（机械设计及理论专业论文）分布环境下协同产品开发过程管理的研究与实践.pdf

华中科技大学博士学位论文 摘要 在产品开发过程管理领域，分布环境下的协同产品开发管理已成为前沿 课题。：本文在对国内外关于产品开发过程管理研究现状及发展进行综述的基 础上，系统地论述了作者在分布环境下协同产品开发过程管理理论和实践方 一一_ 一一一 面的研究成果。 提出一种分布式协同产品开发过程管理理论。分析了过程协同在分布式 产品开发过程管理中的重要性，重点研究了分布环境下异构产品数据管理和 分布式产品开发过程协同的实现。 提出一种基于c o r b a 标准和数据复制技术的物理数据访问模型，丌发 了虚拟电子数据仓，实现了异构和分布产品数据的统一存储控制；针对产品 数据的不同状态，提出并实现了基于个人工作区、团队工作区、协同产品开 发库和企业库的数据组织模式，提出并实现了基于扩展产品结构模型的数据 组织，有效地管理了文档、零部件等数据对象的关联，提高了数据操作效率。 提出基于任务的协调、基于项目的调整和基于企业的提高的产品开发过 程管理模型。定义了任务组成四元组来研究任务的相互关系，并研究了非精 确任务关系向精确任务关系的转化，建立了任务管理模型。在任务调度方面， 利用任务的输入输出数据和资源约束等条件，提出并实现了动态建立任务时 序模型的算洌在任务分配方面，定义了工作量平均系数和负载平衡系数， 明确了任务分配质量的评价标准，并提出了相应的任务分配算法。在数据处 理流程方面，指出文档工作流管理中相关文档处理流程的紧密相关性是它与 传统工作流管理的本质区别，并利用工作流模板和规则实现了工作流管理的 柔性控制。 设计并开发了跖i c f z 舔重大目标产品加，口p d 枷d 和笳i c m z ，研究项 目如，p 删_ 7 白，眦6 t 结合而，口p d 脚d 在江淮汽车朋c c 豁项目的实施和 如把p d 肼如，脆6 实现，、给出了分布式协同产品开发过程管理具体实现的应用 实例，验证了本文研究成果在理论上的先进性和实践上的实用性。， 关键词：异构和分布环境产品开发过程管理”任务时序模型 华中科技大学博士学位论文 a b s t r a c t 、 r e s e a r c ho nc o o r d i n a t e dp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sm a n a g e m e n t ( p d p m ) i nd i s 仃i b u t e de n v i r o n m e n ti sap i o n e e r i n gr e s e a r c ha r e ai nt l l ef i e l do fp d p m b y a 。 m o r o u 曲s t u d y i n go nt h er e s e 盯c h 锄dd e v e l o p m e n ts t a t u so fp d p m ，t h et 1 1 e s i s s y s t e m a t i c a l l y d i s s e r t a t e sm e t h e o r y o fc o o r d i n a t e dp d p mi n d i s t t i b u t e d e n v i m n m e n t 锄d p r e s e m s s o m ea c h i e v e m e n t si ni t si m p l e m e n 组t i o n i nt l l i st l l e s i sdt l l e o r yf o rd i s 啊b u t e da 1 1 dc o o r d i n a t e dp d p mi sp r e s e n t e d i i h e i m p o n 船c eo f p r o c e s sc o o r d i n a t i o nd 嘶n g t h ed e v e l o p m e n to f a p r o d u c t i sa n a l y z e d t h eh e t e r o 鼯n e o u sp m d u c td a t am a l l a g e m e n tu n d e rd i s t r i b u t e de n v i 砌n m e n ta i l d r e a l i z a t i o no f d i s n 喧b u t e dd r o c e s sc o o r d i n a t i o na r es t u d i e d ap h y s i c a ld a t aa c c e s sm o d e lb 髂e do n0 0 r b aa i l d d a t a r e p l i c a t i o n i s p r e s e n t e d av i r t u a id a t av a u i ti sd e v e i o p e dt of a c i i i t a t ec o n s i s t e n ta c