PLM平台过程控制方案

摘要：现代企业强调以过程为中心的管理模式。本文探讨了过程控制中过程流和任务流的关系，提出在过程建模中实现二者的融合，着重探讨了任务流引擎的工作机制及其在过程建模中的实现，PLM平台下基于专家系统的过程建模，以及过程控制中的并行机制。

概述

现代企业强调以过程为中心的管理模式。企业过程控制的好坏将直接影响到整个业务流程的运作。过程控制技术就是要使企业中大量的基于知识和规则的活动能够协调一致、高效运作，在正确的时间将正确的信息传递给正确的人，从而完成正确的业务流程。产品全生产周期管理（PLM）是在现代产品开发环境中发展起来的一项综合数据管理技术，PLM不仅可以管理与产品相关的所有信息，而且可以管理与产品相关的所有过程。目前，很多企业选用PLM平台作为企业过程控制的支撑平台。

过程控制技术本身包括两部分：过程建模和模型执行。模型执行主要是按照定义好的过程模型，自动进行过程阶段的转换，实现信息或任务的传递。因此，对于一个过程控制系统来说，只要创建了过程模型，其他的工作就由模型执行部分来做了。目前，商品化PLM软件基本上可以实现根据过程模型自动执行的功能，但对于实际存在的并行过程，由于缺乏一个量化的参数，还无法做到真正的并行，很多情况下，只是实现了串行的预发布。

本文重点研究过程建模、并行机制的控制。但目前大多数过程控制软件都只实现了对于过程流的控制，而对于任务流却考虑较少。所以，需要研究在过程控制中任务流和过程流的关系，以及如何在过程建模中实现二者的融合。在这之前，首先需要区分任务和过程、任务流和过程流这些基本概念，了解任务流和过程流的本质，然后探讨它们的关系。

1 过程控制中的任务流和过程流

任务和过程是两个不同的概念。任务是指由上级分配或布置的需要在一段时间内进行的业务，如张三在2月1日前设计减速箱；过程是指一种为产生特定结果而执行的系统化的操作序列，如图纸的审批过程、产品从方案设计到详细设计的过程。

不难看出，任务相对于过程是一个具体的概念，是实例化的，由于和时间有关联，因此，任务是一次性的，除非转发，一般只需分配一次。而过程是一个抽象的概念，可以反复使用，是不可实例化的，例如详细设计这个过程不代表任何具体的事物，任何一个产品都可能经过详细设计过程。

一个产品的设计过程是以任务为核心的，随着任务的分解而展开，设计数据随着任务的完成而不断完善，设计过程可用任务流的方式表达出来。任务流是对产品设计过程的抽象。本文将任务不断分解和分配的过程，称为任务流。任务流最终的结果是实现一棵完整的任务分解树。

例如，对于下发给设计部设计自行车这样一个总任务来说，可以分解成设计车身、设计车轮、设计附件等任务，其中设计车轮分任务分配给设计一组来完成，而这个分任务又可以分解成设计前轮和设计后轮两个任务，分别由设计一组的张三和李四完成。经过一系列这样的分解，一个具体产品的任务分解树就形成了，其中指定了为完成一个总任务所需的子任务及其完成人。但在电子化或网络化的设计管理状况下，如何对这一系列任务进行管理和控制，实现自动通知和电子化监控，需要借助于过程流。

过程流也称工作流，是指整个或部分经营过程在计算机支持下的全自动或半自动化。通常，把凡是由计算机软件系统（工作流管理系统）控制其执行的过程，都称为工作流。一个过程流包括一组活动及它们之间的顺序关系、过程、启动和终止条件，以及对每个活动的描述。过程流最终的结果是在正确的时间将正确的信息传递给正确的人，从而完成正确的业务流程。

从控制执行的角度，任务流是对产品设计过程的抽象。因为从计算机进行自动化控制的角度讲，任务流中并没有具体的对象，也就是说，这个流是虚的。而过程流则是具体的，它控制了要审批的图纸、要发送的任务等。所以任务流中的任务发放是需要过程流的支持才能实现的，任务流要依靠过程流来执行。因此，任务流和过程流在本质上是不同的。

