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摘要 过程管理作为p d m 系统的功能之一，得到越来越多的关注。国内外对过程 管理的研究主要基于工作流管理，与锅炉相关或相似的过程系统设计工作的管 理研究却开展得很少，尤其是要考虑用户因素的管理。本文在无锡华光锅炉股 份有限公司“通用锅炉热力计算系统”的研发基础上，以锅炉设计过程管理为 主要研究对象，深入开展研究，主要的研究内容如下： 试探性地提出了应用于过程管理这一确定领域的设计方法基于项目的 过程管理设计方法、基于角色的过程管理设计方法和基于约束的过程管理 设计方法。 基于面向对象的分析思维，分析和描述了过程管理设计技术中的体系结构、 对象单元和功能模块划分，并将多种软件技术应用于产品过程管理研究领 域。 基于对象认定的理论研究，本文建立了产品过程管理系统抽象模型，为锅 炉设计过程管理系统研究奠定了更深入和扎实的理论基础。 在对锅炉行业的充分调研和信息总结的基础上，建立了适用于锅炉行业的 设计过程系统模型，并分解为“项目一方案”数据模型、角色权限数据模 型、版本日志数据模型三方面进行分析。 分析了锅炉设计过程管理系统开发的功能及性能需求，提出了系统开发的 总体思想，并建立了“无锡华光锅炉股份有限公司设计过程管理”原 型系统。 本文关于锅炉设计过程的产品数据管理技术、方法和模型研究，将为“锅 炉设计过程管理”迈出试探性的一步，并为其他类似行业的产品过程管理研究 工作提供参考。 关键词：产品数据管理，产品过程管理，锅炉，流程管理，权限管理，版本管 理，日志管理 a b s t r a c t a so n eo ft h ef u n c t i o n so ft h ep r o d u c td a t am a n a g e m e n tf p d m ls y s t e m ， p r o c e s sm a n a g e m e n th a sg a i n e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n c u r r e n t l y , t h er e s e a r c ho f t h ep r o c e s sm a n a g e m e n ti sc o n c e n t r a t e dm a i n l yo nt h ew o r k f l o wm a n a g e m e n t ，w h i l e t h o s ea s s o c i a t i n gw i t ht h eb o i l e rp r o c e s ss y s t e ma n dt h ea l i k ea r ei n s u f f i c i e n t e s p e c i a l l yt h em a n a g e m e n tr e s e a r c hc o n s i d e r i n gt h eu s e rf a c t o r t h et h e s i si sa f u r t h e rr e s e a r c ho nt h eb o i l e rd e s i g np r o c e s sm a n a g e m e n t ，w h i c hi sb a s e do nt h e g e n e r a lb o i l e rt h e r m a ld e s i g ns y s t e mo fw u x ih u a g n a n gb o i l e rc o l t d t h e f o l l o w i n g sa r et h em a i na c h i e v e m e n t s ， a p r o c e s sm a n a g e m e n td e s i g nm e t h o db a s e do nt h ep r o j e c t ，t h er o l ea n dt h e r e s t r i c t i o ni sp u tf o r w a r dt e n t a t i v e l y , w h i c hi sa p p l i e dt ot h ec e r t a i nf i e l do ft h e p r o c e s sm a n a g e m e n t t h ea r c h i t e c t u r e ，t h eo b j e c tu n i t s ，t h ef u n c t i o n a lm o d u l ep a r t i t i o no ft h ep r o c e s s m a n a g e m e n td e s i g nt e c h n o l o g ya r ea n a l y z e da n dd e s c r i b e do nt h eb a s i so ft h e o b j e c t o r i e n t e da n a l y s i sm e t h o d v a r i o u ss o f t w a r et e c h n i q u e sa