機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的復(fù)雜工作流研究

袁璐　李源　孫宏強(qiáng)　王文彬

摘要：從分析機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的多業(yè)務(wù)體系參與入手，提出了機(jī)載電子產(chǎn)品復(fù)雜研制過(guò)程的流程特性、復(fù)雜流程分解與協(xié)同邏輯，以及流程梳理和表達(dá)的實(shí)施方案。說(shuō)明了用工作流管理的模型和驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)復(fù)雜產(chǎn)品研制過(guò)程的流程梳理和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)，是現(xiàn)代企業(yè)管理和企業(yè)信息化的標(biāo)志和必由之路。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜工作流；協(xié)同設(shè)計(jì)；不變量

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）13-0251-03

機(jī)載電子產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程涉及多個(gè)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，有多個(gè)體系貫穿其中。以機(jī)載計(jì)算機(jī)研制過(guò)程為例，其研制過(guò)程涉及的學(xué)科包括計(jì)算機(jī)學(xué)科、微電子學(xué)科、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)等；涉及的設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)包括機(jī)載計(jì)算機(jī)總體和模塊、機(jī)載總線與交換網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電控制、機(jī)載專(zhuān)用軟件、機(jī)載專(zhuān)用集成電路、PCB、機(jī)箱結(jié)構(gòu)等；涉及的體系包括機(jī)載計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)體系、項(xiàng)目管理體系、質(zhì)量保證體系、適航認(rèn)證體系等。其中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的技術(shù)體系又可以分出若干分支，除了產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的技術(shù)方法體系外，產(chǎn)品的五性設(shè)計(jì)、需求管理、配置管理、仿真驗(yàn)證和試驗(yàn)管理等也具有一定的邏輯完整性，構(gòu)成設(shè)計(jì)體系的一些分支體系。

多個(gè)學(xué)科/專(zhuān)業(yè)和多重體系的疊加作用，使得機(jī)載電子產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的相對(duì)復(fù)雜。只有對(duì)這個(gè)復(fù)雜過(guò)程進(jìn)行多體系、多視角的梳理與解構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)載電子產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程復(fù)雜工作流的結(jié)構(gòu)表達(dá)。

1 復(fù)雜工作流

1.1 機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程

通用機(jī)載電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程模型將機(jī)載電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程要求，包括設(shè)計(jì)方法和技術(shù)體系要求、設(shè)計(jì)保證技術(shù)要求、項(xiàng)目（型號(hào)）管理要求、質(zhì)量保證體系要求、適航支持過(guò)程要求等落實(shí)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期活動(dòng)中。該模型將機(jī)載電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期劃分為項(xiàng)目啟動(dòng)、產(chǎn)品需求定義、產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)、產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)品驗(yàn)證與確認(rèn)（最終產(chǎn)品驗(yàn)證及確認(rèn)）和項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)等若干階段。

其中，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的計(jì)劃過(guò)程在項(xiàng)目啟動(dòng)階段和產(chǎn)品需求定義階段實(shí)施；產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和確認(rèn)過(guò)程，以及安全性評(píng)估、可靠性/維修性/測(cè)試性分析與評(píng)估、質(zhì)量保證過(guò)程、適航支持過(guò)程等過(guò)程在產(chǎn)品需求定義、產(chǎn)品初步設(shè)計(jì)、產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)、產(chǎn)品驗(yàn)證與確認(rèn)各階段分布實(shí)施；構(gòu)型管理過(guò)程貫穿產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期，如圖1所示。

1.2 復(fù)雜性分析

一個(gè)流程的復(fù)雜性通常體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：流程的體量龐大，節(jié)點(diǎn)眾多；流程節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系復(fù)雜；流程的控制類(lèi)型復(fù)雜。由圖1的模型可以看出，機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的流程復(fù)雜性，多體現(xiàn)在流程體量龐大和流程節(jié)點(diǎn)間的復(fù)雜關(guān)系方面。