工作流管理联盟（WFMC）制定了工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用接口等方面的一系列标准，并提出了过程流参考模型。本文提出了一个基于这个参考模型的过程控制模型。其中增加了任务流部分，实现任务流和过程流的融合，如图1所示。

图1 过程控制模型

该过程控制模型主要由以下几个部分组成：

（1）过程流运行服务——提供实时的过程控制环境，包含一个或多个过程流引擎，用来创建、管理和执行具体过程实例。应用程序可以通过过程流应用程序接口（WAPI）实现与这个服务的接口。过程流运行服务是过程控制的核心服务。

（2）过程流引擎——是过程流运行服务的核心，提供实时的过程实例执行的环境，用来处理过程模型的解释、过程实例的控制、过程的导航、过程的维护和监控、外部应用的调用等。

（3）过程建模工具——提供定义过程模型的功能，由过程流引擎来解释执行。

（4）管理和监视工具——主要负责对过程执行状态的监控，跟踪过程执行中的事件，可以查看和改变过程流的状态，并提供了多个过程流服务共享的通用管理和监视接口。

（5）过程流客户端应用——可以从工作任务列表中提取出过程相关数据给用户，或实现用户将一些相关的数据附加到过程对象上。

（6）可调用应用——可以以一定的应用程序协议实现数据交互，并提供了API接口实现其他过程流应用程序读／写过程相关数据。

（7）任务流运行服务——提供任务流控制环境，包含一个或多个任务流引擎，负责创建、管理和维护与任务流相关的数据。任务流运行服务是任务流控制的核心服务，其运行服务需要依靠过程流运行服务来实现。

（8）任务流引擎——是任务流运行服务的核心，负责调用相应的工具实现任务的调度。（9）任务调度工具——负责任务分解、任务分配、任务进度的安排。

2 任务流引擎的工作机制

任务流引擎的主要工作是负责调用相应的工具实现任务的调度，并将任务分解的结果（任务分解树）提供给过程流运行服务，由过程流运行服务实现任务的发送等。同时将任务分解树提供给过程建模工具，在过程建模时就考虑任务的设置。这样，企业的过程模型中就包含了发送给具体个人或小组的任务信息，实现由粗到细过程的控制。

对于任务流引擎来说，其驱动的输入是新产品或项目的数据，而输出则是任务调度的结果。对于过程建模来说，这种输出就是任务分解的结果——任务分解树。所以任务分解的效率将关系到任务流引擎的工作效率。在一个制造企业中，任务分解的过程一般依靠任务的各种参数来进行，如起始／结束时间、任务代表的产品类型等。

对于相似的任务，其任务最后的分解结果也是十分相似的。因此，通过建立一个专家系统，将常用的分解方式保存到一个知识库中。在进行任务分解时，由推理机根据任务的各种参数，从知识库中取出该任务所对应的任务分解树。这样，就实现了根据任务类型自动进行任务分解的目的，提高了整个任务流引擎的工作效率。

由于PLM本身就是建立在数据库上，所以可以将任务分解所需的知识库建在PLM底层。PLM系统提供了任务分解决策支持所需的大量数据，如零件族系列参数、产品结构等，而且提供了丰富的管理功能和查询功能，这样就降低了创建和维护知识库的难度，提高了知识搜索的效率。

3 PLM平台下基于专家系统的过程建模

过程建模是过程控制技术中的核心。过程建模是指对具体产品开发过程的抽象描述，用于分析、优化和建立产品开发活动流程，最终用来辅助整个产品开发的管理和监控。目前关于过程建模的方法、语言和技术很多，比如，IDEF3过程建模方法、Petri网、UML标准建模语言等。但这些方法包括使用PLM平台自带的建模工具，多用于人工建模，即将建模人员意识中的业务流程以图形化的方式表示出来。对于建模人员来说，建模本身还需要大量的手工操作，因此这是一个过程建模的瓶颈问题。

