（管理科学与工程专业论文）基于uml的电动汽车协同开发的过程建模研究.pdf

摘要 中国汽车工业经过5 0 年漫长而曲折的发展，在“十五”期间迎来爆发期， 2 0 0 4 年汽车产量已经超过5 0 0 万辆，成为世界第三大汽车生产国，预计2 0 2 0 年前将成为世界上最大的汽车制造国，2 0 2 0 年汽车保有量将会调节在1 5 亿辆 以内。在蓬勃发展的同时，中国汽车工业面临的问题也同样严峻，除了世界各 国共有问题能源危机和环境污染以外，缺乏自主创新以及汽车产品开发能 力不高是中国汽车发展的瓶颈。电动汽车以其良好的环保和节能性能已经成为 各国汽车开发的重点，相比传统内燃机，我国电动汽车技术与国外先进水平的 差距相对较小，这为我国汽车工业发展带来契机。 论文以汽车协同开发为背景，结合东风混合动力轿车项目，运用基于u m l 的面向对象方法，利用r a t i o n a lr o s e 建模工具，对东风混合动力轿车协同开发 过程建模，建立其过程管理系统，为建立柔性的汽车产品开发系统打下基础。 论文首先综述了产品开发过程建模的方法，分析了各个方法的优缺点，阐 述了选取基于u m l 的面向对象方法的原因；另对汽车产品开发管理的各种理 论进行了详细的综述，引出今天产品开发已经进入协同时代。 其次，在产品开发过程的相关理论基础上，分析了协同产品开发的定义和 特点，由此，对汽车产品协同开发流程和特点进行了重点分析，提出了在协同 开发环境下，汽车产品开发呈现新的发展趋势一“模块化”产品开发模式。 汽车产品开发过程是一个非常复杂的系统，需求分析是建模得以顺利进行 的基础，是把握系统的关键。论文结合东风混合动力轿车项目，重点对其四个 开发阶段所涉及的开发活动、开发人员以及开发数据进行了详细的分析。 随后，运用u m l 的图形语言，利用r o s e 提供建模工具，开始对东风混合 动力轿车协同开发过程进行可视化建模，通过u m l 提供的5 种基本视图，分 析其开发过程所涉及的参与者、用例、类、对象以及它们之间的相互关系等， 提出了系统的基本模型，并给出了模型实现的设计分析，为进一步的建立产品 开发过程管理系统奠定基础。 关键词：电动汽车，过程建模，协同产品开发，统一建模语言 a b s t r a c t i nt h ep a s t5 0y e a r s ，c h i n aa u t o m o b i l ei n d u s t r yh a sf o l l o w e dal o n ga n d t o r t u o u sc o u r s ei ni t sd e v e l o p m e n tp r o c e s s a n di td e v e l o p e df a s t i nt h et e r mo f t e n t hf i v e y e a rp l a n i n2 0 0 4 ，t h ea u t oo u t p u th a se x c e e d e d5m i l l i o n ，a n dc h i n a b e _ 7 a m et h et h i r dl a r g e s tv e h i c l em a n u f a c t u r e ri n t h ew o r d i n2 0 2 0 ，c h i n aw i l l b e c o m et h ef i r s tl a r g e s tv e h i c l em a n u f a c t u r e r , a n dt h et o t a lm o u n to fc a r sw i l ln o t e x c e e d1 5m i l l i o n w h e nt h ea u t o m o b i l ei n d u s t r yi nc h i u ai sd e v e l o p i n g e n e r g e t i c a l l y , t h ep r o b l e m sc o n f r o n t e dt h ea u t o m o b i l ei n d u s t r yi nc h i n aa r ev e r y s e r i o u s ，e x c e p tt h ep r o b l e m sc o n f r o n t e da l lc o u n t r i e si nt h ew o r l d - - e n e r g yp r o b l e m a n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n , l a c k i n gi n d e p e n d e n ti n n o v a t i o na n dl o wa b i l i t yo fa u t o p r o d u c td e v e l o p m e n t h a v eb e c o m eb o t t l e n e c k so ft h ea u t o m o b i l e i n d u s t r y d e v e l o p m e n ti nc h i n a b & - a a s