0 引言
近年来，随着机械制造业的发展，产品CAD/CAPP过程中涉及到的不同部门、不同地域、不同专业背景的人员越来越多，传统的无网络或弱网络化（利用电子邮件、ftp、即时通讯信息等网络化手段进行协作）的合作开发模式受到了挑战。许多CAD领域的学者已经认识到上述问题并不断提出一些解决方案，使得基于网络的协同设计成为当前CAD/CAPP/CAM领域的主要研究与发展方向之一。
设计过程管理是协同CAD设计系统的关键技术之一。设计的船用机电设备协同CAD系统中，利用工作流管理技术构建了团队组建、任务分配以及设计过程管理的设计过程管理系统。为了实现同步协同设计的实时性，采用基于标识码的XML增量数据传输，极大地减少了协同CAD中的数据传输量，保证数据的实时传输和模型的同步显示；提出一种基于特征面的分层次数据传输方法以解决同步协同设计中共享模型数据传输量大的问题；提出根据协同设计中的历史数据发现并减少冗余设计阶段和设计瓶颈的算法以优化设计过程。
一个机械产品的设计从产品定义开始要经过部件设计、毛坯设计、各部件工艺设计等多个设计阶段，每个设计阶段又包含若干个需由不同角色完成的子任务，如设计、校对、审核、批准等。如何对任务众多的过程进行建模，以合理地控制任务间的并发与同步并快速地将满足实施条件的任务，分发到合适的执行者是影响协同设计系统效率的关键因素。有学者提出应用工作流管理技术构造CAD/CAPP的并行控制模型来解决上述问题，虽然工作流管理技术已成为企业业务过程管理与再造的重要使能技术，但其在CAD领域的应用还比较少见。
本文以工作流管理技术为基础，对轴承设计过程进行分析，提出了一个圆锥滚子轴承CAD/CAPP集成化协同设计系统框架，同时提供了方便的业务过程重组和案例管理工具。
1 工作流模型分析
1.1 工作流简介
经济全球化及信息技术的飞速发展，使企业和组织面临着比以往任何时候都更加激烈的市场竞争，出于成本、效率的考虑以及适应新技术、新工艺的需要，企业和组织必须经常性地对组织架构和业务过程进行重组。传统的企业业务支撑信息系统中，企业的业务逻辑甚至组织架构信息以代码的形式固化在应用程序中，企业的重组行为往往导致业务支撑信息系统失效。正是在这种背景下，工作流管理系统及其技术与方法备受关注。
工作流管理的主要思想是将业务过程从应用程序中剥离出来，将业务过程描述信息以特定的格式保存在文档或关系数据库中，业务过程发生改变时，仅需对业务过程描述数据进行修改，无需更改应用程序。
1.2 基于工作流的轴承开发过程建模
基于工作流管理技术的业务系统成功的关键足业务过程的建模质量。在工作流的众多建模工具中，Petri网有独特的优势，它既有严格的数学定义，又有直观的图形化表示，同时它还有较强的流程分析能力，适合于精确地描述复杂过程，因此本文选择Petri网作为过程建模工具。
圆锥滚子轴承的产品开发包含的基本阶段有：产品定义，产品设计，锻坯设计，滚子工艺设计，保持架工艺设计，内套圈车、磨工艺设计，外套圈车、磨工艺设计等。每个基本设计阶段又包含多个子阶段：设计、校对、审核、批准等。产品开发的基本阶段间既有并行关系，又有串行关系，而同一基本设计阶段之下的多个子阶段之间只有串行关系。
通过分析，我们提出了圆锥滚子轴承开发的工作流过程模型，如图1所示。
图1 圆锥滚子轴承CAD/CAPP集成设计工作流模型
图1所示的工作流模型中，每个变迁代表了需要执行的设计任务/活动，每个库所代表了设计的某种状态。除标记为Tjoin的变迁外，其他变迁都必须由设计人员实施完成，Tjoin是一个起同步作用的变迁，由计算机程序自动实现，它负责收集各部分的设计结果，一旦收集工作完成，该变迁也就完成。
图1是对实际工作流的一个概要表示，每个变迁（Tjoin除外）实际上代表着一个执行相应任务的子工作流模型，每个子工作流模型可以包含数量不等的变迁，但其基本形式相似，如图2。
每个设计阶段包含设计、校对、审核和批准等几个子阶段，设计完成后，需要通过校对、审核和批准三个环节，若任何一个环节不能通过，设计就必须重做。图2中的符号表示ORsplit，校对/审核/批准通过时，传递一个标记至y分支，否则传递一个标记至n分支。表示开发人员的库所中都有多个标记，而图2中表示开发人员的库所中都只有一个标记，是由于本系统采用了开发任务预分配的方式为每个任务指定实施者，拉式任务分配尽管在理想状态下可以实现吞吐量最大化．但现实中责任到人往往能取得更好结果。
图2 各设计阶段的子工作流
2 系统架构
