PLM的主动过程控制管理方案
摘要(传统的过程控制系统主要分三类。基于产品全生命周期管理系统的过程控制正在成为一种趋势，但目前产品全生命周期管理系统在过程控制上仍然属于被动控制模式。通过将专家系统引入到产品全生命周期管理系统中，可以实现主动式的过程控制。最后提出了基于产品全生命周期管理平台的主动式过程控制功能结构。
概述
过程控制技术起源于20世纪80年代，随着过程控制理念的发展和变化，根据不同的机理，过程控制系统可以分为三种类型：
(1)以文档流为中心的过程控制
主要用于实现日常表单处理的电子化与文档流动过程的自动化，其控制机制通过文档的自动传递来实现，主要应用在电子文档的生成、流转、汇集和全局管理方面，因此，称为)以文档为中心)的过程控制。这类控制系统以公文流转管理系统或办公自动化软件为主要代表，通常是办公自动化或文档管理软件中的一部分。以文档为中心的过程控制系统具有以下特点：
①它主要控制文档从创建到完成的过程，其控制对象主要是文档，因此，可控制的过程比较有限，比较适合以公文处理为主的企业应用；
②文档本身就是具有工作流程特征的表单，通过设置某些特定的域来定义过程特征，因此，虽然这限制了其应用范围，但可以进行更为细致的控制，可以精确到文档内容上，这是其他过程控制系统无法比拟的；
③过程定义、人员定义、过程执行等没有严格分离，因此，系统的集成性有限，而且其电子化的过程控制无法从系统全局的角度解决交货期问题。
(2)以工作流为中心的过程控制
它的重点是对工作项状态的自动跟踪与监控，并明确定义工作项执行的条件和工作项间的信息流，从而实现业务过程的高效运转，并能在最大程度上实现业务过程的重用。
以工作流为中心的控制系统基本上提供以下三种功能：过程建模、工作流控制和人机交互。有以下主要特点：
①控制范围较广。不仅可以控制文档审批等过程，而且更为主要的是可以控制面向企业的业务过程。有些系统还可以和BPR工具结合，对企业业务过程进行分析和优化，使以工作流为中心的系统的应用范围既宽又深，适合对企业的整体或关键业务过程进行控制；
②系统的分布性、异构性和集成性较高。过程定义和过程执行相分离，便于集成其他应用系统，如BPR工具等。工作流系统有标准体系结构可以遵循和参考，为不同工作流系统的集成和互操作提供支持；
③过程自动化程度较高。由于过程定义和过程执行分离，系统可以根据过程模型进行信息的自动传递，而以文档为中心的系统有时需要在过程执行中动态指定信息流向；
④信息在所有和业务过程相关的人员之间自动传递，而在以文档为中心的系统中信息在所有和文档相关的人员中间传递；
⑤以工作流为中心的系统中所有功能主要为工作流服务而在以文档为中心的系统中则主要为文档服务前者进一步加强了过程控制系统的集成性和可控制性但仍无法胜任过程控制中的多任务协同调度问题。
(3)以任务流为中心的过程控制
主要针对任务间的协同问题，将人纳入到控制系统中，作为重要的控制对象。项目管理系统是一种典型的以任务流为中心的过程控制系统。其目的是在一定的约束条件下，按照任务间的内在逻辑规律，进行有效的计划、调度、协调和控制。有以下主要特点：
①可以由人根据实际情况不断对工程的进度等进行优化，柔性较高，可以分析并解决关键环节，便于在过程本质上进行控制，具有主动控制特征。很多以任务流为中心的过程控制系统具有一定的协同性，可以实现多人协同、异地实时的进度调整或任务调度；
②更多的时候表现为一种交互式静态控制，无法用类似于工作流的技术进行自动控制，需要人的不断参与，自动化程度较低。
随着企业信息化水平的提高，这三类传统的过程控制系统已经难以满足现代企业新的需求，过程控制理论与技术也面临着突破、创新和发展的挑战。因此，将这三类系统的优势特征融合在一起，研究并提出一种新的过程控制系统理论结构模型，解决相关的关键技术问题，使其不仅能灵活、高效地对企业的各种过程进行集成动态控制，而且能进行必要的过程优化，以及兼顾对过程中产生的各种企业文档和数据的集成管理，将极大提高过程控制系统在企业应用中的广度和深度。产品全生命周期管理(PLM)技术及其商品化软件的出现和发展，为解决上述过程控制系统中存在的问题提供了很好的思路和技术开发平台。
