产品全生命周期
项目管理系统
配方管理系统
实验管理系统
电子实验记录本
化工行业
面向产品全生命周期的产品开发过程建模
摘要：研究了通过产品开发项目全局计划进行面向产品全生命周期的开发过程建模问题。介绍了在产品全生命周期原则下分步建立全局计划，实现对产品开发过程进行描述、分析与优化
产品应用
概述
目前，越来越多的制造企业实现了基于网络和计算机应用系统的数字化产品开发，但大部分产品开发模式落后，缺乏有效的管理手段，阻碍了制造企业产品研制能力的迅速提升。解决该瓶颈问题的一条有效途径是通过过程集成，将先进的管理理念与信息技术相结合，实现产品开发过程的各阶段之间，以及产品开发与产品生命周期下游其他过程之间的信息交互和协同。
过程建模是进行过程集成的首要工作，不仅需要通过形式化方法准确地描述产品开发过程的组成活动及其逻辑关系，而且要将产品全生命周期理念应用于产品开发过程建模，为产品开发人员提供及时考虑产品全生命周期因素的依据，建立并行的产品开发模式，以提高企业的产品研制能力。
产品开发是一种具有组织整体性、创造性、风险性和具体技术上的不确定性的一次性活动。因此，项目管理技术适用于对产品开发过程进行描述与分析。同时，产品开发又是一个复杂过程，具体表现是，产品开发过程要能够支持分布在不同物理地点、不同角色的开发人员使用多种工具进行信息的交互与协作。
对这类复杂问题建模的基本解决办法是，将复杂问题逐层分解，形成层次化、分阶段的功能、信息、组织和行为等结构，便于在不同层次上、从不同侧面描述复杂过程的信息交互和工作协同。项目管理技术支持自顶向下的任务分解，可以保证过程的目标一致性。如果上层结构是面向产品全生命周期的，那么，分解后形成的下层结构可细化为描述活动间考虑产品全生命周期因素所需要的工作协同。
本文通过建立产品开发项目的分阶段、层次化的全局计划，描述产品开发过程，并依据产品全生命周期的原则，调整全局计划，完成面向产品全生命周期的产品开发过程建模，为开发过程集成提供支持。
1 产品开发项目全局计划
为了更明确、具体地在产品开发过程建模中考虑产品全生命周期因素，本研究提出了产品开发项目全局计划（以下简称全局计划）的概念，并以此建立产品开发过程的模型。全局计划是一种以产品开发项目为对象，综合考虑产品全生命周期因素所分步建立的层次化的项目计划。全局计划包括以下五个部分：产品全生命周期原则、工作分解结构（WorkBreakdownStructure，WBS）、组织分解结构（OrganizationaIBreakdownStructure，OBS）、工作信息结构和项目进度安排。
1.1产品全生命周期原则
基于对产品全生命周期性质的认识，提出了产品开发过程的全生命周期原则，其本质是以产品开发作为产品全生命周期的核心，在产品开发中考虑制造、销售、维护及回收等各阶段可能出现的问题；在产品开发过程中，将产品开发各个阶段的功能、组织、信息和行为管理围绕详细设计阶段展开；用面向过程设计（DFX）的思想考虑详细设计与工艺、试制、试验等其他阶段的协同；在并行工程思想指导下，将自上而下的先导过程和自下而上的反馈过程相结合，用整体优化的观念增加产品开发活动的并行度，描述产品全生命周期内的工作协同。
1.2工作分解结构
产品全生命周期是一个长周期过程，包括从产品设计到报废回收的全过程。作为生命周期的开端，产品开发过程从产品的概念形成开始，到完成产品的样机测试工作直至交付生产为止。按照实现功能划分，包括概念设计、详细设计、工艺设计、生产准备、加工样机和样机试验等阶段，各阶段又包括不同的子阶段及活动。
利用工作分解结构WBS树形图，将一个具体产品的开发作为一个项目，其下属各阶段即作为子项目，各子项目再分解成若干个相对独立的工作单元，并确定每个工作单元从属的活动，每步分解的依据是，每个子级活动能够描述其父级活动的一项完整的功能单元，从而完成活动的界定，以便更有效地组织项目的进行。所以，产品开发过程的工作分解结构可以描述为一个产品开发过程中所包含的功能活动，是面向功能的分解。
对于产品开发过程中活动间的关系，如果没有考虑产品全生命周期原则，则往往存在大量产品生命周期下游的后续过程向设计的反馈更改，形成长周期段的迭代（AS-IS），如图1a所示，其反馈可能发生在产品开发过程的各个子阶段之间，也可能发生在产品全生命周期后部的过程与产品开发过程之间。
