楊 沁, 衛(wèi)道柱, 潘秀琴

(合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院,安徽合肥 230009)

目前,制造業(yè)正經(jīng)歷著客戶需求迅速變化,供應商及合作伙伴等在線服務及信息越來越多的轉(zhuǎn)變。制造技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展使企業(yè)應對客戶需求更迅速地做出反應,更有效地與供應商、合作伙伴結(jié)合起來,形成產(chǎn)品全生命周期中客戶、企業(yè)、供應商及合作伙伴等關(guān)系的無縫聯(lián)接。

在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中,約70%的工作屬于適應性設(shè)計及變形設(shè)計[1],其主要來源于客戶需求的變化。企業(yè)通過對客戶需求信息獲取并進行相應分析,拓展客戶內(nèi)心潛藏的設(shè)計意圖,感知客戶對產(chǎn)品的最大認可度,需求信息獲取的力度、范圍越來越大,形式趨于多樣化。文獻[2]在產(chǎn)品全生命周期和供應鏈范圍內(nèi)獲取、分析各個環(huán)節(jié)的需求信息,并通過需求建模集成平臺及軟件工具集對需求信息進行管理和使用;文獻[3]給出了面向并行工程的產(chǎn)品需求建模方法并開發(fā)了相應的系統(tǒng)和工具。

文獻[4]通過面向?qū)ο竽Ｐ突绢愋偷亩x,由實體的對象模型、動態(tài)模型、功能模型構(gòu)成特定產(chǎn)品域的概念模型,使制造商形成一個柔性、動態(tài)的環(huán)境與客戶協(xié)作;文獻[5]通過構(gòu)建通用產(chǎn)品簇,以虛擬現(xiàn)實建模語言(VRM L)提供可視化接口,評估產(chǎn)品設(shè)計的有效性,提高產(chǎn)品設(shè)計、制造中的交互性;文獻[6]通過產(chǎn)品過程建模的語義和語法進行需求獲取及建模,針對不同商業(yè)類型及其信息流模型,提供了一種理論聯(lián)接來集成過程模型及特殊信息條目集。

1 個性化產(chǎn)品需求敏捷表達

個性化產(chǎn)品需求敏捷表達采用基于組件的動態(tài)結(jié)構(gòu)模型,需求表達的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依賴于產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)系統(tǒng)所提供的不同層次上的完備信息及所對應的工程數(shù)據(jù)信息,需求表達方式是基于工作流技術(shù),并與協(xié)同處理環(huán)境的知識、規(guī)則相配合的協(xié)作式模型,如圖1所示。

2 基于工作流技術(shù)的需求結(jié)點描述

2.1 基于工作流的需求結(jié)點元模型

圖1 個性化產(chǎn)品需求敏捷表達

工作流是一類能夠完全或部分自動執(zhí)行的經(jīng)營過程,根據(jù)一系列過程規(guī)則、文擋、信息或任務,能夠在不同的執(zhí)行者之間進行傳遞與執(zhí)行[7,8]。

基于工作流的需求結(jié)點元模型如圖2所示。

(1)需求表達結(jié)點狀態(tài)。根據(jù)結(jié)點當前所擁有的數(shù)據(jù)資源、協(xié)同結(jié)點間的角色關(guān)系及所處的任務狀態(tài),進行該可個性化結(jié)點的需求表達,對相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定及配置,并對需求表達過程中結(jié)點所處的狀態(tài)及狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換進行控制。

圖2 基于工作流的需求結(jié)點元模型

(2)組織/角色模型。根據(jù)結(jié)點在個性化產(chǎn)品模型中所處的位置、協(xié)同結(jié)點間的關(guān)系與特征,合理配置結(jié)點間的優(yōu)先權(quán)及組織關(guān)系。