c e s sc o n t r o io f d i s t r i b u t e d 雠dh c t e r o g c n e o u sp m d u c td a t a am e t l l o d0 fo r g a n i z i n gp r o d u c td a t a w i t hp e r s o n a lw o r l ( b e n c h ，t e 锄、v o r k b e n c h ，c o o r d i n a t e dp r o d u c td e v e l o pl i b r a r y a n d e n t e r p r i s el i b 豫r yi sd e s i g i l e dt op r o c e s sd a t aa c c o r d i n gt oi t ss t a t u sa n du s a g e a n e x t e n d e dp r o d u c ts 讯l c t i l r cm o d e li sp r e s e n t e da n di m p l e m e n t e d t h ed a t ao p e r a t i o n e m c i e n c yi si m p r o v e d 蛐dt h er c i a t i o n s h i p s 哪o n 2d o c 啪e n t sa n dp a r t s a r e o r g a l l i z e de 疏c t i v e l y o np m c e s sm a l l a 2 e m e n t 。ap d p mm o d e lb a s e do nt 髂kc o o r d i n a t i o n ，p r 0 1 j e c t a d i u s 协l e n ta n dc o r p o r a t i o ne n h 柚c e m e n ti sp r e s e m e d 1 瓠kq u a t e r r d o ni sd e 6 n e d t o i n v e s t i g a t e 坞l a t i o n s 哪o n gt 船k s o nt 船k sc o n t r o l ，t r a n s f o r m a t i o no fi m p r e c i s et a s k r e l a t i o n st op r e c i s et a s kr e l a t i o n si ss t u d i e d 锄dac o m p u t e rb 船e dt 船km a n a g e m e n t m o d e l i se s t a b l i s h e d ad y n 锄i cs c h c d u l i n 叠a 1 2 0 r i t l l mb 猫e do ni 1 1 o u td a 诅o ft a s k s 锄dr e s o u r c ec o n 她i n ti s p u tf o r 、 ，a r d 舭di m d l e m e n t c d o nt a s k sd i s t r i b u t i o n ， w o r k l o a db a i 舭c ef a c t o r 如dw o r k i o a ds t a b i l i t vf a c t o ra r ed e f i n e dt 0e v a l u a t et a s k a s s i g 啪e n tq u a l i t y 锄dc o n s p o n d i n ga l g o r i t h mf o r t a s k 嬲s i g n m e n ti sd e s i g n e d o n d a t ap r o c e s sp r o c e d u 陀，i ti sp o i n t c do u tm a tt h em a j o rd i f r e r e n c eb e t w e e nd o c u m e n t o 勰e dw o r k f l o wm 锄a g e m e ma r i dt r a d i t i o n a lw o r k n o wm a n a g e m e n ti st h ec l o s e r e l a t i o n 咖o n 卫t h ep r o c e s sn o wo fr e l a t c dp r o d u c td o c 啪e n t s f l e x i b l ec o n t m lo f d o c 帆e n t b 船e dw o r k n o wi sa t t a i n e db yd e f i n i n 足w o r k n o wt c m p l a t e s 锄dm l e s t h ea c h i e v e m e n t so ft t l i st l l e s i sa r ee m p l o ”di nt 1 1 ed e v e l o p m e n to f i n t e p d m 3 0 。