1、 11 / 12并行工程過程管理的研究和應用王昕熊光楞王計斌   (作者向PRDM供稿)   1 引言：并行工程與過程管理“過程”本身是一個抽象的、普遍的概念。物質(zhì)之間相互作用，產(chǎn)生變化，在某一時間段上的投影，就形成“過程”。任何過程都可以抽象成一種或幾種物質(zhì)狀態(tài)變化的序列，人們介入到某一過程中，是希望通過自身的行為來影響物質(zhì)狀態(tài)變化的進程，以獲得期望的物質(zhì)狀態(tài)?？梢?，過程的時間特性以與事件（即物質(zhì)狀態(tài)的變化）序列中蘊含的因果關(guān)系是“過程”概念的核心。而“過程管理”因此也包含了兩方面的基本含義，一是對以時間為核心的過程性能的關(guān)注；二是對過程中各要素（人、信息、工具

2、、環(huán)境等）與其相互關(guān)系演化進程的關(guān)注。就這兩個方面來說，前一方面往往以后一方面為基礎(chǔ)。過程和過程管理在并行工程的研究和實施中受到廣泛的關(guān)注，具有深刻的原因。首先，并行工程的主要目標之一就在于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，因此，過程本身必然成為控制和優(yōu)化的對象。其次，以過程為基礎(chǔ)進行成本核算，能夠更全面的反映成本的構(gòu)成，基于活動的成本核算（Activity Based Costing）就體現(xiàn)了這種思想。第三，以過程為基礎(chǔ)進行質(zhì)量控制，把質(zhì)量控制從事后檢測轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑邦A防，能夠盡量減少大的設(shè)計更改，需求管理、質(zhì)量功能配置（Quality Function Deployment）、全面質(zhì)量管理（Total Qua

3、lity Management）都是這種思想的反映。第四，以可視化的過程模型為基礎(chǔ)的協(xié)同設(shè)計支持環(huán)境，是通訊、監(jiān)控、協(xié)調(diào)和信息管理的基礎(chǔ)。第五，追蹤由最初的顧客需求到最終產(chǎn)品實現(xiàn)的決策過程，從中獲得有益的經(jīng)驗和知識，是組織學習、增強產(chǎn)品開發(fā)能力的基本手段。從組織的角度來看，過程管理是企業(yè)對自身行為的認知、反省和控制。2 并行工程過程管理的研究體系2.1 概述并行工程過程管理以產(chǎn)品開發(fā)過程為研究對象。所謂產(chǎn)品開發(fā)過程，指的是從產(chǎn)品定義到產(chǎn)品批量生產(chǎn)之前這一段時間，同一般的過程相比，產(chǎn)品開發(fā)過程具有以下特點：?       &#

4、160;   目的性。產(chǎn)品開發(fā)的最終目的是設(shè)計出滿足顧客需求的產(chǎn)品。?           階段性。產(chǎn)品開發(fā)過程通常包括產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、方案設(shè)計、詳細設(shè)計、工藝設(shè)計、試制、試驗等階段。?           層次性。產(chǎn)品開發(fā)活動在一定的組織層次上進行，任務(wù)的分解本身也帶來層次。?        

5、   協(xié)同性。復雜產(chǎn)品的開發(fā)需要多學科、跨部門、全生命周期的協(xié)作。?           決策。決策是產(chǎn)品開發(fā)活動的主要容。?           迭代。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，階段性的設(shè)計結(jié)果不滿足設(shè)計要求，導致某一活動序列的重復。?           信息管理。產(chǎn)品開發(fā)過程中要產(chǎn)

6、生和使用大量的設(shè)計信息，有效的管理這些信息能提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。?           過程性能。時間和成本是需要控制和優(yōu)化的主要過程性能。?           時序?；顒拥呐判?qū)^程的性能會產(chǎn)生影響。這些特點反映了并行工程過程管理所必須考慮的重要方面?？偟膩碚f，并行工程過程管理的研究目標包括三個方面：對于產(chǎn)品開發(fā)過程性能的控制和持續(xù)改進；從產(chǎn)品開發(fā)過程中進行組織學習（主要是設(shè)計知識的學習）；