为提高产品开发的效率，必须减少长周期迭代。在分解过程中，根据产品全生命周期原则进行改进，从而构造新的产品开发项目的短周期阶段内反馈（TO-BE）工作分解结构，如图1b所示。
图1 分析AS-IS提出TO-BE分解结构
分析ASIS，找出造成零件设计与工艺设计等后续工作之间长周期跨阶段迭代的原因，在产品开发项目的工作分解结构中的两阶段之间加入过程评估，在零件设计阶段，检查后续工作可能出现的问题，并将这些信息预发布给后续的工艺设计等阶段，从而形成短周期阶段内反馈，以减少大量高代价的返工，缩短开发时间，降低开发成本。
1.3 组织分解结构
开发人员的创造性是产品开发活动的重要因素，在建模过程中，人力资源分配是需要着重考虑的。要建立一个协同、并行的产品开发环境，必须合理规划企业组织模式，即建立组织分解结构。该结构由WBS演化而来，也是层次化逐级细分的，具体表现为一个由少量能力互补的、拥有不同角色人员组成的集成产品开发团队（Integrated Product Team，IPT）小组，有唯一的团队领导负责任务分派与小组任务的完成，所有成员被委托以共同的目的、行为目标和工作方法，并相互负责。多个IPT组成一个多层次的阶梯型组织结构：下层子团队是上层团队的组成部分，底层小组由相关各个专业不同角色的人员组成，他们共同完成开发任务。
组织分解结构建立以项目为导向的组织方式，纵向按照产品的工作分解结构分层划分工作单元，而每一单元的IPT小组则由横向的各相关职能部门人员组成，IPT小组的角色多样性是面向产品全生命周期分解的结果。
1.4 工作信息结构
工作分解结构将产品开发过程界定为不同层次的活动的集合，从信息角度看，每个活动都是对其输入信息进行处理，并得出输出信息的过程，输出信息的完成，标志一项活动的结束。对应于工作分解结构，采用工作信息结构定义各个层次中的活动所需处理的信息内容、性质及活动间的信息输入、输出关系，即对应每个工作分解单元建立一个信息集。
每个信息集从横向分为输入信息集、输出信息集，从纵向根据工作分解结构分解为下一级的信息集，体现工作信息结构的层次性。底层信息集不包括纵向分解，其横向的输入、输出信息集，由具体的信息单元组成。
另外，工作信息结构还用以分析活动的性质，采用对输入信息的敏感性，以及输出信息演化速度，定性地描述工作分解单元为适应输入信息的变化所需要的时间长短，以及输出信息达到最终完整形式的速度，这两项活动信息属性的定义为利用信息预发布机制进行活动关系的并行改造提供依据。
图2给出了一个分别用树形工作分解结构、组织分解结构和工作信息结构表达的产品开发过程模型示例。其中，工作分解结构将产品开发项目自顶向下地分解为各个子项目、工作单元直至活动，如产品开发工艺设计零件1工艺编制工艺规程。树型工作分解结构本身只能直接反映产品开发活动的组成及其分解情况。
事实上，对活动间相互关系的描述，要通过对活动的进度安排而体现。对于每一级的工作分解，需要有相应的IPT参加协同工作，表现为组织分解结构的逐级分解，如产品开发团队工艺设计团队零件1工艺团队编制工艺规程角色。
各IPT的工作将需要或提供相应的输入或输出信息，表现为工作信息结构的逐级分解，如产品开发信息集工艺设计信息集零件工艺信息集编制工艺规程信息集，每个信息集均包括输入信息集与输出信息集两部分。在采用WBS、OBS及工作信息结构描述产品开发过程时，组织分解结构和工作信息结构均与工作分解结构相对应。
图2 全局计划的WBS、OBS、工作信息结构对应的树形结构
1.5 项目进度安排
从图2可以看出，工作分解结构、组织分解结构、工作信息结构分别从功能、组织、信息方面描述产品开发项目活动的属性，在此基础上使用项目进度安排，来识别各项活动的相互关联与依存关系。据此，安排和确定活动的逻辑顺序，并根据实际执行过程中的反馈数据对活动关系进行优化与控制。其中，项目活动之间的依存关系包括必然依存关系和人为依存关系两类。必然依存关系受物质条件和客观规律方面的限制，比如，工艺设计过程需要拿到零件设计图纸之后才能进行；人为依存关系是人们根据主观意志去调整和确定的项目活动之间的关系。项目管理者需要合理确定这种关系，以体现全局计划对产品全生命周期原则的考虑。