(3)工作流數(shù)據(jù)資源。提供結(jié)點需求表達過程所需擁有的各類資源、條件以及內(nèi)部和外界的參數(shù)約束,為可個性化結(jié)點需求表達的開始、運行、結(jié)束及資源條件的變化提供保證。

(4)任務管理器。為驅(qū)動結(jié)點需求表達觸發(fā)各類事件,提供可靠的管理機制作為保障。包括的事件有：結(jié)點情節(jié)(路徑)的選擇、關(guān)聯(lián)結(jié)點調(diào)用、個性結(jié)點配置及未選配結(jié)點的優(yōu)化等事件處理類型。

2.2 需求結(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

客戶需求表達時,結(jié)點所具有的5種基本狀態(tài),如圖3所示。

圖3 需求表達結(jié)點的狀態(tài)及轉(zhuǎn)換

2.2.1 基本狀態(tài)

(1)開始。由某一結(jié)點的個性配置任務觸發(fā)需求表達實例,并滿足該結(jié)點的初始條件后,便進入到結(jié)點配置的開始狀態(tài)。

(2)就緒。結(jié)點獲得需求表達實例所需的全部數(shù)據(jù)資源,只需獲得客戶觸發(fā)需求表達任務項的條件,便可進入結(jié)點就緒狀態(tài)。在一個需求表達實例中,可以有多個結(jié)點處于就緒待配置狀態(tài)。

(3)運行。結(jié)點中一個或多個可個性化參數(shù)進行需求表達,執(zhí)行配置活動。該狀態(tài)需與協(xié)同結(jié)點相配合,根據(jù)數(shù)據(jù)資源約束規(guī)則進行,并對后序結(jié)點配置產(chǎn)生動態(tài)影響。

(4)掛起。該結(jié)點需求表達實例正在運行,但處于靜止狀態(tài),除非有一個“激活”命令或者外部事件促使該實例回到就緒或運行狀態(tài),否則該結(jié)點的所有活動都不會執(zhí)行。

(5)結(jié)束。該結(jié)點需求表達實例執(zhí)行已經(jīng)完成,且滿足結(jié)束該實例的條件;或是配置過程中產(chǎn)生非法錯誤,任務管理器執(zhí)行該結(jié)點的結(jié)束操作,并調(diào)用下一個符合條件的結(jié)點。

2.2.2 轉(zhuǎn)換

(1)開始→就緒。開始狀態(tài)需確定該結(jié)點在整個產(chǎn)品信息結(jié)構(gòu)中所處的位置、與其相關(guān)聯(lián)的協(xié)同結(jié)點的關(guān)系和狀態(tài),以及結(jié)點配置所應擁有的資源條件和約束關(guān)系等。一旦結(jié)點獲得的全部數(shù)據(jù)資源,結(jié)點就從開始狀態(tài)接納為就緒狀態(tài)。

(2)就緒→運行。客戶通過任務管理器觸發(fā)結(jié)點需求表達任務,使該結(jié)點由就緒狀態(tài)執(zhí)行進入到運行狀態(tài)。

(3)就緒→掛起/掛起→就緒。父結(jié)點為了考查或修改子結(jié)點的屬性,或?qū)Ω鱾€子結(jié)點進行協(xié)調(diào),通過掛起操作進入到掛起狀態(tài);當子結(jié)點配置完成后,父結(jié)點重新被激活進入到就緒狀態(tài),并根據(jù)子結(jié)點的配置對其相關(guān)屬性進行調(diào)節(jié)。

(4)運行→掛起/掛起→運行。多個協(xié)同結(jié)點間相互配合設(shè)置時,利用掛起操作使某結(jié)點進入到掛起狀態(tài);當協(xié)同結(jié)點配置完成后,激活原先掛起結(jié)點,由協(xié)同結(jié)點的配置進行相應配置。

(5)運行→結(jié)束。需求表達實例正常結(jié)束,或表達中出現(xiàn)非法錯誤,結(jié)點將由運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)束狀態(tài)。