機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程組織方式主要是逐層分解、順序執(zhí)行、問(wèn)題返回，工作流形式基本是串行，以及在串行基礎(chǔ)上的一些簡(jiǎn)單條件分支；但由于研制過(guò)程的試探性，使得產(chǎn)品研制的工作流節(jié)點(diǎn)之間存在反復(fù)迭代關(guān)系；而除了簡(jiǎn)單的順序、分支和迭代關(guān)系外，研制過(guò)程中還涉及多部門(mén)協(xié)同和資源約束關(guān)系，因此，產(chǎn)品研制的工作流節(jié)點(diǎn)之間還存在著并行觸發(fā)和資源等待關(guān)系；此外，產(chǎn)品研制過(guò)程中，一部分流程節(jié)點(diǎn)會(huì)構(gòu)成相對(duì)獨(dú)立的子流程，如一些輔助任務(wù)流程等，這些子流程與主流程之間存在流程嵌套調(diào)用關(guān)系。上述種種表明，機(jī)載電子產(chǎn)品研制流程節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系是復(fù)雜的。

1.3 工作流分析

工作流是一種反映業(yè)務(wù)過(guò)程的計(jì)算機(jī)化模型[1]，是為了在先進(jìn)計(jì)算機(jī)支持下實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)過(guò)程集成與過(guò)程自動(dòng)化而建立的可由工作流管理系統(tǒng)執(zhí)行的業(yè)務(wù)模型。在復(fù)雜性分析中，明確了機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程主要由一系列的研制活動(dòng)以及這些活動(dòng)之間的順序、分支、遞歸、協(xié)同、排斥和制約等關(guān)系組成，因此，使用工作流模型[2]來(lái)梳理機(jī)載電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，進(jìn)而建立該過(guò)程的可執(zhí)行模型是合適的。

機(jī)載電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程是一個(gè)多體系流程的協(xié)同過(guò)程，有主任務(wù)流程、輔任務(wù)流程和臨時(shí)指派任務(wù)；有強(qiáng)制性流程、提示性流程和條件觸發(fā)性流程。其中，所謂主任務(wù)流程，是指能夠被嚴(yán)格規(guī)范的研發(fā)流程，以研制階段的里程碑和重要結(jié)果文件作為規(guī)范要點(diǎn)；所謂輔任務(wù)流程，是指那些以主流程的節(jié)點(diǎn)到達(dá)或流出為觸發(fā)條件的流程，如部分質(zhì)量監(jiān)督流程、協(xié)同工作流程、試驗(yàn)檢驗(yàn)流程、仿真驗(yàn)證流程、適航認(rèn)證流程等。

因此，分析機(jī)載電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的工作流結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜流程通過(guò)結(jié)構(gòu)分解化繁為簡(jiǎn)，是機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的多體系復(fù)雜工作流建模與實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。

2多體系復(fù)雜工作流的分解

機(jī)載電子產(chǎn)品的研發(fā)流程是復(fù)雜的，但是，通過(guò)對(duì)流程的梳理和分析可以發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)雜性可以被分解，從而被簡(jiǎn)化。

2.1 復(fù)雜流程的結(jié)構(gòu)分解

處理復(fù)雜流程的有效方法就是“分解”——對(duì)復(fù)雜流程進(jìn)行分層分塊分解。將整個(gè)流程分解為若干子流程塊，這些子流程塊之間的關(guān)系構(gòu)成一個(gè)層次的流程表述；而每個(gè)子流程塊，又可分解為若干更低層次的子流程塊，最終實(shí)現(xiàn)復(fù)雜流程的層次分解。

首先，引入流程塊的概念，一個(gè)流程塊可定義為一組流程節(jié)點(diǎn)和子流程塊的集合，這些流程塊之間，以及流程塊對(duì)流程節(jié)點(diǎn)（單向）的流程關(guān)系限制為簡(jiǎn)單的順序和分支關(guān)系。一個(gè)流程塊，如果僅由流程節(jié)點(diǎn)組成，則稱該流程塊為末級(jí)流程塊。

這種分層分塊、逐層細(xì)化的分解方法簡(jiǎn)化了流程塊之間的流程關(guān)系，但限制了復(fù)雜流程關(guān)系的表達(dá)。因此，除了簡(jiǎn)單的順序、分支關(guān)系外，需補(bǔ)充建立流程節(jié)點(diǎn)對(duì)流程塊的調(diào)用、觸發(fā)關(guān)系，以及流程節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作機(jī)制，如表1所述。