产品全生命周期的项目进度安排要纠正传统的产品开发过程顺序的、长周期迭代的弊端，在早期就考虑后续阶段可能出现的问题，尽量将长周期的迭代转化为短周期的反馈。与传统的阶段性串行计划相比，由于在详细设计、工艺设计等阶段需要考虑全生命周期因素较多，在项目进度安排中，单个阶段所花费的时间可能较长。
但是，从产品全生命周期的观点来看，产品开发各阶段以及阶段内的活动并不是简单衔接，而是相互作用、相互制约的，按照实际情况引入信息预发布机制，在原来单一串行顺序中加入并行协同工作，即在上游阶段未完全结束时即开始下游阶段的工作，这样，有利于将跨阶段长周期的迭代转化为短周期阶段内的反馈。信息预发布机制的引入，使得阶段间发生重叠，如图3所示，可减少产品开发项目的总时间。
产品开发全局计划考虑产品全生命周期因素，减少了由于产品生命周期其他阶段的问题而造成的返工，从而提高了产品开发的效率。综上所述，全局计划的五个组成部分，不仅可以实现对面向产品全生命周期因素的产品开发过程，从功能、组织、信息及行为四个方面进行完整的描述及其建模，而且该建模方法具有在功能、组织和信息方面建模一致性好，易于采用面向对象的建模技术，易于控制和优化产品开发过程的特点。同时，该建模方法也支持采用其他建模形式表达产品开发过程。
图3 改变原有串行计划引入预发布支持并行协同
2 全局计划映射生成产品开发多视图过程模型
在产品开发过程建模中，利用功能视图、组织视图、信息视图和行为视图，从多角度分析、描述过程，是常用的模型表达方式。在采用全局计划建立的WBS、OBS、工作信息结构及项目进度安排的基础上，可以映射形成描述产品开发过程的功能视图、组织视图、信息视图和行为视图，实现描述产品开发过程的多视图模型表达。
2.1 由全局计划到过程模型的映射
由全局计划向产品开发过程模型的映射如图4所示。它包括以下内容：
图4 由全局计划到产品开发过程模型各视图的映射
（1）功能视图以工作分解结构定义各级活动内容为基础，以产品全生命周期原则为约束，以组织分解结构中相应的IPT为机制，以各级工作信息结构的输入输出信息集作为输入和输出连接各个活动，形成产品开发过程的功能视图。
（2）组织视图全局计划的组织分解结构，可直接映射生成产品开发过程相应的组织结构模型，描述产品开发涉及的人员角色与组织层次关系，说明不同组织部门间的业务联系，以及产品开发过程中各组成环节与产品开发团队之间的对应关系，形成组织视图。
（3）信息视图工作信息结构可映射生成产品开发过程信息的关系模型，配以信息单元的字段说明，详细定义各级信息实体，描述联系产品开发过程各个环节的各种信息实体，以及它们之间的关系，形成信息视图。
（4）行为视图项目进度安排可映射成为产品开发活动行为顺序，可以确定产品开发过程组成环节的时间与逻辑特性（如组成环节的启动顺序、持续时间、彼此之间的制约条件等），以及产品开发过程中出现的反馈与迭代，形成行为视图。
（5）模型表达方式在全局计划中，将WBS→OBS工作信息结构项目进度安排的建立顺序映射于过程模型，可以反映按功能视图组织视图信息视图行为视图的顺序建立产品开发过程模型的方式。
图5给出了一个利用功能视图描述零件工艺设计过程的实例，其中，每个活动的定义来自图2中的工作分解结构，而其中的角色为活动提供机制，活动的输入和输出则来自于工作信息结构中所对应活动的输入信息集与输出信息集。
在图5中，零件工艺设计过程以产品全生命周期原则作为过程的约束条件，由零件工艺设计小组按照活动相应角色，分配完成由工作分解结构所定义的各项活动，输入信息为零件设计图纸，经过工艺设计过程协同与信息交互，得到零件工艺规程、材料工时定额和工装申请等输出信息。
图5 一个零件工艺设计过程模型的功能视图示例
2.2 行为视图中的活动关系
全局计划的项目进度安排，通过时间进度确定活动之间的逻辑关系，将项目进度安排映射至行为视图中时，可采用过程流图对活动关系进行描述。过程定义中相邻活动间的基本逻辑关系如图6所示，包括活动间存在依存关系，即活动A的输出信息是活动B的输入信息时，采用串行结构；任务间不存在依存关系，即两活动间不存在输入、输出信息的对应关系时，采用并行结构。