ak e yp r o d u c ts u p p o r t e db y8 6 3 c i m s 锄di n t e p d mf o rw 曲。ap m j e c t s u p p o n e db y8 6 3 c i m s e x a m p l e so nt l l ea p p l i c a t i o no fd i s t r i b u t e dh e t e m g e n e o u s p r o d u c td a t ap r o c e s sm 锄a g e m e mi nj a c c i m sp r o i e c ta j l dt h ei m p l e m e n t a t i o no f i n t e p d mf o rw e b 盯eg i v e n f r o mt h ea p p l i c a t i o nr e s u l t ，t h ea d v 蛐c e m e n ta 1 1 d p r a c t i c a b i l i t yo f t h i st h e s i s s 托s e a r c ha c h i e v e m e n t sa m t e s t 湎e d 1 ( e yw o r d s ：h e t e r o g c n e o u s 蛐dd i s t r i b u t e de n v i r o 舯e m p r o d u c td e v c l o p m e n tp r o c e s sm a t l a g e m e n t t a s k s e q u e n c em o d e l 华中科技大学博士学位论文 ， 1 1 课题的提出 第一章：绪论 全球化激烈竞争迫使企业采取与之相应的产品开发模式。提高核心竞争力和充 分利用各地资源优势的需求促使企业更加专业化的同时也加强了跨企业的合作，并 随之出现了企业集团、企业联盟和虚拟企业等新的组织模式i i ，2 3 】。跨企业的协作越 来越重要，洳作的内容也从基于供应链的商务活动管理发展为以产品开发活动为主 的协同，“品丌发管理。计算机和网络等相关技术的发展，极大地推动了产品开发过 柙管理技术的发展。相对传统的产品设计，现代协同产品开发呈现如下特点： 口 从产 r 发流程看，现代产品) r 发不局限于纯设计领域，它涉及设计、制 造、装配、销售和维护等过程，集人员组织、数据管理和过程优化于一体。 口 从人员纠成看，传统产晶设计局限于团队或部门内部，通常表现为个体行 为，1 f i j 现代产品歼发则表现为跨企业的协同过程。 口 从产t 千 】关数据的管理看传统产品数据通常保存为纸介质或存储在孤立 系统l j ，数据获取和重用困难。现代产品开发要求分布数据统一管理，必 须保证数据访问的安全性、获取的有效性和变更传播的及时性。 口 从j 1 发r 具的使用看，计算机辅助工具的使用有效地提高了产品丌发效率。 传统，“品j r 发工具一般是针对特定领域的专用系统，数据集成与共享困难。 j i l 5 l 代产 i ：发工具则呈现集成化、网络化和分布化的发展趋势。 口 从设计方法学的作用看，传统设计的质量往往取决于设计者的个人素质， j m 现代设计则强调设汁方法学指导下的协同，必须保证设计结果的可重用 r i ：，避免绎验性和随意性。 口 从资源的利刚看，传统产品j j l ：发局限于企业内部，而现代产品丌发过程是 丌放的，它必须充分支持异地、协同产品开发过程。 此町见，随市场和应用环境的变化，现代产品丌发过程已不是纯设计问题， l n j 是综合了，“品各相关领域知识、过程、资源和人员的系统工程，它具有系统性、 集成性、分和性、异构性和协同性等特点。产品丌发过程管理的目的就是要优化和 协调，“t ； j 发过程、集成产品j 1 发，【具、统一产品数据管理。 也分伽0 司，“晶j i ：发环境f ，企业将客户、供应商和合作者等融入产品丌发 过程整体，从而发展成为图1 1 所示的扩展企业伍地h 出d 幽f e r p r 规j 。扩展企业的 本质特点足跨俩m 调，它有两种表现形式：协作产品商务和协同产品开发。协作 产 商务足食、世j 供应商、经销商和客户等在产品的产、供、销等方面的合作，管 单綦j ：供应链的商务活动，涉及客、i 关系和产品制造等等内容，研究如何以经济的 力，在最恰“硼q 叫机提供用厂1 最需要的产品和服务。协作产品商务涉及的信息主 华中科技大学博士学位论二 要包括产品月录、用户订单和商务合同等，其支撑技术有撇m 、e 冠尸、供应链管 理、客户关系管理和电予商务等。 图1 1 扩展企业中的协同产品丌发和协作产品商务 客户 协l 司产品丌发建立在协作产品商务基础上，它能实现企业与协作者和( 或) 客 户的全方位合作。协同产品开发是一种针对特定市场和用户，研究控制和管理分布 环境卜| 产：铺丌发过程管理的方法，能快速地开发出满足客户个性化需求的产品。它 涉及1 j 产品丌发相关的所有信息，其支撑技术有产品设计方法学、计算机辅助设计、 产晶数据管理和计算机协同产品丌发等。