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范玉順 黃學(xué)文

1  前言

    經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國企業(yè)信息化建設(shè)正在進(jìn)入一個(gè)比較成熟的階段，越來越多的企業(yè)對(duì)信息化有了更為深刻的理解，對(duì)信息化系統(tǒng)的功能、性能、靈活性、可重用性和建設(shè)周期等方面的要求越來越高，傳統(tǒng)的信息化建設(shè)方法已經(jīng)不能滿足這些要求，所以，在積累并重用信息化實(shí)施的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立企業(yè)模型，采用模型驅(qū)動(dòng)策略，已經(jīng)成為企業(yè)信息化建設(shè)的重要手段。

    產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理在企業(yè)信息化建設(shè)過程中起著基礎(chǔ)性、決定性的作用。信息化建設(shè)包含企業(yè)管理過程中的各種管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和應(yīng)用，各種應(yīng)用系統(tǒng)有輕重緩急之分，首先應(yīng)該解決信息化的基礎(chǔ)問題。對(duì)于企業(yè)信息化而言，其基礎(chǔ)工作一定是建立完善企業(yè)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。只有在建設(shè)好企業(yè)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)之后，企業(yè)的其他應(yīng)用系統(tǒng)才能夠在統(tǒng)一的規(guī)范下設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施；同時(shí)基于完善和統(tǒng)一來源的產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是企業(yè)信息化過程中系統(tǒng)集成的必備條件。基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，本文將采用企業(yè)建模理論來分析和指導(dǎo)產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。

2  集成化企業(yè)建模

    由于企業(yè)的復(fù)雜性，通過多個(gè)視圖（即不同的角度）來描述企業(yè)的行為特征成為企業(yè)建模的一個(gè)重要方法，很多企業(yè)建模理論和方法（如CIMOSA、ARIS、GERAM方法、集成化企業(yè)建模等）都是這種思路。

    集成化企業(yè)建模是一種三維結(jié)構(gòu)的建模理論體系，如圖1所示。三維的含義如下：

    (1)  視圖模型維。它是將整個(gè)企業(yè)劃分為過程、功能、信息、組織、資源和產(chǎn)品六大要素。相應(yīng)地，從這六個(gè)不同的角度來描述企業(yè)的行為特征，分別建立過程模型、功能模型、信息模型、組織模型、資源模型和產(chǎn)品模型。

    (2)  生命周期維。它是伴隨著企業(yè)信息系統(tǒng)的建設(shè)過程，將企業(yè)建模分為系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施和系統(tǒng)維護(hù)四個(gè)階段，不同的階段有不同的模型表達(dá)形式和內(nèi)容。

    (3)  通用性層次維。它是將企業(yè)建模分為模型構(gòu)件層、參考模型層和專用模型層三個(gè)層次。模型構(gòu)件層提供了用于建立企業(yè)模型的基本元素、模型構(gòu)件、規(guī)則、約束、服務(wù)和協(xié)議，該層次的內(nèi)容具有最強(qiáng)的通用性，能夠廣泛地適用于各類企業(yè)；參考模型層是在通用模型層的基礎(chǔ)上，以生產(chǎn)經(jīng)營方式類似的企業(yè)為背景，通過對(duì)它們相同或相似的結(jié)構(gòu)、行為和特征的分析和提煉，形成各種參考模型；專用模型層則是在參考模型的基礎(chǔ)上，專門為各個(gè)具體企業(yè)建立模型。

圖1  集成企業(yè)建模系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

    所謂集成化，是指各個(gè)視圖之間存在著一種集成的關(guān)系。不同的視圖有不同的側(cè)重點(diǎn)，一種企業(yè)要素可以根據(jù)需要在不同的視圖中以不同的粒度和方式表達(dá)出來，六個(gè)視圖通過彼此間的集成作用完整地描述企業(yè)的行為特征或企業(yè)信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。

3  產(chǎn)品視圖模型

    在集成化企業(yè)建模理論的框架中，產(chǎn)品視圖模型主要是用來描述企業(yè)的產(chǎn)品構(gòu)成及其相關(guān)信息的一個(gè)窗口。從產(chǎn)品的角度看企業(yè)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)企業(yè)是一系列復(fù)雜的產(chǎn)品構(gòu)成關(guān)系，也包括了一系列零部件組合成一個(gè)完整產(chǎn)品的步驟，集成化企業(yè)建模通過產(chǎn)品模型來表達(dá)這些復(fù)雜的關(guān)系。產(chǎn)品模型以產(chǎn)品要素為主，過程要素等為輔，企業(yè)特征以產(chǎn)品為主線表達(dá)出來。