由于全局计划支持活动信息预发布机制，当出现两任务的输出信息分别是对方的输入信息时，可用耦合的逻辑形式表示，其中，串行耦合是对串行结构的改进，表示活动B在活动A开始一段时间后开始，并由于活动A信息的预发布，在活动A未结束前两活动间发生频繁的信息反馈；并行耦合表示两活动同时开始，并且在执行过程中互相之间存在频繁的信息反馈，在达到活动的要求后，共同对外输出信息。
图6 活动间的基本逻辑关系
全局计划的项目进度安排依据产品全生命周期原则，在保证必然依存关系的前提下，调整活动间的人为依存关系，其重要体现是对传统串行活动的并行改造。根据工作信息结构中下游活动对其输入信息变化的敏感性，以及上游活动输出信息的演化速度，确定是否采用信息预发布的方式对原有串行活动进行并行化改造。V.Krishnan的研究工作表明，在处理上下游任务的重叠时，应考虑上游任务的信息演化速度!上与下游任务对上游信息变化的敏感性"下。!上与"下由任务对应的工作信息结构定性给出。据此，以确定所采用预发布的形式称之为预发布规则，具体可分别用以下四种情况进行处理：
（1）迭代式V上慢S下低时，及时预发布上游信息不会导致下游活动的严重返工，适合进行预发布。
（2）抢先式V上快S下高时，上游对下游的影响比较大，不适于预发布，仍采用串行式，上游任务应抢先结束，以便下游活动尽早开始。
（3）分布式V上快S下低时，可以进行预发布，同时，上游任务也应尽早结束。
（4）分解式V上慢S下高时，可以对任务的信息单元进行具体分析，找出适合于发布的信息单元，上游任务优先处理这些信息单元，并尽早发布给下游任务，如果任务单元性质不易识别，则不宜进行预发布。以上原则通过PDM上的活动关系的并行改造工作进行了验证，证明其具有可行性。
3 在PDM系统中实现全局计划映射过程建模
产品数据管理（PDM）是在现代产品开发环境中发展起来的一项综合信息技术。随着Web技术、标准化构件、中间件等技术的融入，PDM正在从使能技术逐渐成为企业数据和设计开发过程管理的集成平台。大部分知名PDM软件供应商，如Agile Software，SAP，EDS，Eigner，IBM/Dassault，MatriXone和TIPLM等，均在自身PDM基础上提出了产品全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）解决方案。
在过程建模方面，商品化PDM系统大都提供了建立工作流程模板的基本工具，但缺少必要的建模方法，难以从产品生命周期角度来考虑过程进度安排、资源分配平衡等问题。因此，在企业应用PDM的具体实施中，国内大都沿用传统的任务分工方式，依靠管理人员的经验代替项目计划，对产品开发过程的整体性考虑不足，导致虽应用了先进的软件系统，但产品开发效率依然不高。
本文提出将建立产品开发项目全局计划的建模方法，应用于在PDM系统基础上面向产品全生命周期的产品开发过程的建模与管理，实现了对PDM系统中工作流模板的工具的合理使用，有效地提高了产品开发过程模型的合理性和可优化计算。
3.1 实现机制
图7是在PDM系统中实现全局计划映射过程建模的功能模型，以此来说明其实现机制。该功能模型显示出了在PDM系统环境中，由产品开发需求与企业组织信息的输入，最终得到产品全生命周期数据输出的全过程。以产品全生命周期原则作为约束，定义产品开发项目的工作分解结构、工作信息结构以及组织分解结构，明确活动间的关系进行项目进度安排，从而得到产品开发项目全局计划。
以全局计划为依据建立过程模板，由工作流管理模块对其进行实例化，并发起产品开发工作流程。工作流启动后，产品开发人员按照任务部署，应用PDM系统其他功能模块进行操作，从而产生产品全生命周期数据的输出。同时，将过程运行的实际数据反馈给计划优化部分，形成全局计划过程跟踪及动态优化。
图7 在PDM系统中实现全局计划过程建模的功能模型
4 结束语
本文研究了通过全局计划建立产品开发过程模型的方法，及其在PDM系统环境下的应用。在产品全生命周期原则下，由工作分解结构-组织分解结构-工作信息结构-项目进度安排逐步建立全局计划，并可将其映射为面向产品全生命周期的由功能视图-组织视图-信息视图-行为视图建立起的过程模型，其本质是多视图的过程建模方法。结合在EDS的商业化PDM软件系统TIPDM的应用实例，说明了应用全局计划对产品开发过程进行面向产品全生命周期的分析与并行化改造的方法，为PDM过程管理在企业的实施与应用提供了可供参考的方法和步骤。