相关研究包括： 设计办法学的研究：设计方法学研究一般产品设计规律和方法1 4 5 l 或设计方 法在某些方面延伸和扩展，以适应特定产品或具体企业的个性1 6 j j 。 人规模定制的研究：产品多样化只是扩大了用户的选择范围，而定制则提 供i l i 好满足_ i j 户需求的产鼎1 8 j 。在产品行发方面，大规模定制建立在零、 部件标准化和产品系列化基础上，研究基于产品族的设计伊m 幽甜肋删砂 d 船堙砂，利用灵活的产品配置模型来提高产品的可定制性和适应变化的能 力3 1 。 汁算机辅助1 ：具的研究：计算机辅助工具包括面向不同产品开发阶段或领 域的应用系统，如实体造型弓分析系统、面向领域( 如制造、装配等) 的 没汁j 其l ”。7 l 等。计算机辅助工具能有效地提高了产品开发效率和质量。 产晶数据管理的研究：产品数据管理研究产品相关数据的组织、处理、集 成与转换等。它对提高数据检索效率、促进产品开发人员的交流与合作、 保b ：数据的安全性和一致性、提岛数据重用有重要意义。相关研究主要有： 华中科技大学博士学位论文 支持设计历史管理的数据库基础结构研究【1 8 j 、设计管理的概念模型”圳和数 据交换标准的研究与应用1 2 肚2 2 l 等。这是本文研究重点之一。 ，m 。；r 发过程管理的研究：产品丌发过程管理主要研究如何有效地组织和 管理j ，一品丌发相关的过程、人员、资源和活动，这方面的研究主要包括 r 作流管理1 2 卜2 7 l 、计算机支持的协同工作r ( ，1 d 州，“f p rs 卿o ，r 耐 ，6 0 r d ，f v p 件白r 女j ( 百c 聊1 2 8 2 、过程重组m 3 “、并行工程1 3 2 3 6 】、集成产 i j r 发团队1 3 7 3 8 埔i 联邦并行工程纠，dc o n c “r m 月f 西孵加p p ，魄3 ”5 等。这 足本文研究的另一个重点。 在8 6 j c 胁瓶重大日标产品项目一加把j d d 坳d 的研究与开发( 合同号： 8 卯j ，一船d o d ，) 以及跖；( 1 m 牺研究项目一基于砌，p r h p 砌价h 酊的产品数据管理 研究( 合同号：9 8 4 2 d ，j ) 等的支持下，本文主要研究了分布环境下的协同产品开 发，包括分布式产品数据管理和协同产品开发过程管理。本文的研究成果已成功地 应用于多家大中型企业的产品开发过程管理，有效地提高了这些企业的产品开发效 二棼和质鞋，取得了良好的经济效益和社会效益。 1 2 产u l 开发力法的研究 产品j l ：发方法的研究包括设计方法学、单元技术和集成技术等的研究1 4 “。设 计方法学通常研究设计的一般性原理和方法；单元技术则涉及解决产品开发过程中 某方面具体翱题的方法，它随产品开发技术的发展有集成化发展趋势，如三维系统 集建模、分析和仿真等于一体；集成技术主要研究产品开发过程中人员、组织、数 据、上具和过程的集成以及相成集成框架或平台的实现。 设计方法学对产品丌发过程管理有普遍指导意义，这方面的理论主要有：系统 化设计j j 法学f t h es v s t e m c 和p m n c ht oe n g i n e e r t n d e s i g n ? s a p b ) p ”l 、铋道性阍 题解决圳沦r f 舵砌p d ，yo rm v p n ，f v pm 6 如m 曲，v f ”品嘲 4 6 。、公理设训理论 阳x f o m 甜们d p s 缸卅砌p o r ”爿d7 = ) m ，4 乳5 。j 和大规模定制似f 撕sc 淞f d 卅扫口f f d 彬5 2 。5 等。 系统化方法由j p mg 和f f z 提出，它将设计问题的求解被看作一般问题求解的变 7 弘，j f ：抽象 1 般忖的产品设计流程，包括问题和需求陈述，查找可选方案，评估、 u 求和交流改计结果等。 p 引b4 f f s 地f f e r ，gs 及其合作者在分析大量专利的基础 l ：提出，通过分析，他们发现许多专利都基于相同的原理，相似的物理、化学和几 何作川，彳丁效地纠l 织和利用这些专利知谚 就形成了m s 设计方法学。在公理设计 理论中，勋 j 1 ) 将产品丌发过程划分为由三个映射连接的四个领域：用户领域、 j 力能领域、物理领域和过程领域，如图1 2 所示。 人规模定制是相对大批量生产提出的，其目标是实现以大批量生产的价格快速 提供客户化的定制产品【5 “。大规模定制主要研究客户化定制环境下的产品丌发方法 和策略，通过。j i ：始就考虑模块的通用性，并利用零部件标准化和功能模块化来减 少噩复设，提商产品的可定制性和企业快速响应能力。随定制方式的不同，大规 华中科技大学博士学位论文 模定制义分为i f f j 向订单的装配、面向订单的制造和面向订单的设计等不同模式。目 f j i 这，j l f i 的研究卜要有满足大规模定制需要的产品策略m 、组织结构m 5 9 1 ，以及 信息技术心用的制造管理m 6 ”和供应链管理蚓等，本文主要从产品数据的组织与重 川求硼f 究对人规模定制的支持。 