引言
PDM在美國、日本等發達國家得到了廣泛的應用，在發展中國家的應用也在持續增長。隨著我國CIMS工程、并行工程、敏捷制造等的應用和推廣，PDM已在相當多的企業得到了應用，并且正受到越來越多的關注。
PDM出現于20世紀80年代初期，從最開始的工程圖檔管理逐漸擴展，迅速成為一門管理所有與產品相關的信息和所有與產品有關的過程的技術。PDM有十分廣闊的應用領域，包括機械、電子、汽車、航空航大以及非制造業(如交通、商業、電子出版)等。實施PDM既是企業目前信息管理的需要，更是企業贏得未來市場競爭的戰略需要。據國外資料統計，在歐美地區的發達國家中，通過實施PDM，減少工程成本至少10%，減少產品生命周期至少20%，減少工程變更控制時間至少30%，減少工程變更數量至少40%，并有助于減少引入新產品時間、減少開發新產品的成本、減少新產品成本，以及改進產品和服務質量。
Windchill PDM是PTC公司生產的一種PDM軟件，功能強大，具有生命周期管理、工作流管理、聯合管理、屬性管理、外部存儲管理等功能，其中工作流管理是Windchill PDM重要的基本功能之一。
工作流是針對工作中具有固定程序的常規活動而提出的一個概念，通過將工作活動分解成定義良好的任務、角色、規則和過程來完成執行和監控，達到提高生產組織水平和工作效率的目的。國際工作流管理聯盟給出的工作流定義為:工作流是指整個或部分經營過程在計算機支持下的全自動或半自動化。一個工作流包括一組活動及他們之間的連接關系，還包括過程的啟動和終止條件，以及對每個活動的詳細描述，如活動的執行者、相關的應用程序、需要和產生的數據等。工作流技術為企業更好地實現經營目標提供了先進的手段。
在實際應用中，我們發現Windchill PDM的工作流管理系統尚存在某些不足。其工作流管理視圖只能顯示工作流模板或者正在執行的工作流的粗略信息，支持在線的協同工作，但是不能滿足管理者和工作人員對工作流程的監控、統計、分析以及察看報表等以進行統籌性管理的需求。
本文針對Windchill PDM工作流管理系統的不足之處，提出了一種增強其功能的方法，為增強和完善PDM系統功能提出了新的思路。
1、Windchill PDM工作流管理系統的模型和功能分析
1.1模型分析
Windchill PDM的工作流管理系統如圖1所示。
從圖1中我們可以看出，Windchill PDM的工作流管理系統是在一個工作流引擎(Workflow Engine)的馭動下運作的，由工作流引擎馭動各種服務，包括應用程序(Application)、工作列表(Work Liat)、任務表單(Task Form)、目錄服務(Directory Ser息oe),Email和工作流監視器(Workflow Monitor)等。其中Windohill PDM的工作流監視器功能主要是工作流過程的日志管理，功能比較薄弱。所有這些服務都是基于WindohillDatabase數據庫實現的，Windohill PDM產品采用的都是ORACLE數據庫。
在Windchill PDM的Workflow管理中有兩個概念:工作流模板和工作流過程。Windchill PDM先進行工作流定義(Workflow Definition)，建立工作流模板(Workflow Template)，然后基于這個模板實例化一個工作流過程CWorkflow Process)。工作流過程一旦創建就不可改動其結構，只能對其各個活動}Acti息ty)的狀態進行控制，或者對整個工作流過程的狀態進行控制。一個典型的Windchill PDM工作流模型如圖2(轉向架工藝流程)所示，包括活動(Acti息ty)、連接(Connector)、自動CRobot、定時器(Timers(等節點，這些節點具有其特定的含義和屬性，如活動節點代表具體的一個任務，連接節點幫助建立各個節點之間的關系。其中，每個活動節點都可以包含自己的子節點，也就是子過程(Sub Process)。一個Windchill工作流從START節點開始，在GROUND或者END節點結束。從圖2中可以看出，Windchill工作流的一個典型特點是往往存在因任務迭代形成的反饋閉環。在實際工作流程中，往往會存在大量的任務迭代，所以復雜的工作流更是會出現大量的反饋閉環。
1.2功能分析
Windchill PDM的工作流視圖能夠直觀地顯示工作流的邏輯關系，以及各個任務的屬性，包括時間屬性和角色分配等。但是，它存在著嚴重的不足，具體包括:
(1)監控功能。Windchill PDM在管理工作流時，能夠實時顯示每個任務的狀態，如完成(1i-nished)、運行(Rurming)、未啟動(NotStarted)等，不同的狀態用不同的顏色表示，比較直觀，這只能滿足總體的非常粗略的監控要求。管理人員和工作人員往往迫切需要知道一個工作流程運行的時間進展，如已運行了多少時間、還需要運行多少時間、能否按時完成等等。他們還需要知道每個任務具體誰在負責、需要的資源以及已經分配的資源等。這些功能Windchill PDM都不能提供。
(2)統計功能。在對工作進行統籌安排時，必須需要一些統計信息，比如人員和資源的占用信息、工作成本信息等等。這些統計功能Windchill PDM也不能提供。
(3)分析功能。過程分析對于過程優化和重組是非常重要的，通過對模型的靜態與動態性能分析，發現企業業務流程中存在的瓶頸問題，預測工作周期、工作量、所需資源，計算相應的成本，對比不同的改進方案，為企業過程優化和重組提供決策依據。Windchill PDM根本沒有提供這些功能。
(4)報表功能。對于工作人員來說，需要提交各種文檔和報表是一項繁重而瑣碎的任務，如果Windchill PDM能夠自動統計生成報表，將會大大減輕他們的負擔。但是同樣的，Windchill PDM缺乏這種功能。
2、Windchill PDM工作流管理系統改進方法
2.1Windchill PDM工作流管理系統改進的總體方案
要改進Windchill PDM對工作流的監控功能，增加統計、分析和報表功能，可行的方案之一是直接對Windchill PDM進行開發，增加所需功能。考慮到Windchill PDM系統非常龐大，這樣做的工作量之大難度之高是不難想象的，因此我們采用另一種方案:利用輔助的管理軟件來對Windchill PDM的工作流進行管理。
如何選擇軟件是該方案的一個關鍵，所選軟件必須要能夠很好地集成到Windchill PDM的工作流管理系統中，而且必須具有對工作流的監控、統計、分析和報表等功能。在應用中，我們選擇Microsoft公司發行的軟件MS Project98，因為該軟件很好地具備以上要求。
其一，MS Project 98對工作流程的監控、統計、分析和報表功能較強大。它利用甘特圖來進行任務在時序關系上的監視和管理，甘特圖用水平線段表示任務的工作階段，線段的起點和終點分別對應著任務的開工時間和完成時間，線段的長度表示完成任務所需的時間。甘特圖優點是標明了各任務的計劃進度和當前進度，能動態地反映項目開發進展。圖3是一個典型的甘特圖。MS Project98利用各種資源視圖和報表統計、打印功能來滿足用戶對工作流程的資源分配和使用、人員分配以及成本等等方而的管理要求。
其二，Windchill PDM和MSProject98兩者在處理工作流程中有許多相似之處。
(1)兩者都用節點及其屬性來表示工作流中包含的各任務，用節點間的連線來表示任務之間的邏輯關系。
(2)Windchill PDM工作流系統和MS project98都是利用數據庫來管理數據的，Windchill PDM使用的是ORACLE數據庫，MSproject98使用的是其本身的數據庫。
因此，基于Windchill PDM工作流管理系統集成MS Project98系統在理論上是可行的。可有兩種方案來進行集成:一是利用Windchill PDM中的類和函數來處理工作流的各種數據，將之轉換成MSProject98可以直接讀取的數據格式。但是這種方法需要在Windchill PDM里進行一次開發，同時需要在每臺需要運行本系統的計算機上都要安裝有Windchill PDM才能運行，對電腦硬件要求太高，本系統的普遍適用性將大大降低。所以我們采取第一種方案:直接在MS Project98中對Windchill PDM的ORACLE數據庫進行操作，讀取其工作流數據，然后在MS Project98中進行處理。本系統體系結構圖如圖4所示。
我們將Windchill PDM工作流的所有節點信息映射成MS Project98工作流程的“活動”信息。首先MS Project98獲取ORACLE息數據庫中Windchill PDM工作流的數據，將工作流的各個節點任務映射成MS Project98中的任務信息;然后分析工作流中節點間的邏輯時序關系，映射成MS Project98中各任務的邏輯時序關系;最后，分析工作流的各種資源、人員和成本等信息,映射成MS Project98中的資源、人員和成本等信息,
整個系統的流程調用圖如圖5所示。
2.2反饋閉環的識別
Windchill PDM的工作流有兩個特點，其一是工作流之間的關系由And.Or等邏輯關系來表示，其一是存在大量的任務迭代。而在MSProject98中，是不允許循環任務關聯的，即不允許出現因迭代出現的反饋閉環。在進行信息映射的時候，僅僅能夠對那些僅含時間串行或者并行的活動進行映射顯然是不夠的，是遠遠達不到要求的。如何識別Windchill PDM工作流中的錯綜復雜的任務迭代形成的復雜反饋閉環，進而如何在MSProject98中表示和處理，是需要重點解決的問題。
