并行工程过程管理的研究和应用报告383.docx

并行工程程过程管管理的研研究和应应用王昕熊光光楞王计计斌    (作作者向PPRDMM供稿)   1 引言言：并行行工程与与过程管管理“过程”本身是是一个抽抽象的、普遍的的概念。物质之之间相互互作用，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。可见，过过程的时时间特性性以及事事件（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“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。过程和过过程管理理在并行行工程的的研究和和实施中中受到广广泛的关关注，具具有深刻刻的原因因。首先先，并行行工程的的主要目目标之一一就在于于缩短产产品开发发周期，因因此，过过程本身身必然成成为控制制和优化化的对象象。其次次，以过过程为基基础进行行成本核核算，能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）、全面质质量管理理（Tootall Quualiity Mannageemennt）都都是这种种思想的的反映。第四，以以可视化化的过程程模型为为基础的的协同设设计支持持环境，是是通讯、监控、协调和和信息管管理的基基础。第第五，追追踪由最最初的顾顾客需求求到最终终产品实实现的决决策过程程，从中中获得有有益的经经验和知知识，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。从组织的的角度来来看，过过程管理理是企业业对自身身行为的的认知、反省和和控制。2 并行行工程过过程管理理的研究究体系2.1 概述并行工程程过程管管理以产产品开发发过程为为研究对对象。所所谓产品品开发过过程，指指的是从从产品定定义到产产品批量量生产之之前这一一段时间间，同一一般的过过程相比比，产品品开发过过程具有有以下特特点：?              目的的性。产产品开发发的最终终目的是是设计出出满足顾顾客需求求的产品品。?              阶段段性。产产品开发发过程通通常包括括产品规规划、概概念设计计、方案案设计、详细设设计、工工艺设计计、试制制、试验验等阶段段。?              层次次性。产产品开发发活动在在一定的的组织层层次上进进行，任任务的分分解本身身也带来来层次。?              协同同性。复复杂产品品的开发发需要多多学科、跨部门门、全生生命周期期的协作作。?              决策策。决策策是产品品开发活活动的主主要内容容。?              迭代代。在产产品开发发过程中中，阶段段性的设设计结果果不满足足设计要要求，导导致某一一活动序序列的重重复。?              信息息管理。产品开开发过程程中要产产生和使使用大量量的设计计信息，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。?              过程程性能。时间和和成本是是需要控控制和优优化的主主要过程程性能。?              时序序。活动动的排序序对过程程的性能能会产生生影响。这些特点点反映了了并行工工程过程程管理所所必须考考虑的重重要方面面。总的的来说，并并行工程程过程管管理的研研究目标标包括三三个方面面：对于于产品开开发过程程性能的的控制和和持续改改进；从从产品开开发过程程中进行行组织学学习（主主要是设设计知识识的学习习）；以以过程管管理系统统为框架架，实现现对协同同设计的的支持。下面我们们分五个个方面介介绍并行行工程过过程管理理的研究究内容和和主要进进展。其其中过程程模型是是过程性性能分析析、协同同设计支支持、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、评估、实践体体系，来来指导企企业应用用过程管管理方法法和技术术。2.2 过程模模型及表表达一般来说说，模型型的作用用是解释释、预测测和实现现。就产产品开发发过程模模型来说说，其作作用可以以概括为为以下三三个方面面：?              表示示。以可可视化的的形式表表达产品品开发所所需经历历的步骤骤及需要要考虑的的关键因因素，加加强团队队成员对对过程的的理解和和团队协协作；?              分析析。用定定量的手手段形式式化的描描述产品品开发过过程，支支持过程程规划、分析和和改进；?              实现现。用计计算机、网络、数据库库等技术术实现基基于过程程的协同同设计环环境，支支持分布布的、自自动的任任务分配配、信息息管理、通讯、监控、协调等等功能。过程模型型的研究究领域主主要包括括工程设设计、经经营过程程重组和和软件工工程。我我们研究究的过程程跟工程程设计研研究的过过程是一一致的，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。而软件件开发过过程可以以看成是是产品开开发过程程的特例例。下面面所说的的过程模模型，如如无特别别说明，均均指产品品开发过过程。按照建模模的目的的不同，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）。按照建模模的方法法不同，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息由抽象到具体、由定性到定量的发展过程。比较有代代表性的的过程模模型有PPahll & Beiitz的的系统化化设计过过程、公公理化设设计（AAxioomattic Dessignn）过程程、创新新问题求求解理论论（Thheorry oof IInveentiive Proobleem SSolvvingg）的设设计过程程等。EEvbuuomwwan N.FF.O.列举了了比较有有影响的的16种设设计过程程模型。过程建模模的方法法和工具具包括IIDEFF方法、结构化化分析方方法、PPetrri NNet建建模方法法、实时时结构化化分析过过程建模模方法、过程规规划（PProccesss Prrogrrammmingg）和系系统动态态方法等等。