图1 2 公理设计理论的四个领域 总之设汁力法学主要从方法学的角度概括并抽象了产品设计的一般规律，它 i 确了产- 铺设计的方向和目标，设计过程的阶段划分以及各阶段的主要任务，对产 6 设汁的进行有普遍指导意义。传统设计方法学侧重于个体设计活动的研究，而现 代产晶设汁则更加强调设计过程的统一规划、协调和控制，主要研究群体设计行为 的管理和协调，相关的研究主要有过程重组、并行工程和工作流管理等。本文并不 试劁研究设计厅法学，而是利用设计方法学方面的研究成果来指导和规范产品数据 和产6 r 发过程管理方面的研究。 单几技术的研究包括( 爿x 技术、d r 技术和柔性制造技术等，这些技术通常 深入地研究j “品j j ：发某方面的问题，提高了该方面产品丌发的质量和效率。设计方 法学的研究对单冗技术的研究有指导意义，反过来单元技术的研究又是设计方法学 研究的具体实现，两种相辅相成，相互促进。单元技术的研究也不是本文的重点， 尢分和式产胃一数据管理的研究方面本文将研究单元应用系统的集成。系统集成技术 的 j f 究建娩舀擞掘库、网络和通信等技术基础上，研究人员、组织、数据和过程的 集成，产品丌发模式要求有与之相适应的产品丌发技术，因此现代产品丌发技术主 要研究异构、分布环境f 的协同产品丌发，这是本文研究重点。 1 3 产u | 相关数据管理的研究 随着产品丌发过程中计算机应用的普及，越来越多的产品数据以电子文件方式 保存。以电子文件方式保存的信息存在不直观、易扩散、难以保证致性等缺点。 此外，为了减少重复设计，提高设计质量与效率，必须提高产品相关数据的查询与 检索效率。产晶相关数据的管理主要研究保证数据安全性和一致性基础上的产品数 扒组织和管理，以确保在难确的时间、以正确的方式、将正确的数据传送给j f 确的 人。汁算机技术、数据库技术和网络技术等的发展为产品相关数据管理奠定了坚实 的基础，使之从传统的、基于纸介质的、被动型档案管理发展为基于网络和数据库 华中科技大学博士学位论文 的k 动管理。相关研究主要有设计历史管理、产品数据管理、数据交换标准研究等。 统产品模型和数据交换标准足保证产品相关数据完整性和一致性，实现数据 j 亭的彳丁效途径。传统翻d 系统主要利用中性文件( 如j g e s 和d 肝等) 交换产 。；j j 设汁的几何数抓，f c 不包括名称、图号和材料等管理信息”j 。s 您j r ) 标准从产 1 令乍命川期发支持产1 l f 【信息和制造信息等的交换1 6 ，并随着应用的发展而 小断扩展。s 7 e ，) 标准族以应川协议纠印，f f d f f 0 月，) 加，d c o 例方式组织，各协议针对不 同类型的应用，基 二s 孢，) 标准的应用有虚拟企业产品模型共享1 6 ”、产品数据管理 【2 2 l ，以及c 一d 系统1 6 6 l 或c a d c 4 ，c 4 p 尸等应用的集成等【6 7 ，6 8 l 。 花数抛管理力l u f 加m ，d g l 6 9 1 分析了计算机辅助设计环境下设计历史管理 要求，一口，m “等分析了j 程文档管理( 产品数据管i 里系统) 的需求、方向和系统 实施策略1 7 n ”】。他们认以了l 程文档管理的迫切需求，通过分析文档的作用、文档 管理巾存办! 的n d 题、文档处理流程，以及用户需求和相关技术标准等，提出了系统 j 1 ：发的指导性策略。妇州fjs 幽等i l8 j 研究了设计历史管理，他们认为设计历史总 体卜设计问题、领域知i ： 、设计过程和设计方案( 产品数据) 等四部分组成，分 析了设汁历史管理的功能需求，如协调设计过程、集成设计与制造、支持设计重用， 以及版本平配置管理等，并利用d 尺r d 口s 垃 尸，o c p s sr p p 陀s e h ，d f f d 口懈“口g 一语苦 结合“增慨”的s 豫j d 模型束捕捉设计步骤和设计参数，支持设计重用。爿”砂d d 怄 等1 72 j 描述了在企业级网络化设讨环境中管理c d 设计信息的框架，利用关系数据 j 帝干h 文档箭理技术，丌发了在多功能设计团队间交换产品信息的共享知识库。该框 架利川数州库铺耻( d 图纸、备忘录、电子表格的属性及联系，其操作界面内嵌 在( d 系统中，实现了( d 图形中的实体对象与文档管理系统中文档的直接关联。 这种集成方式的特点是集成度高，操作简便，缺点是与c 爿d 系统和文档管理系统 结合过j i 紧密，i 圈而4 i 具有一般性。砌 伽lc 协p n 等口9 j 等分析了联邦并行工程环 境卜信息系统的没汁与实现，他们认为丁程信息的集成、管理和共享是实现联邦并 行肼。t 的堆 i j | ，j i ：提山了从应用领域调查、功能需求分析、系统建模和设计，到实 施的+ 实现i 程竹息管理系统的系统化方法。 ，“i 锆数槲管理矿阳咖“d m 如月d 胛埘p n f j ，d m 足管理所有与产品相关数据以 及这此数掘处理流程的技术| 7 i ”j ，产品数据管理系统r p d 肘跚是管理产品数据和产 1 7 ，丌发过程的集成系统，类似的概念还有r 程数据管理 矽、文档管理伊m 、产 一引吉息管理俨，m 和技术信息管理r ”m 等l 。7 5 l 。