綜上所述，我們通過(guò)流程塊概念的引入和流程塊之間的流程關(guān)系的簡(jiǎn)化，建立了復(fù)雜流程分層分塊的結(jié)構(gòu)化方法，將“大”流程分解為“小”流程，每層每塊都是“小”流程，但組合起來(lái)是“大”流程。同時(shí)，通過(guò)流程節(jié)點(diǎn)的調(diào)用、觸發(fā)關(guān)系的補(bǔ)充定義，以及流程節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同工作機(jī)制建立，使得這種復(fù)雜流程的解構(gòu)不會(huì)破壞流程內(nèi)容的表達(dá)。

2.2 機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的流程分解

運(yùn)用多體系復(fù)雜工作流的結(jié)構(gòu)化方法分析機(jī)載電子產(chǎn)品的研制過(guò)程，可以得到支持復(fù)雜流程分解的所謂“不變量”。

流程分解中，識(shí)別子流程塊的標(biāo)準(zhǔn)是“業(yè)務(wù)完整性”和“穩(wěn)定性”。所謂完整性，是指該子流程塊應(yīng)完成一個(gè)有明確意義的業(yè)務(wù)或業(yè)務(wù)過(guò)程；所謂穩(wěn)定性，是指該子流程塊所反映的業(yè)務(wù)或業(yè)務(wù)過(guò)程整體上相對(duì)穩(wěn)定，內(nèi)容也許會(huì)有演變，但整個(gè)業(yè)務(wù)是“不變量”。

以機(jī)載計(jì)算機(jī)研制過(guò)程為例，研制階段劃分（產(chǎn)品研發(fā)生命周期的各個(gè)階段或軍機(jī)K/F/C/S/D/P階段）、專(zhuān)業(yè)劃分（計(jì)算機(jī)總體設(shè)計(jì)、機(jī)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等）、交付物定義（需求規(guī)范、設(shè)計(jì)說(shuō)明等）應(yīng)識(shí)別為研制過(guò)程的“不變量”。

根據(jù)“不變量”的劃分，機(jī)載計(jì)算機(jī)研制過(guò)程的分解策略為：

1）根據(jù)產(chǎn)品研發(fā)生命周期的階段劃分進(jìn)行流程第1個(gè)層次的分解；

2）根據(jù)專(zhuān)業(yè)劃分進(jìn)行流程的第2個(gè)層次的分解；

3）圍繞項(xiàng)目交付物進(jìn)行流程第3個(gè)層次的分解；

4）經(jīng)過(guò)三個(gè)層次分解后，得到的子流程塊在很多情況下已經(jīng)是可指派任務(wù)，此時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況決定一個(gè)層次的流程塊是否需要進(jìn)一步分解（該流程塊的業(yè)務(wù)是否可由一個(gè)角色完成；該流程塊的業(yè)務(wù)是否產(chǎn)生一個(gè)項(xiàng)目交付物或一個(gè)明確定義的中間結(jié)果；該流程塊的業(yè)務(wù)是否依賴一個(gè)明確定義的信息化支撐環(huán)境）。WBS分解的末節(jié)點(diǎn)，應(yīng)該是不可再分的原子任務(wù)項(xiàng)，通常對(duì)應(yīng)一個(gè)直接的輸出物。

經(jīng)過(guò)上述方法對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分解后，就形成了業(yè)務(wù)流程的WBS分解結(jié)果。一般的業(yè)務(wù)流程經(jīng)過(guò)WBS分解后，會(huì)形成3-4級(jí)的層次結(jié)構(gòu)，如圖2所示。這只是流程梳理的基礎(chǔ)，流程梳理還包括其他的組成要素。

3機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的工作流梳理

機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的流程梳理內(nèi)容包括承擔(dān)研制任務(wù)的人員組織/角色分工、研制流程、數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、操作規(guī)程、設(shè)計(jì)輔助工具以及設(shè)計(jì)過(guò)程所應(yīng)遵循的規(guī)范、參考的知識(shí)、可重用的實(shí)例等。所以應(yīng)基于流程分解產(chǎn)生的WBS分解結(jié)構(gòu)從角色、工具、知識(shí)、數(shù)據(jù)、流程圖五個(gè)方面闡述流程梳理方案。