r ea p p l i e dt ot h e r e s e a r c ho f t h ep r o d u c t p r o c e s sm a n a g e m e n t t h ea b s t r a c tm o d e lo ft h ep r o d u c tm a n a g e m e n ts y s t e mi se s t a b l i s h e do nt h e b a s i so ft h eo b j e c t c o n f i r m e dt h e o r e t i c a lr e s e a r c h t h i sm o d e ls e tad e e pa n ds t e a d y t h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h er e s e a r c hi nt h ea r e ao f t h eb o i l e rd e s i g np r o c e s sm a n a g e m e n t s y s t e m t h ed e s i g np r o c e s ss y s t e mm o d e la p p l i e dt ot h eb o i l e ri n d u s t r yi se s t a b l i s h e d ，w h i c hi s b a s e d0 nt h es u f f i c i e n ti n v e s t i g a t i o na n di n f o r m a t i o ns u m m a r i z a t i o n t h ea n a l y s i sc o n s i s t so f t h r e ep a r t s ，n a m e l y , p r o j e c t - s c h e m ed a t am o d e l ，r o l ea u t h o r i t yd a t am o d e la n dv e r s i o nl o gd a t a m o d e l t h ef u n c t i o nm a dt h ep e r f o r m a n c er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h e b o i l e rd e s i g np r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e ma r ea n a l y z e d t h eg e n e r a li d e af o rt h e s y s t e md e v e l o p m e n ti sp u tf o r w a r d t h ep r o t o t y p es y s t e m w u x ih u a g u a n gb o i l e r c o l t d d e s i g np r o c e s sm a n a g e m e n ts y s t e m ，i se s t a b l i s h e d a sat e n t a t i v es t u d yf o rt h eb o i l e rd e s i g np r o c e s sm a n a g e m e n t ，t h er e s e a r c ho f p r o d u c tm a n a g e m e n tt e c h n o l o g y , m e t h o da n dm o d e l ，i nt h et h e s i s w i l lp r o v i d e r e f e r e n c e sf o rr e s e a r c h e so f p r o d u c tp r o c e s sm a n a g e m e n ti no t h e rs i m i l a ri n d u s t r i e s k e yw o r d s ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p r o d u c tp r o c e s sm a n a g e m e n t ，b o i l e r , f l o w m a n a g e m e n t ，a u t h o r i t ym a n a g e m e n t ，v e r s i o nm a n a g e m e n t ，l o g m a n a g e m e n t 第1 章绪论 产品过程管理起源于产品数据管理技术，是产品数据管理的重要功能之一。 因此，本章将首先介绍过程管理的母体产品数据管理技术的概念和发展现 状，了解其发展趋势。其次，讨论本文过程管理系统开发的实例背景锅炉的 发展与现状，并重点讨论产品数据管理技术在我国锅炉行业的应用情况，为本文 的选题奠定基础。最后，将给出本论文的选题目标、选题意义和主要的研究内容。 