产品数据管理系统是企业实施并行工 程的使能器，文档管理是其具有的基本功能之一，它利用电子数据仓存储和管理所 有电f 文件，并提供各种方便的文档查询操作，以封装、应用接口和基于共享数据 库等1 i 同方式集成了不同应用二i ：具，如计算机辅助工具、字处理软件和电子表格等， 竹理文档的市批和发放流程。此外，它还有产品结构和配置管理、工程变更管理、 人员管理、数据转换与传输等功能。刷m 舔的研究和发展如图1 3 所示： 从最丌始的部门级应用系统，发展到企业级的集成系统，再逐渐发展为跨企业 的f 青息f “”l 。h 前，罔外商品化p d 瓶主要有p 7 公司的晰n 出 f ? f 、j 8 m 公司 的，m 、u g s 公1 的， 纠j v 和s d r ( 1 公司的a 把f 叩 甜p 等。国内比较成熟的j d d a 缁 华中科技大学博士学位论文 丰要有华中科技人学c 爿d 中心的加f e p d 肼等【7 7 j 。商品化p d 瓶主要管理企业内产 1 设汁和制造的相关信息，其主要作用表现为数据的存储、访问控制、一致性维护 等方面。j f ) d 懈的应用提高了产品数据的查找效率和重用程度。随着产品开发过程 的分枷化，异地制造、虚拟企业和企业联盟等新产品开发组织模式的出现，跨企业 和地域的产品数据管理越来越重要【3 9 7 耻引j 。局限于企业范围内产品设计或制造领域 的产。l 丌发过秤管理已显然不适应产品丌发模式的这种转变，产品丌发涉及的领域 巫广、地域l ：更分们，因此必须研究跨企业、多学科的协同产品开发和分饰式产品 数掘管i 相父的研究 要有企业信息门户伍，彤、企业协作门户伍c 纠和企业知识 二 门户r e 胛) 等方而的研究与应f h “。 扩展的企业范围 供应商、协作企业、经销商、客户 图1 3 产品数据管理系统研究和应用的不同层次 1 4 产品开发过程管理研究 1 4 1 相关理论、模型和方法 产品，r | ：发过程管理建立在集成产品开发环境基础上，通过特定的过程管理模型 来优化和胁调产品开发活动。过程建模是产品开发过程管理的核心，过程模型应能 准确描述“谁”、“何时”、“做什么”和“怎样做”等内容【8 5 8 6 l 。实用的过程模型应 符合以卜| 条件：重视过程的管理、基于可获得正确信息的决策、假设和简化合理、 叮操作性较强等f 8 “。相关研究土要有： 1 传统的发计过程模型 通j 日设汁理论f g p 盯p 阳fd p s f g ，2 砌e d 似g d 7 ) 【8 8 9 0 i 描述了一般设计过程，它将设 计过程看作从功能空间租”“曲n 印口c 一到属性空间似f 即f 6 “f e 辆邪e ) 的映射。其中， 功能窄问是设汁要求的描述字阳j ，而属性空间则是设计方案和参数的描述空间。由 二现实f = 界的复杂性和没计者知识的局限性，一次性映射成功概率较小，因此设计 过程是逐步完善的过程，表现为设计过程的丌放性和迭代性。g d r 用概念和原理 揭，j 了设训和设计过程的+ 般觑律，具有较高的理论价值，但是其可操作性差，只 能作为理论指导l m 4 ：能直接川t 二过程建模。 2 il d e f o 蹲 护维购采 围瓤门岂范市部i业惑程玑企制工璇 岂墁 华中科技大学博士学位论文 ，d e 朋图源于r 0 5 5 ，dr 提出的黝d 7 1 建模技术【9 1 j ，其基本图形元素是盒子和 箭头，如矧l4 所小。盒子表示系统功能和活动，连到盒子上的箭头表示活动产生 或消耗的信息，包括输入( 输出) 数据，系统对活动的控制和机制等。e 阳图的 优点是能够清楚地表达信息流，缺点是难以支持并行予过程建模和层问迭代一“，当 洒动数臣多、活动问关系比较复杂时很不直观。 3 设汁结构矩阵模型 i 殳汁结构矩阵r d e 5 枷? ，“c ，“旭 如f 柏f ，d 矾d 是很重要的设计建模方法p ”，它 用矩阵表示设汁对象( 可以是设计参数和活动) 的联系，如图1 5 所示。当剃 南法用f 过程建模时，矩阵元素的取值与活动或任务的关联程度成正比。设计矩 阵可以清楚地表达任务的串行、并行和耦合等关系，如图1 6 所示1 9 。删的优点 是能够建立复杂的过程模型，有助_ f 清楚地把握设计过程的进行，并有利于实施更 肌订效的过程执行策略，它突出了设计执行过程的反复以及设计过程的调度和信息 需求。d s m 的缺点是无法表达任务分解关系，而分解是复杂问题求解的最基本方 法。对d 跗的扩展和d 删应用方面的研究有信息的反馈和交叉控制【矧、产品开 发时n l j 预测i l ”】以及考虑设计过程中非线形因素的设计过程建模【l 引】等。 图1 4i d e f 0 图的概念模型 4 过程分解模型 x 图1 5 设计矩阵示例 甘。 圈 耦合关系 图1 6 任务之间的关系7 6 圈一 b 田一 b f 华中科技大学博士学位论文 过程分解uj 以减少子系统的耦合，通过将任务合理地分配给不同产品丌发团 队，能仃效地缩短产品丌发周期，提高产品丌发质量。h 呵m 法r 肋r t 乃口n s 向r 川盯，f o h a 如f r 腑) 1 1 ”l 是过程分解方法之一，它基于设计过程的反复和返工工作线性创建的假 设，是d s m 方法的延伸。胛m 法中矩阵非对角元素的取值表示返工因子，对角元 素取值表示仃务执行时间。