3.1  產(chǎn)品視圖模型概念

    這里的產(chǎn)品視圖模型不是指CAD等系統(tǒng)中使用的那些與幾何性質(zhì)等有關(guān)的設(shè)計(jì)或制造模型，而是對(duì)企業(yè)中各種產(chǎn)品實(shí)體、產(chǎn)品實(shí)體間的聯(lián)系以及與其它企業(yè)要素（比如過程）關(guān)系的模型化描述。其中產(chǎn)品實(shí)體指的是產(chǎn)品及其零部件。產(chǎn)品模型描述了企業(yè)產(chǎn)品的整體構(gòu)成情況，一方面表達(dá)了企業(yè)能夠生產(chǎn)哪些產(chǎn)品，這些產(chǎn)品由哪些部分組成；另一方面，從分析企業(yè)特征和行為的觀點(diǎn)看，產(chǎn)品及其零部件的背后還隱藏了其它企業(yè)要素的豐富信息：

    (1)  過程要素：產(chǎn)品實(shí)體都有一系列過程與之相對(duì)應(yīng)，如制造過程等。

    (2)  資源要素：伴隨著每一個(gè)產(chǎn)品實(shí)體的處理過程或步驟，都有資源與之相對(duì)應(yīng)，如制造資源、人力資源和存儲(chǔ)資源等。

    (3)  組織要素：每一個(gè)產(chǎn)品實(shí)體的處理都有一系列執(zhí)行者，或者是組織或角色與之相對(duì)應(yīng)，如生產(chǎn)部門、計(jì)劃部門、成本/財(cái)務(wù)部門、設(shè)計(jì)師、工藝師等。

    (4)  功能要素：產(chǎn)品實(shí)體的每一個(gè)變化是通過一定反映某種功能的企業(yè)活動(dòng)完成的。

    (5)  信息要素：在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程中，要產(chǎn)生和處理大量的信息，產(chǎn)品實(shí)體本身也有對(duì)應(yīng)的信息實(shí)體表達(dá)方式。

    產(chǎn)品實(shí)體都是通過一定的過程與資源、組織、功能和信息等企業(yè)要素發(fā)生聯(lián)系的。從產(chǎn)品模型的概念上來看，產(chǎn)品模型與ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計(jì)劃）中使用的BOM（Bill Of Material，物料清單）類似，它們都能夠表達(dá)產(chǎn)品及組成產(chǎn)品的零部件的層次數(shù)量關(guān)系，在建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的時(shí)候也可以借用建立BOM的某些方法。但是在深層次的內(nèi)容和作用上兩者有本質(zhì)的不同，BOM的出發(fā)點(diǎn)是把產(chǎn)品生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)所需的物料都表達(dá)清楚，用以協(xié)助計(jì)算企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)上的物料需求，為企業(yè)各個(gè)部門具體的業(yè)務(wù)活動(dòng)提供支持；而產(chǎn)品模型的出發(fā)點(diǎn)是把整個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品構(gòu)成和產(chǎn)品實(shí)體的形態(tài)變化特征表達(dá)清楚，為整個(gè)企業(yè)業(yè)務(wù)流程改進(jìn)和信息系統(tǒng)規(guī)劃實(shí)施等工作提供支持。

3.2  產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理需求分析

    產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要涉及到產(chǎn)品零部件裝配結(jié)構(gòu)、零部件的各種屬性以及零部件的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)等信息等。

    企業(yè)在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品過程中，出于提高零部件的互換性、降低生產(chǎn)成本或者繼承過去產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)的目的，企業(yè)的產(chǎn)品中會(huì)大量使用標(biāo)準(zhǔn)件和重用已有零部件；另外，隨著客戶需求個(gè)性化程度的提高，大規(guī)模定制（Mass Customization，MC）生產(chǎn)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，大規(guī)模定制的結(jié)果是產(chǎn)生大量的原型產(chǎn)品的變形產(chǎn)品。例如，一臺(tái)機(jī)車可能包括許多的部件，如：轉(zhuǎn)向架總成、車體總成、柴油發(fā)電機(jī)組、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、預(yù)熱系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、油漆及裝飾系統(tǒng)、隨車工具及備品等。實(shí)際情況下可以根據(jù)用戶的需求，把這些模塊進(jìn)行不同的組合來定制不同型號(hào)的機(jī)車。以上兩種情況均表明一種現(xiàn)象，即企業(yè)的一個(gè)產(chǎn)品之中或者產(chǎn)品零部件之間存在大量的零部件相互借用現(xiàn)象。

    零部件之間的大量相互借用關(guān)系使得產(chǎn)品零部件之間的裝配關(guān)系成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在裝配關(guān)系中上、下層零部件之間存在多對(duì)多關(guān)系，一個(gè)部件可以是由多個(gè)不同的零部件組成，一個(gè)零部件可以裝配在多個(gè)不同的產(chǎn)品或部件上，多對(duì)多關(guān)系使得描述零部件之間裝配關(guān)系的問題更加復(fù)雜。