1 1p d m 技术的概念及发展 1 1 i p d m 技术的概念 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，简称p d m ) ，最早出现于2 0 世纪8 0 年代，最初是为了解决大量工程图纸、设计数据、技术文档、工艺规程、n c 程序 以及c a d 文件的计算机管理问题。随着p d m 技术的发展和应用，p d m 的定义和内涵 逐步清晰，但目前还没有统一的定义。其中，专门从事p d m 和计算机集成技术研 究与咨询的c i m d a t a 国际咨询公司给出的定义是： “p d m 是管理所有与产品相关 的信息( 包括零部件信息、结构配置、文件、c a d 图档、审批信息等) 和所有与产 品相关的过程( 包括过程的定义和管理以及信息的审批和发放等) 的技术”uj ；而 世界最大的信息技术研究与咨询公司g a r t n e rg r o u p 公司给出的定义 为：“p d m 是为企业设计和生产构筑一个并行产品开发环境的关键使能技术。一 个成熟的p d m 系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个信息生 命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据”睇j 。 总的来说，p d m 是一种数据管理和信息集成技术，它在企业中主要是组织、 存取、操作所有的产品数据，将产品全生命周期中的产品基本信息、开发人员信 息、开发过程等都管理起来，它能有效地将产品从方案设计、理论设计、结构设 计、工艺流程设计、生产计划制定、产品销售、维护直至产品淘汰的整个生命周 期内各阶段的相关数据进行定义、组织和管理，保证产品数据的一致性、完整性 和安全性，使管理人员、设计人员、审核人员、采购人员和营销人员都能方便地 使用有关数据。它是企业重构和发展的一项必不可少的重大基础结构技术。企业 的各项先进管理计划的实施，如企业经营过程的重构、并行工程、i s o 虱际质量 体系认证等也都离不开p d m 。 i i 2 p d m 技术的发展及现状 产品数据管理技术的早期出现，是为了解决大量工程图纸、技术文档的计算 第1 章绪论 机管理问题，具体涉及产品开发中的下列三个领域：设计图纸和电子文档的管理、 物料清单( b i i io fm a t e r i a l ，b o m ) 的管理、工程文档的集成及工程变更请求 指令的跟踪与管理。它主要用来解决制造业在普及计算机辅助设计单元技术后存 在的“信息孤岛”问题，实现企业的信息集成。 p d m 作为一门新技术，继承和发展了计算机集成制造系统( c o m p u t e r i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i m s ) 等技术的核心思想，在软件工程思 想的指导下，用整体优化观念对产品整个业务过程进行管理。其核心思想是通过 数据共享、人员协调、过程优化等手段，解决企业生产中的瓶颈问题，缩短产品 研制周期，实现全面质量管理。 随着网络技术、分布式数据库技术的发展，以及客户机服务器与面向对象 技术的应用，最近几年p d m 技术产生了突飞猛进的发展，出现了许多专业化的p d m 产品，如：s d r c 公司的m e t a p h a s e ，e d s 公司的i m a n ，s m a r ts o l u t i o n 公司的s m a r t e a m ，p t c 公司的w i n d c h i l l 和m a t r i x o n e 公司的e - m a t r i x 等。 在全球信息化进程的推波助澜下，p d m 系统逐渐为国内所重视，国内许多软 件厂商也看到t p d m 市场的巨大潜力，纷纷开发出自己的p d m 产品。推出的p d m 软 件主要有：武汉华中软件公司郇 i n t e p d m 、东大阿尔派的u n i v e r s a lp d m 、清华同 方软件公司的同方p d m 和开目公司的开目p d m 等p 1 。同时，国内许多企业也纷纷实 施了p d m 系统。 p d m 从概念的提出到现在已经历二三十年的历史，在p d m 的几大功能中，数据、 文档管理和产品结构与配置管理经过p d m 软件商几年的研究和推广，业已成熟。 但是计划项目管理、过程和工作流管理在以前的p d m 系统中考虑得较少，大多数 p d m 系统的过程管理功能较弱，甚至没有。少数的p d m 系统虽然实现了过程管理功 能，但是离期望值还有一定的距离。 当前，p d m 系统的典型应用领域包括： 1 ) 大型复杂产品研制企业 如飞机、导弹、卫星、电信产品、汽车、机车车辆、造船、大型专用或通用 设各、雷达设备、导航设备等设计制造企业。这些企业的特点是分布在不同的地 域、每个产品都有几万甚至上百万个零部件。采用p d m 管理技术，可以大大地提 高协同研发和管理水平，减少各种各样的差错，开展并行工程，实现所有相关人 员的数据和信息共享，降低成本，并能缩短产品开发周期，创造巨大的经济效益。 