胛m 法的优点是能够比较直观地从实际工程项目中收 集数批，其缺点j 假设条件有关，即线性创建返工工作、静态估计返工过程等【l 】。 另。种分解模型足活动模块分解模型阳c ，f v f 秒 如幽膪d p 卅p o j f r f d ” 如出f j ，该模型 牲r 发汁过程分解与蜂窝制造系统触肠r 彻n “向c f “r f 懈跏把m j 的相似性l ”“， 它假定设计活动与制造工作、设计资源与制造单元类似。理想情况是将系统分解成 模块，并使得每个模块都直接从其它模块分解而来。考虑模型的实用性，就必须判 断活动是否像制造需要机床那样需要资源。事实上，由于人力资源具有弹性，设计 过程应该比制造过程更灵活。 5 并行过程模型 并行一r 程作为强调过程并行执行的哲理得到了“泛应用【1 0 6 1 0 7 l 。它希望在不增 加资源的情况f 尽可能快速、优质地完成任务【1 0 8 】。相对串行设计，并行设计是渐 进过程，它具有设计周期短、反复较多的特点。在并行过程模型方面的研究有并行 调度模犁1 1 0 、胛m 并行( 串行) 模型0 1 、阶段重叠模型1 和并行工程过程建 模”1 等。b r “c pj r ) 肠州p r 等研究了并行过程建模，提出了类似于剧叼图的动态经 f ￥模刑，该模型定义了j i 种活动：活动( 分独立活动和非独立活动) 、 舌动( 独 、z 活动之前的管理活动) 、e 活动( 独立活动之后的管理活动) 、b 活动( 一系列非 独立活动之i j 的管理活动) 和r 活动( 一系列非独立活动之后的管理活动) 。 基_ _ j 活动的划分，又将任务分成血类：爿型任务( 最基本的任务) 、s 型任务( 没 柯顺序要求的仃务集，但冈资源等原冈不能并行执行) 、d 型任务( 可以并行执行、 f 剐时结束的任务集) 、d 型任务( 串行任务) 和c 型任务( 任务并行执行且同时结 束) 。利用基于活动和任务的划分构造出设计过程模型后，可以分析关键路径，并 通过调整资源使整个过程最佳。 6 其它模型 其它产品设计模型有：判断随机延时对产品开发周期影响的模型，如p g 朋r 模型“。g 脚7 1 模型是对j p 脚r 模型的扩展，它允许反馈和更一般性的分析， q g e r7 1 模型又是对g e r7 1 模型的扩展。o 忻g 组织提出的工作流管理模型【2 3 】主要 考虑了单个文档审批和发放流程，没有考虑文档联系。在产品开发过程中，需要以 流程管理的数据对象除文档外还有零、部件等，而且这些数据对象紧密关联，流程 的管理很少针对单个文档，一般都是相关的一批文档用同一流程处理。因此传统的 i ：作流管理系统仅对设计信息处理流程的管理有指导意义。 1 4 2 ，扛品丌发过程管理现状总结 仂、l | 1 ：j 产晶 发指分前j 环境卜产品j r 发人员围绕产品丌发展开的所有活动，包括 华中科技大学博士学位论文 数据处理、冲突协调和进度同步等。综合前面有关产品开发过程管理研究内容，总 结其主要研究成果包括： 流程描述技术的研究：即研究一种语义和语法上能够满足流程描述要求的 表达方法和机制，满足工程和商业领域流程描述的需要j 。 过程建模和分析技术的研究：通过暴露协作中隐含的问题来支持流程设计， 如研究设计过程中非线性因素”、研究设计过程的反复r f f p r 肋叫刨等，提 出了烈i 阵分析( 识别和定义模块化工作单元，降低任务耦合) 等方法。 对于常规和稳定的流程，预定义过程模型可以较好地把握产品开发过程的关键 问题。m 通常产6 ( 特别是新产品) 丌发流程动态变化，设计失误、市场需求和资 源获耿情况，以及协作厂商和供应商的变化等都可能影响产品开发流程。因此，产 锗 发过榭管理系统必须能够动态地适应产品丌发流程的调整。总结目前在产品丌 发过l i i ! 锊刖力| f i 的研究，1 i 要存在如卜问题： 1 王见订研究和应川 t 重设计过程，但没有说明设计与设计过程管理的区别和 联系；i 殳汁方法学的应用与过程管理结合不紧密，缺乏统一的过程管理理论框架； 过胖管理的内容、方向、目标和管理要素不明确，不利于设计过程管理的实施。 2 j “t l f ，j 发过程管理与产品相关数据的管理脱节，商品化产品数据管理系统 j l 解决了产 数据管理中般性的存储j 检索问题。在异构分前i 环境下，难以维护 产品数据的复杂联系，缺乏有效的数据分布和更新支持等。 3 化j “：一1 数捌的处理流程方面，虽然跨企业的工作流管理受到重视，并且在 银行等得到了广泛成用，但它忽略了小同：i ：作流实例以及实例中数据的相关性。而 在产品丌发过程中，产品数据和数据处理流程紧密关联。因此必须研究工作流管理 在协同产品开发方面的应用。 4 侄产t 铺j f ：发管理应用范围方面，很多研究仍局限于部门或企业范围，跨企 、i k 的合作也t 要是基于供应链的供销关系，较少有跨企业协同设计链的研究。 5 往管理l ：，传统的产品丌发管理系统通常采取集中管理模式，管理单一部 fj 或食、i k 的，“：- 5 6 i 殳计过程，眦h 仅仅管理与企业自身产品的相关信息，缺乏有效地 获取j 1 j “、供应商和协作厂商等相关数据的手段，系统的可扩展性差，难以有效地 集成分佑的产：t u l 丌发过程。 