就就形成“过程”。 任何过过程都可可以抽象象成一种种或几种种物质状状态变化化的序列列，人们们介入到到某一过过程中，是是希望通通过自身身的行为为来影响响物质状状态变化化的进程程，以获获得期望望的物质质状态。可可见，过过程的时时间特性性以及事事
2、件（即即物质状状态的变变化）序序列中蕴蕴含的因因果关系系是“过程”概念的的核心。而而“过程管管理”因此也也包含了了两方面面的基本本含义，一一是对以以时间为为核心的的过程性性能的关关注；二二是对过过程中各各要素（人人、信息息、工具具、环境境等）及及其相互互关系演演化进程程的关注注。就这这两个方方面来说说，前一一方面往往往以后后一方面面为基础础。过程和过程程管理在在并行工工程的研研究和实实施中受受到广泛泛的关注注，具有有深刻的的原因。首首先，并并行工程程的主要要目标之之一就在在于缩短短产品开开发周期期，因此此，过程程本身必必然成为为控制和和优化的的对象。其其次，以以过程为为基础进进行成本本核算，能
3、能够更全全面的反反映成本本的构成成，基于于活动的的成本核核算（AActiivitty BBaseed CCosttingg）就体体现了这这种思想想。第三三，以过过程为基基础进行行质量控控制，把把质量控控制从事事后检测测转变为为事前预预防，能能够尽量量减少大大的设计计更改，需需求管理理、质量量功能配配置（QQuallityy Fuuncttionn Deeplooymeent）、全全面质量量管理（Total Quality Management）都是这种思想的反映。第四，以可视化的过程模型为基础的协同设计支持环境，是通讯、监控、协调和信息管理的基础。第五，追踪由最初的顾客需求到最终产品实现的决策
4、过程，从中获得有益的经验和知识，是组织学习、增强产品开发能力的基本手段。从组织的角角度来看看，过程程管理是是企业对对自身行行为的认认知、反反省和控控制。2 并行工工程过程程管理的的研究体体系2.1 概概述并行工程过过程管理理以产品品开发过过程为研研究对象象。所谓谓产品开开发过程程，指的的是从产产品定义义到产品品批量生生产之前前这一段段时间，同同一般的的过程相相比，产产品开发发过程具具有以下下特点：? 目的性性。产品品开发的的最终目目的是设设计出满满足顾客客需求的的产品。? 阶段性性。产品品开发过过程通常常包括产产品规划划、概念念设计、方方案设计计、详细细设计、工工艺设计计、试制制、试验验等阶段
5、段。? 层次性性。产品品开发活活动在一一定的组组织层次次上进行行，任务务的分解解本身也也带来层层次。? 协同性性。复杂杂产品的的开发需需要多学学科、跨跨部门、全全生命周周期的协协作。? 决策。决决策是产产品开发发活动的的主要内内容。? 迭代。在在产品开开发过程程中，阶阶段性的的设计结结果不满满足设计计要求，导导致某一一活动序序列的重重复。? 信息管管理。产产品开发发过程中中要产生生和使用用大量的的设计信信息，有有效的管管理这些些信息能能提高设设计的效效率和质质量。? 过程性性能。时时间和成成本是需需要控制制和优化化的主要要过程性性能。? 时序。活活动的排排序对过过程的性性能会产产生影响响。这些
6、特点反反映了并并行工程程过程管管理所必必须考虑虑的重要要方面。总总的来说说，并行行工程过过程管理理的研究究目标包包括三个个方面：对于产产品开发发过程性性能的控控制和持持续改进进；从产产品开发发过程中中进行组组织学习习（主要要是设计计知识的的学习）；以过程程管理系系统为框框架，实实现对协协同设计计的支持持。下面我们分分五个方方面介绍绍并行工工程过程程管理的的研究内内容和主主要进展展。其中中过程模模型是过过程性能能分析、协协同设计计支持、组组织学习习的基础础；过程程性能的的定量分分析研究究以基于于活动的的过程模模型为基基础，考考虑时序序、资源源、迭代代等要素素对过程程性能的的影响，传传统的项项目规
7、划划和调度度是过程程性能定定量分析析的一部部分；基基于过程程的协同同设计支支持以过过程模型型的计算算机实现现为基础础，对任任务的分分配和监监控、信信息的管管理和设设计决策策提供支支持；基基于过程程的组织织学习主主要通过过捕获设设计过程程中的重重要决策策信息，来来支持设设计回溯溯和设计计重用；过程管管理实施施方法学学通过建建立完整整的过程程发展、评评估、实实践体系系，来指指导企业业应用过过程管理理方法和和技术。2.2 过过程模型型及表达达一般来说，模模型的作作用是解解释、预预测和实实现。就就产品开开发过程程模型来来说，其其作用可可以概括括为以下下三个方方面：? 表示。以以可视化化的形式式表达产产