7、以過程管理系統(tǒng)為框架，實現(xiàn)對協(xié)同設(shè)計的支持。下面我們分五個方面介紹并行工程過程管理的研究容和主要進展。其中過程模型是過程性能分析、協(xié)同設(shè)計支持、組織學習的基礎(chǔ)；過程性能的定量分析研究以基于活動的過程模型為基礎(chǔ)，考慮時序、資源、迭代等要素對過程性能的影響，傳統(tǒng)的項目規(guī)劃和調(diào)度是過程性能定量分析的一部分；基于過程的協(xié)同設(shè)計支持以過程模型的計算機實現(xiàn)為基礎(chǔ)，對任務(wù)的分配和監(jiān)控、信息的管理和設(shè)計決策提供支持；基于過程的組織學習主要通過捕獲設(shè)計過程中的重要決策信息，來支持設(shè)計回溯和設(shè)計重用；過程管理實施方法學通過建立完整的過程發(fā)展、評估、實踐體系，來指導企業(yè)應用過程管理方法和技術(shù)。2.2 過程模型與表達

8、一般來說，模型的作用是解釋、預測和實現(xiàn)。就產(chǎn)品開發(fā)過程模型來說，其作用可以概括為以下三個方面：?           表示。以可視化的形式表達產(chǎn)品開發(fā)所需經(jīng)歷的步驟與需要考慮的關(guān)鍵因素，加強團隊成員對過程的理解和團隊協(xié)作；?           分析。用定量的手段形式化的描述產(chǎn)品開發(fā)過程，支持過程規(guī)劃、分析和改進；?       

9、;    實現(xiàn)。用計算機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)實現(xiàn)基于過程的協(xié)同設(shè)計環(huán)境，支持分布的、自動的任務(wù)分配、信息管理、通訊、監(jiān)控、協(xié)調(diào)等功能。過程模型的研究領(lǐng)域主要包括工程設(shè)計、經(jīng)營過程重組和軟件工程。我們研究的過程跟工程設(shè)計研究的過程是一致的，即產(chǎn)品設(shè)計過程或產(chǎn)品開發(fā)過程。產(chǎn)品開發(fā)過程是經(jīng)營過程的一部分。而軟件開發(fā)過程可以看成是產(chǎn)品開發(fā)過程的特例。下面所說的過程模型，如無特別說明，均指產(chǎn)品開發(fā)過程。按照建模的目的不同，過程模型可以分為描述性的（descriptive）和規(guī)性的（prescriptive）。描述性的過程模型主要的作用是解釋和分析（如IDEF0模型），規(guī)性的

10、過程模型主要作用是強制和指導（如ISO 9000的過程規(guī)）。按照建模的方法不同，過程模型可以分為基于活動（activity-based）的過程模型和基于階段（phase-based）的過程模型?；诨顒拥倪^程模型在決策支持、過程性能分析方面具有顯著的優(yōu)點。而基于階段的過程模型主要強調(diào)設(shè)計信息由抽象到具體、由定性到定量的發(fā)展過程。比較有代表性的過程模型有Pahl & Beitz的系統(tǒng)化設(shè)計過程、公理化設(shè)計（Axiomatic Design）過程、創(chuàng)新問題求解理論（Theory of Inventive Problem Solving）的設(shè)計過程等。Evbuomwan N.F.O.列舉了比

11、較有影響的16種設(shè)計過程模型。過程建模的方法和工具包括IDEF方法、結(jié)構(gòu)化分析方法、Petri Net建模方法、實時結(jié)構(gòu)化分析過程建模方法、過程規(guī)劃（Process Programming）和系統(tǒng)動態(tài)方法等。2.3 過程性能的定量分析過程性能的分析以基于活動的過程模型為基礎(chǔ)，分析活動的排序、資源分配、迭代、評審等因素對過程性能（主要是時間和成本）的影響。過程性能分析主要為特定項目的計劃和調(diào)度服務(wù)。傳統(tǒng)的項目計劃與評審技術(shù)和設(shè)計過程所特有的迭代分析構(gòu)成了產(chǎn)品開發(fā)過程性能分析的兩大主流。項目計劃與評審技術(shù)以活動網(wǎng)絡(luò)為過程模型，以關(guān)鍵路徑法為主要依據(jù)，進行過程的規(guī)劃和調(diào)度。關(guān)鍵路徑方法CPM和項目計