1 5 本文的= 1 三要：作及成果概述 产品相关数据管理和过程管理的研究与应用对提高企业的产品开发能力有重 要意义，而已有研究大多侧重于某一方面，少有二者相结合的研究与应用。基于上 述认识，本文 要针对协同产品开发的特点，研究了分布环境下的协同产品数据管 理和j “6 6j l ：发过程管理。本文提出了分前j 式产品开发管理系统功能需求的层次模 型、实现框架和拓扑结构等，并进行了具体实现，取得了良好的实践效果。本文的 驯究成果成功地应用于商品化产品数据管理系统m 把尸d 埘d 的开发，并成功地应 川h l 淮，e 1 ：集i = j 1 、汀铃汽乍股份有限公司等大中型企业的产品丌发过程管理，为 华中科技大学博士学位论文 提高它们的产品丌发管理水平做出了重要贡献。本文在理论方面的研究成果和实践 力f f 的探索总结如卜| ： 1 研究了分枷式产品丌发过程管理的理论框架，明确了相关研究内容，建立了 产品j f ：发过程管理的任务模型，具体包括： i 1 对比研究了协同产品丌发与传统产品设计的区别与联系，分析了协同产 ， 。铺j i - 发组织的层次模型和网状模型的特点和适用范围。 1 2 明确了产品丌发过程管理的研究内容，指出目标、活动、人员和数据是 产r j 发过程管理的管理要素，并详细分析了这些要素的本质及相互关联。 。 l3 研究了产品开发过程的协调与控制，提出了以任务为核心的协同产品丌 发过种管理，研究了任务与各管理要素的联系。 2 征分伽式产品数据的组织和管理方面： 2 1 提f u 并实现了基于个人工作区、团队工作区、协同产品开发库和企业库 等的数据管理，分别管理了工作状态、预发布状态、发布状态和归档状态的产品 数据，提供了数据组织的结构性和管理效率。 。 2 2 提日 了“构成件”的概念，通过扩展的产品结构模型组织和管理了所有 ，“品数据，简化了数据维护操作，有效地保证了产品数据的一致性。 3 在产品j l ：发过程管理方面： 3 1 指出了产品丌发过程的本质，即基于任务的协调过程、基于项目的调整 过程和基于企业的提高过程。 3 2 利用任务组成四元组研究了任务的本质，并为建立了计算机可识别的任 务管理模型，研究了非精确任务关系向精确任务关系的转化。 33 在仃务管理方面，实现了动态地建立任务时序模型的算法；在任务的分 配方面，利用工作量平均系数和负载平衡系数来衡量任务分配质量，并给出了相 应的任务分配算法；提出并实现了基于规则的任务执行与控制。 3 4 指出文档处理流程的紧密相关性是基于文档的工作流管理与传统工作 流管理的根本区别，并利用工作流模板、工作流规则实现了工作流管理的柔性控 制，然后从工作流任务动态分配和工作流执行时序控制等方面研究了文档工作流 管理的具体实现。 4 在产品丌发过程管理系统的具体实现方面： 4 1 提出了，“- 钻丌发过程管理系统的框架模型、层次模型、拓扑结构，分析 ： 了系统的_ 1 作模式。 4 2 开发了商品化的产品数据管理系统加，e 删d ，该产品是笳，。c 髓舔重 大目标产品，已顺利通过了撕，c f 舔专家组的验收( 见附录a ) ，并获得了武汉 n r 科技进步成果一二等奖( 见附录b ) 。同时，陔产品已成功地应用于江淮汽车集 闭、，i ：铃汽车等多家大中型企业的产品丌发过程管理，并取得了良好的经济效益 和社会效益( i n t e p d m 3 0 的部分用户应用证明见附录c ) 。 本文l ：要创新点如表1 1 所示。 华中科技大学博士学位论文 表1 1 本文主要创新点 j 手呼索1 7创新点简述 12 4 明确了产品丌发过程的管理要素 234 研究并实现了分和环境下异构产品数据的统一访问和权限控制， 并通过丌发虚拟电子数据仓实现了分布式产品数据的统一管理 343 提出了任务四元组，研究了任务的组成、操作、关联与转化、启 动与执行 4 4 4 2 实现了动态建立并调整任务时序模型的算法 5443 给出了任务分配的衡量标准，提出了任务分配算法 65 4 实现了产晶) 1 发文档协同处理流程的统一管理 1 6 全文结构安排和内容概要 伞文结构安排如图1 7 所示。 第蕈： 绪沦 工 第一章：坍同产品 艇过程 h 天理沦 第二章：分布式产 品数据管理 第四章：基于仟务 的产品_ 1 = 发过程 第六章： 工程应用实例 叫撇群一厂士 图1 7 全戛i 再赢构图l 竺兰：竺 本文第一章介绍了设计方法学、产品数据管理、过程管理等相关研究，分析产 品丌发过程管理的重要性及目前存在的问题，明确了本文的研究方向和重点。 第_ 章首先比较了传统产品设计与现代协同产品开发的区别与联系，归纳出协 l 竭产品j 1 ：发组织的层次模式和网状模式，指出了协同产品开发的关键是管理。其次， 钏刈分和式广t m l 。发过程管理巾存在的问题和挑战，本章提出了产品刀：发过程管理 的碑论框架及相关的研究内容，指h 5 产品丌发的目标、活动、人员和数掘是产品开 发过程锊耻的管理要素，并详细研究了各管理要素的本质与相互联系。最后，本章 硎究了，“t ； j l ：发过程的协调与控制，研究了以任务为核心的管理要素组织。 第i 搴提小了分布