    產(chǎn)品的裝配屬性是指產(chǎn)品和零部件的加工裝配關(guān)系以及相應(yīng)零部件之間的裝配數(shù)量關(guān)系。產(chǎn)品和零部件的自然屬性包括產(chǎn)品尺寸、材料、重量、生產(chǎn)類型、成品率、物料ABC碼以及生產(chǎn)提前期等關(guān)于產(chǎn)品自然屬性的相關(guān)數(shù)據(jù)，由于產(chǎn)品之間或一個(gè)產(chǎn)品中零部件的大量相互借用，為保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)一致性，描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息應(yīng)該從兩個(gè)方面來描述：(1)產(chǎn)品及其零部件之間的裝配與被裝配和零部件之間的裝配數(shù)量關(guān)系構(gòu)成產(chǎn)品的裝配屬性關(guān)系；(2)有關(guān)產(chǎn)品的毛坯尺寸、材料、重量、生產(chǎn)類型等數(shù)據(jù)構(gòu)成產(chǎn)品的自然屬性關(guān)系。這樣處理的結(jié)果使得大量相互借用的零部件的自然屬性只需描述一次，不僅可以節(jié)省大量的存儲(chǔ)空間，而且更便于維護(hù)和保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性。

    產(chǎn)品中各種零部件的生產(chǎn)工藝和裝配工藝本質(zhì)上講，也屬于產(chǎn)品的自然屬性，但由于零部件的工藝數(shù)據(jù)在生產(chǎn)管理過程中起著很重要的作用，如工序級(jí)生產(chǎn)調(diào)度、確定生產(chǎn)提前期等，同時(shí)工藝數(shù)據(jù)本身又是由很多方面的信息如工序名稱、工藝規(guī)程、刀具、量具以及工時(shí)定額等組成，因此產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)有必要單獨(dú)描述。

    在傳統(tǒng)的產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，通常把產(chǎn)品及其零部件的裝配屬性關(guān)系和自然屬性關(guān)系描述為BOM，而把產(chǎn)品及其零部件的生產(chǎn)工藝和裝配工藝信息描述為工藝BOM。

3.3  產(chǎn)品視圖模型的結(jié)構(gòu)

    根據(jù)以上的分析，產(chǎn)品視圖模型將由產(chǎn)品裝配模型、產(chǎn)品自然屬性模型和產(chǎn)品工藝過程模型三部分組成。

    (1)  產(chǎn)品裝配模型

    產(chǎn)品裝配模型描述產(chǎn)品和零部件的加工裝配關(guān)系以及相應(yīng)零部件之間的裝配數(shù)量關(guān)系，關(guān)于產(chǎn)品及其零部件的裝配關(guān)系的描述，目前大多采用下列方法：矩陣型、鄰接表型、層次型、父子型以及二叉樹型等。各種方法各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，如：矩陣型、鄰接表型和層次型描述方法在保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、重用性方面存在很多問題，搜索性能較好；父子型和二叉樹型描述方法在保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性、重用性方面表現(xiàn)良好，但搜索性能一般。

    綜合上面的知識(shí)，在產(chǎn)品裝配模型的描述上采用父子型描述方法，如果考慮到產(chǎn)品及零部件的版本問題，則產(chǎn)品裝配模型應(yīng)具有如表1所示的特征屬性。

表1  產(chǎn)品裝配模型的詳細(xì)屬性

    這種描述裝配關(guān)系的方法，可以理解為：一個(gè)產(chǎn)品或者一個(gè)部件在產(chǎn)品裝配模型中是作為一個(gè)整體來記錄和存儲(chǔ)的，可以被其他產(chǎn)品整體借用，亦即完全解決了產(chǎn)品數(shù)據(jù)重用的問題，數(shù)據(jù)冗余度降到最低，數(shù)據(jù)的一致性也得到了保證。

    (2)  產(chǎn)品自然屬性模型

    產(chǎn)品自然屬性模型描述產(chǎn)品和零部件的自然屬性，包括產(chǎn)品尺寸、材料、重量、生產(chǎn)類型、成品率、物料ABC碼以及生產(chǎn)提前期等關(guān)于產(chǎn)品自然屬性的相關(guān)數(shù)據(jù)。

    由于產(chǎn)品的自然屬性數(shù)據(jù)很多，為了描述方便，這些自然屬性可以從不同的側(cè)面來描述，一方面便于數(shù)據(jù)管理，另一方面從軟件的設(shè)計(jì)角度來說，每一側(cè)面的自然屬性數(shù)據(jù)管理可以采用單一的類來處理。描述產(chǎn)品的自然屬性的側(cè)面以及各個(gè)側(cè)面的屬性如表2所示。