2.3 过程性性能的定定量分析析过程性能能的分析析以基于于活动的的过程模模型为基基础，分分析活动动的排序序、资源源分配、迭代、评审等等因素对对过程性性能（主主要是时时间和成成本）的的影响。过程性性能分析析主要为为特定项项目的计计划和调调度服务务。传统统的项目目计划与与评审技技术和设设计过程程所特有有的迭代代分析构构成了产产品开发发过程性性能分析析的两大大主流。项目计划划与评审审技术以以活动网网络为过过程模型型，以关关键路径径法为主主要依据据，进行行过程的的规划和和调度。关键路路径方法法CPMM和项目目计划与与评审技技术PEERT（Proograam EEvalluattionn 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。PERRT技术术是在CCPM方方法的基基础上增增加了时时间概率率信息。其原理理是从一一个项目目的开始始到结束束，把应应完成的的任务用用图或表表的形式式表示出出来。通通常用两两张表来来定义网网络图。一张表表给出与与一特定定项目有有关的所所有任务务（也称称为任务务分解结结构），另另一张表表则给出出应当按按照什么么样的次次序来完完成这些些任务（有有时称为为限制表表Resstriictiion Lisst）。通过CCPM和和PERRT方法法，可以以对项目目的任务务进行规规划，统统计估测测任务的的时间和和完成项项目所需需时间。CPMM与PERRT的缺缺点是只只面向单单一过程程结构，即即活动间间的信息息流结构构是单向向的，任任务是不不重复的的，或不不考虑返返工的，因因而不支支持过程程迭代的的分析。为对活动动迭代进进行描述述和分析析，一些些学者在在图论的的基础上上利用矩矩阵来描描述和分分析过程程。迭代代分析的的基础是是设计结结构矩阵阵（Deesiggn SStruuctuure Mattrixx）。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、分析与与规划的的应用上上取得了了一定的的进展，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Smmithh等将矩矩阵对角角元定义义为活动动的时间间长度，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。过程性能能的定量量分析还还包括过过程重叠叠、评审审、资源源分配、工作负负荷等方方面的分分析，在在此不作作一一介介绍。2.4 基于过过程的协协同设计计支持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。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、工作流流管理系系统各部部分间接接口规格格。工作作流产品品的互操操作性标标准等。现在，许许多公司司工基于于这些标标准推出出了自己己的工作作流产品品。从而而为基于于过程的的协同设设计提供供了技术术基础，主主要的PPDM产产品中都都提供工工作流管管理功能能。总的来说说，工作作流管理理系统的的主要构构件和数数据包括括：s              过程程定义（建建模）工工具s              工作作流执行行子系统统和工作作流引擎擎s              工作作流的控控制数据据s              工作作流相关关数据s              工作作列表和和工作列列表处理理程序s              应用用程序和和应用数数据工作流管管理系统统或多或或少地具具有了下下面这些些特点：设置活活动的启启动和结结束条件件；工作作流相关关数据管管理和电电子数据据的交换换；支持持分布式式地过程程建模与与执行；图形化化的过程程定义工工具。从从目前工工作流管管理系统统在并行行工程中中的应用用情况来来看，过过程的定定量分析析是其弱弱点。我我们正尝尝试将项项目管理理系统与与工作流流管理系系统进行行集成。2.5 基于过过程的组组织学习习知识密集集性是产产品开发发过程的的一个显显著特征征，在这这个过程程中，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。设计历史史强调记记录由顾顾客需求求发展到到产品实实现的全全过程，而而不仅仅仅是产品品设计的的结果。它不仅仅包括产产品几何何信息的的发展过过程，而而且包括括产品功功能和行行为的发发展、设设计决策策过程及及其原理理、经营营活动对对设计决决策的影影响等。一般来说说，设计计历史包包含以下下信息：?              问题题（如经经营问题题，规划划问题，产产品设计计问题）?              考虑虑的替代代方案（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）?              选择择或否定定替代方方案的论论据（如如定性讨讨论，定定量分析析，规则则，标准准）?              评价价替代方方案的方方法?              使用用、放松松的约束束和需求求及其来来源?              作出出的假设设?              决策策历史和和决策原原理?              产品品开发规规划?              属性性和参数数值的变变化设计历史史管理系系统不仅仅仅是一一个信息息查询系系统，它它应当同同设计过过程紧密密集成，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信信息，支支持设计计人员的的决策。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 过程管管理实施施方法学学过程管理理实施方方法学通通过建立立完整的的过程发发展、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。从最终终的目的的来说，过过程管理理的实施施是为了了改善过过程性能能，但由由于过程程性能的的影响因因素纷繁繁复杂，既既包括管管理因素素，又包包括技术术因素，因因此需要要一个完完整的框框架对过过程管理理实践进进行指导导。过程可以以看作是是企业行行为的描描述，过过程能力力可以看看作是企企业的行行为能力力。