面向PLM的工艺准备系统建模

工艺知识是一组特殊的数据对象，它在工艺准备过程中既属于支撑数据，又属于结果数据。按照面向对象方法，工艺知识对象按功能可以分为四种类型:制造对象、工艺对象、资源对象和决策对象，工艺准备过程涉及到的工艺知识对象都可以归纳到其中一个类型下。每一种具体的对象又可以划分为两个层次:对象层和方法层。对象层包括四个元素:对象类集、对象属性集、对象属性约束集及对象实例集。方法层描述解决问题的操作方法名称、相关对象及关系。

3.1.3工艺准备信息模型建立

结合前面两节对工艺准备过程数据的分析及数据对象的定义，按照数据在工艺准备工作中的作用，工艺准备过程数据模型划分为三个子模型:工艺基础数据模型、工艺结果数据模型和工艺知识模型。工艺基础数据模型是对工艺准备过程中各项任务执行所依据的工艺相关基础理论数据和企业相关标准数据的抽象描述；工艺结果数据模型是工艺准备任务执行产生的结果数据，此处的结果数据是广义上的结果，包括指导生产的数据和管理工艺准备过程的一些信息；工艺知识模型是保证工艺准备过程中快速、高效、全面的获取工艺知识，并将知识运用于实际工艺准备过程的基础。工艺基础数据模型与工艺结果数据模型的形式相同，工艺结果数据通常是取自工艺基础数据或者是对其的加工结果。工艺基础数据应该是通用性的，而不局限于某一个特定的产品，所以其模型的建立应该是以产品对象为基础单元；而工艺结果数据直接用于指导产品的生产，其模型的组织单元应该是产品加工生产的元件即零件对象。工艺知识模型体现了3.1.2节对其的定义。三个模型均采用面向对象的E-R图表示方法，如图3-2所示。

图3-2工艺准备信息模型

3.2面向PLM的工艺准备过程模型建立

过程管理是PLM系统的一项重要功能，通常也称之为工作流管理。过程管理的任务是对产品形成的整个过程进行监控，并使该过程在任何时候都可追溯。过程管理应该支持和改善所有与产品形成过程有关人员的协同工作，从而从整体上提高工作效率151。为了实现过程管理，必须建立一个包括产品工艺准备过程所有重要特性的过程模型。

过程建模的主要目的是建立结构化模型元素及规范，使其能对复杂的过程结构与关系予以抽象表达，并通过所建模型可对企业过程达成一致的理解并为后续的实施步骤打下基础[191。过程模型用来描述组成过程的活动以及活动之间的连接。

目前比较成熟的可支持过程管理的建模方法主要有:IDEF族方法(IDEFO。IDEFIX。IDEF3,IDEFS),RAD方法、EEPC方法、Petri网、DFD方法、IIML活动图。IDEFO采用图形符号和自然语言，按照自顶向下的、逐层分解的结构化方法描述或建立系统功能模型，因此可以清楚的对过程进行建模，又容易掌握和理解。因此本文采用IDEFO方法结合上一节的工艺准备数据模型建立面向PLM的工艺准备过程模型，如图3-3所示。

图3-3 工艺准备过程模型

该模型表达了工艺准备工作流运行的路径，反映了产品生命周期中工艺准备活动、任务和过程及其相互之间的关系。图中AO层的进程表示了工艺准备的具体工作流程，涵盖了产品设计阶段、产品工艺阶段、产品制造阶段以及产品售后服务阶段整个产品生命周期的所有工艺业务。每个AO进程定义了输入、控制、机制和输出，完整的描述了该进程工作的充要条件。比如工艺方案设计进程，由工艺人员根据产品图样、各单位意见以及上一进程工艺审查产生的关键工艺建议，进行工艺方案设计，最后产生多条工艺方案，通过相关工艺方案评价机制，优选出一种最佳方案并输出。模型通过AO层的进程描述清晰的表达了产品生命周期各个阶段业务对工艺准备工作的相关需求，实际话动中，每个进程都有自己详细的工作流程，比如工艺规程设计进程，在大部分企业中，都有规定的审批流程:设计一校对一审核一批准一会签一发布等。这些审批流程相当于子过程模型，由工艺准备过程模型控制，同时这些子过程模型应该是动态可扩充的，在实际的PLM系统中，有专门的模型定义工具支持，根据企业具体的业务构建。

面向PLM的工艺准备过程模型具有较好的可扩展性，满足了PLM满足企业快速业务流程再造的需求。

3.3 面向PLM的工艺准备组织模型建立

本文描述的组织模型是指规划和描述面向PLM的工艺准备工作的组织结构、活动分工、权限和责任定义。组织模型包括角色、任务、行为和资源等要素，常采用状态转换图、产生式规则、决策树等方法来构造模型。在PLM环境中，新产品的研发涉及工艺相关的工作，是由设计部门、工艺部门和制造部门等相关人员共同合作完成的。由于单位众多、人员众多、组织关系复杂，因而人员的项目归属、部门归属和群组归属经常变化，而任务与责任、盗源拥有和权限分配也应随之调整，即强调动态可重构的组织结构。