与任务分解相似，在进行过程建模时，仍然可以使用专家系统来解决这个问题，因为在进行产品开发时，开发过程模式在一段时间基本上是不变的，所以采用专家系统完全可以减少重复建模，提高建模效率。本文用基于特征的方式从知识库中搜寻类似的模型，其过程如下：

（1）根据输入的产品特征参数，到PLM中查找其所属的产品系列，就此可以找出同一系列或相同结构的其他产品；

（2）根据找到的这些产品，再到PLM中查找这些产品的特征和产品结构；

（3）根据这些产品的特征，再到历史过程模型模式库中查找这些产品所有的过程模型；

（4）向任务流引擎发出任务分解请求，由此得到该产品的任务分解树；

（5）综合任务分解树、历史过程模型，进行推理判断，形成新的过程模型。

这种建模方式有如下特点：实现过程流和任务流的合成，实现过程的控制由粗到细的转变，这样，对整个产品开发就可以进行更具体的监视。采用基于特征的搜索方式，有效利用了存储在PLM中的大量产品数据。任务流引擎只对推理机返回分解结果，这样可以保证过程模型的抽象性，使同一个模型可以多次使用。

其中，步骤（5）是任务流和过程流融合的关键，为了论述清楚，我们举例说明。例如，根据历史过程模型，设计一个自行车包括方案设计、初步设计、详细设计、工艺设计、加工制造等若干串行的过程，形成一个过程流模型。其中初步设计又包括设计车轮和设计车身两个并行的过程，设计车轮又包括设计前轮和设计后轮两个并行的子过程。

而根据任务流引擎返回的任务分解结果，设计前轮和设计后轮这两个任务，分别由设计一组的张三和李四完成。二者的结果由过程流引擎的建模工具进行合成，形成从初步设计开始一直到具体任务的过程模型。这样当产品进入过程流进行自动化控制时，到了指定的时序，具体的人员就会接到具体的设计任务。通过商品化过程流引擎提供的监控工具，产品的开发过程就得到了十分具

体的监控。

4 过程控制中的并行机制

在过程控制中还有一个重要的问题需要解决，那就是过程中的并行机制。在人工建模时，由于缺乏量化的概念，所以很难准确指定后续设计提前介入的时间。很多并行只进行了简单的预发布，而且很多预发布只能在前续设计开始前或刚刚结束时进行，从时效上仍然属于串行机制，没有从根本上实现并行。但在实际中，由于开发周期的要求，或者为了减少前续设计的错误率，需要后续设计在前续设计进行中就提前介入。所以从理论上，在建模时就确定并行机制，关键是确定何时进行设计的预发布。

本文采用两种方式进行预发布控制：

（1）预先设置的并行预发布在任务调度时，基本上确定每个任务的开始时间。由于在进行任务调度时，进行了并行关系处理，这样由任务流引擎传递给过程流引擎的任务调度结果包含了各个任务的开始时间，当过程流引擎触发这些任务时，是按照经过并行处理后的时间，所以可以实现真正的并行控制。但因确定每个任务的开始时间的算法较为繁琐，限于篇幅，不再赘述。

（2）事件触发的动态预发布通过标志性事件触发。在制造业的设计中，一个设计的完成，通常是以设计图纸的完成为标志的。所以在进行并行控制时，利用PLM强大的文档管理功能，捕捉文档的形成，确定其对应的任务，然后通知其子任务。如某一张装配图设计完成后，即可通知零件图的设计任务（通常是拆图）开始进行。

5 结束语

目前，很多企业选用PLM平台作为企业过程控制的支撑平台。但在实际应用中，商品化的过程流软件，包括PLM软件在控制上还存在很多问题。针对这些问题，本文探讨了过程控制中过程流和任务流的关系，对二者进行了本质上的区分，提出在过程建模中实现任务流和过程流的融合，实现从粗过程到细过程控制转变，提高过程控制的自动化水平。