2 ) 软件开发公司 软件开发属于比较典型的协同式产品研发工作，最适合采用p d m 系统进行研 发文档管理、项目管理、工作流管理、权限管理、版本管理、审批发放管理和数 据共享、程序共享、重用和联合调试等等，w i n d c h i l l 和e m a t r i x 产品都是在各自 2 浙江大学硕士学位论文产品过程管理技术的研究与实践 的p d m c p c 环境下进行各自软件系统的升级和开发。 3 ) 各类专业设计院所 我国各类专业设计院所的主要任务是大量出图，包括工程图纸、计算数据和 技术说明书等。当前，专业设计院对p d m 系统的需求集中在两个方面，一是图档 管理，二是项目管理。在图档管理方面，由于甩掉了图板，设计院采用了c a d 技 术产生了大量的电子文档。虽然设计院每次设计的图纸不尽相同，甚至会有很大 的变化，但是基本的设计都是一样的，只有提高设计的重用率才是最经济的。而 且在设计和施工中，审批、更改的工作会经常发生。当工程完成后，必须将正确 的图纸和技术说明等资料存档。为有效地管理和控制动态的数据，提高设计的重 用率，缩短设计周期，保证质量和降低成本，已经有不少设计院开始考虑采用面 向产品的p d m 图档管理系统。 4 ) 设计制造系列产品的企业 对用户需要定制化的产品如锅炉生产企业，为了适应市场日新月异的变化， 企业要不断地推陈出新，开发出高质量的新产品，领导市场潮流。因此，充分利 用原有产品数据，减少新开发的工作量，形成系列化产品，就成为采用p d m 系统 的主要目标之一。 5 ) 跨地区、跨国界的研发生产企业 跨地区、跨国的异地设计和制造企业，为实现跨地区或跨国生产及管理 更需要p d m 系统的支持。 综上所述，关于产品静态信息的研究和成果相对比较成熟，应用于各行各业 的图档管理系统都属此列。这些图档管理系统大多能够完成c a d c a m c a e 过程中 产生的图纸、文档，为大量的电子化数据协同管理问题提供了解决方案。这些系 统属于p d m 系统的基础，但还远没有发挥出p d i 系统的强大功能，主要原因在于产 品设计、开发、制造过程的动态变化、不确定性，即使是同一产品的设计生产过 程，也会因工艺改变、加工设施更新、相关设计人员凋整等原因发生变化，对产 品的过程管理提出考验。 1 2 锅炉行业中p d m 技术的应用 1 2 1 我国锅炉行业的发展与现状 将其他热能转变成工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。 锅炉是国民经济中供应蒸汽和热水、实现能量形式和载体变换的重要设备，主 要应用于电力工业，广泛应用于机械、化工、冶金、纺织和食品等工业和民用 采暖领域。锅炉按其用途可分为电站锅炉、工业锅炉、民用锅炉、船用锅炉等； 按照工作压力的高低可以划分为低压、次中压、中压、高压、超高压、亚临界、 浙江大学硕士学位论文产品过程管理技术的研究与实践 的p d f f c p c 环境下进行各自软件系统的升级和开发。 3 ) 各类专业设计院所 我国各类专业设计院所的主要任务是大量出图，包括工程图纸、汁算数据和 技术说明书等。当前，专业设计院对p d m 系统的需求集中在两个方面，一是图档 管理，二是项e l 管理。在图档管理方面，由于甩掉了图板，设计院采用了c a d 技 术产生r 大量的电子文档。虽然设计院每次设计的图纸不尽相同，甚至会有很大 的变化，但是摹本的设计都是一样的，只有提高设计的重用率才是最经济的。而 且在设计和旅工中，审批、更改的工作会经常发生。当工程完成后，必须将正确 的图纸和技术说明等资料存档。为有效地管理和控制动态的数据，提高设计的重 用率，缩短设计周期，保证质量和降低成本，已经有不少设计院开始考虑采用面 向产品的p d m 图档管理系统。 1 ) 设计制造系列产品的企业 对用户需要定制化的产品如锅炉生产企业，为了适应市场日新月异的变化， 企业要不断地推陈出新，开发出高质量的新产品，领导市场潮流。因此，充分利 用原有产品数据，减少新升发的工作量，彤成系列化产品，就成为采用p d m 系统 的主要目标之一。 5 ) 跨地区、跨国界的研发生产企业 跨地区、跨国的异地设计和制造企业，为实现跨地区或跨国生产及管理， 更需要p d m 系统的支持。 综p 所述，关于产品静态信息的研究和成果楣列比较成熟，应用于各行各业 的图档管理系统都属此列。这些图档管理系统大多能够完成c a d c a m c a e 过程中 产生的图纸、文档，为大量的电子化数据协同管理问题提供了解决方案。这些系 统属于p d m 系统的基础。但还远没有旋挥出p d m 系统的强大功能，主要原因在于产 品设计、开发、制造过程韵动态变化、不确定性，即使是同一产品的设讨生产过 程，岜会因工艺改变、加工设施更新、相关设计人员凋整等原因发生变化，对产 品的过程管理提出考验。 1 2 锅炉行业中p d m 技术的应用 1 2 1 我国锅炉行业的发展与现状 将其他热能转变成工质热能，生产规定参数和品质的工质的设备称为锅炉。 锅炉是国民经济中供应蒸汽和热水、实现能量形式和载体变换的重要设备，主 要应用于电力工业，广泛应用于机械、化工、冶金、纺织和食品等工业和民用 采暖领域。锅炉按其用途可分为电站锅炉、工业锅炉、民用锅炉、船崩锅炉等： 按照工作压力的高低可以划分为低压、次中压、中压、高压、超高压、亚临界、 按照工作压力的高低可以捌分为低压、次中压、中压、高压、超高压、亚临界、 第1 章绪论 超临界锅炉；按照燃烧方式可分为室燃、层燃、流化床锅炉等。