目前，越来越多的制造企业实现了基于网络和计算机应用系统的数字化产品开发，但大部分产品开发模式落后，缺乏有效的管理手段，阻碍了制造企业产品研制能力的迅速提升。解决该瓶颈问题的一条有效途径是通过过程集成，将先进的管理理念与信息技术相结合，实现产品开发过程的各阶段之间，以及产品开发与产品生命周期下游其他过程之间的信息交互和协同。
过程建模是进行过程集成的首要工作，不仅需要通过形式化方法准确地描述产品开发过程的组成活动及其逻辑关系，而且要将产品全生命周期理念应用于产品开发过程建模，为产品开发人员提供及时考虑产品全生命周期因素的依据，建立并行的产品开发模式，以提高企业的产品研制能力。
产品开发是一种具有组织整体性、创造性、风险性和具体技术上的不确定性的一次性活动。因此，项目管理技术适用于对产品开发过程进行描述与分析。同时，产品开发又是一个复杂过程，具体表现是，产品开发过程要能够支持分布在不同物理地点、不同角色的开发人员使用多种工具进行信息的交互与协作。
对这类复杂问题建模的基本解决办法是，将复杂问题逐层分解，形成层次化、分阶段的功能、信息、组织和行为等结构，便于在不同层次上、从不同侧面描述复杂过程的信息交互和工作协同。项目管理技术支持自顶向下的任务分解，可以保证过程的目标一致性。如果上层结构是面向产品全生命周期的，那么，分解后形成的下层结构可细化为描述活动间考虑产品全生命周期因素所需要的工作协同。
本文通过建立产品开发项目的分阶段、层次化的全局计划，描述产品开发过程，并依据产品全生命周期的原则，调整全局计划，完成面向产品全生命周期的产品开发过程建模，为开发过程集成提供支持。
1 产品开发项目全局计划
为了更明确、具体地在产品开发过程建模中考虑产品全生命周期因素，本研究提出了产品开发项目全局计划（以下简称全局计划）的概念，并以此建立产品开发过程的模型。全局计划是一种以产品开发项目为对象，综合考虑产品全生命周期因素所分步建立的层次化的项目计划。全局计划包括以下五个部分：产品全生命周期原则、工作分解结构（WorkBreakdownStructure，WBS）、组织分解结构（OrganizationaIBreakdownStructure，OBS）、工作信息结构和项目进度安排。
1.1产品全生命周期原则
基于对产品全生命周期性质的认识，提出了产品开发过程的全生命周期原则，其本质是以产品开发作为产品全生命周期的核心，在产品开发中考虑制造、销售、维护及回收等各阶段可能出现的问题；在产品开发过程中，将产品开发各个阶段的功能、组织、信息和行为管理围绕详细设计阶段展开；用面向过程设计（DFX）的思想考虑详细设计与工艺、试制、试验等其他阶段的协同；在并行工程思想指导下，将自上而下的先导过程和自下而上的反馈过程相结合，用整体优化的观念增加产品开发活动的并行度，描述产品全生命周期内的工作协同。
1.2工作分解结构
产品全生命周期是一个长周期过程，包括从产品设计到报废回收的全过程。作为生命周期的开端，产品开发过程从产品的概念形成开始，到完成产品的样机测试工作直至交付生产为止。按照实现功能划分，包括概念设计、详细设计、工艺设计、生产准备、加工样机和样机试验等阶段，各阶段又包括不同的子阶段及活动。
利用工作分解结构WBS树形图，将一个具体产品的开发作为一个项目，其下属各阶段即作为子项目，各子项目再分解成若干个相对独立的工作单元，并确定每个工作单元从属的活动，每步分解的依据是，每个子级活动能够描述其父级活动的一项完整的功能单元，从而完成活动的界定，以便更有效地组织项目的进行。所以，产品开发过程的工作分解结构可以描述为一个产品开发过程中所包含的功能活动，是面向功能的分解。
对于产品开发过程中活动间的关系，如果没有考虑产品全生命周期原则，则往往存在大量产品生命周期下游的后续过程向设计的反馈更改，形成长周期段的迭代（AS-IS），如图1a所示，其反馈可能发生在产品开发过程的各个子阶段之间，也可能发生在产品全生命周期后部的过程与产品开发过程之间。