1 PLM中的过程控制功能
PLM不仅可以管理与产品相关的数据，而且可以管理相关的过程，并可建立一个跨越地域的并行化产品开发协作环境。随着Web技术和标准化构件技术的融入，PLM正在从一种使能技术向企业的集成使能平台发展。PLM通常是一个面向对象的信息系统，主要管理三个方面的内容：数据（包括文档）管理、过程管理和系统集成。
其中，在过程控制方面，PLM已经从专一的功能向全方位的解决方案转变，协同性得到大大加强。PLM的概念也从数据管理向产品全生命周期管理（PLM）转变。以目前规模最大的PLM产品提供商——EDS公司的PLM为例，其PLM的解决方案以产品为中心，提供了广泛的功能，包括协同、可视化、产品结构定义、工作流程管理、信息管理、变更管理以及企业应用集成等，这些功能可应用到企业完整的产品线上任何产品的任何生命周期阶段之中。
具体地说，PLM的全生命周期解决方案在过程控制上综合了三类传统过程控制的优点，将三类过程控制系统的核心要素集成在同一个系统中，使过程模型、资源模型、调度模型和数据模型有机结合成为可能。因此，它提供的过程控制功能也分为三个大类：
(1)工作流控制
工作流控制是过程控制最基本的特征和核心内容，是任务流信息传递的底层基础和实现载体。通过控制文档信息或者任务按照一定的过程规则流转，实现业务过程的整体目标。对工作流的控制主要由PLM系统所提供的过程管理基本模块来实现管理活动与活动之间的数据流向，以及在一个产品的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。在企业中，过程管理广泛用来跟踪和控制产品的设计和修改过程，以增强产品开发过程的自动化程度。同时运用PLM特定的过程建模工具，还能对产品开发过程进行重组，规范开发流程，降低开发成本，提高开发效率。
过程管理主要包括三个方面的功能：
①过程建模。提供特定的过程建模工具，可以通过简单的图形化界面来定义企业的实际业务流程；
②过程执行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。过程执行通过PLM内嵌的工作流引擎来完成，由系统自动控制将每个参与人员的工作项放到个人的工作项表单里，每个参与人员可从计算机中查看到自己工作项表单中的工作项。在过程执行机制的控制下，实现协调有序地工作；
③过程监控。在流程运行过程中，任何授权用户可以查看过程执行的实时情况，例如文档的审批情况等，如图1所示。
(2)任务流控制
一个产品的设计过程是以任务为核心的，设计过程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，设计过程可以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，本文将任务调度的动态过程称为任务流。与工作流控制不同，对任务流的控制集中在对任务之间的协同和调度上，而任务的自动流转和监控则由工作流引擎来完成。
在PLM中，对任务流的控制主要由项目管理的功能来实现。PLM项目管理提供了协同工作环境，能够管理产品团队的资源、任务和计划，也可以通过协作，在线制定和修改项目进度表，实现跨越整个价值链并贯穿产品生命周期进行有效的协同工作。其核心功能如下：
①业务协作通过提供团队协同的共享环境，保证分散团队成员之间的实时交流；通过建立工作区，使分散的项目组成员创建、共享和管理项目信息，并可将这些信息以协作文档的形式被多个小组成员共享和同时观看，包括团队记事本、团队数据库、团队讨论板、团队论坛、实时信息服务、在线检测、工作区模板、基于角色的安全性控制等；