此外，还存在 按照锅炉容量、燃料、结构特征、汽水流动情况、有无再热系统和用途等的分 类方法 4 】。利用其他装置排出的高温废气的热能来产生蒸汽或热水的设备也属 于锅炉的范畴，称为余热锅炉。 解放前，我国只能制造结构简单的小型工业锅炉。在我国第一个五年计划 期间，建立了上海锅炉厂、哈尔滨锅炉厂，开始生产中、高参数的中、大型电 站锅炉”。目前，我国已经能够自行设计和制造容量2 0 0 0 t h 、发电量达6 0 0 m w 的超i 临界巨型电站锅炉。在工业锅炉方面，我国现有工业锅炉制造厂家2 0 0 余 家，能生产适应我国燃料特点、多种结构形式、效率较高的工业锅炉引。 在我国目前的电力结构中，火电设备容量占总装机量的7 5 以上。由于 核能发电的安全成本昂贵；水力发电虽然具有无燃料消耗、成本低、可结合防 洪灌溉的优点，但其资源有限、建设周期长、且关系到流域生态环境；而太阳 能、风能、地热能、海洋能、生物质能等可再生能源发电存在投资大、成本高、 供电不稳定等问题；因此，我国电力总体构成结构在相当长的时间内还将基本 保持不变。随着我国现代化建设的需要，电力需求仍以每年7 一8 的速度 不断增长。到2 0 1 0 年，我国规划总装机容量将达到5 4 0 g w ，其中火电约占 4 0 0 g w ”。可见，锅炉行业在今后相当长的时间内仍将在国民经济中占据重要地 位。 1 2 2 我国锅炉行业中p d m 技术的应用 锅炉设计周期长、工作量大、经验性强，是一项大型工程。而锅炉的安全 性和可靠性要求相对苛刻，制造成本比较昂贵，这对锅炉的设计提出了很高的 要求。为提高设计效率并保证设计质量，美国、俄罗斯、法国、德国和日本等 发达国家相继采用c a d 技术进行锅炉的设计制造工作陋j 。2 0 世纪7 0 年代以来， 我国的锅炉厂家也陆续自行研制或委托科研机构开发了一些锅炉c a d 软件用以 辅助锅炉的产品设计工作【9 j 。其中，华东交通大学与江西锅炉厂合作，以a u t o c a d 为平台，自行开发了部件参数化设计和绘图系统，编写了热力计算软件，还基 于d b a s e i i i 开发了数据库管理系统；武汉锅炉厂采用我国自主版权的“开目c a d ” 进行二维绘图，研发了热力计算程序、基于三维线框模型的钢架有限元分析程 序等 i 。在这三十多年来，p d m 等计算机技术主要应用于锅炉设计工作的以下 方面： 1 ) 工程绘图 采用二维绘图软件进行工程图纸的绘制，以提高绘图自动化水平，改善图 档的管理和重用功能。自2 0 世纪9 0 年代初我国政府提倡“c a d 应用工程领导 小组”实施“甩图板工程”以来，绝大多数锅炉设计厂家都已采用计算机辅助 4 浙江大学硕士学位论文产品过程管理技术的研究与实践 绘图。图档管理是p d i d 技术实施的一个重要方面，也可以说是目前在锅炉行业 中的最主要应用。 2 ) 常规计算 采用专门开发的工程计算软件辅助设计人员完成锅炉设计中的几何尺寸计 算、热力计算、水循环计算、汽水阻力计算、烟风阻力计算、强度计算等工程 计算。其中，热力计算是整个锅炉方案设计的基础，计算量大，周期长，直接 影响到设计效率。因此，针对热力计算的研发工作竞争也最为激烈。由于p d m 技术主要是管理数据，包括存取、增加、删除等，对于常规计算中的计算方法 则管理甚少。 3 ) 工程分析 采用工程分析软件，通过数值方法( 尤以有限元分析方法最为普遍) 来分 析模拟锅炉设计中的一些特殊工程问题，主要包括：钢架结构、汽包等重要强 度部件的有限元结构优化设计，承受高温的部件及管道的热应力分析，炉膛内 流动、燃烧、传热过程的三维数值模拟计算等。p d m 技术是管理型技术，而非 分析型技术，所以在工程分析方面也只是负责管理分析数据的值，而非具体的 分析方法。 4 ) 设计管理 采用以数据库为核心的设计管理系统对锅炉设计过程中的产品数据、人员 角色、工程图纸、技术文档等内容进行管理，从而优化设计过程的管理，提高 设计的效率，实现信息共享并能有效地维护信息安全。此外，设计管理系统还 常与企业中的其他管理系统，如e r p 、m r p - i i 、r i s 等系统进一步集成。由于设 计管理本身的特点，在整个锅炉行业中，p d m 技术在这方面的应用是最具挑战 性的。 1 9 9 7 年至1 9 9 8 年期间，浙江大学化工机械研究所对我国锅炉设计制造厂 家的计算机辅助设计技术应用情况进行了一次广泛的调研，发现企业在应用该 技术中普遍存在的一些问题i lo ：( 1 ) 工程绘图方面多采用通用的二维绘图软件， 而缺乏针对锅炉行业特点的专用二次开发，绘图效率有待进一步提高，另外， p d m 技术主要的只是管理图档的静态信息，对于动态的浏览、借阅、审批过程 的管理还未普遍应用；( 2 ) 虽然部分厂家拥有常规工程计算方面的软件，但仍 不尽完整，并且软件适用范围较窄、易用性不好、可靠性不高，而且工程计算 过程及结果的管理也很少使用p d m 技术；( 3 ) 工程分析方面的应用水平普遍较 低，许多厂家对钢架、汽包等重要耗材部件仍主要采用基于经验的设计方法， 而没有通过一个可靠的管理系统回访、参考及调用；( 4 ) 产品三维造型方面也 都是采用通用的三维造型软件，而缺乏专用的二次开发，同时，p d m 技术在虚 拟制造方面的功用还没有真正开发；( 5 ) 厂家采用的各种锅炉c a d 系统之间缺 第1 章绪论 乏集成性，信息共享程度较低，各项数据也缺乏实时、安全、系统的管理。