8、品开发发所需经经历的步步骤及需需要考虑虑的关键键因素，加加强团队队成员对对过程的的理解和和团队协协作；? 分析。用用定量的的手段形形式化的的描述产产品开发发过程，支支持过程程规划、分分析和改改进；? 实现。用用计算机机、网络络、数据据库等技技术实现现基于过过程的协协同设计计环境，支支持分布布的、自自动的任任务分配配、信息息管理、通通讯、监监控、协协调等功功能。过程模型的的研究领领域主要要包括工工程设计计、经营营过程重重组和软软件工程程。我们们研究的的过程跟跟工程设设计研究究的过程程是一致致的，即即产品设设计过程程或产品品开发过过程。产产品开发发过程是是经营过过程的一一部分。而而软件开开发过程程
9、可以看看成是产产品开发发过程的的特例。下下面所说说的过程程模型，如如无特别别说明，均均指产品品开发过过程。按照建模的的目的不不同，过过程模型型可以分分为描述述性的（descriptive）和规范性的（prescriptive）。描述性的过程模型主要的作用是解释和分析（如IDEF0模型），规范性的过程模型主要作用是强制和指导（如ISO 9000的过程规范）。按照建模的的方法不不同，过过程模型型可以分分为基于于活动（activity-based）的过程模型和基于阶段（phase-based）的过程模型。基于活动的过程模型在决策支持、过程性能分析方面具有显著的优点。而基于阶段的过程模型主要强调设计信
10、息由抽象到具体、由定性到定量的发展过程。比较有代表表性的过过程模型型有Paahl & BBeittz的系系统化设设计过程程、公理理化设计计（Axxiommatiic DDesiign）过过程、创创新问题题求解理理论（TTheoory of Invventtivee Prrobllem Sollvinng）的的设计过过程等。Evbuomwan N.F.O.列举了比较有影响的16种设计过程模型。过程建模的的方法和和工具包包括IDDEF方方法、结结构化分分析方法法、Peetrii Neet建模模方法、实实时结构构化分析析过程建建模方法法、过程程规划（Process Programming）和系统动态
11、方法等。2.3 过过程性能能的定量量分析过程性能的的分析以以基于活活动的过过程模型型为基础础，分析析活动的的排序、资资源分配配、迭代代、评审审等因素素对过程程性能（主主要是时时间和成成本）的的影响。过过程性能能分析主主要为特特定项目目的计划划和调度度服务。传传统的项项目计划划与评审审技术和和设计过过程所特特有的迭迭代分析析构成了了产品开开发过程程性能分分析的两两大主流流。项目计划与与评审技技术以活活动网络络为过程程模型，以以关键路路径法为为主要依依据，进进行过程程的规划划和调度度。关键键路径方方法CPPM和项项目计划划与评审审技术PPERTT（Proograam EEvalluattionn
12、annd RReviiew Tecchniiquee）技术术是500年代末末期产生生的。二二者从本本质上来来讲是一一致的，它它们都是是采用活活动网络络图来描描述一个个项目。PERT技术是在CPM方法的基础上增加了时间概率信息。其原理是从一个项目的开始到结束，把应完成的任务用图或表的形式表示出来。通常用两张表来定义网络图。一张表给出与一特定项目有关的所有任务（也称为任务分解结构），另一张表则给出应当按照什么样的次序来完成这些任务（有时称为限制表Restriction List）。通过CPM和PERT方法，可以对项目的任务进行规划，统计估测任务的时间和完成项目所需时间。CPM与PERT的缺点是只面
13、向单一过程结构，即活动间的信息流结构是单向的，任务是不重复的，或不考虑返工的，因而不支持过程迭代的分析。为对活动迭迭代进行行描述和和分析，一一些学者者在图论论的基础础上利用用矩阵来来描述和和分析过过程。迭迭代分析析的基础础是设计计结构矩矩阵（DDesiign Strructturee Maatriix）。DSSM的研研究在MMIT的的Epppingger、Whiitneey等人人的推动动下，在在分析过过程迭代代和过程程改进、分分析与规规划的应应用上取取得了一一定的进进展，如如IOWWA大学学的Kuusiaak等基基于DSSM对过过程分解解进行了了研究，提提出了三三角形分分解算法法以支持持并行工