2.3 需求結(jié)點的關(guān)聯(lián)類型

結(jié)點間的關(guān)系決定需求表達時工作流的方向,這些關(guān)系以面向?qū)ο蟮姆绞綐?gòu)建,是關(guān)聯(lián)類實例,具有繼承、組成、集合、使用等特性。表1所列為需求表達結(jié)點間的關(guān)聯(lián)類型。

表1 結(jié)點間的關(guān)聯(lián)類型

續(xù)表

3 需求表達的協(xié)作式工作流模型

3.1 需求表達工作流的語義描述

定義1 需求表達工作流是建立在需求結(jié)點元模型、結(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)換及結(jié)點間的關(guān)聯(lián)形式基礎(chǔ)上的一種工作流方式,它可以表示為三元組W={T,SE,C}。

其中,T為需求表達過程中各項任務組成的集合(分為人工任務集、自動任務集、協(xié)同任務集等);SE為構(gòu)成任務的起止標記集合(起始結(jié)點是工作流模型的唯一入口,且僅有1個;終止結(jié)點標記需求表達過程的結(jié)束,終止結(jié)點可能有多個);C為任務間的控制依賴關(guān)系,由構(gòu)成任務的多個活動關(guān)聯(lián)所制約。

定義2 任務是需求表達工作流中一系列活動步驟的抽象,每個任務t∈T可以表示為一個四元組t={I,O,Ag,A}。

其中,I為該任務的輸入數(shù)據(jù)集,即該任務使用的變量集合;O為該任務結(jié)束輸出的數(shù)據(jù)集,即該任務結(jié)束后生成的新變量或需要更新的變量集合;Ag為執(zhí)行該任務智能代理組成的集合;A為構(gòu)成任務的協(xié)同活動集。

定義3 活動是對需求結(jié)點進行表達過程中執(zhí)行的動作,每個活動 a∈A可以表示為a={Ni,if-Event,R,State,Nc,Cn}。

其中,Ni為活動所依附的當前需求結(jié)點;if-Event為活動執(zhí)行中的條件-事件集,即各類條件(如初始、運行、結(jié)束等)所觸發(fā)的相關(guān)事件(如Exception-Processing為該活動執(zhí)行失敗時的異常處理,End-Processing為活動結(jié)束時的后續(xù)處理);R為該結(jié)點Ni執(zhí)行時使用的資源集;State為當前活動結(jié)點的狀態(tài);Nc為與當前活動相關(guān)聯(lián)的協(xié)同結(jié)點集;Cn為協(xié)同結(jié)點對當前活動所構(gòu)成的協(xié)作式需求表達控制集。

定義4 協(xié)作式需求表達控制cn∈Cn是協(xié)同結(jié)點對當前需求表達活動進行控制約束,可表示為cn={Nc,expression,Relation,Result-constrains}。

其中,Nc為與當前活動Ni結(jié)點相關(guān)聯(lián)的協(xié)同結(jié)點;expression為在需求表達活動中所依賴的條件表達式的判斷點;Relation為結(jié)點間的關(guān)聯(lián)形式(時序、合作、路徑、同步等);Result-constrains為根據(jù)條件表達式和結(jié)點間關(guān)聯(lián)形式構(gòu)成的對需求表達活動進行控制約束的結(jié)果。

3.2 需求表達協(xié)作式工作流管理邏輯結(jié)構(gòu)

需求表達工作流實際上是客戶對產(chǎn)品的一種描述形式,是輸入流到輸出流的轉(zhuǎn)化過程。以協(xié)同結(jié)點的控制約束方式,流能夠形成對應特定功能的實體對象和該流所作用的實體對象,這是一個反復試探性過程。

在個性化產(chǎn)品需求表達系統(tǒng)中,建立協(xié)作式工作流管理邏輯結(jié)構(gòu),控制與協(xié)調(diào)需求表達的各個模塊及工作流的方向,確保需求表達過程有效、可靠和一致。