eo ft h ec o n s e r v a t i o na n de n e r g y s a v i n ge l e c t r i c p e r f o r m a n c e ，e l e c t r i ca u t o m o b i l eh a v eb e e a ) m et h ee m p h a s e so fa u t o m o b i l ep r o d u c t d e v e l o p m e n ti nw o r l dc o u n t r i e s ，c o m p a r ew i t ht r a d i t i o n a li n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e , t h eg a pb e t w e e no u rc o u n t r y s e l e c t r i c a la u t o m o b i l et e c h n o l o g i e sa n d a d v a n c e dw o r l dt e c h n i c a ll e v e l si sv e r ys m a l l ，t h i sb r i n g sac h a n c eo fo u rc o u n t r y s a u t o m o b i l ei n d u s 竹d e v e l o p m e n t b a s e do na u t oc o l l a b o r a t i v ed e v e l o p m e n ta n dp r o g r a mo fd o n g f e n gh e y , t h i s t h e s i su s e d o b j e c t - o r i e n t e dm e t h o da n dr a t i o n a l r o s et os e t u pap r o c e s s m a n a g e m e n tm o d e la b o u td o n g f e n gh e v c o l l a b o r a t i v ed e v e l o p m e n tp r o c e s s t h i s m a d eas o u n df o u n d a t i o nf o rc o n s t i t u t i n gaf l e x i b l ea u t od e v e l o p m e n ts y s t e m f i r s t l y , t h et h e s i ss u m m a r i z e dt h em e t h o d so fp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s m o d e l i n g , a n de l a b o r a t e dw h ys e l e c to b j e c t - o r i e n t e dm e t h o db a s e do nu m l b a s e d o ns u m m a r yo fm a n yt h e o r i e sa b o u ta u t od e v e l o p m e n tm a n a g e m e n t , t h et h e s i s b r o u g h to u tt h ec o l l a b o r a t i v ed e v e l o p m e n tp e r i o d s e c o n d l y , b a s e do nt h et h e o r i e so fp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s ，t h et h e s i s a n a l y z e dt h ed e f m i t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so fc o l l a b o r a t i v ep r o d u c td e v e l o p m e n t t h e nt h et h e s i sp r e s e n t e dt h en e wt r e n do fa u t od e v e l o p m e n tb a s e do ns e l e c t i v e a n a l y s i so fd e v e l o p m e n tf l o wa n dc h a r a c t e r i s t i c so fa u t o a u t od e v e l o p m e n tp r o c e s si sav e r yc o m p l e xs y s t e m a n dr e q u i r e m e ma n a l y s i s i st h eb 髂e m e ma n dk e yo fu n d e r s t a n d i n gs y s