12、劃與評審技術(shù)PERT（Program Evaluation and Review Technique）技術(shù)是50年代末期產(chǎn)生的。二者從本質(zhì)上來講是一致的，它們都是采用活動網(wǎng)絡(luò)圖來描述一個項目。PERT技術(shù)是在CPM方法的基礎(chǔ)上增加了時間概率信息。其原理是從一個項目的開始到結(jié)束，把應完成的任務(wù)用圖或表的形式表示出來。通常用兩表來定義網(wǎng)絡(luò)圖。一表給出與一特定項目有關(guān)的所有任務(wù)（也稱為任務(wù)分解結(jié)構(gòu)），另一表則給出應當按照什么樣的次序來完成這些任務(wù)（有時稱為限制表Restriction List）。通過CPM和PERT方法，可以對項目的任務(wù)進行規(guī)劃，統(tǒng)計估測任務(wù)的時間和完成項目所需時間。CPM與PER

13、T的缺點是只面向單一過程結(jié)構(gòu)，即活動間的信息流結(jié)構(gòu)是單向的，任務(wù)是不重復的，或不考慮返工的，因而不支持過程迭代的分析。為對活動迭代進行描述和分析，一些學者在圖論的基礎(chǔ)上利用矩陣來描述和分析過程。迭代分析的基礎(chǔ)是設(shè)計結(jié)構(gòu)矩陣（Design Structure Matrix）。DSM的研究在MIT的Eppinger、Whitney等人的推動下，在分析過程迭代和過程改進、分析與規(guī)劃的應用上取得了一定的進展，如IOWA大學的Kusiak等基于DSM對過程分解進行了研究，提出了三角形分解算法以支持并行工程環(huán)境下的過程分析與分解；Pimmler等提出了基于構(gòu)件的DSM以支持產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)分解；McCord等

14、則提出了基于團隊的DSM對并行工程環(huán)境下的團隊組織進行分析，分析不同子團隊間的信息流動（耦合）關(guān)系，用以支持團隊間協(xié)調(diào)。在各種DSM的擴展中，比較重要的是數(shù)字DSM即NDSM（Numerical DSM），DSM矩陣的元素本為二元，即0和1（即“X”），NDSM則通過改變這些元素的值，提供了過程更加詳細的信息。如Smith等將矩陣對角元定義為活動的時間長度，而X定義為活動間的重復返工系數(shù)，從而提出了工作轉(zhuǎn)換矩陣WTM（Work Transition Matrix）的概念，通過WTM對串行迭代過程進行了時間分析與規(guī)劃?；赪TM，Johnson等對電子產(chǎn)品的串行迭代產(chǎn)品開發(fā)進行了分析與應用。過程

15、性能的定量分析還包括過程重疊、評審、資源分配、工作負荷等方面的分析，在此不作一一介紹。2.4 基于過程的協(xié)同設(shè)計支持基于過程的協(xié)同設(shè)計支持以過程模型的計算機實現(xiàn)為基礎(chǔ)，對任務(wù)的分配和監(jiān)控、信息的管理和設(shè)計決策提供支持。近年來，工作流技術(shù)得到了長足的發(fā)展。1993年成立了工作流管理聯(lián)盟（Workflow Management Coalition，WFMC）。此后，該組織頒布了一系列工作流產(chǎn)品標準，包括工作流參考模型、工作流術(shù)語表、工作流管理系統(tǒng)各部分間接口規(guī)格。工作流產(chǎn)品的互操作性標準等。現(xiàn)在，許多公司工基于這些標準推出了自己的工作流產(chǎn)品。從而為基于過程的協(xié)同設(shè)計提供了技術(shù)基礎(chǔ)，主要的PDM產(chǎn)品

16、中都提供工作流管理功能?？偟膩碚f，工作流管理系統(tǒng)的主要構(gòu)件和數(shù)據(jù)包括：s           過程定義（建模）工具s           工作流執(zhí)行子系統(tǒng)和工作流引擎s           工作流的控制數(shù)據(jù)s       

17、0;   工作流相關(guān)數(shù)據(jù)s           工作列表和工作列表處理程序s           應用程序和應用數(shù)據(jù)工作流管理系統(tǒng)或多或少地具有了下面這些特點：設(shè)置活動的啟動和結(jié)束條件；工作流相關(guān)數(shù)據(jù)管理和電子數(shù)據(jù)的交換；支持分布式地過程建模與執(zhí)行；圖形化的過程定義工具。從目前工作流管理系統(tǒng)在并行工程中的應用情況來看，過程的定量分析是其弱點。我們正嘗試將項目管理系統(tǒng)與工作流管理