为提高产品开发的效率，必须减少长周期迭代。在分解过程中，根据产品全生命周期原则进行改进，从而构造新的产品开发项目的短周期阶段内反馈（TO-BE）工作分解结构，如图1b所示。
图1 分析AS-IS提出TO-BE分解结构
分析ASIS，找出造成零件设计与工艺设计等后续工作之间长周期跨阶段迭代的原因，在产品开发项目的工作分解结构中的两阶段之间加入过程评估，在零件设计阶段，检查后续工作可能出现的问题，并将这些信息预发布给后续的工艺设计等阶段，从而形成短周期阶段内反馈，以减少大量高代价的返工，缩短开发时间，降低开发成本。
1.3 组织分解结构
开发人员的创造性是产品开发活动的重要因素，在建模过程中，人力资源分配是需要着重考虑的。要建立一个协同、并行的产品开发环境，必须合理规划企业组织模式，即建立组织分解结构。该结构由WBS演化而来，也是层次化逐级细分的，具体表现为一个由少量能力互补的、拥有不同角色人员组成的集成产品开发团队（Integrated Product Team，IPT）小组，有唯一的团队领导负责任务分派与小组任务的完成，所有成员被委托以共同的目的、行为目标和工作方法，并相互负责。多个IPT组成一个多层次的阶梯型组织结构：下层子团队是上层团队的组成部分，底层小组由相关各个专业不同角色的人员组成，他们共同完成开发任务。
组织分解结构建立以项目为导向的组织方式，纵向按照产品的工作分解结构分层划分工作单元，而每一单元的IPT小组则由横向的各相关职能部门人员组成，IPT小组的角色多样性是面向产品全生命周期分解的结果。
1.4 工作信息结构
工作分解结构将产品开发过程界定为不同层次的活动的集合，从信息角度看，每个活动都是对其输入信息进行处理，并得出输出信息的过程，输出信息的完成，标志一项活动的结束。对应于工作分解结构，采用工作信息结构定义各个层次中的活动所需处理的信息内容、性质及活动间的信息输入、输出关系，即对应每个工作分解单元建立一个信息集。
每个信息集从横向分为输入信息集、输出信息集，从纵向根据工作分解结构分解为下一级的信息集，体现工作信息结构的层次性。底层信息集不包括纵向分解，其横向的输入、输出信息集，由具体的信息单元组成。
另外，工作信息结构还用以分析活动的性质，采用对输入信息的敏感性，以及输出信息演化速度，定性地描述工作分解单元为适应输入信息的变化所需要的时间长短，以及输出信息达到最终完整形式的速度，这两项活动信息属性的定义为利用信息预发布机制进行活动关系的并行改造提供依据。
图2给出了一个分别用树形工作分解结构、组织分解结构和工作信息结构表达的产品开发过程模型示例。其中，工作分解结构将产品开发项目自顶向下地分解为各个子项目、工作单元直至活动，如产品开发工艺设计零件1工艺编制工艺规程。树型工作分解结构本身只能直接反映产品开发活动的组成及其分解情况。
事实上，对活动间相互关系的描述，要通过对活动的进度安排而体现。对于每一级的工作分解，需要有相应的IPT参加协同工作，表现为组织分解结构的逐级分解，如产品开发团队工艺设计团队零件1工艺团队编制工艺规程角色。
各IPT的工作将需要或提供相应的输入或输出信息，表现为工作信息结构的逐级分解，如产品开发信息集工艺设计信息集零件工艺信息集编制工艺规程信息集，每个信息集均包括输入信息集与输出信息集两部分。在采用WBS、OBS及工作信息结构描述产品开发过程时，组织分解结构和工作信息结构均与工作分解结构相对应。
图2 全局计划的WBS、OBS、工作信息结构对应的树形结构
1.5 项目进度安排
从图2可以看出，工作分解结构、组织分解结构、工作信息结构分别从功能、组织、信息方面描述产品开发项目活动的属性，在此基础上使用项目进度安排，来识别各项活动的相互关联与依存关系。据此，安排和确定活动的逻辑顺序，并根据实际执行过程中的反馈数据对活动关系进行优化与控制。其中，项目活动之间的依存关系包括必然依存关系和人为依存关系两类。必然依存关系受物质条件和客观规律方面的限制，比如，工艺设计过程需要拿到零件设计图纸之后才能进行；人为依存关系是人们根据主观意志去调整和确定的项目活动之间的关系。项目管理者需要合理确定这种关系，以体现全局计划对产品全生命周期原则的考虑。