本文提出的基于工作流的CAD/CAPP集成化协同设计系统主要由工作流引擎、后台数据库系统、管理员工具集和工作流客户应用程序组成，如图3所示。
图3 协同设计系统体系结构
工作流引擎是系统的核心，其主要工作是负责接受并执行用户的新案例创建请求。根据过程定义生成工作项，根据资源分类、资源在岗情况和资源负载情况等因素给出资源和工作项的推荐匹配（实际的匹配资源类主管决定），管理案例属性，根据案例属性变化及工作流过程定义路由案例，将工作流提交给预分配的资源（自动程序或员工），同时根据需要启动自动程序处理工作项。
系统的数据统一存放在关系数据库系统中，出于数据管理上的需要，分别建立了工艺能力库、设计标准数据库、工艺标准数据库和工作流支撑库。
工艺能力库中的数据与企业的具体生产加工能力有关，它保存着企业现有的各种生产设备、工艺装备和检验设备的相关信息，是制定产品加工工艺的重要依据。
设计标准数据库和工艺标准数据库中保存着产品设计和工艺设计的国家标准和行业标准，对整个产品开发过程起着重要支撑作用。设计过程中，开放人员对设计给出约束条件后，系统会根据这两个库进行自动设计，随后设计人员根据产品特性对自动设计结果进行必要的修改，修改完成后再提交给系统进行标准满足验证。
工作流支撑库中存放着工作流引擎运行需要的关键数据：资源信息、工作流过程定义、案例数据、产品数据和权限管理信息等。
工作流客户应用程序是开发人员的工作平台，它主要包括若干工作列表：待处理工作、来到达工作、处理中工作、已完成工作等，其中未到达工作指已分配给本人但启动条件尚未满足的工作。各项工作的处理程序以软件包的形式存在，由工作流客户程序根据需要调用，另外，还提供了历史设计的各种数据浏览的功能以方便用户设计时进行参考。
管理员工具集包括过程定义工具、管理监视工具和权限管理工具，其中管理监视工具主要功能是发现正在运行的案例的瓶颈、调整资源、提供各种统计信息等。由于管理员也可能是开发人员，因此我们将这几个工具也集成到了客户应用程序中，通过权限来控制对它们的访问。
3 关键技术
3.1 资源-工作项匹配
资源-工作项匹配（或称资源配置）是影响工作流管理系统性能的关键因素之一，已有学者提出以平均响应时间最小为目标的资源配置方法。本系统中，需要考虑的因素包括系统的吞吐量、负载在同类资源中的均衡、同类资源间的能力差异以及熟练程度等，同时还要避免单个案例等待时间过长。为了实现上述目标，提出了基于满意度的资源一工作项匹配方法。
定义1资源单项满意度若影响一个工作项对某类资源选择的因素有M个，该类可选资源总数为N个，不妨将第i个影响因素记为Ei，第j个待选资源记为Rj。资源Rj在影响因素Ei上取值记为Scoreji，则Rj在因素Ei上的单项满意度。
资源单项满意度代表了资源在某个影响因素上相对于其他同类资源适合于做当前工作的程度。
定义2资源总体满意度若影响一个工作项对某类资源选择的因素有M个，资源Rj，在影响因素Ei上的单项满意度为Satji则资源R对于该工作项的总体满意度。
其中αi是因素i的权，可以由每类资源的主管根据需要调节。
当前，系统中主要考虑了如下几个影响资源选择的因素：资源被选择执行最近Ⅳ个相同工作项次数、资源当前应做工作项的总延迟、资源当前应做工作项的总工作量和资源能力程度。在这里应该指出的是，实践中一个开发人员往往需要身兼多种资源角色。
在对案例进行资源一工作项匹配时，先求出每个可用资源对当前工作项的总体满意度，然后按总体满意度高低排序，满意度最高的做为系统推荐资源，其它资源按满意度高低以有序候选集形式提供给用户，最后，由资源类的主管根据实际情况决定是接受系统推荐资源还是从候选集中选择。
3.2 业务过程重组
工作流技术的主要好处是将业务过程从应用程序中分离出来以文档或关系数据库的形式保存，业务一旦发生重组，可通过修改保存的过程定义数据来适应业务过程的改变。一般的业务过程管理工具主要面向IT系统开发人员，专注于提供精确的业务过程描述能力，但其中的专门概念和符号不利于普通用户理解与使用，为此，TIBCO公司在其新推出的企业建模工具TIBCOBusiness Studio中为同一个业务流程提供了分别由企业人员和IT系统开发人员使用的两个不同的视图。