18、系統(tǒng)進行集成。2.5 基于過程的組織學習知識密集性是產(chǎn)品開發(fā)過程的一個顯著特征，在這個過程中，既使用知識，又產(chǎn)生知識。因此，捕獲設(shè)計過程中的重要決策信息，從中獲得有益的經(jīng)驗和知識，來支持設(shè)計回溯和設(shè)計重用，是組織學習、增強產(chǎn)品開發(fā)能力的基本手段。基于過程的組織學習集中體現(xiàn)在對于設(shè)計歷史的研究方面。設(shè)計歷史強調(diào)記錄由顧客需求發(fā)展到產(chǎn)品實現(xiàn)的全過程，而不僅僅是產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)果。它不僅包括產(chǎn)品幾何信息的發(fā)展過程，而且包括產(chǎn)品功能和行為的發(fā)展、設(shè)計決策過程與其原理、經(jīng)營活動對設(shè)計決策的影響等。一般來說，設(shè)計歷史包含以下信息：?      

19、60;    問題（如經(jīng)營問題，規(guī)劃問題，產(chǎn)品設(shè)計問題）?           考慮的替代方案（如任務(wù)，裝配件，零件，特征，功能，材料，尺度，強度）?           選擇或否定替代方案的論據(jù)（如定性討論，定量分析，規(guī)則，標準）?           評價替代方案的

20、方法?           使用、放松的約束和需求與其來源?           作出的假設(shè)?           決策歷史和決策原理?           產(chǎn)品開發(fā)規(guī)劃?  &#

21、160;        屬性和參數(shù)值的變化設(shè)計歷史管理系統(tǒng)不僅僅是一個信息查詢系統(tǒng)，它應當同設(shè)計過程緊密集成，使設(shè)計人員在執(zhí)行設(shè)計任務(wù)的同時完成設(shè)計歷史的捕獲和索引，并自動的提供以前的相關(guān)設(shè)計歷史信息，支持設(shè)計人員的決策。目前，這方面的研究正與企業(yè)知識管理方面的研究緊密結(jié)合。2.6 過程管理實施方法學過程管理實施方法學通過建立完整的過程發(fā)展、評估、實踐體系，來指導企業(yè)應用過程管理方法和技術(shù)。從最終的目的來說，過程管理的實施是為了改善過程性能，但由于過程性能的影響因素紛繁復雜，既包括管理因素，又包括技術(shù)因素，因此需要一個完整的

22、框架對過程管理實踐進行指導。過程可以看作是企業(yè)行為的描述，過程能力可以看作是企業(yè)的行為能力。就象人的行為能力從幼稚發(fā)展到成熟一樣，企業(yè)的過程能力也有一個從幼稚到成熟的過程。能力成熟度模型（CMM: Capability Maturity Model）把企業(yè)過程能力發(fā)展分為五個階段，即初始級、可重復級、標準化級、管理化級和優(yōu)化級（連續(xù)改進級）。為每個階段定義了關(guān)鍵過程領(lǐng)域（KPA: Key Process Area）、KPA實現(xiàn)的共同特征（Common Features）和關(guān)鍵實踐（Key Practices）。CMM雖然以軟件工程為背景，對一般性的產(chǎn)品開發(fā)過程也有指導意義。CMMI（Capab

23、ility Maturity Model Integrated for Systems Engineering/Software Engineering）就是針對一般產(chǎn)品開發(fā)過程的。CMM描述了過程能力在時間上的發(fā)展階段，從空間上來看，不同組織層次的行為都將對過程能力產(chǎn)生影響。組織行為的層次大致可以劃分為三層：組織行為層，項目團隊行為層和個體行為層。組織行為層的責任在于建立和維護領(lǐng)域知識與經(jīng)驗，建立和維護產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)與管理框架產(chǎn)品開發(fā)過程財富，制度化和知識管理是組織行為層的主要手段；項目團隊行為層的責任在于調(diào)動企業(yè)資源（人力、知識、設(shè)備等），完成特定的產(chǎn)品開發(fā)目標，項目管理是項目團隊行為層的

