Windchill PDM工作流管理系统改进研究

引言

PDM在美国、日本等发达国家得到了广泛的应用，在发展中国家的应用也在持续增长。随着我国CIMS工程、并行工程、敏捷制造等的应用和推广，PDM已在相当多的企业得到了应用，并且正受到越来越多的关注。

PDM出现于20世纪80年代初期，从最开始的工程图档管理逐渐扩展，迅速成为一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品有关的过程的技术。PDM有十分广阔的应用领域，包括机械、电子、汽车、航空航大以及非制造业(如交通、商业、电子出版)等。实施PDM既是企业目前信息管理的需要，更是企业赢得未来市场竞争的战略需要。据国外资料统计，在欧美地区的发达国家中，通过实施PDM，减少工程成本至少10%，减少产品生命周期至少20%，减少工程变更控制时间至少30%，减少工程变更数量至少40%，并有助于减少引入新产品时间、减少开发新产品的成本、减少新产品成本，以及改进产品和服务质量。

Windchill PDM是PTC公司生产的一种PDM软件，功能强大，具有生命周期管理、工作流管理、联合管理、属性管理、外部存储管理等功能，其中工作流管理是Windchill PDM重要的基本功能之一。

工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念，通过将工作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来完成执行和监控，达到提高生产组织水平和工作效率的目的。国际工作流管理联盟给出的工作流定义为:工作流是指整个或部分经营过程在计算机支持下的全自动或半自动化。一个工作流包括一组活动及他们之间的连接关系，还包括过程的启动和终止条件，以及对每个活动的详细描述，如活动的执行者、相关的应用程序、需要和产生的数据等。工作流技术为企业更好地实现经营目标提供了先进的手段。

在实际应用中，我们发现Windchill PDM的工作流管理系统尚存在某些不足。其工作流管理视图只能显示工作流模板或者正在执行的工作流的粗略信息，支持在线的协同工作，但是不能满足管理者和工作人员对工作流程的监控、统计、分析以及察看报表等以进行统筹性管理的需求。

本文针对Windchill PDM工作流管理系统的不足之处，提出了一种增强其功能的方法，为增强和完善PDM系统功能提出了新的思路。

1、Windchill PDM工作流管理系统的模型和功能分析

1.1模型分析

Windchill PDM的工作流管理系统如图1所示。

图1

从图1中我们可以看出，Windchill PDM的工作流管理系统是在一个工作流引擎(Workflow Engine)的驭动下运作的，由工作流引擎驭动各种服务，包括应用程序(Application)、工作列表(Work Liat)、任务表单(Task Form)、目录服务(Directory Ser息oe),Email和工作流监视器(Workflow Monitor)等。其中Windohill PDM的工作流监视器功能主要是工作流过程的日志管理，功能比较薄弱。所有这些服务都是基于WindohillDatabase数据库实现的，Windohill PDM产品采用的都是ORACLE数据库。

在Windchill PDM的Workflow管理中有两个概念:工作流模板和工作流过程。Windchill PDM先进行工作流定义(Workflow Definition)，建立工作流模板(Workflow Template)，然后基于这个模板实例化一个工作流过程CWorkflow Process)。工作流过程一旦创建就不可改动其结构，只能对其各个活动}Acti息ty)的状态进行控制，或者对整个工作流过程的状态进行控制。一个典型的Windchill PDM工作流模型包括活动(Acti息ty)、连接(Connector)、自动CRobot、定时器(Timers(等节点，这些节点具有其特定的含义和属性，如活动节点代表具体的一个任务，连接节点帮助建立各个节点之间的关系。其中，每个活动节点都可以包含自己的子节点，也就是子过程(Sub Process)。一个Windchill工作流从START节点开始，在GROUND或者END节点结束。Windchill工作流的一个典型特点是往往存在因任务迭代形成的反馈闭环。在实际工作流程中，往往会存在大量的任务迭代，所以复杂的工作流更是会出现大量的反馈闭环。

1.2功能分析

Windchill PDM的工作流视图能够直观地显示工作流的逻辑关系，以及各个任务的属性，包括时间属性和角色分配等。但是，它存在着严重的不足，具体包括:

(1)监控功能。Windchill PDM在管理工作流时，能够实时显示每个任务的状态，如完成(1i-nished)、运行(Rurming)、未启动(NotStarted)等，不同的状态用不同的颜色表示，比较直观，这只能满足总体的非常粗略的监控要求。管理人员和工作人员往往迫切需要知道一个工作流程运行的时间进展，如已运行了多少时间、还需要运行多少时间、能否按时完成等等。他们还需要知道每个任务具体谁在负责、需要的资源以及已经分配的资源等。这些功能Windchill PDM都不能提供。

