并行工程項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)_常天慶new

1、并行工程項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)常天慶,熊光楞,吳祚寶清華大學(xué)自動化系,北京100084收稿日期: 1996-03-26第一作者:男, 1964年生,博士研究生*國家“八六三”高技術(shù)項目,863-511-9504-002-022文摘為確保并行產(chǎn)品開發(fā)過程的順利進行,協(xié)調(diào)產(chǎn)品開發(fā)工作流程,協(xié)調(diào)產(chǎn)品開發(fā)部門之間的關(guān)系、產(chǎn)品部件之間的關(guān)系以及協(xié)調(diào)開發(fā)人員解決矛盾的過程,提出了并行工程項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的概念。分析了協(xié)調(diào)工作應(yīng)完成的任務(wù),定義了項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的功能組成、體系結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)間的集成機制。介紹了一種并行工程項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)。關(guān)鍵詞并行工程;協(xié)調(diào);約束;沖突仲裁;過程管理分類號TP 39在并行工程實施過程中,首先會遇

2、到以下三方面的問題:1)產(chǎn)品開發(fā)工作流的管理。在并行工程開發(fā)方式下,產(chǎn)品開發(fā)階段的任務(wù)交疊、沖突情況十分頻繁,如何既妥善處理好這些情況又保證縮短開發(fā)時間;如何組織產(chǎn)品開發(fā)過程眾多的信息(設(shè)計信息、過程信息)和資源(人才、設(shè)備、技術(shù)等)才能發(fā)揮其最大效益;如何對開發(fā)過程進行管理。這些新的開發(fā)方式帶來的問題是一般項目管理系統(tǒng)所難以解決的。為此,必須開發(fā)一種新的適合并行工程特點的工作流管理系統(tǒng)。2)產(chǎn)品開發(fā)過程中相互依賴關(guān)系的處理。采用并行產(chǎn)品開發(fā)及組建多功能開發(fā)小組的必然結(jié)果是開發(fā)人員在開發(fā)過程中要處理大量的相互依賴關(guān)系。這些關(guān)系稱為約束。如何全面正確的形式化描述約束,如何判斷約束的相互影響,如何

3、減少違約次數(shù)和如何及時通報違約信息是設(shè)計人員非常關(guān)心的問題。3)解決沖突手段與產(chǎn)品開發(fā)所用計算機工具水平的適應(yīng)。產(chǎn)品開發(fā)過程中經(jīng)常發(fā)生沖突,目前解決沖突主要還是通過有關(guān)人員面對面直接交流的方式。在這種方式下,仲裁的效果很大程度上取決于決策人員的知識豐富程度,它與開發(fā)人員所采用設(shè)計工具的技術(shù)水平極不相稱。實際上,沖突各方可充分利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能等有關(guān)技術(shù)改進現(xiàn)有的沖突仲裁方法,以提高仲裁效果,縮短仲裁所需時間。1項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.1項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的功能并行工程的產(chǎn)品開發(fā)是由分布在異地的采用異類計算機軟件工作的多功能小組完成的,如:計算機輔助設(shè)計(CAD)、為裝配而設(shè)計(DF

4、A)、為制造而設(shè)計(DFM)、計算機輔助工程(CAE)、計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、加工過程仿真(MPS)等。多功能小組中存在大量相互依賴關(guān)系,開發(fā)過程中沖突時有發(fā)生,為使產(chǎn)品開發(fā)過程順利進行,提高多功能小組工作效率,生產(chǎn)出高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品,并為小組決策提供計算機支持,使并行工程的效益得以充分體現(xiàn),必須具有一種協(xié)調(diào)系統(tǒng),以支持對多功能小組及產(chǎn)品信息的共享,保證信息的正確流向和資源的正確搭配。項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)由以下子系統(tǒng)組成。1)工作流管理系統(tǒng)工作流管理的目的是規(guī)劃、調(diào)度和監(jiān)視產(chǎn)品開發(fā)的工作流,以保證把正確的信息和資源送給正確的小組;同時保證產(chǎn)品開發(fā)過程收斂于顧客需求。a)工作流程規(guī)劃和調(diào)度