t e m s ot h et h e s i sa n a l y z e dd e v e l o p i n g a c t i v i t i e s ，d e v e l o p e r , a n dd e v e l o p i n gd a t ai nt h ef o u ra u t od e v e l o p m e n tp h a s e s t h i s m a d eas o u n df o u n d a t i o nf o rm o d e ld e s i g n t h e nt h et h e s i su s e dt h eu m la n dr a t i o n a lr o s et o t 叩av i s u a lm o d e lf o r d o n g f e n gh e vd e v e l o p m e n t t h et h e s i sa n a l y z e dd e v e l o p m e n tp r o c e s si n c l u d i n g a c t o r , u s e c a s e ，c l a s s ，o b j e c ta n dt h e i r r e l a t i o n sw i t h5b a s a lv i e w sw h i c ha r e p r o v i d e db yu m l , a n dp u tf o r w a r db a s a lm o d e l sa n dr e a l i z e dm o d e l so fs y s t e m 眦m a d eab a s e m e n tf o rf u r t h e rc o n s t i t u t i n gp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s m a n a g e m e n ts y s t e r n k e y w o r d s ：e l e c t i v ev e h i c l e ，p r o c e s s m o d e l i n g , c o l l a b o r a t i v e p r o d u c t m 此页若属实，请研究生及导师签名，并装订在学位论文的摘要前。 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做韵任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 研究生。签名，：垃日期 关于论文使用授权的说明 们，| _ - | ， 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容，可以采甩影 印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生。签名，：查查互导师。签名，：日期垒2 。丝：f 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章导论 面对燃油汽车尾气排放造成的污染以及对石油资源的过渡消耗引发的环境 与能源问题，电动汽车以其良好的环保、节能特性，已经成为国际汽车工业发 展的潮流和热点之一。目前，世界上许多国家的政府和几乎所有著名的汽车制 造厂商及众多科研机构都在致力于电动汽车的研究开发和推广应用。 1 1 研究背景 1 1 1 电动汽车发展简介 1 8 8 1 年，法国人g u s t a v et r o u v e 组装了第一辆电动汽车【1 1 ，从此掀开了电 动汽车发展的篇章。此后，在法国、英国、美国等国家，对电动汽车的研究和 开发如雨后春笋，出现了多种多样的早期电动汽车。1 8 9 5 年到1 9 0 5 年是早期 电动汽车的黄金时代，但内燃机汽车后来居上，在性能、机动性、车辆重量等 指标远远超过了电动汽车，由此，电动汽车在2 0 世纪2 0 年代达到鼎盛时期之 后就一蹶不振，再加上低能源价格的冲击，从1 9 3 5 年到1 9 5 5 年，电动汽车完 全在公路上消失，从此进入“沉睡时代”。1 9 6 0 年，在美国，位于伊利诺伊州 弗里波特的尤尔卡威廉姆斯集团公司在公司创始人r u s s e l lf e l d m a n n 的倡导 下，组装了1 5 0 辆克洛瓦特牌电动汽车。此后，这些零星的努力如同小溪一般， 也许某一天汇成滚滚洪流。1 9 5 5 1 9 6 5 年，可以说是电动汽车重获新生的2 0 年。随后，交流电驱动系统的发明，极大的提高了电动汽车的性能，并且7 0 年 代的能源危机。以及入类的环保意识逐渐增强，让电动汽车再度兴起。 我国电动汽车的研究可追溯到抗日战争时期，解放后一直进行过零星研究， 踟年代北京、上海、河南、四川、湖北等省市在地方政府、企业和学校支持下 研制过多种电动样车，如微型厢式车、轿车等，但由于投入的人力、财力有限， 未能取得进一步的结果。1 9 9 2 年，我国电动汽车的研究正式列入“8 5 ”国家科 技攻关计划，推动了电动汽车在我国的发展，取得了一定成果。