(2)统计功能。在对工作进行统筹安排时，必须需要一些统计信息，比如人员和资源的占用信息、工作成本信息等等。这些统计功能Windchill PDM也不能提供。

(3)分析功能。过程分析对于过程优化和重组是非常重要的，通过对模型的静态与动态性能分析，发现企业业务流程中存在的瓶颈问题，预测工作周期、工作量、所需资源，计算相应的成本，对比不同的改进方案，为企业过程优化和重组提供决策依据。Windchill PDM根本没有提供这些功能。

(4)报表功能。对于工作人员来说，需要提交各种文档和报表是一项繁重而琐碎的任务，如果Windchill PDM能够自动统计生成报表，将会大大减轻他们的负担。但是同样的，Windchill PDM缺乏这种功能。

2、Windchill PDM工作流管理系统改进方法

2.1Windchill PDM工作流管理系统改进的总体方案

要改进Windchill PDM对工作流的监控功能，增加统计、分析和报表功能，可行的方案之一是直接对Windchill PDM进行开发，增加所需功能。考虑到Windchill PDM系统非常庞大，这样做的工作量之大难度之高是不难想象的，因此我们采用另一种方案:利用辅助的管理软件来对Windchill PDM的工作流进行管理。

如何选择软件是该方案的一个关键，所选软件必须要能够很好地集成到Windchill PDM的工作流管理系统中，而且必须具有对工作流的监控、统计、分析和报表等功能。在应用中，我们选择Microsoft公司发行的软件MS Project98，因为该软件很好地具备以上要求。

其一，MS Project 98对工作流程的监控、统计、分析和报表功能较强大。它利用甘特图来进行任务在时序关系上的监视和管理，甘特图用水平线段表示任务的工作阶段，线段的起点和终点分别对应着任务的开工时间和完成时间，线段的长度表示完成任务所需的时间。甘特图优点是标明了各任务的计划进度和当前进度，能动态地反映项目开发进展。图2是一个典型的甘特图。MS Project98利用各种资源视图和报表统计、打印功能来满足用户对工作流程的资源分配和使用、人员分配以及成本等等方而的管理要求。

其二，Windchill PDM和MSProject98两者在处理工作流程中有许多相似之处。

(1)两者都用节点及其属性来表示工作流中包含的各任务，用节点间的连线来表示任务之间的逻辑关系。

(2)Windchill PDM工作流系统和MS project98都是利用数据库来管理数据的，Windchill PDM使用的是ORACLE数据库，MSproject98使用的是其本身的数据库。

因此，基于Windchill PDM工作流管理系统集成MS Project98系统在理论上是可行的。可有两种方案来进行集成:一是利用Windchill PDM中的类和函数来处理工作流的各种数据，将之转换成MSProject98可以直接读取的数据格式。但是这种方法需要在Windchill PDM里进行一次开发，同时需要在每台需要运行本系统的计算机上都要安装有Windchill PDM才能运行，对电脑硬件要求太高，本系统的普遍适用性将大大降低。所以我们采取第一种方案:直接在MS Project98中对Windchill PDM的ORACLE数据库进行操作，读取其工作流数据，然后在MS Project98中进行处理。

我们将Windchill PDM工作流的所有节点信息映射成MS Project98工作流程的“活动”信息。首先MS Project98获取ORACLE息数据库中Windchill PDM工作流的数据，将工作流的各个节点任务映射成MS Project98中的任务信息;然后分析工作流中节点间的逻辑时序关系，映射成MS Project98中各任务的逻辑时序关系;最后，分析工作流的各种资源、人员和成本等信息,映射成MS Project98中的资源、人员和成本等信息。

2.2反馈闭环的识别

Windchill PDM的工作流有两个特点，其一是工作流之间的关系由And.Or等逻辑关系来表示，其一是存在大量的任务迭代。而在MSProject98中，是不允许循环任务关联的，即不允许出现因迭代出现的反馈闭环。在进行信息映射的时候，仅仅能够对那些仅含时间串行或者并行的活动进行映射显然是不够的，是远远达不到要求的。如何识别Windchill PDM工作流中的错综复杂的任务迭代形成的复杂反馈闭环，进而如何在MSProject98中表示和处理，是需要重点解决的问题。

对于And.Or等逻辑关系，我们在MS Project98中将该连接关系作为一个“活动”来处理，活动名称取为And或者Or等，然后直接将多个前泞任务或者后续任务连接到该活动上，从而实现活动间的逻辑时序关系。这样处理的优点在于非常直观，而且易于表达，不会丢失关系。