表2  產(chǎn)品自然屬性模型的詳細(xì)屬性

    (3)  產(chǎn)品工藝過程模型

    產(chǎn)品及其零部件的生產(chǎn)工藝和裝配工藝實(shí)際上反映產(chǎn)品及其零部件生產(chǎn)和流動(dòng)的過程，產(chǎn)品工藝過程描述一個(gè)產(chǎn)品及其零部件在企業(yè)中的流動(dòng)和變化過程。由于工作流是一種描述過程的有力工具，本文以工作流為工具來描述產(chǎn)品工藝過程模型，一方面產(chǎn)品工藝過程模型完全滿足產(chǎn)品及其零部件的傳統(tǒng)工藝文件的描述，另一方面可以在基于工作流的產(chǎn)品過程模型中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)（活動(dòng)）從資源要素、組織要素、功能要素以及信息要素等方面加以描述，從而使產(chǎn)品的工藝信息更加飽滿和充實(shí)。

    節(jié)點(diǎn)（工藝活動(dòng)）信息的描述也是從多個(gè)側(cè)面來描述的，側(cè)面以及各個(gè)側(cè)面的屬性如表3所示，每個(gè)節(jié)點(diǎn)（每道工序）的信息是多個(gè)側(cè)面的信息綜合而成。

    通過上述方法能夠描述產(chǎn)品及其零部件的生產(chǎn)工藝中的每道工序的詳細(xì)信息，工作流則建立了各道工序之間的順序和流轉(zhuǎn)關(guān)系。

表3  產(chǎn)品工藝過程模型的詳細(xì)屬性

4  產(chǎn)品視圖模型的應(yīng)用

    在某鐵路機(jī)車車輛企業(yè)信息化的產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，采用了產(chǎn)品視圖模型來指導(dǎo)和建立產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，下面介紹實(shí)際應(yīng)用情況。

4.1  產(chǎn)品裝配模型和產(chǎn)品自然屬性模型的應(yīng)用

    該企業(yè)的主要產(chǎn)品是鐵路內(nèi)燃機(jī)車，而且型號(hào)眾多，每種機(jī)車本身又大約由1萬個(gè)零部件組成，不同的內(nèi)燃機(jī)車有相當(dāng)一部分零部件是相同的，即不同產(chǎn)品的零部件之間的相互借用現(xiàn)象很多，如該廠的主要產(chǎn)品“東風(fēng)4D型客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車”有著很多的變形產(chǎn)品，如“東風(fēng)4D型貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車”，“東風(fēng)4D型客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車廣州型”，“東風(fēng)4D型客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車出口型”等。在原型產(chǎn)品的1萬多個(gè)零部件中，這些變形產(chǎn)品只有很少的零部件與原型產(chǎn)品不同，圖2顯示了變形產(chǎn)品“東風(fēng)4D型貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車”與原型產(chǎn)品“東風(fēng)4D型客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車”的產(chǎn)品構(gòu)成以及兩者之間的差別。兩者在第一層有13個(gè)零部件是相同的，僅有一個(gè)部件不同；而第一層的這兩個(gè)不同的部件在第二層中又有9個(gè)零部件是相同的，只有6個(gè)零部件是不相同的。假設(shè)首先建立“東風(fēng)4D型客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車”的產(chǎn)品裝配模型，那么在建立變形配模型，僅僅需要添加很少的記錄即可實(shí)現(xiàn)。比如，在數(shù)據(jù)庫中添加一條“父件標(biāo)識(shí)為109J00000A（東風(fēng)4D型貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車），零部件標(biāo)識(shí)為109T000000（車體總圖）”記錄，就建立了109J00000A與109T000000之間的父子關(guān)系，由于部件109T000000本身及其子孫后代的產(chǎn)品數(shù)據(jù)已經(jīng)在原型產(chǎn)品中已經(jīng)作了記錄，因此在建立變形產(chǎn)品的產(chǎn)品裝配模型，勿需重復(fù)描述。

4.2 產(chǎn)品工藝過程模型的應(yīng)用

    對(duì)于圖3中的零件，用工作流建立的產(chǎn)品工藝過程模型如圖4所示，其工序1的詳細(xì)屬性如表4所示。

5  結(jié)論

    采用模型化的方式來描述和建立企業(yè)信息化系統(tǒng)是信息化建設(shè)的重要手段，通過分析產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的需求，建立了完善的產(chǎn)品視圖模型，以此為理論方法建設(shè)的產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)必將是為企業(yè)信息化建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用表明這種理論和方法也是可行的。