“九五”期间， 国家科委将电动汽车的研究列入“九五”国家重大科技产业工程项目，在纯电 动概念车的开发、电动改装车、电动汽车试验示范区的建设、电池、电机、充 武汉理工大学硕士学位论文 电技术等关键技术的研究以及电动汽车有关政策、法规、标准等方面的取得了 一系列重要的成果。“十五”期间，国家电动汽车重大科技专项以开发电动汽车 整车技术和关键零部件技术为重点，采取整车牵头、零部件配合、产学研相结 合的模式，推动了电动汽车技术开发【2 l 。 1 1 2 先进制造技术的发展 制造技术是支撑制造业完成产品生产、提高生产效率、降低成本、减少消 耗、满足环保要求和质量保证要求的必要手段，是使原材料在受控状态下增加 信息转变为产品的技术总称【3 j 。自二次世界大战以来的几十年，制造业所处的 环境发生了重大变化，如市场需求日趋多变，技术进步突飞猛进等，面对激烈 的市场竞争，现代制造业在运作空间上不断扩展，柔性范围不断延伸，信息化 进程不断加快，由此诞生了各种先进制造理念和制造模式，如计算机集成制造 1 4 一】、精益生产1 6 1 、并行工程1 7 1 、敏捷制造【8 ，9 1 、企业过程重组【l o l 、虚拟制造1 1 1 1 、 产品开发过程建模1 1 2 3 _ 4 】、产品数据管理f 1 5 j 等，先进制造模式的变迁如图1 1 所示。 运作空间 全球 社会 公司 工厂 车间 设备技术+ 管理技术+ 管理+ 人员技术+ 管理技术+ 管理+ 人 + 人+ 组织+ 组织+ 市场 图1 1 先进制造模式变迁示意图 随着信息化进程的不断加快和市场竞争的不断加剧，企业的经营方式和经 2 武汉理工大学硕士学位论文 营过程也发生着深刻变化。通过引入并行工程，可以重组产品开发过程，从而 达到缩短产品开发周期和提高产品开发质量的目的【1 6 】；通过采用虚拟制造，使 产品开发从一开始就走出以往主要依赖于产品开发经验的狭小天地。纳入到全 方位预报和科学决策的新阶段，保证产品开发的一次成功【l i 1 7 】；通过建立动态 联盟，以获取企业所需要的外部制造资源，并能快速响应动态市场的竞争需要， 从而使企业获得最佳的经济效益和长期生存、发展的动力【蚓。并行工程改变了 产品开发过程。虚拟制造改交了产品设计形式，动态联盟改变了产品开发的组 织结构。这些产品开发过程、形式和组织的变化，大大增强了制造业的新产品 开发创新能力，缩短了产品开发周期和改善了产品开发质量，同时也大大提高 了产品开发的市场响应速度，满足了产品开发市场个性化发展的需求， 1 2 国内外研究综述 1 2 1 产品开发过程建模 迄今为止，国内外在过程建模方面展开了大量的研究，在过程建模领域出 现了许多过程建模方法，不同的建模方法针对开发过程约不同方面，描述了开 发过程中的不同信息，它们各有不同的应用领域和特点。归纳起来，在产品开 发过程管理中，常用的建模方法有： ( 1 ) 基于甘特图、p e r t c p m 方法李歧耐1 9 1 指出甘特图( g a n n t c h a r t ) 是最早用于科学管理的计划模型，其优点是标明了各个任务的计划进度和当前 进度，能动态地反映项目开发进度，缺点在于不支持活动迭代，也难以反映多 任务之间存在的复杂逻辑关系。d o u g h e r t ydm ，s t e p h e n t sdb i 刎等学者指出基 于p e r t c p m 静摸型的特点是简单直观。不但能描述开发计划中所包含的全部 活动以及它们之间的时间关系，而且能够计算出开发计划的关键路径，在工程 设计中取得了巨大的成功。但是，其不能表示任务之间的循环关系，而这种循 环关系在设计中经常遇到，另外，对于复杂的产品开发过程，管理者很难理解 模型得出的结果。这两种方法作为传统的面向产品开发管理的建模方法，主要 用于进度计划，已经不能满足现代化产品开发管理的要求。 ( 2 ) i d e f ( i n t e g r a t i o nd e f i n i t i o nm e t h o d ) 方法：陈禹上【2 l j 在i d e f 建模 分析和设计方法一书中指出i d e f 常以层次化方法从过程模型的功能视图、 3 武汉理工大学硕士学位论文 数据视图、过程视图多方面分析设计复杂系统。国内学者郭春明f 2 2 1 等指出， i d e f 0 是典型的功能分解建模方法，其标准化的描述形式、层次性结构，对于 产品生命周期的过程建模具有积极的意义。但在表述过程中活动元素时，对活 动的并发性、资源冲突、进程和活动状态等的描述是含糊的，难以支持产品开 发过程的计划、组织和管理。i d e f l x , 作为典型的信息建模方法，能够非常有 效地描述系统数据实体及其之间的关系，但其忽略活动、过程任务的设计和分 解，难以支持产品开发工作的组织和管理。西北工业大学的张维例等人利用 i d e f 3 提供了一种机制去捕捉项目之间的约束( 包含资源和时序关系) 的特点， 对西飞公司的客舱装饰并行工程的过程建模与重组的方法与步骤进行了研究。 但是，i d e f 3 缺乏功能分析信息、组织和信息视图。 ( 3 ) 基于p e t r i 网的建模方法：k u s i a k 2 4 j 等指出基于p e t r i 网的建模方法的 突出优点是能够表示过程的动态和顺序要求，支持产品开发系统的动态仿真， 适合于离散事件动态系统的建模和分析，应用于产品开发。