针 对上述这些问题，浙江大学化工机械研究所在锅炉c a d 技术研发及管理方面开 展了大量工作。经过这几年的发展，这些问题有一定的改善，但仍普遍存在于 锅炉行业中，其中在设计管理、过程管理方面尤为突出。 1 。3 学位论文的研究目标、内容和意义 1 3 1 研究目标 产品过程管理起源于产品数据管理技术，是产品数据管理的重要功能之一。 通过以上两节的分析描述，我们已非常熟谙p d m 技术与我国锅炉行业的发 展现状，并了解了p d m 技术在锅炉行业的应用。虽然p d m 技术已在锅炉企业中 广泛试用，并取得了不少成效，但产品过程管理p d m 技术中所有与产品相 关的过程管理却没有得到足够的重视和应用。 据此，本文的研究目标定位在依据p d m 技术这一成熟理念，针对锅炉企业 的产品设计特点，在保持p d m 系统原有逻辑功能的前提下，提出了一种基于过 程的p d m 系统模型，即本文后续各章中简称的产品过程管理系统模型，而项目 一方案、角色权限、版本日志三层子数据模型则用来支撑该系统的实现。系统 在数据库软件技术平台的基础上，做到了计算机资源信息的共享、一致与完整， 为企业提供了一个并行化和集成化产品设计的服务平台。 最后，不仅通过原型系统从原理上对本系统进行验证，还希望通过开发的 软件系统从实际应用的角度验证产品过程管理设计的正确性。 1 3 2 主要内容 针对上述研究目标的具体确定，本文的研究内容将主要包括以下一些方面： 研究基于项目、角色、约束的过程管理技术方法； 研究对象认定的理论概念和基本特性，并给出过程管理设计技术中的 体系结构、对象单元、功能模块划分和描述； 研究锅炉的过程系统抽象模型，对锅炉方案设计过程进行分解，并深 入研究设计者在各项设计子活动中的行为； 研究锅炉过程系统中与其息息相关的权限管理模型和版本管理模型； 分析锅炉过程管理系统开发的功能需求，提出系统开发的总体思想， 并建立原型系统。 全文内容的组织安排如图1 1 所示，整体构架上可分为一般理论和具体应 6 浙江大学硕士学位论文产品过程管理技术的研究与实践 用两个研究层次 图1 1 论文内容的组织安排 理论研究层包括第2 章产品过程管理相关技术研究和第3 章过程管理 抽象模型，该层研究内容属于产品过程管理的理论基础。p d m 技术和面向对象 技术是与产品过程管理关系最为密切的两大软件技术，尤其是p d m 技术，作为 产品过程管理的母体，更有论述的必要。因此，本文在第2 章中简要论述了这 两项相关技术。针对产品过程管理技术的特点，本文又于第3 章重点讨论了过 程管理设计的主要方法和抽象模型。 应用研究层包括第4 章锅炉设计过程管理子系统模型建立和第5 章锅 炉设计过程管理子系统的开发，该层研究内容是将上述理论研究层的研究成果 应用于具体的生产设计，本文以锅炉设计过程管理为实例，开展更深入的应用 研究。本文首先将在第4 章中将第3 章关于过程管理的设计方法和抽象模型引 入锅炉过程管理这一具体的研究领域，研究锅炉过程管理中最主要的“项目一 方案”数据模型、角色权限数据模型和版本日志数据模型，并给予系统模型的 集成。最后，论文将在第5 章中分析锅炉过程管理系统的功能及性能需求，设 计出该系统的数据库，并以此为基础建立锅炉过程管理的原型系统。 在研究层次上，理论研究将为应用研究奠定基石，而在各研究层次内部， 前面章节论述的内容将构成后面章节内容研究的基础。本文的研究循序渐进、 步步深入，旨在探讨切合实际的研究路线和方式。 总之，本文选择以“产品过程管理技术的研究与实践”为题，力求在产品 数据管理的过程管理领域中从理论和实践两个层面创造成果。 7 第1 章绪论 1 3 3 研究意义 通过产品过程管理技术、方法和模型研究，将为探讨和实现锅炉行业产品 过程管理提供理论基础和实践依据，推而广之，也为制造业更有效地利用现代 制造技术和计算机技术实现设计、生产、营销及维护的统一管理奠定基础。同 时，项目的实施也将有利于锅炉等制造型行业在信息时代摆脱传统的设计制造 模式，开辟适应社会发展、时代发展、产业发展的新方法，并为技术突破指明 前景。从这些方面看，该研究课题具有理论与实践意义。 1 4 小结 历经二十年的发展，p d m 技术已经相对成熟，其中，管理与产品相关的信 息已普遍应用于很多行业，但管理与产品相关的过程即产品过程管理 却并未成熟。随着现代化建设对企业信息化的需求，产品过程管理被更多地关 注，其发展和普及将会推动现有技术水平的大幅度提高。 锅炉是国民经济中能量转换的重要设备。目前，p d m 等计算机技术已经普 遍渗透到锅炉的设计制造过程中，但仍存在许多问题，尤其是设计管理、过程 管理等动态信息管理方面的研究还十分有限。本文以“产品过程管理技术的研 究与实践”为题，将首次深入开展锅炉设计过程管理的研究。内容的整体构架 上分为理论和应用两个研究层次：在理论研究层，将首先分析过程管理研究的 技术基础p d m 技术和面向对象技术，进而提出过程管理设计的主要方法和 抽象模型；在应用研究层，将把理论研究层的研究成果应用于锅炉的具体生产 设计管理中，首先将深入研究锅炉设计过程管理系统的数据模型，进而分析锅 炉设计过程管理系统的总体需求，最终将提出锅炉设计过程管理系统的开发思 想并建立原型系统。