24、主要手段；個體行為層的責任在于按照指定的約束，完成所承擔的任務(wù)，對于設(shè)計、通訊、信息管理工具的使用是個體行為層的主要手段。對于每個組織層次的行為，都有相應的CMM加以規(guī)和描述。3 并行工程過程管理的應用進展在這一部分里，我們將主要介紹近10年來我們在并行工程過程管理方面的實踐與所取得的進展。3.1 系統(tǒng)開發(fā)45l41191195xe" filled="f" stroked="f">圖1 產(chǎn)品開發(fā)過程支持環(huán)境圖1描述了我們自主開發(fā)的產(chǎn)品開發(fā)過程支持環(huán)境體系結(jié)構(gòu)，它主要由產(chǎn)品開發(fā)過程建模子系統(tǒng)、過程執(zhí)行監(jiān)控子系統(tǒng)、過程歷史管理子系統(tǒng)、角色管理

25、子系統(tǒng)、過程分析與報表子系統(tǒng)以與工作平臺緊密集成而形成，同時該環(huán)境通過CORBA/DCOM集成了應用設(shè)計工具和協(xié)調(diào)工具。PDM、數(shù)據(jù)庫和異構(gòu)操作系統(tǒng)作為整個支持環(huán)境的基礎(chǔ)。過程建模子系統(tǒng)提供圖形化的過程信息編輯功能，包括活動信息編輯、信息流信息編輯、資源信息編輯等，我們的建模機制類似于IDEF0，但過程模型是動態(tài)可執(zhí)行的，可以支持信息的預發(fā)布和反饋等機制；過程執(zhí)行和監(jiān)控子系統(tǒng)的容包括過程的執(zhí)行與監(jiān)控。過程模型的可執(zhí)行機制直接支持過程的實施。通過對可執(zhí)行的過程模型的監(jiān)控，實時收集過程實施中的過程信息，跟蹤開發(fā)進度，為管理人員提供決策支持； 過程歷史管理子系統(tǒng)的核心模塊是過程歷史捕獲器、意圖管理器

26、和歷史瀏覽與報表生成器。過程歷史捕獲器負責監(jiān)聽系統(tǒng)部活動的狀態(tài)變化，記錄重要的過程信息，同時進行活動鑒別，對預先設(shè)定的特定情景(如項目里程碑、活動出現(xiàn)異?；蛉藶橹袛嗟?，要求用戶給出解釋。意圖管理器負責獲取用戶的意圖輸入信息，并將其和標志信息(相關(guān)活動、時間、責任人等)打包，進行保存。歷史瀏覽器負責提供一個簡明易用的瀏覽界面，供用戶查詢回溯有關(guān)的過程、意圖等歷史信息；角色管理子系統(tǒng)實現(xiàn)對項目中的角色管理，目的是便于對相應角色定義與過程有關(guān)的權(quán)限，并支持過程中的角色分配。子系統(tǒng)實現(xiàn)了角色的定義、增刪、查詢、密碼修改等功能；過程分析與報表子系統(tǒng)實現(xiàn)了對過程模型的分析與規(guī)劃，并完成了過程的報表生成，

27、包括過程任務(wù)分配、過程進展等，這是十分重要的部分。目前，我們通過二次開發(fā)將MS Project 98和過程支持環(huán)境其他部分集成在一起，增加模塊來實現(xiàn)模型存取，由Project 98來實現(xiàn)這一分析和報表功能；工作平臺是產(chǎn)品開發(fā)過程支持環(huán)境面向具體開發(fā)團隊的前端，它介于用戶和過程支持環(huán)境之間，工作平臺為開發(fā)人員進行并行工程下的集成開發(fā)設(shè)計和協(xié)作提供了支持平臺?？偟膩碚f，我們開發(fā)的產(chǎn)品開發(fā)過程支持系統(tǒng)偏重于項目管理和協(xié)同工作功能的實現(xiàn)。3.2 應用案例目前，我們已將產(chǎn)品開發(fā)過程實施方法學和產(chǎn)品開發(fā)過程支持系統(tǒng)應用于航天并行工程和鐵路車輛并行工程，并取得了較好的應用效果。我們所做的工作包括以下方面：?           企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程的建模和描述。通過多視圖的方法對企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程進行描述。?           企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程的評估。結(jié)合CMM模型，確定企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)過程的成熟度，確定其等級、目標、關(guān)鍵過程領(lǐng)域和關(guān)鍵實踐。? &#