5、在產(chǎn)品開發(fā)初期,設(shè)計人員利用建模、仿真與優(yōu)化工具建立過程模型。工作流程規(guī)劃和調(diào)度執(zhí)行該過程模型。過程模型的正確執(zhí)行可確?！爸付ǖ娜蝿?wù)在指定的時間內(nèi)被指定的人采用指定的資源來完成”。過程模型由一系統(tǒng)任務(wù)組成,這些任務(wù)分解成一組分任務(wù)后,形成任務(wù)表分別被分派給指定的開發(fā)人員。如果開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)任務(wù)無法執(zhí)行,那么向管理人員發(fā)出出錯信息,調(diào)用沖突仲裁系統(tǒng),與管理人員一起通過協(xié)商重新制定模型;否則執(zhí)行任務(wù)單。b)監(jiān)控產(chǎn)品開發(fā)過程監(jiān)控產(chǎn)品開發(fā)過程的目的是監(jiān)視產(chǎn)品開發(fā)過程是否向著顧客要求的方向進展1,為開發(fā)人員提供工作流、約束及沖突等信息。c)歷史管理歷史管理的對象主要指產(chǎn)品開發(fā)過程中形成的決策及與這些決策相

6、對應(yīng)的決策支持原理知識2等。其目的是記錄開發(fā)過程進行到一定階段時的過程特征。2)約束管理系統(tǒng)約束管理系統(tǒng)的目的是提供一種過程、產(chǎn)品及資源等因素的相互關(guān)系的表示和處理方法。約束問題通?；诩s束網(wǎng)絡(luò)來處理,約束網(wǎng)絡(luò)由包含n個變量X1,X2,Xn的集合(對應(yīng)值域D1,D2,Dn)和約束集C1,C2,Cm組成,每個約束Ci由兩部分組成:變量集V(Ci)=Xi1,Xij和關(guān)系R(Ci)=RXi1,XijADi1××Dij。約束網(wǎng)絡(luò)的全部解可表示為R(Z) = (X1=x1,Xn=xn)ûPCi,7V(Ci)R(Z)AR(Ci)其中7V(Ci)R(Z)表示變量V(Ci)在關(guān)系

7、R(Z)上的投影。約束的表示形式包括:代數(shù)、數(shù)值、條件、邏輯及語義盒。通過求解運算,可以解決確定約束網(wǎng)絡(luò)是否有解、找出約束網(wǎng)絡(luò)中單個或全部解等多方面的問題。圖1為某一產(chǎn)品的局部約束網(wǎng)絡(luò)示意圖,此產(chǎn)品由部件1(圓柱體,R1表示外徑,r1表示內(nèi)徑,L1圖1約束網(wǎng)絡(luò)實例表示長度,Q1表示材料密度,m1表示質(zhì)量。)和部件2(立方體,L2表示長度,B2表示寬度,H2表示高度,m2表示質(zhì)量,Q2表示材料密度)連接組成,L表示部件長度,m表示產(chǎn)品質(zhì)量,(d1,d2)表示產(chǎn)品質(zhì)心高度的允許范圍。約束管理系統(tǒng)可以保證開發(fā)過程的一致性;給出約束估算值、正確地檢索出某一決策的受影響人員及發(fā)現(xiàn)開發(fā)過程中出現(xiàn)的沖突。具

8、體劃分為如下功能:·創(chuàng)建、添加、修改、刪除及檢索等編輯功能。·約束網(wǎng)絡(luò)預(yù)處理功能,以保證開發(fā)過程所對應(yīng)的約束網(wǎng)絡(luò)有解。·用適合并行工程特點的算法處理約束滿足問題(包括一致性處理、估算變量值及約束傳播等)的功能。3)沖突仲裁系統(tǒng)沖突指設(shè)計人員在同一前提條件或同一目標(biāo)要求下對某一事件作出相互矛盾的結(jié)論的現(xiàn)象。在產(chǎn)品開發(fā)過程中,沖突的起源有以下三種3:·當(dāng)某一開發(fā)人員提出的某一參數(shù)值使得另一開發(fā)人員不可能把其它參數(shù)值表示成一致集時,沖突產(chǎn)生。·對同一設(shè)計對象,屬于不同部門的設(shè)計人員具有各自不同的設(shè)計目標(biāo)或重點,目標(biāo)或重點的不同經(jīng)常引起沖突。·