②项目管理。为跟踪项目进度、项目成本、交付指标和项目团队，提供了一个高度交互式的、灵活的协作环境，包括协同项目计划、资源管理、工时汇报、成本管理、Microsoft Outlook任务集成、Microsoft Project集成和团队通知等。可以支持管理者进行拖放式的项目计划编制、交互式查看资源柱状图和工作载荷的管理、在线汇报工时、自动生成项目成本视图等，如图2所示。
(3)文档流控制。对文档流的控制是通过文档的自动传递来实现的，其功能应用主要集中在电子文档的生成、流转汇集和全局管理方面。在PLM中，可以实现文档执行路由、以通用格式浏览待审查文档、粘贴注释性的评论，以及对文档发布的批准或否决信息等。此外，也可以为文档指定预定义的流程模板，由系统以电子方式将文档传送到参与审查人员的桌面系统中，并且跟踪文档处理的进度。文档流控制规则确定后，企业人员可以在自动化流程的指导下，完成下列与文档有关的任务：
①提交文档以备批准；
②审查其他人创建的文档；
③对需要审查的文档另加批注；
④批准或否决审查过的文档。
2传统的被动控制模式
目前的PLM产品在过程控制上已经达到了比较高的层次，提供的功能也比较丰富。主流的PLM产品在集成性跨平台性开放性和柔性等方面都有很大改善。但用户的需求是不断更新的，上述过程控制功能仍然不能满足现代企业过程管理的需要。目前的PLM系统均是一个被动管理系统。过程控制中的各种数据，包括文档、任务、过程模型等，虽然由PLM进行有序管理和存储，但PLM只对这些数据进行静态管理，无法主动利用这些数据及其关系向企业人员提供更高层次的信息，例如企业过程模型分析、数据挖掘分析等，缺乏智能化的支持。在过程控制上，PLM的这种被动性主要表现在：
(1)即使目前PLM产品具有项目管理功能，但对于任务流的控制也仅仅限于对人工任务调度结果的管理，而不是任务调度过程，因而在任务流控制上的功能十分有限。项目计划安排仍然需要人的不断参与，自动化程度较低，重复工作量大，对用户的使用要求较高，很难达到整体过程的优化。
(2)在手工调度模式下，企业中大量的调度经验和规则没有得到有效利用，使得任务调度在自动化过程控制中所占时间过长，直接影响了过程控制效率，任务调度的准确性和适宜性很难得到保证，难以做到将合适的任务分配给合适的人来完成。
(3)在目前的PLM系统中，过程建模由人工进行形式化定义，模型的建立只是人脑中模型的复现，缺乏必要的辅助和分析手段，不仅模型建立的正确性无法检验，而且经常要用先进的手段进行落后的业务模型控制，无法实现模型的优化。
(4)虽然通过PLM的过程管理功能，可以实现工作项的自动传递，但本质上仍是人工操纵系统的运行，系统除了反馈一些运行状态等信息外，很难向使用者反馈高层次的信息，无法帮助使用者进行业务过程的控制优化。
(5)缺乏对并行工程的量化动态支持。由于预发布点设置靠建模时设定，无法和动态的设计过程结合起来，无法准确指定后续设计提前介入的时间，过程控制在时效上仍然属于一种串行的机制，没有从根本上实现并行。
研究基于PLM的过程控制理论与技术，是研究PLM和过程控制两个方向上极具发展前景的交叉点，但是目前国内外对PLM的研究主要集中在以下方面：
(1)PLM的部分关键技术，如Web技术、COR-BA技术和JaVa技术在PLM中的应用、数据集成问题等。
(2)PLM的应用技术，如联邦式应用、分布式应用、对并行工程的支持和在企业中的实施技术等。
(3)商品化PLM平台软件的开发。
然而，关于PLM在过程控制上的潜在发展和相关理论与技术的研究则很少。作为PLM系统的重要组成部分，过程管理模块有很高的投入产出比。
但是恰恰在这个领域，大部分的PLM系统还没有充分发挥作用。虽然目前国内外有很多公司、大学和研究机构正在研究开发新一代PLM系统，并提出了cPLM、PLMⅡ、PLM等概念。但这些新技术和思想并没有脱离PLM传统的被动式过程控制的思路，不能使PLM系统在过程控制上发生质的飞跃。