国内学者宋玉银f 勰 等建立了基于时间p e t r i 网零件设计与工艺设计的实时并行过程模型，为实施产 品实时并行设计方法提供了可靠的理论依据。但这个方法主要的难题是难以描 述庞大和复杂的产品开发系统，另外p e t r i 网模型缺乏现代产品开发系统所要求 的模块化可重用等特性，因此，很多学者将p e t r i 网与面向对象的方法提出面向 对象的p e t r l 网瞄，2 7 l 。 ( 4 ) 设计结构矩阵( d s m ) ：s t e w a r d 2 s l 认为d s m 使用矩阵来描述一个过 程，行和列分别代表不同的任务。g a b a l a 2 9 1 以及国内学者张有新1 3 0 等人都指出， d s m 方法优于传统的建模方法，提供了更为紧凑的过程表示方法。克服了模型 大小的限制，它可以通过执行相关矩阵操作来优化设计过程，可以描述和分析 活动的迭代性。但是，l e w i s 3 1 j 等人指出d s m 不能清楚地表达设计活动间的相 互依赖关系，并且很难理解。 ( 5 ) 工作流的方法：范玉顺1 3 2 】在工作流管理技术基础一书中认为工作 流的基本特点是强调过程的自动化，将工作分解成良好的任务、角色，按照一 定的规则和过程来执行这些任务，并对它们进行监控，从而提高效率，降低生 产成本。但是将工作流的方法用于产品开发过程建模，缺少对复杂结构关系和 层次关系的表示，不能支持对过程操作对象进行全面有效的管理。 ( 6 ) 基于集成多视图的产品开发过程建模；基于集成多视图的产品开发过 程建模方法是清华大学c i m s 中心提出的，它通过集成开发过程中的信息视图、 4 武汉理工大学硕士学位论文 功能视图、组织视图、资源视图等构成集成的并行工程过程模型框架，该模型 更加体现了产品开发过程的团队性、协作性和动态性的组织特点，较好地反映 了产品及其开发过程中的多方面信息。 ( 7 ) 基于a g e n t 的模型：基于a g e n t 的建模方法是将产品开发过程分解为 一个个相互独立的智能体- - a g e n t 。同济大学的顾绍元1 3 3 】等人指出a g e n t 作为一 个自主的实体使其非常符合实际领域的系统结构组成，易于理解，同时具有很 强的适应性，当实际的操作流程改动时，能很方便快速地进行模型修改。但其 不足之处主要表现在各过程或活动a g e n t 的设计及其相互关系的描述。 ( 8 ) 面向对象的方法：蔡敏m 】等在( u m l 基础与r o s e 建模教程指出面 向对象的方法的基本出发点就是尽可能地按照人类认识世界的方法和思维方式 来分析和解决问题，使人们分析、设计一个系统的方法尽可能接近认识一个系 统的方法。北京理工大学的林磊敏和陈思忠【3 5 1 等采用面向对象的方法对车身设 计工程数据库进行建模，建立了车身c a d 数据库及其管理系统。中科院的朱云 龙 刈等人提出了基于面向对象的过程圈的概念和模型结构，采用组件技术建立 起面向过程的信息系统的实现方法和机制，使过程建模与过程控制有效地结合。 d a - - y e h 大学的w - yl i a n g 37 j 等在对象设计技术的基础上提出了面向对象设计 系统( o o d s ) ，设计者能够通过网络与o o d s 相互交流，从而使产品设计满足 多种设计的要求和约束。南京航空航天大学c i m s 工程中心p 8 l 论证了依据r u p 利用u m l 建立应用系统模型，有效地控制了软件的开发风险和开发周期。西 南农业大学的潘家志【3 9 l 等对基于u m l 的面向对象设计进行了研究，提出了使 用u m l 建模，有助于解决传统的面向过程方法所面临的各种问题。武汉理工 大学的盛步云l 4 u l 等将面向对象的技术运用到p d m 系统建模中，实现了系统模 块化以及前台协作的要求。b e n o i te y n a r d 4 1 l 运用基于u m l 的方法对p d m 系统 进行修改，加强了对产品全生命周期以及与设计相关的信息的管理。 综上所述，每一个建模的方法都有各自的优缺点。目前基于u m l 的面向 对象方法被众多学者认为在产品开发过程建模中具有很大的潜力。面向对象的 开发方法是继结构化分析和设计方法后的又一个革新，它解决了结构化技术存 在的两个问题：一个是过程和数据分离以及需求分析模型和软件设计模型的不 匹配，另一个是信息与实时系统开发方法的分离；统一建模语言( u m l ) 是一 种图形化的建模语言，它不仅支持面向对象的分析和设计，而且支持从需求分 析开始的软件开发全过程。将二者结合起来就会具有所有上述的优点。论文也 5 武汉理工大学硕士学位论文 将采用基于u m l 的面向对象的方法，利用r a t i o n a lr o s e 建模工具! 对电动汽 车协同开发的过程进行建模。 1 2 2 汽车产品开发管理 美国学者m i c h a e le m c g r a 耐4 2 】指出，产品开发管理从1 9 世纪末发展到今 天，经历了四个发展阶段发骧与离晶化对代，项目成功时代、快速上市时 代、研发生产率时代，每一阶段都比前一阶段更加复杂，都具有各自鲜明的特 征。