圖4所示為需求表達協(xié)作式工作流管理邏輯結(jié)構(gòu)?？蛻魧邮菫閭€性化產(chǎn)品提供需求表達的平臺及工具,是客戶與工作流管理系統(tǒng)進行交互的接口,除了具有規(guī)范需求任務信息和相關(guān)工具資源外,還支持面向任務的多用戶協(xié)作、評價系統(tǒng)、功能仿真等操作。

中間層為需求表達提供協(xié)作式業(yè)務邏輯,通過工作流任務管理器觸發(fā)工作流模板并以約束條件啟動應用服務,控制工作流運行狀態(tài),把目標對象執(zhí)行結(jié)果返回給客戶。

數(shù)據(jù)資源層是基于產(chǎn)品簇、零部件簇及產(chǎn)品信息模型庫,通過約束條件和推理機制,與知識庫、專家系統(tǒng)進行交互,完成符合產(chǎn)品內(nèi)在規(guī)律的需求表達信息,并通過中間層反饋回客戶。

圖4 需求表達協(xié)作式工作流管理邏輯結(jié)構(gòu)

4 實 例

客戶需求可能非常簡單直觀,對產(chǎn)品某些功能、性能、使用、外觀等方面的要求,需求表達具有一定的相似性和通用性。為提高客戶需求表達的效率并正確地引導客戶完成符合產(chǎn)品信息的需求,將完備的需求表達工作流模型及相關(guān)資源信息作為其它需求的基礎(chǔ)。

因此,在實際應用中制定了一系列常規(guī)的需求表達方案,讓客戶按既定的路線迅速、有效、合理地完成需求表達,并在此過程中盡可能地重用已完成的資源與結(jié)果。

針對轎車產(chǎn)品,根據(jù)客戶提出需求的具體內(nèi)容,將其分為外觀結(jié)構(gòu)、安全性、動力性、舒適性、經(jīng)濟性等幾大類,每一大類又以樹型結(jié)構(gòu)的方式形成若干個需求小項,見表2所列,括號內(nèi)的 Ni表示需求表達工作流模型中所對應的結(jié)點,功能值表示對應的功能項或其子項所擁有的配置參數(shù)值。

表2 轎車產(chǎn)品需求項權(quán)重映射關(guān)系

續(xù)表

根據(jù)表2所列舉的轎車需求項映射關(guān)系,所構(gòu)成的客戶需求選項結(jié)點工作流關(guān)系如圖5所示,S為需求表達的入口結(jié)點,一般為產(chǎn)品的根結(jié)點;Ei為需求表達結(jié)束時終止結(jié)點標記,根據(jù)不同的需求有多個表達結(jié)果。在表達過程中以時序關(guān)系為主作為需求選項配置的流程,且經(jīng)濟性與安全性、動力性、舒適性等選項還具有反饋關(guān)系。

圖5 需求選項結(jié)點工作流關(guān)系模型

圖5 所示是一種粗略的表達方式,實際應用中需對具體的功能項細化,構(gòu)建符合客戶心理及產(chǎn)品實際功能的需求表達工作流模型。

5 結(jié)束語

本文在分析個性化產(chǎn)品需求特征的基礎(chǔ)上,提出客戶驅(qū)動的個性化產(chǎn)品需求敏捷表達;建立基于工作流的需求結(jié)點元模型,提出需求結(jié)點狀態(tài)的基本形式及狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換;對需求表達協(xié)作式工作流進行語義描述,并構(gòu)建了需求表達協(xié)作式工作流管理邏輯結(jié)構(gòu),控制與協(xié)調(diào)需求表達的結(jié)點、數(shù)據(jù)及工作流的方向;以轎車產(chǎn)品需求表達功能項的映射關(guān)系及工作流模型為例,實現(xiàn)符合產(chǎn)品內(nèi)在規(guī)律的需求表達。

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