9、;用不同的標(biāo)準(zhǔn)從不同的方面評價設(shè)計時,導(dǎo)致不一致的設(shè)計評價結(jié)論。這實際上是一個不同部分的局部最優(yōu)不可能同時達(dá)到且有可能相互起負(fù)作用的問題。沖突用沖突仲裁系統(tǒng)來解決。該系統(tǒng)提供一種可供決策者間相互交換信息、發(fā)生交互作用的環(huán)境,能有效地采集沖突仲裁支持信息,對沖突作出仲裁。項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)采用協(xié)商模型處理沖突仲裁問題。協(xié)商模型思想的基本出發(fā)點是充分發(fā)揮計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)及人工智能等技術(shù)的優(yōu)勢,使它與人工解決沖突問題的習(xí)慣及思路相一致。設(shè)計人員在分布式的環(huán)境中采用多種沖突仲裁方案(如:基于實例、基于功效、基于約束網(wǎng)絡(luò)等)以e-mail作為信息交換工具協(xié)商工作。為保證開發(fā)工作協(xié)調(diào)進行,將沖突仲裁看作產(chǎn)品開

10、發(fā)過程中的一個任務(wù),并體現(xiàn)在過程模型中。這樣,既保證了過程模型的正確有效性,又強制沖突有關(guān)人員必須對沖突作出及時響應(yīng),因而可提高工作效率。1.2各子系統(tǒng)集成機制各子系統(tǒng)間集成關(guān)系可用該系統(tǒng)的功能模型(IDEF0圖)說明,參見圖2。1.3項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運行環(huán)境項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運行環(huán)境是一基于工作站的以網(wǎng)絡(luò)方式工作的復(fù)雜系統(tǒng),產(chǎn)品開發(fā)人員在此環(huán)境中可完成諸如CAD、DFA、CAPP及DFM等多方面的工作。它的軟件體系結(jié)構(gòu)及項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)如圖3所示。2項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的研制作者研制了一種稱作LUBRICATOR的項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)。它基于美國SDRC公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理框架metaphase,采用面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計方

11、法(IDEF4),用C+語言編寫,并在SUN工作站上運行。2.1LUBRICATOR作用范圍1)過程模型表示形式輸入到LUBRICATOR的過程模型用面向?qū)ο蟮倪^程描述方法(IDEF3)給出。2)可處理三類約束·時間規(guī)劃約束:在產(chǎn)品開發(fā)過程中,將開發(fā)人員的工作劃分為一系列活動,設(shè)計過程滿足所有活動的時間關(guān)系是保證開發(fā)過程順利進行的前提。·工作站所對應(yīng)任務(wù)間的約束:設(shè)計人員在設(shè)計時不但要滿足總體方案的要求,而且還要考慮到設(shè)計出的產(chǎn)品應(yīng)能滿足下游生產(chǎn)制造部門所提出的有關(guān)工藝、可裝配性、可加工性及可維護性等方面的要求。設(shè)計過程中的詳細(xì)設(shè)計與性能校核間也存在大量的約束。·

12、產(chǎn)品部件間的約束:機械產(chǎn)品設(shè)計時部件間的幾何約束、質(zhì)量約束、質(zhì)心約束,電氣產(chǎn)品設(shè)計時部件間的電氣參數(shù)傳遞關(guān)系等約束均是設(shè)計應(yīng)考慮的內(nèi)容。3)主要解決三類沖突·管理人員制定的過程模型分解成各個設(shè)計人員任務(wù)單的過程中,某設(shè)計人員可能對他得到的任務(wù)單不滿意,建議管理人員修改過程模型;另外,由于某些原因,使得過程模型不能正確描述實際過程的運行情況時,也要求管理人員修改過程模型。·開發(fā)小組間的沖突。在并行工程中,開發(fā)小組對應(yīng)于產(chǎn)品結(jié)構(gòu),所以,小組間的沖突實際是產(chǎn)品部件間的沖突。·設(shè)計人員提交的設(shè)計結(jié)果首先要得到工藝人員的審查,檢查其是否滿足制造部門的要求。通常情況下,審查會