本文提出在PLM环境下基于项目管理的工艺准备解决方案，因此工艺准备组织模型的构建要体现产品研发项目管理的特点。“工作组”是顶日管理的重要构成，它是一个动态的概念，指为了完成某项任务动态组成的人员组合。工作组一般是跨部门的组织，并直接面向任务，直接对客户(任务提出者)负责。引入“工作组的概念”，再结合工艺准备专业分工特点，本文提出了一种柔性的、数据表达一致并且可以有力地支持过程模型的动态执行的组织模型。

3.3.1工艺准备过程专业分工

工艺准备工作从产品生命周期阶段上可以分为设计阶段的工艺工作、工艺阶段的工艺工作、制造阶段的工艺工作和售后服务阶段的工艺工作。设计阶段的工艺工作主要包括产品工艺调研、产品加工和结构工艺性审查；工艺阶段的工艺工作包括工艺方案设计、工艺路线设计、详细工艺规程设计和工艺定额设计；制造阶段的工艺工作主要包括现场工艺管理:售后服务阶段的工艺工作包括工艺总结整顿和服务工艺设计。

从工作程度上看，工艺准备可以分为工艺综合设计工作和工艺详细设计工作。工艺综合设计工作主要包括设计一些指导某些工艺准备工作的指导性文件，比如工艺方案设计和工艺路线设计；工艺详细设计工作是指对指导产品生命周期运行的指令性文件的设计，比如详细工艺规程设计和工艺定额设计。

从工作层次上看，工艺准备可以分为工艺设计工作和工艺管理工作。工艺设计工作是指设计产品生命周期所需的工艺相关的文件，包括指导性工艺文件和指令性工艺文件；工艺管理工作是对工艺准备过程及相关信息的管理。

3.3.2项目管理中的组织模型特点

组织的具体定义是，为了完成共同目标而设计的职能系统(描述了一个组织的结构)和活动流程(组织过程)。设计一个组织，实质上就是研究如何合理地、有效地进行分工，包括业务工作的指派、工作量的分配、职责和权限的划分，以及分工后的配合、协作关系等。项目管理中的人员组织，需要打破行政职能立职务部门的划分，应该按项目组来组织人员。

2001年清华大学自动化系的鲍震宁、范玉顺提出了一种基于对象的组织建模方法，该方法将静态树型部门结构与动态工作组模式相结合，同时包括对企业业务流程到组织的映射描述，完整而清晰的表达了企业组织中的多种复杂对象。本文结合PLM中的项目管理技术，在此方法的基础上构建面向PLM的组织模型。

PLM思想体现了产品生命周期中企业组织间的协作关系。国外提出了团队互动模型，它强调组织之间的协调关系，以客户需求为目标，利于企业资源的合理配置和调度，快速的信息反馈，实现企业技术、资源、信息的全面集成。

项目管理中一个重要元素就是项目团队的创建。项目团队的成员一般都是来自企业实际静态组织中的不同的部门，他们在项目中扮演不同的角色，充分发挥自己的能力。项目进行过程中的复杂特性导致其项目团队的动态性，项目成员的构成能够根据实际情况立即调整。项目团队的组织应保证其柔性，以支持多项目开展的资源调度优化。因此面向PLM的工艺准备组织建模既要考虑企业静态职能部门的可管理性，又要考虑项目管理团队构建的柔性。

传统的组织模式中，企业的基本架构是职能部门，绩效衡量的基本架构是个人，命令自上而下的传达和执行，报告自下而上的传递和汇总。管理者的职责就是要把正确的任务交给正确的人去做，然后对其进行控制和评估。基于项目管理的组织模式中，任务的执行由自我管理的工作团队来完成。基于项目管理的组织模型主要有以下特性:

(1)结构扁平化，关注的焦点是项目；

(2)运营机制以项目为主，针对客户的点对点管理，流程简单化，达到顾客服务、成本和效率全局最优化；

(3)员工按项目安排，员工朝技能综合、多面手发展，工作以项目组为核心；

(4)技术在项目开展中集成，技术评价以项目目标为主，针对项目的有规律的计划与控制；

(5)水平方向的沟通；

(6)企业文化体现了项目的主权，项目以顾客为焦点，以服务为目标。

3.3.3以产品研发团队为核心的组织模型

制造企业的核心是产品，工作体现在对产品生命周期的管理，工艺准备是产品生命周期的一个重要阶段。根据3。3。2的分析，以及3。2提出的工艺准备过程模型，工艺准备工作可以按照项目的形式开展，工艺准备每个阶段可以对应于一个项目，传统的静态职能部门失去其职能意义，不同的部门可以动态的合并成一个“大部门”，所有的工作以项目的形式组织、开展。项目组成员包括项目领导人和一部分工作人员。项目领导由公司经理层任命，项目工作人员由项目领导从公司各个部门招募，招募工作由项目领导发起，公司所有职员通过PLM系统来申请加入项目，最后通过项目领导报公司经理层审批确定项目团队。公司的职员均可以在工作允许的情况下参与多个项目，通过项目统一的调度计划合理安排工作。多个项目并行过程中，如果遇到资源冲突，参与多项目的人员可以根据项目优先级重点攻关某一个项目，而申请推出其他的项目。这样可以保证公司资源得到合理分配与充分利用。对特殊事件的发生能以最快的速度响应。具体的结合静态职能部门和项目管理团队的工艺准备组织模型见图3-4所示。

图3-4面向PLM的工艺准备组织模型