因此，本文提出将专家系统引入到PLM系统中，解决数据、过程、任务、人的集成化过程优化控制与决策支持问题，将PLM的过程控制从静态转变成动态智能，使过程控制实现由被动式向主动式转变。
3主动式过程控制功能结构
基于专家系统的主动式过程控制如图3所示。
从图中可以看出，这个基于专家系统的集成化过程控制系统由三部分组成了用户界面、过程控制执行部分和知识库。如果把过程控制执行部分看作是推理机，这个功能结构基本符合专家系统的一般结构，尤其是满足了专家系统：知识库+推理机的基本特征。这三个组成部分分别完成专家系统相应部分的功能。
(1)知识库由于PLM本身就是基于数据库的，所以知识库由PLM进行统一管理。知识库所
管理的数据包括过程控制内部数据和外部数据。其中内部数据包括过程定义、工作项列表、任务调度树、工作流控制数据、工作流相关数据、任务流相关数据等。过程控制外部数据主要指PLM管理的其他数据，如文档数据、产品数据、产品结构数据、人员组织数据、资源数据等。这样做有以下优点：
①PLM的基本服务层已经提供了上层对象模型和底层数据库之间的映射，以面向对象的思想提供了对数据库进行存取等各种操作，具有屏蔽异构数据库的特性，可以实现对数据的透明化操作，使得专家系统知识存取功能的开发相对简单；
②PLM提供了丰富的数据管理功能，用户通过宜人的界面使用各种功能。各个功能模块产生的各种数据由PLM进行统一有序的管理。而这些数据很多又是专家系统所需要的知识，因此，可以实现半自动的知识获取；
③可以重复利用PLM所管理的各种数据，避免重复进行知识的管理，而且保证了知识的一致性；
④通过数据库的组织，提高了各功能构件信息的共享性，也降低了对数据搜索的要求。
(2)过程控制执行部分它在过程控制系统中相当于专家系统中推理机的作用，是整个过程控制系统的核心。通过模型结构、功能和相互作用关系等方面的设计，不仅实现过程控制中工作流和任务流的有机集成和协调控制，而且通过结合PLM提供的文档管理等其他功能，实现集成化过程控制和PLM其他功能应用之间的信息交互，并在此基础上实现对文档流的管理和控制。
过程控制执行部分分为任务流和工作流两部分。其中任务流引擎和工作流引擎分别是两个组成部分的核心。任务流引擎是根据专家系统的思想进行开发的，主要负责根据知识库中的知识，按一定的推理方法和控制策略对任务进行优化调度，并和工作流引擎通过知识库进行信息交互。
工作流引擎从知识库中引用人员组织和相关资源对应信息等以便进行任务的自动传递。而工作流部分的过程建模工具也是根据专家系统的思想进行开发的。通过引用知识库的相关数据确定过程适用的对象以及过程中对象需要传递的组织或人员，并利用一定的推理机制，向建模人员提供建模的知识支持，并对模型进行分析优化，体现出一定的智能性。
通过任务流和工作流的集成，将任务调度相关数据（如分解出的任务）提供给工作流运行服务，由工作流运行服务实现任务的发送等，同时将部分任务调度相关数据提供给过程建模工具，在过程建模时就考虑任务的设置以及过程、资源和数据之间的关系，实现任务流和工作流的融合。
(3)用户界面
它由PLM平台统一管理，提供给PLM的用。户使用根据用户角色的不同，完成的工作不同，使用的功能也不同。这里的用户可以是一般的PLM用户，如设计人员，也可能是管理人员，如项目管理人员、过程监控管理员，也可能是领域专家或知识工程师。
4结束语
PLM提供的集成化开发框架及其集成机制，为解决传统过程控制问题提供了平台基础和新的发展途径但目前的PLM系统在过程控制上仍然属于被动控制系统本文提出将专家系统引入到PLM系统中进行主动式的过程控制根据这一思路提出了基于PLM平台的主动式过程控制功能结构PLM在过程控制上的智能化研究不仅会促进过程控制理论和技术本身的发展而且对于PLM技术的发展和应用也大有裨益PLM应用的广度和深度也会得到进一步拓展。