14、工程环境境下的过过程分析析与分解解；Piimmller等等提出了了基于构构件的DDSM以以支持产产品开发发系统分分解；MMcCoord等等则提出出了基于于团队的的DSMM对并行行工程环环境下的的团队组组织进行行分析，分分析不同同子团队队间的信信息流动动（耦合合）关系系，用以以支持团团队间协协调。在在各种DDSM的的扩展中中，比较较重要的的是数字字DSMM即NDSSM（Nummeriicall DSSM），DSSM矩阵阵的元素素本为二二元，即即0和1（即“X”），NDDSM则则通过改改变这些些元素的的值，提提供了过过程更加加详细的的信息。如如Smiith等等将矩阵阵对角元元定义为为活动的的时间长
15、长度，而而X定义为为活动间间的重复复返工系系数，从从而提出出了工作作转换矩矩阵WTTM（Worrk TTrannsittionn Maatriix）的的概念，通通过WTTM对串串行迭代代过程进进行了时时间分析析与规划划。基于于WTMM，Johhnsoon等对对电子产产品的串串行迭代代产品开开发进行行了分析析与应用用。过程性能的的定量分分析还包包括过程程重叠、评评审、资资源分配配、工作作负荷等等方面的的分析，在在此不作作一一介介绍。2.4 基基于过程程的协同同设计支支持基于过程的的协同设设计支持持以过程程模型的的计算机机实现为为基础，对对任务的的分配和和监控、信信息的管管理和设设计决策策提供支支
16、持。近近年来，工工作流技技术得到到了长足足的发展展。19993年年成立了了工作流流管理联联盟（WWorkkfloow MManaagemmentt Cooaliitioon，WFMMC）。此此后，该该组织颁颁布了一一系列工工作流产产品标准准，包括括工作流流参考模模型、工工作流术术语表、工工作流管管理系统统各部分分间接口口规格。工工作流产产品的互互操作性性标准等等。现在在，许多多公司工工基于这这些标准准推出了了自己的的工作流流产品。从从而为基基于过程程的协同同设计提提供了技技术基础础，主要要的PDDM产品品中都提提供工作作流管理理功能。总的来说，工工作流管管理系统统的主要要构件和和数据包包括：s
17、 过程定定义（建建模）工工具s 工作流流执行子子系统和和工作流流引擎s 工作流流的控制制数据s 工作流流相关数数据s 工作列列表和工工作列表表处理程程序s 应用程程序和应应用数据据工作流管理理系统或或多或少少地具有有了下面面这些特特点：设设置活动动的启动动和结束束条件；工作流流相关数数据管理理和电子子数据的的交换；支持分分布式地地过程建建模与执执行；图图形化的的过程定定义工具具。从目目前工作作流管理理系统在在并行工工程中的的应用情情况来看看，过程程的定量量分析是是其弱点点。我们们正尝试试将项目目管理系系统与工工作流管管理系统统进行集集成。2.5 基基于过程程的组织织学习知识密集性性是产品品开发
18、过过程的一一个显著著特征，在在这个过过程中，既既使用知知识，又又产生知知识。因因此，捕捕获设计计过程中中的重要要决策信信息，从从中获得得有益的的经验和和知识，来来支持设设计回溯溯和设计计重用，是是组织学学习、增增强产品品开发能能力的基基本手段段。基于于过程的的组织学学习集中中体现在在对于设设计历史史的研究究方面。设计历史强强调记录录由顾客客需求发发展到产产品实现现的全过过程，而而不仅仅仅是产品品设计的的结果。它它不仅包包括产品品几何信信息的发发展过程程，而且且包括产产品功能能和行为为的发展展、设计计决策过过程及其其原理、经经营活动动对设计计决策的的影响等等。一般来说，设设计历史史包含以以下信息
19、息：? 问题（如如经营问问题，规规划问题题，产品品设计问问题）? 考虑的的替代方方案（如如任务，装装配件，零零件，特特征，功功能，材材料，尺尺度，强强度）? 选择或或否定替替代方案案的论据据（如定定性讨论论，定量量分析，规规则，标标准）? 评价替替代方案案的方法法? 使用、放放松的约约束和需需求及其其来源? 作出的的假设? 决策历历史和决决策原理理? 产品开开发规划划? 属性和和参数值值的变化化设计历史管管理系统统不仅仅仅是一个个信息查查询系统统，它应应当同设设计过程程紧密集集成，使使设计人人员在执执行设计计任务的的同时完完成设计计历史的的捕获和和索引，并并自动的的提供以以前的相相关设计计历史