汽车产品也是沿着这样的轨迹发展到今天，其主要包括一下几个方面： ( 1 ) 精益生产( l e a np r o d u c t i o n ) 精益生产是一个发展的概念，其发展的历程主要包括如下几个阶段： 1 9 2 7 年及其以前：1 9 2 7 年，福特汽车创始人h e n r yf o r d 将福特的生产 哲学以及基本理论概括为福特生产方式( f i s ) 。 1 9 4 5 1 9 7 8 在日本的发展；1 9 3 7 年，丰田汽车在日本的k a r o m o 成立。 丰田汽车的创办人丰田喜一郎( k i i c h i r o ) 和其侄子丰田英二( e i j i ) ，以及大野 耐( t a i i c h io h n o ) 对f i s 进行了深入研究，并在公司实践的基础上构建出了 丰田生产方式( t p s ) ，j 1 t ( j u s ti nt i m e ) 就是t p s 的重要组成部分。1 9 7 8 年。 o h n o t 4 3 l 在其出版的丰田生产方式一书中指出，t p s 的主要目标就是通过控 制质量、确保质量以及以顾客为中心来降低成本( 减少浪费) ，即在恰当的时间 生产出恰当的零部件、产成品，其追求的理想目标就是“零库存”，把生产中出 现的存储、装备、等待时间以及残次品等视为一种浪费。 1 9 4 5 1 9 8 8 ，t p s 在北美的发展：1 9 7 3 年，北美爆发石油危机，汽车行 业受到了巨大冲击，而日本生产的耗油少、性能高的汽车受到极大的欢迎，因 此许多学者对其制造管理进行了大量的研究；s u g i m o r i l 4 4 l 等人指出j 1 1 r 就是在 必要的时间内，生产出具有必要质量的必要产品；m o n d e n l 4 5 1 认为看板系统、均 衡生产以及减少准备时间是j 1 t 的重要组成部分；m o n d e n 4 6 l 指出t p s 的目标主 要通过四个途径完成，包括j r r 、自动化( a u t o m a t i o n ) 、弹性的劳动力( f l e x i b l e w o r k f o r c e ) 以及采纳工人的意见。h a l l l 4 r t 认为j f r 的思想主要包括三个方面： 全面质量管理、员工参与生产管理、j 1 t 制造技术。o h n o 4 s l 指出t p s 的基础就 是杜绝一切浪费，其两个重要的支柱是j 1 t 和自动化。 1 9 8 8 2 0 0 0 进一步的发展；1 9 8 8 年，美国麻省理工学院研究者柯瑞福 6 武汉理工大学硕士学位论文 赛克( j o h nk r a f c i k ) 更广泛地给日本汽车工业生产管理模式命名为精益生产 ( l p ) 。随后，w o m a c k l 4 9 1 等人在( t h em a c h i n et h a tc h a n g e dt h ew o r l d 一书 中总结了丰田的生产方式，指出它的重大历史意义，认为这是制造工业的又一 次革命，并对于过于臃肿的大多数美国企业，提出了“精简、消肿”的对策， 把日本取得成功的生产方式称为精益生产；w o m a c k 、j o n e s 5 0 l 在( l e a n t h i n k i u g 一书中，将精益的思想和原则拓展到企业层面；s i t k i n 5 1 】等人认为全面质量管理 的思想主要包括三个方面：以顾客为导向、强调对生产过程的持续改迸、系统 的对待整个生产过程；s p e a r 和b o w e f t l 5 2 1 认为t p s 包括一下几个部分：工序的 标准化、无间断的工作流、供应商与客户直接联系、技术上的持续改进。 2 0 0 0 - - 至今；s h a h 和w a r d 5 5 1 ，以及u i “j 等人对如何度量精益生产进行 了研究，前者从三个方面来衡量精益生产：全面质量管理、全面控制、人力资 源管理，后者用五个因素来衡量，包括准备时间、小批量、p u l lp r o d u c t i o n 等； h o p p 和s p c a m a n l 5 5 l 指出，精益生产是一个集成的系统，是以最小的缓冲成本 ( b u f f e r i n gc o s t ) 来完成产量：d et r e v i l l e 和a n t o n a k i s 5 6 1 指出精益生产是一个 集成系统，其目标是通过同时降低供应商、客户以及企业内部的可变性来消除 浪费。 ( 2 ) 并行工程 日本丰田公司一直保持领先的关键是在实践中创新，并总结，在并行工程 还未正式提出之前，日本的汽车产品开发就运用到这一思想。国内外学者对其 进行了大量研究。a l l e n w ，j e f f r e y k l l 5 7 】等学者对车田的产品开发系统进行了 深入的研究，将其与美国等其他世界级汽车制造企业迸行对比，指出虽然丰田 的产品开发系统的效率似乎不高，但却使丰田成为发展最迅速、效率最高的汽 车制造企业，其秘诀就是并行工程。 美国国防分析研究所( i d a ) 1 9 8 8 年提出并行工程的概念，其目的在于产 品设计一旦开始，就考虑到产品整个生命周期中的质量、成本、进度计划和用 户需求等所有因素；其重点是产品开发过程在一个企业或相同企业群内部的纵 向集成，强调多功能团队的协作和设计人员间的数据交换，重视产品开发过程 的重组和优化。