反馈闭环问题是本系统中最着重解决的关键问题。

反馈定义

由于在MSProject98中是不允许有闭环连接的，因此不可以直接应用闭环连接来表示闭环。现在对反馈闭环的一般处理方法是在反馈发生处估算是否有反馈，一般根据经验判断会发生有2一3次反馈，然后执行反馈闭环2一3次。参考一般的反馈闭环处理方法，我们加以改进:由用户输入需要反馈的次数K，然后反馈体部分执行K次，关键路径部分执行K+1次。

因为在循环的最后一次执行时，在执行完关键路径部分后，直接执行反馈闭环外的下一个任务(如图6的任务A)不执行反馈体部分，所以关键路径部分要比反馈体部分多执行一次，因而关键路径部分要执行K+1次。要解决反馈问题，首先要识别工作流中的闭环，然后才能按照上而的方法表达。我们采用人工智能技术中的深度优先搜索算法来识别工作流中的闭环，这种算法是完备的，可以识别出所有的闭环。深度优先搜索算法如下:

2.3、反馈闭环的表达

系统按照深度优先搜索算法判断是否存在闭环，进而在MS Project98中设置活动间的逻辑关系。在没有反馈闭环的时候，直接设置每条逻辑关系，两个活动之间的关系设为:结束一开始，中间延隔时间为O。当存在反馈闭环的时候，作如下处理:断开每个闭环的最后结合处这条逻辑关系，不设置闭环和外界的接口这条逻辑关系，而是将此反馈最后闭合的那条逻辑关系设到其后续活动上，然后设置一个反馈标志点。我们形象地称这种方法为“拉反馈接入法”。

拉反馈接入法并不是一种非常完备的反馈闭环串行表达解决方法，它有时可能会丢失反馈闭环和外界接口处的某些任务驭动逻辑顺序信息。但是在本系统中，拉反馈接入法能够很好地解决用串行方法来表示反馈闭环的问题，利用设置反馈标志点可以弥补丢失某些信息的缺点，而且本方法优点是在时间串行的工作流程上迭代的关系也能比较明显地表现出来。因此我们采用了这种方法来解决反馈闭环的串行表达问题。

3、改进后Windchill PDM工作流管理系统的应用

3.1改进后Windchill PDM工作流管理系统新增功能

(1)监控功能。甘特图实时显示每个工作流以及每个仟务的状态，监控每个工作流程的进展状况，包括己运行时间、计划完成时间等;跟踪甘特图视图跟踪工作流的实际进度;人员和资源分配状况视图监控人员和资源分配以及使用信息

(2)统计功能。统计人员和资源的分配、占用情况以及成本等信息

(3)分析功能。利用关键路径法提取工作流的关键路径，分析是否可以缩短关键路径，从而达到缩短工作周期的目的。

(4)报表功能。统计各种信息，包括成本、工作分配、工作量、资源等信息，自动生成报表，提供报表打印功能。

3.2、改进后Windchill PDM工作流管理系统应用实例

改进后的Windchill PDM工作流管理系统在齐齐哈尔车辆厂PDM系统中实施并取得了良好的效果，大大增强了Windchill PDM工作流管理系统对工作流的监控、统计、分析功能，并大大减轻了工作人员在察看和制定报表方而的负担。

图示为铁路货车转向架设计工艺流程在Windchill PDM工作流管理系统中的工作流视图。该工作流能够体现活动间各种逻辑关系，并且有反馈形成闭环现象，是一个典型的工作流图。

运行Windchill PDM工作流管理改进系统后，首先弹出对话框，显示该工作流存在1个闭环，用户输入反馈体需要执行的次数为2后，执行得到如图7所示的甘特图显示。用户还可以选择不同的视图来管理该流程。例如选择显示统筹图，则可以得到如图示的统筹图信息。

 
统筹图

该视图直观地体现了任务之间的逻辑时序关系，可供工作人员监控工作流程。如图示的未开始任务报表则统计了所有到目前还未开始的任务，并以报表形式打印。

此外，本系统比较开放，可以为管理者、工作人或者其他用户随时定制各种所需工作流管理功员能。

4、结束语

本文提出了一种改进Windchill PDM系统对工作流的监控功能并=增加其统计、分析和报表等功能的方法，并成功地利用深度优先搜索算法识别了工作流中的任务迭代形成的反馈闭环，而且利用拉反馈接入法解决了反馈闭环的串行表达，为PDM系统功能改进和完善问题提供了一种新的思路。