本文的研究工作将为“锅炉设计过程管理”迈出试探性的 一步。 第2 章产品过程管理相关技术研究 产品过程管理技术依托于其他计算机技术的存在，其中关系最为密切的是 产品数据管理技术和面向对象技术。本章将先从产品数据管理技术入手，重点 介绍其主要功能，并讨论p d m 技术在过程管理系统开发中的作用。其次，将分 析面向对象技术，简单介绍其基本概念和主要特性，强调面向对象技术的优越 性。本章写作的目的在于理清过程管理系统开发中将使用的这些相关技术和方 法。 2 1 p d m 技术 2 1 1 产品过程管理与p d m 技术的关系 p d m 是管理所有与产品相关的信息( 包括零部件信息、结构配置、文件、c a d 图档、审批信息等) 和所有与产品相关的过程( 包括过程的定义和管理以及信息的 审批和发放等) 的技术1 1 1 1 12 1 。 产品过程管理就是p d m 中的第二大功能管理与产品相关的过程。 可见，产品过程管理从属于p d m 技术，它不是独立存在的。自p d m 技术最初成 型，产品过程管理的概念就已经产生，只是几一t 年来p d m 技术的发展一直以产品 相关信息为主，管理的几乎都是静态的文件、图档、结构、配置等，而很少真正 管理产品生命周期中随着产品设计开发的过程而时刻变化的动态信息。 2 1 2p d m 技术的主要功能 从上述定义可知，p d m 除了管理与企业生产有关的所有产品信息以外，还管 理所有与产品相关的资源和过程。一般而言，与产品相关的信息包括项目计划、 产品结构、装配关系、技术规范、工程图纸等等，与产品相关的资源则是人员、 材料、资金等，与产品相关的过程包括工艺流程、设计流程、销售流程等时间或 空间上有明确规定步骤的处理程序。p d m 技术可以将三者集成到一个系统里进行 管理，使企业的并行工程能够真正发挥效益。p d i d 的基本功能包括： 1 ) 电子仓库和文档管理 这一功能是p d m 的核心，也是p d m 最基本的功能，仓库提供生成、存储、查询、 恢复、编辑、控制存取等能力，它由元数据以及指向描述产品不同方面的物理数 据和文件的指针组成，它y 9 p d m 控制环境和外部( 用户和应用系统) 之间的数据传 递提供一种安全的手段。一个完全分布式的电子仓库和文档管理功能，允许用户 9 第2 章产品过程管理相关技术研究 迅速准确地访问企业的产品信息并对其进行管理，而不用考虑数据存放的物理地 址。 2 ) 产品构造和配置管理 它可以通过一个或者多个公司制造的产品结构项实现对产品的生产、编辑和 导航一对一的关系以及基于关系的对象。它以电子仓库为底层支持，以系列化产 品的相关数据作为其管理对象，以材料清单( b o m ) 为其组织核心。把定义最终产 品的所有工程数据和文档资料联系起来，实现产品数据的组织和管理，并在一定 目标或规则约束下向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。 3 ) 图纸和文档浏览批注 对各种图纸和文档按零件族分类管理，提供多种查询手段和红线批注、查看 和圈阅，它为计算机的审批检查过程提供支持。利用此部分功能用户可以查看电 子仓库中存储的数据内容( 特别是图像或图形数据) ，如需要时，用户还可利用图 形覆盖技术对文件进行圈点和注释。 4 ) 设计检索和零件库 p d m 的设计检索和零件库是为最大程度地重新利用已有设计资料来创建新的 产品提供支持。这样不但可以充分发挥和利用设计人员已有的经验和智力财富， 有借鉴地设计新的产品；而且可以节省翻阅书籍、规范等纸质信息库所耗的大量 时间，减少重复开发，提高设计新产品的效率。 5 ) 工作流程管理 这一功能是用来定义和控制人l i l l 建和修改数据的方法，可以对工作流的任 何形式进行过程控制或在过程开始后的任务控制。它主要管理某个用户或某类用 户对数据进行的具体操作、用户与用户之间的数据传递过程，以及在一个项目的 生命周期内如何跟踪所有事务和数据的活动。工作流程的管理实时地组织、管理 和记录了产品开发整个过程中的每个细节，保证了产品开发的过程按照事先预设 的流程进行，并支持企业产品开发过程的重组以获得最大的经济效益。 6 ) 项目管理 目前，多数p d m 系统只能提供有限的项目管理功能，一般是静态信息的管理， 如项目基础信息、用户的角色指派等，并具有工作流活动状态信息和用于传送最 新任务的自动触发功能。但项目管理的意义远不止这些，项目的动态查询、项目 的模拟重建等都需继续开发。 7 ) 多维的权限管理 不同的用户在相同或不同的时间、项目、工作组中有不同的权限，同一用户 在不同的时间、项目、工作组中甚至也会承担不同的角色。管理好各级权限，有 1 0 浙江大学硕士学位论文产品过程管理技术的研究与实践 助于保障设计的正确性，也有助于维护系统的安全性。 另外，作为一个企业级的p d m 系统，尤其是中、大型企业，只具备这七项基 本功能往往是不够的，开发过程中一般还兼顾以下一些扩展功能： 电子协作 电子协作主要实现人与p d m 数据之间高速、实时地交互功能， 包括设计审查时的在线操作、电子会议等。较为理想的电子协作技术能够无缝地 与p d m 系统一起工作，允许交互访问p d m 对象，采用c o r b a 或o l e 消息的发布和签署 机制把p d m 对象紧密结合起来。 