其实质是基于并行处理的协同工作。汪峥，严洪森【碉等提出并 行工程产品开发过程的定量化模型，并建立并行工程产品开发过程的计划制定 问题的有资源约束的项目调度问题模型；李秀，姜澄宇，王宁生【5 9 】从并行工程 运彳亍模式出发，在p e t r i 网基础上引入面恕对象技术，讨论了基于劳行工程的产 7 武汉理工大学硕士学位论文 品开发过程的面向对象p e t r i 网模型：秦远建等i 删建立了“四维并行工程”，使 采购、设计、制造、营销等参与到整个产品开发流程，是汽车制造企业缩短开 发周期、提高竞争力的新途径；武汉理工大学的张明【6 1 j 总结了企业在产品开发 实施并行工程所需的七项关键技术，具体分析了汽车产品开发并行工程实施过 程中总体设计方案的并行、开发流程的并行及组织集成问题。 ( 3 ) 项目管理 盛任【6 2 j 等人针对制造企业产品设计过程的需求提出了p d m 项目管理过程 模型，运用基于扩展p e t r i 网建模的新方法构建出了该项目管理过程模型，为制 造企业采用项目管理模式组织设计生产提供了一种有效的软件实现方法；夏小 娜1 6 3 】等人依据项目管理和工作流管理的特点，利用二者在功能实现数据交互与 共享，在p d m 平台之上实现了一种基于工作流的项目管理设计，并用面向对 象建模语言u m l 来分析整个设计思想。 目前，世界著名汽车公司都具有先进完整的项目管理及设计开发方法，有 着严格的工作步骤及流程，国内学者对其做了研究：柳州五菱汽车股份有限公 司的梅胜军【叫认为汽车产品开发是一项十分复杂的系统工程，从新产品开发的 开发程序、新产品开发计划管理、新产品开发质量管理三个方面论述了汽车产 品开发的项目管理；重庆交通科研设计院的丁良旭【6 5 j 将现代项目管理5 个基本 过程和九大知识领域在汽车产品开发项目管理的应用做了探讨，指出灵活运用 现代项目管理的思想和方法能大大改善企业内外资源的有效配置，降低成本， 减少风险，缩短周期；东风汽车有限公司的孙为群【删分析了项目管理、同步工 程与汽车开发工作流程的关系，并对我国汽车企业项目管理的现状和实施推进 方式做了探讨。 ( 4 ) 协同开发 目前将协同产品开发应用到汽车产品开发的文献很少，大多数文献只是在 协同产品开发进行了研究。协同工程是在并行工程的基础上发展而来的，有人 称这种新式的并行工程称为“联盟并行工程”、“共享工程”、“协同工程”，将其 中的产品开发称为协同产品开发。协同产品开发( c o l l a b o r a t i v ep r o d u c t d e v e l o p m e n t ，简称c p d ) 是以现代网络通讯技术为手段，充分利用分散在同一 企业不同地点或不同企业之间的资源，进行新产品设计和生产的过程，协同产 品开发是协同工程环境下的产品开发模式。早在1 9 8 5 年，p 0 n 盯就指出忽视协 同的战略都已经过时，g h o s h a l 也提出了同样的看法1 6 7 】。如今，协同开发已经 8 武汉理工大学硕士学位论文 成为制造业企业必要的开发方式，制造业进入了协同时代。 综上所述，汽车产品开发已经经过1 0 0 多年的发展，形成其特有的体系。 随着信息时代、知识经济的到来，特别是计算机网络的发展，汽车产品开发已 经进入了协同开发时代，在新的背景下，需要考虑新的时代特征，不断推进汽 车产品的发展。 1 3 选题目的和意义 1 3 1 选题目的 本论文依托国家自然科学基金项目面向复杂产品协同开发过程的柔性 资源智能调度研究( 项目编号；6 0 5 7 4 0 7 0 ) ，以复杂产品协同开发为背景，结合 东风混合动力轿车项目，运用基于统一建模语言( u m l ) 的面向对象的建模方 法，利用r a t i o n a lr o s e 建模工具，对电动汽车的开发过程进行可视化建模，通 过u m l 提供的五种视图：用例视图、逻辑视图、并发视图、组件视图、配置 视图，建立东风混合动力轿车协同开发过程管理系统，使产品开发人员和管理 人员更全面地认识开发过程，从而不断优化开发过程，达到降低成本、缩短开 发周期、提高研发生产率的目的，并为进一步建立柔性开发系统和软件仿真奠 定坚实的基础。 1 3 2 选题意义 协同工程、并行工程、敏捷制造? 精益生产等都是一些先进的制造管理思 想，它们的实现所依据的是对产品研制、开发及制造过程的操作与控制。产品 研制、开发及制造过程建模是其基础。 现代汽车整车开发的流程可以归纳为：项目战略、概念开发、概念确认、 生产准备阶段。这个过程是包含大量活动、信息、人员和资源的复杂过程，在 过程中，信息的获取和过程的管理是两个关键因素。而在汽车产品开发中，活 动与活动之间是相互关联的，一些活动需要多个相关活动的准备和支持，而活 动的信息又是分散的和动态变化的，活动的执行者通常并不知道活动的信息将 9 武汉理工大学硕士学位论文 影响到哪些其它活动。如何让产品开发人员和管理人员迅速和准确无误地取得 活动的动态信息，是产品开发中亟待解决的问题。因此，在产品开发的实际过 程中，过程模型可以比抽象的语言和想法更确切地描述开发过程。