产品全生命周期的项目进度安排要纠正传统的产品开发过程顺序的、长周期迭代的弊端，在早期就考虑后续阶段可能出现的问题，尽量将长周期的迭代转化为短周期的反馈。与传统的阶段性串行计划相比，由于在详细设计、工艺设计等阶段需要考虑全生命周期因素较多，在项目进度安排中，单个阶段所花费的时间可能较长。
但是，从产品全生命周期的观点来看，产品开发各阶段以及阶段内的活动并不是简单衔接，而是相互作用、相互制约的，按照实际情况引入信息预发布机制，在原来单一串行顺序中加入并行协同工作，即在上游阶段未完全结束时即开始下游阶段的工作，这样，有利于将跨阶段长周期的迭代转化为短周期阶段内的反馈。信息预发布机制的引入，使得阶段间发生重叠，如图3所示，可减少产品开发项目的总时间。
产品开发全局计划考虑产品全生命周期因素，减少了由于产品生命周期其他阶段的问题而造成的返工，从而提高了产品开发的效率。综上所述，全局计划的五个组成部分，不仅可以实现对面向产品全生命周期因素的产品开发过程，从功能、组织、信息及行为四个方面进行完整的描述及其建模，而且该建模方法具有在功能、组织和信息方面建模一致性好，易于采用面向对象的建模技术，易于控制和优化产品开发过程的特点。同时，该建模方法也支持采用其他建模形式表达产品开发过程。
图3 改变原有串行计划引入预发布支持并行协同
2 全局计划映射生成产品开发多视图过程模型
在产品开发过程建模中，利用功能视图、组织视图、信息视图和行为视图，从多角度分析、描述过程，是常用的模型表达方式。在采用全局计划建立的WBS、OBS、工作信息结构及项目进度安排的基础上，可以映射形成描述产品开发过程的功能视图、组织视图、信息视图和行为视图，实现描述产品开发过程的多视图模型表达。
2.1 由全局计划到过程模型的映射
由全局计划向产品开发过程模型的映射如图4所示。它包括以下内容：
图4 由全局计划到产品开发过程模型各视图的映射
（1）功能视图以工作分解结构定义各级活动内容为基础，以产品全生命周期原则为约束，以组织分解结构中相应的IPT为机制，以各级工作信息结构的输入输出信息集作为输入和输出连接各个活动，形成产品开发过程的功能视图。
（2）组织视图全局计划的组织分解结构，可直接映射生成产品开发过程相应的组织结构模型，描述产品开发涉及的人员角色与组织层次关系，说明不同组织部门间的业务联系，以及产品开发过程中各组成环节与产品开发团队之间的对应关系，形成组织视图。
（3）信息视图工作信息结构可映射生成产品开发过程信息的关系模型，配以信息单元的字段说明，详细定义各级信息实体，描述联系产品开发过程各个环节的各种信息实体，以及它们之间的关系，形成信息视图。
（4）行为视图项目进度安排可映射成为产品开发活动行为顺序，可以确定产品开发过程组成环节的时间与逻辑特性（如组成环节的启动顺序、持续时间、彼此之间的制约条件等），以及产品开发过程中出现的反馈与迭代，形成行为视图。
（5）模型表达方式在全局计划中，将WBS→OBS工作信息结构项目进度安排的建立顺序映射于过程模型，可以反映按功能视图组织视图信息视图行为视图的顺序建立产品开发过程模型的方式。
图5给出了一个利用功能视图描述零件工艺设计过程的实例，其中，每个活动的定义来自图2中的工作分解结构，而其中的角色为活动提供机制，活动的输入和输出则来自于工作信息结构中所对应活动的输入信息集与输出信息集。
在图5中，零件工艺设计过程以产品全生命周期原则作为过程的约束条件，由零件工艺设计小组按照活动相应角色，分配完成由工作分解结构所定义的各项活动，输入信息为零件设计图纸，经过工艺设计过程协同与信息交互，得到零件工艺规程、材料工时定额和工装申请等输出信息。
图5 一个零件工艺设计过程模型的功能视图示例
2.2 行为视图中的活动关系
全局计划的项目进度安排，通过时间进度确定活动之间的逻辑关系，将项目进度安排映射至行为视图中时，可采用过程流图对活动关系进行描述。过程定义中相邻活动间的基本逻辑关系如图6所示，包括活动间存在依存关系，即活动A的输出信息是活动B的输入信息时，采用串行结构；任务间不存在依存关系，即两活动间不存在输入、输出信息的对应关系时，采用并行结构。
由于全局计划支持活动信息预发布机制，当出现两任务的输出信息分别是对方的输入信息时，可用耦合的逻辑形式表示，其中，串行耦合是对串行结构的改进，表示活动B在活动A开始一段时间后开始，并由于活动A信息的预发布，在活动A未结束前两活动间发生频繁的信息反馈；并行耦合表示两活动同时开始，并且在执行过程中互相之间存在频繁的信息反馈，在达到活动的要求后，共同对外输出信息。