工具和“集成件”它提供了在p d m 环境下，不同应用系统之间共享信 息和对其产生的数据进行统一管理的能力。 通信和通告p d m 系统的通信服务提供了在不同应用系统之间发送和接 收数据的能力。这些系统包括p d m 系统及应用该p d m 系统的外部系统。 数据传输和数据翻译数据传输功能可使存取产品信息的p d m 最终用户 不必知道信息存储的物理位置或建立这些数据的用途。数据翻译功能可使由不同 的应用程序所产生的各种不同的信息都能按照不同的应用而转换。数据翻译功能 在一种应用工具和另一种应用工具之间的数据传输起到非常重要的作用。 2 1 3p d m 技术在过程管理系统开发中的作用 过程管理( p r o c e s sm a n a g e m e n t ) 是p d m 系统的主要功能之一，过程执行 的每一步都是对数字化模型的信息扩充，产品的开发过程就是产品信息逐步完 善直至成型的过程【13 1 。p d m 过程管理以任务作为管理对象，产品开发的每个阶 段又作为该项目的子项目( 有些资料也把子项目叫做任务) ，层层划分。在p d m 中这些任务直接发送给过程管理模块，作为过程管理模块的信息输入。产品开 发项目随着任务的分解而展开，产品数据随着任务的完成而不断完善，最后随 着各项任务的完成，一个产品开发过程也就结束。 2 2 面向对象技术 2 2 1 产品过程管理与面向对象技术的关系 产品过程管理主要是管理基于静态信息的动态数据，这些数据变化更新频 繁，且重复开发的内容较多。而拥有封装性、继承性和多态性的面向对象技术 正是解决这些问题的最好选择【i 4 j 【”j 。 可见，在产品过程管理技术研究中，采用面向对象的思维方式，能解决一 些传统思想无法解决的问题。所以，集合面向对象技术能加强产品过程管理系 统中复杂、多变、灵活的数据处理能力，提高过程管理系统的稳定性、可靠性 第2 章产品过程管理相关技术研究 和可管理性。 2 2 2 面向对象技术的概念和特性 关于面向对象基本概念和特性的专著已经有很多，本节以下仅简述其基本 概念和主要特性，并不展开详细讨论，以助于对后文技术概念的准确理解。 面向对象技术( o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y ，简称o o t ) 的基本概念有对 象、对象标识、类、消息等，现分述如下： ( 1 ) 对象 对象是构成软件系统的基本单位，是在软件系统中用于描述现实世界中f 相 对于软件系统内部) 事物的一个实体，是类的实例。对象的基本结构由属性空间 和方法空间构成。属性是用于描述事物的结构、关系、状态等对象特征信息的 数据项，方法是描述对象功能、行为、过程等内容的操作序列。对象可以接受 外来消息，并通过对消息做出相应反应丽对外界提供服务。 ( 2 ) 对象标识 标识是可用于识别对象存在的特征信息。对象标识分为内部标识和外部标 识，内部标识是系统内部用于辨别对象类型和存放位置的、唯一的、与对象状 态无关的、与对象同生同灭的记录；外部标识则是系统开发者用来定义、引用、 理解、操纵系统内部对象的种显式途径，是一种可书写的方式。常用的外部 标识如：对象名、指向对象的指针、对象的引用等。对象的内部标识是唯一的， 而其外部标识则根据应用的需要可以是多重和多样的。 ( 3 ) 类【1 7 】 类是面向对象系统中最重要的概念，它是对一组具有相同属性和方法的对 象的抽象描述，它是一个模板，能够生成具有其类型的对象。类在软件系统中 表达了一个概念，这一概念可能描述的是一种具体有形的事物，如：电脑、图 纸等，也可能描述的是种抽象无形的事物，如：一种关系或一个链表等。 面向对象程序设计中的所有操作都归结为对类的操作。在面向对象程序设 计中正因为引入了类的概念，使得它与传统的结构化程序设计明显地区分开来。 ( 4 ) 消息1 1 8 】 消息是从一个对象( 发送者) 向另一个或几个其它对象( 接受者) 发送的信号。 在广义上，个对象( 发送者) 调用另一个对象( 接受者) 操作的请求也看作是“消 息”。对象间的联系，只能通过传送消息来进行。对象也只有在接到消息时，才 被激活，被激活后的对象代码将知道如何去操作，去完成所发送的消息要求的 功能。采用基于信号的消息传递机制的可以更好地利用对象的分立功能，从而 1 2 浙江大学硕士学位论文产品过程管理技术的研究与实践 实现复杂过程逻辑的离散组织。 消息具有三个性质：( 1 ) 同一对象可接受不同形式的多个消息，产生不同 的响应；( 2 ) 相同形式的消息可以送给不同对象，所做出的响应也是截然不同 的；( 3 ) 消息的发送可以不考虑具体的接受者，对象可以响应消息，也可以对 消息不予理睬，因为对消息的响应并不是必须的。 面向对象技术的三大特性是封装性、继承性和多态性0 9 2 0 ，分别简述如下： i ) 封装性( e n c a p s u l a t i o n ) 封装是由于引入了对象和类的概念而带来的信息隐藏技术。它具有三层含 义：第一层是将对象中不同类型的数据捆绑在一起，作为一个整体被引用和处 理；第二层是把对象中的属性和处理数据的行为打包在一起，形成一个可整体 引用的单位，作为对现实事物集中、完整的描述；第三层是尽可能地隐蔽对象