20、信信息，支支持设计计人员的的决策。目目前，这这方面的的研究正正与企业业知识管管理方面面的研究究紧密结结合。2.6 过过程管理理实施方方法学过程管理实实施方法法学通过过建立完完整的过过程发展展、评估估、实践践体系，来来指导企企业应用用过程管管理方法法和技术术。从最最终的目目的来说说，过程程管理的的实施是是为了改改善过程程性能，但但由于过过程性能能的影响响因素纷纷繁复杂杂，既包包括管理理因素，又又包括技技术因素素，因此此需要一一个完整整的框架架对过程程管理实实践进行行指导。过程可以看看作是企企业行为为的描述述，过程程能力可可以看作作是企业业的行为为能力。就就象人的的行为能能力从幼幼稚发展展到成熟熟
21、一样，企企业的过过程能力力也有一一个从幼幼稚到成成熟的过过程。能能力成熟熟度模型型（CMMM: Cappabiilitty MMatuuritty MModeel）把把企业过过程能力力发展分分为五个个阶段，即即初始级级、可重重复级、标标准化级级、管理理化级和和优化级级（连续续改进级级）。为为每个阶阶段定义义了关键键过程领领域（KKPA: Keey PProccesss Arrea）、KPPA实现现的共同同特征（Common Features）和关键实践（Key Practices）。CMM虽然以软件工程为背景，对一般性的产品开发过程也有指导意义。CMMI（Capability Maturity
22、 Model Integrated for Systems Engineering/Software Engineering）就是针对一般产品开发过程的。CMM描述述了过程程能力在在时间上上的发展展阶段，从从空间上上来看，不不同组织织层次的的行为都都将对过过程能力力产生影影响。组组织行为为的层次次大致可可以划分分为三层层：组织织行为层层，项目目团队行行为层和和个体行行为层。组组织行为为层的责责任在于于建立和和维护领领域知识识与经验验，建立立和维护护产品开开发的技技术与管管理框架架产品开开发过程程财富，制制度化和和知识管管理是组组织行为为层的主主要手段段；项目目团队行行为层的的责任在在于调动动企
23、业资资源（人人力、知知识、设设备等），完完成特定定的产品品开发目目标，项项目管理理是项目目团队行行为层的的主要手手段；个个体行为为层的责责任在于于按照指指定的约约束，完完成所承承担的任任务，对对于设计计、通讯讯、信息息管理工工具的使使用是个个体行为为层的主主要手段段。对于于每个组组织层次次的行为为，都有有相应的的CMMM加以规规范和描描述。3 并行工工程过程程管理的的应用进进展在这一部分分里，我我们将主主要介绍绍近100年来我我们在并并行工程程过程管管理方面面的实践践及所取取得的进进展。3.1 系系统开发发45l41119911195xee ffillled=f sttrokked=f 图1
24、产产品开发发过程支支持环境境图1描述了了我们自自主开发发的产品品开发过过程支持持环境体体系结构构，它主主要由产产品开发发过程建建模子系系统、过过程执行行监控子子系统、过过程历史史管理子子系统、角角色管理理子系统统、过程程分析与与报表子子系统以以及工作作平台紧紧密集成成而形成成，同时时该环境境通过CCORBBA/DDCOMM集成了了应用设设计工具具和协调调工具。PDM、数据库和异构操作系统作为整个支持环境的基础。过程建模子子系统提提供图形形化的过过程信息息编辑功功能，包包括活动动信息编编辑、信信息流信信息编辑辑、资源源信息编编辑等，我我们的建建模机制制类似于于IDEEF0，但但过程模模型是动动态
25、可执执行的，可可以支持持信息的的预发布布和反馈馈等机制制；过程执行和和监控子子系统的的内容包包括过程程的执行行与监控控。过程程模型的的可执行行机制直直接支持持过程的的实施。通通过对可可执行的的过程模模型的监监控，实实时收集集过程实实施中的的过程信信息，跟跟踪开发发进度，为为管理人人员提供供决策支支持； 过程历史管管理子系系统的核核心模块块是过程程历史捕捕获器、意意图管理理器和历历史浏览览与报表表生成器器。过程程历史捕捕获器负负责监听听系统内内部活动动的状态态变化，记记录重要要的过程程信息，同同时进行行活动鉴鉴别，对对预先设设定的特特定情景景(如项目目里程碑碑、活动动出现异异常或人人为中断断等)