就象象人的行行为能力力从幼稚稚发展到到成熟一一样，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、标准化化级、管管理化级级和优化化级（连连续改进进级）。为每个个阶段定定义了关关键过程程领域（KPA: Key Process Area）、KPA实现的共同特征（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 Model Integrated for Systems Engineering/Software Engineering）就是针对一般产品开发过程的。CMM描描述了过过程能力力在时间间上的发发展阶段段，从空空间上来来看，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。组织行行为层的的责任在在于建立立和维护护领域知知识与经经验，建建立和维维护产品品开发的的技术与与管理框框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 并行行工程过过程管理理的应用用进展在这一部部分里，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 系统开开发45ll4119111995xxe" fillledd="ff" sstrookedd="ff">图1 产品开开发过程程支持环环境图1描述述了我们们自主开开发的产产品开发发过程支支持环境境体系结结构，它它主要由由产品开开发过程程建模子子系统、过程执执行监控控子系统统、过程程历史管管理子系系统、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。PDMM、数据据库和异异构操作作系统作作为整个个支持环环境的基基础。过程建模模子系统统提供图图形化的的过程信信息编辑辑功能，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；过程执行行和监控控子系统统的内容容包括过过程的执执行与监监控。过过程模型型的可执执行机制制直接支支持过程程的实施施。通过过对可执执行的过过程模型型的监控控，实时时收集过过程实施施中的过过程信息息，跟踪踪开发进进度，为为管理人人员提供供决策支支持； 过程历史史管理子子系统的的核心模模块是过过程历史史捕获器器、意图图管理器器和历史史浏览与与报表生生成器。过程历历史捕获获器负责责监听系系统内部部活动的的状态变变化，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)，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；角色管理理子系统统实现对对项目中中的角色色管理，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；过程分析析与报表表子系统统实现了了对过程程模型的的分析与与规划，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、过过程进展展等，这这是十分分重要的的部分。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；工作平台台是产品品开发过过程支持持环境面面向具体体开发团团队的前前端，它它介于用用户和过过程支持持环境之之间，工工作平台台为开发发人员进进行并行行工程下下的集成成开发设设计和协协作提供供了支持持平台。总的来说说，我们们开发的的产品开开发过程程支持系系统偏重重于项目目管理和和协同工工作功能能的实现现。3.2 应用案案例目前，我我们已将将产品开开发过程程实施方方法学和和产品开开发过程程支持系系统应用用于航天天并行工工程和齐齐齐哈尔尔铁路车车辆并行行工程，并并取得了了较好的的应用效效果。我们所做做的工作作包括以以下方面面：?              企业业产品开开发过程程的建模模和描述述。通过过多视图图的方法法对企业业产品开开发过程程进行描描述。?              企业业产品开开发过程程的评估估。结合合CMMM模型，确确定企业业产品开开发过程程的成熟熟度，确确定其等等级、目目标、关关键过程程领域和和关键实实践。?              企业业产品开开发过程程的规划划和改进进。根据据所需进进行的关关键实践践，建立立相应的的管理规规范和配配套措施施。?              产品品开发过过程支持持系统的的实施。目前，我我们主要要用产品品开发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 改改进后的的棚车开开发过程程 图2是齐齐齐哈尔尔铁路车车辆并行行工程中中改进后后的棚车车开发流流程。改改进的措措施包括括：?              在产产品开发发的早期期阶段，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。?              在方方案设计计和结构构设计的的一定阶阶段向冷冷热工艺艺处等下下游活动动提前进进行信息息预发布布，一方方面及时时得到信信息反馈馈，以提提高工艺艺性，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。?              实现现工艺和和工装的的并行开开发，精精简设计计过程；制造系系统与产产品开发发过程不不构成大大循环，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 快运棚棚车详细细设计流流程图3是产产品开发发过程支支持系统统在齐齐齐哈尔铁铁路车辆辆并行工工程中的的应用示示意。4 总结结经过近110年的的努力，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。实践证证明，我我们的方方法和工工具是行行之有效效的。我我们将继继续结合合我国制制造业的的实际情情况，进进行产品品开发过过程管理理的研究究、开发发和应用用工作，努努力提高高我国制制造企业业的产品品开发能能力。