基于与TIBCO Business Studio类似的思想，我们设计了一个适用于本系统的问卷式业务过程管理工具QBPM，在进行业务过程设计时，用户首先创建所有活动，然后通过回答一系列与活动有关的问题以创建活动之间的关系，所有问题回答完毕则业务过程也就创建完毕。得到的业务过程既可以漉程图的形式提供，也可以Petri网的形式提供。经用户确认的过程以Petri网的形式经过可达性分析和结构分析后以XPDL的格式保存到关系数据库中。需要重组业务过程时，将过程描述从数据库读出并以图形化方式再现，用户选择需要修改的活动，调出其相关的问卷结果，进行修改保存后即可改变业务过程。
下面以图2为例简单描述使用QBPM在审核和批准之间插入一个新活动“复审”的过程。
首先创建一个名称为“复审”的活动，然后回答如下问题：
①此活动开始前哪些活动必须先完成？
②此活动需由哪类资源完成？
③此活动是设计类活动还是审查类活动？
④若是设计类活动，则哪些活动必须等待本活动完成后才能开始？
⑤若是审查类活动，则通过后其后续活动是什么？不通过时其后续活动又是什么？
通过回答这些问题，系统就可以正确地将“复审”这个活动插入到“审核”之后，并将活动的y分支指向活动“批准”，n分支指向活动“设计”。
3.3 产品数据交换模型
CAD协同设计系统中，多人同时对一个产品进行设计时，既要保证设计者能持有产品的全局数据，又要保证后保存者不会覆盖先保存者的设计结果，同时还要尽量减少产品数据在网络上的传输延迟。
我们采取的方法是，在后台服务器上保存产品图纸上的尺寸、公差、签名信息和工序信息等参数数据，在客户端存有一系列通用产品图纸模板，用户需要对某个产品进行操作时，首先从服务器读取相应产品数据，然后将产品图纸模板或工艺图纸模板从模板库拷贝到临时文件库中，打开图纸模板，在其模型空间内搜索，将相应的参数数据填写到对应位置后即可生成产品图纸或工艺图纸。使用这种产品图纸的本地模板和服务器端参数相结合的技术后，服务器与客户端之间无需交换产品图纸文件，从而提高了系统响应速度，降低了对网络带宽的要求，适合于开发者通过Internet进行远程协作。
用户需要对某个产品执行任务时，客户端将建一全局产品对象，用来持有当前产品数据，该对象以层次化形式实现，顶层属性是产品全局信息，如产品型号、设计要求等，各个部件在顶层属性中以予对象形式出现。部件对象的属性包括其各种特征的尺寸、公差以及型号、设计者等信息，每个部件都包含一个工序集子对象，工序集对象是一个有序对象集合，其中每个元素对应于该部件的一道工序的数据。
全局产品对象内建了一个负责设计数据保存的方法，用户提交设计结果时，以工作项名为参数调用该方法，通过检查工作项名，确定该工作项可能修改的数据集合，然后执行对此数据集合的保存工作。由于每个工作项仅有一个设计者，而同一案例不同的工作项间可能修改的数据集合没有交集，因此此方法可以有效避免丢失修改的情况发生。
3.4 权限管理
系统采用了基于功能和活动的双重权限管理机制。权限分为原子权限和复合权限，原子权限又分为功能权限和活动权限，每个功能权限与工作流客户端的某个菜单项相关，而每个活动权限则与业务流程中的某个活动相关；复合权限是原子权限的集合，由一个或多个原子权限组成。
原子权限在系统开发时已经定义好，其中功能权限与客户端预定义功能有关，不能修改，而活动权限在系统运行过程中将根据业务重组的结果自动添加或者删除，无需管理员干预。管理员可以通过权限管理工具添加、修改、删除复合权限，将执行某项活前需要的相关功能权限和活动权限组合成一个复合权限，授于适合于执行该项活动的CAD开发人员，只有具有与活动相关的复合权艰的人员才可能被分配去从事该项活动。其他可能的复合权限还包括权限管理、案例管理、产品浏览等。通常，一个CAD开发人员需要在产品开发过程中扮演多种角色，如既是某产品的设计人员，又是另一产品的设计图的校对人员等，这可以通过对其授予相应的复合权限实现。
用户登入客户端时，权限信息将被读取到本地，这些权限包含原子权限和复合权限，原子权限被直接添加进本地用户权限集合中，而复合权限被分解成原子权限后也合并进本地用户权限集合。呈现给用户的系统功能菜单根据用户的权限不同而不同，用户不具有相应功能权限的菜单项将被消隐。
4 结语
本文利用Petri网对轴承产品设计和工艺设计过程的分析，建立了相应的业务过程模型，在此基础上，设计了一个基于工作流技术CAn/CAPP集成化协同设计系统，同时为用户提供了直观的业务过程重组工具和案例管理工具。福建永安轴承厂的实践表明，本系统具有案例吞吐量大、流程适应性好、管理灵活方便、响应建度快等特点。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
相关文章