13、發(fā)現(xiàn)一些問題,即出現(xiàn)了沖突。2.2LUBRICATOR的特性1)集成了工作流管理、約束管理及沖突仲裁系統(tǒng)將工作流管理、約束管理、沖突仲裁系統(tǒng)集成在一起,并在metaphase框架上運行。通過集成,既克服了各子系統(tǒng)分散于并行工程產(chǎn)品開發(fā)時存在的不足,又最大程度地發(fā)揮了它們各自的優(yōu)勢。從使用的角度看,約束管理系統(tǒng)和沖突仲裁系統(tǒng)是工作流管理系統(tǒng)的支持系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)計出現(xiàn)矛盾(沖突)時,可以通過調(diào)用沖突仲裁系統(tǒng)來解決矛盾。約束管理系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)某些沖突,同時,它也是沖突仲裁的方87常天慶,等:并行工程項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)案之一。2)面向并行工程的綜合約束網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)現(xiàn)有的約束網(wǎng)絡(luò)一般均對應(yīng)產(chǎn)品開發(fā)過程的某一側(cè)面

14、,如規(guī)劃問題網(wǎng)絡(luò)、資源約束網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品設(shè)計約束網(wǎng)絡(luò)等。LUBRICATOR的約束管理系統(tǒng)具有以下特點:a)是一種面向并行工程產(chǎn)品開發(fā)過程的綜合約束網(wǎng)絡(luò)模型。它將時間規(guī)劃問題約束、開發(fā)過程各任務(wù)模塊之間的約束及產(chǎn)品部件之間約束等蘊含于同一約束網(wǎng)絡(luò)中。體現(xiàn)了并行工程“并行”及“功能集成”的特性。b)能實時、自動的處理有關(guān)約束網(wǎng)絡(luò)一致性方面的問題,如自動判斷設(shè)計參數(shù)是否符合要求,自動通告違約信息等;還具有自動推理出某些設(shè)計參數(shù)等能力。3)實現(xiàn)項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)與并行工程其它系統(tǒng)的集成a) LUBRICATOR與并行工程過程建模、仿真與優(yōu)化系統(tǒng)集成在一起組成閉環(huán)系統(tǒng)可實現(xiàn)開發(fā)過程的動態(tài)建模和調(diào)度。如圖4所示。

15、LUBRICATOR從兩個方面輔助動態(tài)建模:首先,過程管理人員制定出的模型需在工作流管理系統(tǒng)得到設(shè)計人員的認(rèn)可后才能確認(rèn),否則,要對模型做相應(yīng)的修改;其次,由于實際情況發(fā)生變化,確認(rèn)后的模型在執(zhí)行過程中有可能與實際狀況發(fā)生偏差,此時模型已失去其應(yīng)有的價值,必須對其進行修正。實際上,產(chǎn)品開發(fā)過程是在制定過程模型、執(zhí)行過程模型、提出過程模型修改建議、修改制定新的過程模型的循環(huán)下完成的。b)利用metaphase框架的二次開發(fā)功能,將項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)集成在metaphase之上,確保metaphase過程管理功能的有效體現(xiàn)。3結(jié)束語LUBRICATOR項目協(xié)調(diào)系統(tǒng)蘊含了有助于產(chǎn)品開發(fā)過程順利進行的工作流

16、管理、約束管理和沖突仲裁系統(tǒng),并將它們集成在同一框架上。該系統(tǒng)具有與并行工程其它系統(tǒng)的良好接口,是并行工程的重要支持系統(tǒng)。實踐證明,LUBRICATOR可有效管理并行產(chǎn)品開發(fā)過程、處理利用產(chǎn)品開發(fā)過程中的約束關(guān)系、及時發(fā)現(xiàn)并解決產(chǎn)品開發(fā)過程中出現(xiàn)的沖突。使用LUBRICATOR可解決并行產(chǎn)品開發(fā)過程中出現(xiàn)的主要問題。參考文獻1 Nichols D M. Monitoring design progress in a concur-rent engineering environment. Fabricator, 1992, 22(8): 72772 Reddy Y V R. Computer

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18、gChang Tianqing,Xiong Guangleng,Wu ZuobaoDepartment of Automation, Tsinghua University,Beijing 100084Abstract:To ensure the product development process car-ries out smoothly, this paper presents the concept of a pro-ject coordination system for concurrent engineering(PCSCE) which can coordinate the workflow of a productdevelopment process, the relationships among the depart-ments of product development and the process of conflictresolution. The tasks, which must be completed by PCSCEin the produc