3.1 角色

經(jīng)過(guò)WBS分解后，最低層中的每一個(gè)流程塊的業(yè)務(wù)都應(yīng)該是可指派給某個(gè)角色來(lái)完成的，所以梳理角色信息十分重要。內(nèi)容包括：角色編號(hào)、角色名稱、所屬機(jī)構(gòu)代碼、能力要求、工作范圍等。

3.2 工具

機(jī)載電子產(chǎn)品研制的管理和設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程已離不開(kāi)信息化工具的支持。因此，流程梳理的內(nèi)容也應(yīng)包括相關(guān)工具的梳理。建立工具列表，說(shuō)明每一項(xiàng)工具的專(zhuān)業(yè)屬性、用途、供應(yīng)商、版本、部署方式、系統(tǒng)集成需求等相關(guān)信息。

3.3 知識(shí)

流程梳理的內(nèi)容應(yīng)包括每個(gè)WBS流程節(jié)點(diǎn)相關(guān)知識(shí)[2]的梳理。內(nèi)容包括：知識(shí)名稱、知識(shí)來(lái)源、被引用工作項(xiàng)（即在WBS中哪一個(gè)節(jié)點(diǎn)中）等信息。

3.4 數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)流[3]是機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程中的重要內(nèi)容，需梳理任務(wù)流中每一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)的輸入/輸出數(shù)據(jù)，說(shuō)明這些數(shù)據(jù)的類(lèi)型/格式、數(shù)據(jù)來(lái)源、需要用到的系統(tǒng)或工具。

3.5 流程圖

依據(jù)WBS分解結(jié)果及角色、工具、知識(shí)、數(shù)據(jù)的梳理結(jié)果，可繪制對(duì)應(yīng)的流程圖。

流程圖的組成要素主要包括節(jié)點(diǎn)、順序和控制。其中，節(jié)點(diǎn)是一個(gè)個(gè)可執(zhí)行的、具體的任務(wù)單元，若將一個(gè)項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程視為復(fù)雜任務(wù)[4]，則WBS分解的最低層的任務(wù)就是整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程的任務(wù)節(jié)點(diǎn)；順序，就是節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行順序，受一個(gè)節(jié)點(diǎn)的入口/出口條件、節(jié)點(diǎn)任務(wù)的觸發(fā)條件及任務(wù)節(jié)點(diǎn)間轉(zhuǎn)換規(guī)則影響；而控制，就是根據(jù)控制條件進(jìn)行的任務(wù)節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)移和切換。

除了節(jié)點(diǎn)、順序和控制外，添加每個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)者的角色、所需的系統(tǒng)或工具、涉及的參考知識(shí)以及該節(jié)點(diǎn)的輸出輸入數(shù)據(jù)，即可形成包含每個(gè)流程要素的完整流程圖。所以，繪制流程圖時(shí)，包含的對(duì)象如圖7所示。

經(jīng)過(guò)各要素的梳理，就形成了機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的工作流梳理結(jié)果。WBS分解將整個(gè)研發(fā)過(guò)程按層次分解，最終分解為若干可執(zhí)行任務(wù)項(xiàng)；角色、工具、知識(shí)、數(shù)據(jù)四個(gè)要素的流程描述則說(shuō)明了任務(wù)的責(zé)任方/參與角色、所使用的工具名稱、支撐知識(shí)/實(shí)例和標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范、入口/出口條件和輸入/輸出數(shù)據(jù)；最后，形成各個(gè)層次任務(wù)的流程圖，將機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程體現(xiàn)在流程圖中。這樣一來(lái)，就完成了機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程工作流全方位的流程梳理。

4 結(jié)束語(yǔ)

一個(gè)體量龐大的復(fù)雜工作流建模，如果沒(méi)有很好地識(shí)別其內(nèi)在結(jié)構(gòu)，通過(guò)層次化、結(jié)構(gòu)化將流程化繁為簡(jiǎn)，對(duì)于工作流模型的表達(dá)和測(cè)試來(lái)說(shuō)，是災(zāi)難性的。本文通過(guò)復(fù)雜流程的結(jié)構(gòu)、不變量、層次分解形式等的討論，建立了復(fù)雜流程的結(jié)構(gòu)化方法。進(jìn)而，探討了機(jī)載電子產(chǎn)品研制過(guò)程的多體系復(fù)雜工作流梳理和表達(dá)，為機(jī)載電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程模型的實(shí)現(xiàn)探尋了理論基礎(chǔ)。

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