對于And.Or等邏輯關系，我們在MS Project98中將該連接關系作為一個“活動”來處理，活動名稱取為And或者Or等，然后直接將多個前濘任務或者后續任務連接到該活動上，從而實現活動間的邏輯時序關系。這樣處理的優點在于非常直觀，而且易于表達，不會丟失關系。
反饋閉環問題是本系統中最著重解決的關鍵問題。首先反饋定義如圖6所示。
由于在MSProject98中是不允許有閉環連接的，因此不可以直接應用閉環連接來表示閉環。現在對反饋閉環的一般處理方法是在反饋發生處估算是否有反饋，一般根據經驗判斷會發生有2一3次反饋，然后執行反饋閉環2一3次。參考一般的反饋閉環處理方法，我們加以改進:由用戶輸入需要反饋的次數K，然后反饋體部分執行K次，關鍵路徑部分執行K+1次。
因為在循環的最后一次執行時，在執行完關鍵路徑部分后，直接執行反饋閉環外的下一個任務(如圖6的任務A)不執行反饋體部分，所以關鍵路徑部分要比反饋體部分多執行一次，因而關鍵路徑部分要執行K+1次。要解決反饋問題，首先要識別工作流中的閉環，然后才能按照上而的方法表達。我們采用人工智能技術中的深度優先搜索算法來識別工作流中的閉環，這種算法是完備的，可以識別出所有的閉環。深度優先搜索算法如下:
2.3、反饋閉環的表達
系統按照深度優先搜索算法判斷是否存在閉環，進而在MS Project98中設置活動間的邏輯關系。在沒有反饋閉環的時候，直接設置每條邏輯關系，兩個活動之間的關系設為:結束一開始，中間延隔時間為O。當存在反饋閉環的時候，作如下處理:斷開每個閉環的最后結合處這條邏輯關系，不設置閉環和外界的接口這條邏輯關系，而是將此反饋最后閉合的那條邏輯關系設到其后續活動上，然后設置一個反饋標志點。我們形象地稱這種方法為“拉反饋接入法”。算法如下:
拉反饋接入法并不是一種非常完備的反饋閉環串行表達解決方法，它有時可能會丟失反饋閉環和外界接口處的某些任務馭動邏輯順序信息。但是在本系統中，拉反饋接入法能夠很好地解決用串行方法來表示反饋閉環的問題，利用設置反饋標志點可以彌補丟失某些信息的缺點，而且本方法優點是在時間串行的工作流程上迭代的關系也能比較明顯地表現出來。因此我們采用了這種方法來解決反饋閉環的串行表達問題。
3、改進后Windchill PDM工作流管理系統的應用
3.1改進后Windchill PDM工作流管理系統新增功能
(1)監控功能。甘特圖實時顯示每個工作流以及每個仟務的狀態，監控每個工作流程的進展狀況，包括己運行時間、計劃完成時間等;跟蹤甘特圖視圖跟蹤工作流的實際進度;人員和資源分配狀況視圖監控人員和資源分配以及使用信息
(2)統計功能。統計人員和資源的分配、占用情況以及成本等信息
(3)分析功能。利用關鍵路徑法提取工作流的關鍵路徑，分析是否可以縮短關鍵路徑，從而達到縮短工作周期的目的。
(4)報表功能。統計各種信息，包括成本、工作分配、工作量、資源等信息，自動生成報表，提供報表打印功能。
3.2、改進后Windchill PDM工作流管理系統應用實例
改進后的Windchill PDM工作流管理系統在齊齊哈爾車輛廠PDM系統中實施并取得了良好的效果，大大增強了Windchill PDM工作流管理系統對工作流的監控、統計、分析功能，并大大減輕了工作人員在察看和制定報表方而的負擔。
圖2所示為鐵路貨車轉向架設計工藝流程在Windchill PDM工作流管理系統中的工作流視圖。該工作流能夠體現活動間各種邏輯關系，并且有反饋形成閉環現象，是一個典型的工作流圖。
運行Windchill PDM工作流管理改進系統后，首先彈出對話框，顯示該工作流存在1個閉環，用戶輸入反饋體需要執行的次數為2后，執行得到如圖7所示的甘特圖顯示。用戶還可以選擇不同的視圖來管理該流程。例如選擇顯示統籌圖，則可以得到如圖8所示的統籌圖信息。該視圖直觀地體現了任務之間的邏輯時序關系，可供工作人員監控工作流程。如圖9所示的未開始任務報表則統計了所有到目前還未開始的任務，并以報表形式打印。
此外，本系統比較開放，可以為管理者、工作人或者其他用戶隨時定制各種所需工作流管理功員能。
4、結束語
本文提出了一種改進Windchill PDM系統對工作流的監控功能并=增加其統計、分析和報表等功能的方法，并成功地利用深度優先搜索算法識別了工作流中的任務迭代形成的反饋閉環，而且利用拉反饋接入法解決了反饋閉環的串行表達，為PDM系統功能改進和完善問題提供了一種新的思路。
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