图6 活动间的基本逻辑关系
全局计划的项目进度安排依据产品全生命周期原则，在保证必然依存关系的前提下，调整活动间的人为依存关系，其重要体现是对传统串行活动的并行改造。根据工作信息结构中下游活动对其输入信息变化的敏感性，以及上游活动输出信息的演化速度，确定是否采用信息预发布的方式对原有串行活动进行并行化改造。V.Krishnan的研究工作表明，在处理上下游任务的重叠时，应考虑上游任务的信息演化速度!上与下游任务对上游信息变化的敏感性"下。!上与"下由任务对应的工作信息结构定性给出。据此，以确定所采用预发布的形式称之为预发布规则，具体可分别用以下四种情况进行处理：
（1）迭代式V上慢S下低时，及时预发布上游信息不会导致下游活动的严重返工，适合进行预发布。
（2）抢先式V上快S下高时，上游对下游的影响比较大，不适于预发布，仍采用串行式，上游任务应抢先结束，以便下游活动尽早开始。
（3）分布式V上快S下低时，可以进行预发布，同时，上游任务也应尽早结束。
（4）分解式V上慢S下高时，可以对任务的信息单元进行具体分析，找出适合于发布的信息单元，上游任务优先处理这些信息单元，并尽早发布给下游任务，如果任务单元性质不易识别，则不宜进行预发布。以上原则通过PDM上的活动关系的并行改造工作进行了验证，证明其具有可行性。
3 在PDM系统中实现全局计划映射过程建模
产品数据管理（PDM）是在现代产品开发环境中发展起来的一项综合信息技术。随着Web技术、标准化构件、中间件等技术的融入，PDM正在从使能技术逐渐成为企业数据和设计开发过程管理的集成平台。大部分知名PDM软件供应商，如Agile Software，SAP，EDS，Eigner，IBM/Dassault，MatriXone和TIPLM等，均在自身PDM基础上提出了产品全生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）解决方案。
在过程建模方面，商品化PDM系统大都提供了建立工作流程模板的基本工具，但缺少必要的建模方法，难以从产品生命周期角度来考虑过程进度安排、资源分配平衡等问题。因此，在企业应用PDM的具体实施中，国内大都沿用传统的任务分工方式，依靠管理人员的经验代替项目计划，对产品开发过程的整体性考虑不足，导致虽应用了先进的软件系统，但产品开发效率依然不高。
本文提出将建立产品开发项目全局计划的建模方法，应用于在PDM系统基础上面向产品全生命周期的产品开发过程的建模与管理，实现了对PDM系统中工作流模板的工具的合理使用，有效地提高了产品开发过程模型的合理性和可优化计算。
3.1 实现机制
图7是在PDM系统中实现全局计划映射过程建模的功能模型，以此来说明其实现机制。该功能模型显示出了在PDM系统环境中，由产品开发需求与企业组织信息的输入，最终得到产品全生命周期数据输出的全过程。以产品全生命周期原则作为约束，定义产品开发项目的工作分解结构、工作信息结构以及组织分解结构，明确活动间的关系进行项目进度安排，从而得到产品开发项目全局计划。
以全局计划为依据建立过程模板，由工作流管理模块对其进行实例化，并发起产品开发工作流程。工作流启动后，产品开发人员按照任务部署，应用PDM系统其他功能模块进行操作，从而产生产品全生命周期数据的输出。同时，将过程运行的实际数据反馈给计划优化部分，形成全局计划过程跟踪及动态优化。
图7 在PDM系统中实现全局计划过程建模的功能模型
4 结束语
本文研究了通过全局计划建立产品开发过程模型的方法，及其在PDM系统环境下的应用。在产品全生命周期原则下，由工作分解结构-组织分解结构-工作信息结构-项目进度安排逐步建立全局计划，并可将其映射为面向产品全生命周期的由功能视图-组织视图-信息视图-行为视图建立起的过程模型，其本质是多视图的过程建模方法。结合在EDS的商业化PDM软件系统TIPDM的应用实例，说明了应用全局计划对产品开发过程进行面向产品全生命周期的分析与并行化改造的方法，为PDM过程管理在企业的实施与应用提供了可供参考的方法和步骤。