运用过程描 述和支持工具，开发人员可以通过过程仿真更好的理解过程，从而实现对过程 的控制和管理，进一步，在过程模型的基础上，应用仿真和分析工具，可以优 化汽车产品开发过程和提高汽车产品开发质量。 基于u m l 的面向对象的开发方法是在使用面向对象的方法过程中，全部 采用u m l 的语法描述，显示了面向对象设计中结合u m l 的巨大优越性。通过 u m l 提供的图形化元素( 包括用例视图、逻辑视图、并发视图、组件视图、配 置视图) ，建立过程管理系统，使得汽车产品开发过程中技术人员和管理人员更 易于理解、交流。 1 4 本课题研究的主要内容 通过阅读大量的文献资料，了解过程建模的含义和内容，选取过程建模方 法，结合东风混合动力轿车项目，对其开发过程进行可视化建模，建立东风混 合动力轿车协同开发过程管理软件系统。 。 图1 2 论文的基本结构 武汉理工大学硕士学位论文 论文首先对过程建模基本概念进行分析，即产品开发过程和产品开发过程 建模；随后分析协同产品开发过程的定义和特点，提出笔者对协同产品开发过 程的理解，以此为基础，引出对汽车产品协同开发过程的分析，重点对汽车产 品协同开发的内容和特点进行了详细的分析，接着对所选建模语言和工具进行 简单的介绍，为后面进行建模奠定基础。全文从第三章开始，进行建模，首先 对整个开发过程进行需求分析，为后面确定用例打下基础，随后开始模型设计， 最后进行实现和结果分析。整个过程可以简化为图1 2 。 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章电动汽车协同开发过程建模的理论基础 a d l e r 和v a j u as 6 8 1 等学者认为：企业如果不能开发新产品，特别是技术含 量的独占性产品，则无法在激烈的市场竞争中立足。w e l p e g 6 9 7 0 等指出：造 成企业产品开发能力差的原因分为主观和客观两个方面，主观原因是由企业文 化、人员素质、培训机制和工作态度等原因造成的；客观原因通常是受产品开 发和生产目标不明确、项目计划缺乏、信息欠缺、活动之间的接口繁多、过程 不透明、流程间依赖性严重和过程反馈不足等影响。不管是主观原因还是客观 原因，核心的问题都是缺乏沟通和协作。使得开发成员和管理人员对产品开发 的目标和过程缺乏理解。纵观我国的汽车工业，在产品开发方面与国外发达国 家汽车产业还有很大的差距，因此加强汽车企业产品开发过程管理，显得尤为 重要。而产品开发过程建模是产品开发过程管理首要解决的问题。因此本章对 产品开发过程建模进行了详细的阐述，并重点分析汽车协同产品开发的流程和 特点，最后对所选取的建模语言和工具进行详细的介绍。 2 。1 产品开发过程 2 1 ，1 产品开发过程的定义 顾名思义，产品开发过程就是企业进行产品开发的一系列步骤。熊光愣【7 1 】 等从人们对产品开发过程的一般性认识的角度，将其归纳为：产品开发过程是 指从产品定义到产品批量生产之前这一段肘阋，包括与产品开发有关趵所有相 关技术活动和管理活动，代表了特定组织进行产品开发的行为。其中组织为满 足某一需求利用各种资源、工具和方法进行了创造性活动，过程的交付内容包 括产品设计相关文档和数据。总之，产品开发过程是一个将工程技术、方法、 工具和人员集成并付诸产品开发实践的活动的集合，它涉及技术和管理两个方 面。 具体来讲，并行工程发展到今天，对产品开发过程定义的描述很多，归纳 起来有如下几点： 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 产品开发过程是包括技术活动和管理活动的个有机整体。 ( 2 ) 产品开发过程源于t e a m w o r k 团队工作模式和组织方式，即多学科综 合产品开发队伍的组织和实施。 ( 3 ) 产品开发过程涉及在整个产品全生命周期内与产品相关的技术活动以 及相关文档和数据，不仅反映产品信息的动态变化，还不断的对过程优化和改 进。使产品信息经迭代不断完善。 ( 4 ) 产品开发过程在实施中要满足企业的各种组织、资源和逻辑制约关系， 并反映它们之间的相互作用。 ( 5 ) 产品开发过程需要个支持环境来实现过程的分析、规划、仿真和监 控。 2 1 2 产品开发过程的特点分析 制造业是国民经济的基础。改革开放2 0 多年来，我国经济取得了迅速发展。 但是制造业发展主要靠规模扩张，效率低下，在市场竞争中处于十分被动的局 面，其中造成这种局面的一个重要原因是产品开发问蹶，特别是众多企业在产 品开发中采用传统的产品开发模式。传统的产品开发是一个顺序的开发过程， 这是一种“抛过墙”式的产品开发方式。开发人员按要求完成各自任务后将结 果抛向下游，出现问题再返回上游。由于部门之间缺乏经常交流，且参与产品 开发的人员往往对自己在整个开发过程中的角色缺乏清晰的认识，上下游之间 可能存在的冲突，可能在产品制造阶段才能发现，这就需要返回到产品设计阶 段，重新设计，造成产品开发过程变成了设计、加工、试验、修改设计的大循 环，而且可能多次重复这一过程，导致设计改动量大，产品开发周期长，产品 成本高的结果。特别是在复杂产品开发过程中，传统的开发方式的缺陷更加显 而易见。因为复杂产品开发本来就不是一个串行的过程，其需求本身复杂多变， 迭代是复杂产品开发的一个典型特征，一次( 一轮) 达到优化结果几乎是不可 能的。 随着信息技术的飞速发展，制造业正在进行一场深