26、，要求求用户给给出解释释。意图图管理器器负责获获取用户户的意图图输入信信息，并并将其和和标志信信息(相关活活动、时时间、责责任人等等)打包，进进行保存存。历史史浏览器器负责提提供一个个简明易易用的浏浏览界面面，供用用户查询询回溯有有关的过过程、意意图等历历史信息息；角色管理子子系统实实现对项项目中的的角色管管理，目目的是便便于对相相应角色色定义与与过程有有关的权权限，并并支持过过程中的的角色分分配。子子系统实实现了角角色的定定义、增增删、查查询、密密码修改改等功能能；过程分析与与报表子子系统实实现了对对过程模模型的分分析与规规划，并并完成了了过程的的报表生生成，包包括过程程任务分分配、过过程进
27、展展等，这这是十分分重要的的部分。目目前，我我们通过过二次开开发将MMS PProjjectt 988和过程程支持环环境其他他部分集集成在一一起，增增加模块块来实现现模型存存取，由由Proojecct 998来实实现这一一分析和和报表功功能；工作平台是是产品开开发过程程支持环环境面向向具体开开发团队队的前端端，它介介于用户户和过程程支持环环境之间间，工作作平台为为开发人人员进行行并行工工程下的的集成开开发设计计和协作作提供了了支持平平台。总的来说，我我们开发发的产品品开发过过程支持持系统偏偏重于项项目管理理和协同同工作功功能的实实现。3.2 应应用案例例目前，我们们已将产产品开发发过程实实施方
28、法法学和产产品开发发过程支支持系统统应用于于航天并并行工程程和齐齐齐哈尔铁铁路车辆辆并行工工程，并并取得了了较好的的应用效效果。我们所做的的工作包包括以下下方面：? 企业产产品开发发过程的的建模和和描述。通通过多视视图的方方法对企企业产品品开发过过程进行行描述。? 企业产产品开发发过程的的评估。结结合CMMM模型型，确定定企业产产品开发发过程的的成熟度度，确定定其等级级、目标标、关键键过程领领域和关关键实践践。? 企业产产品开发发过程的的规划和和改进。根根据所需需进行的的关键实实践，建建立相应应的管理理规范和和配套措措施。? 产品开开发过程程支持系系统的实实施。目目前，我我们主要要用产品品开发
29、过过程支持持系统来来实现项项目管理理和工作作流管理理功能。图2 改进进后的棚棚车开发发过程 图2是齐齐齐哈尔铁铁路车辆辆并行工工程中改改进后的的棚车开开发流程程。改进进的措施施包括：? 在产品品开发的的早期阶阶段，就就能够充充分考虑虑冲压件件、铸钢钢件等类类零件的的可制造造性问题题和铁路路货车的的结构强强度、刚刚度及动动力学品品质等产产品性能能问题，从从而能够够尽量减减少设计计错误，提提高设计计质量；同时增增加DFFx，使使得在产产品设计计阶段即即可考虑虑产品加加工、装装配和工工艺等问问题，提提高一次次设计成成功的可可能性。? 在方案案设计和和结构设设计的一一定阶段段向冷热热工艺处处等下游游活
30、动提提前进行行信息预预发布，一一方面及及时得到到信息反反馈，以以提高工工艺性，可可加工性性等，另另一方面面，由于于工艺部部门提前前介入，使使得下游游过程及及时体会会设计意意图，同同时可以以在适当当的时候候进行工工艺或生生产准备备。? 实现工工艺和工工装的并并行开发发，精简简设计过过程；制制造系统统与产品品开发过过程不构构成大循循环，从从而缩短短产品开开发周期期，提高高产品质质量与水水平。图3 快快运棚车车详细设设计流程程图3是产品品开发过过程支持持系统在在齐齐哈哈尔铁路路车辆并并行工程程中的应应用示意意。4 总结经过近100年的努努力，我我们基本本上形成成了一套套完整的的并行工工程过程程管理研研究体系系，开发发了产品品开发过过程支持持系统，并并在工程程实践中中得到了了应用。实实践证明明，我们们的方法法和工具具是行之之有效的的。我们们将继续续结合我我国制造造业的实实际情况况，进行行产品开开发过程程管理的的研究、开开发和应应用工作作，努力力提高我我国制造造企业的的产品开开发能力力。