面向需求表达的个性化产品协作式工作流建模

杨 沁, 卫道柱, 潘秀琴

(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009)

目前,制造业正经历着客户需求迅速变化,供应商及合作伙伴等在线服务及信息越来越多的转变。制造技术及信息技术的发展使企业应对客户需求更迅速地做出反应,更有效地与供应商、合作伙伴结合起来,形成产品全生命周期中客户、企业、供应商及合作伙伴等关系的无缝联接。

在产品设计开发过程中,约70%的工作属于适应性设计及变形设计[1],其主要来源于客户需求的变化。企业通过对客户需求信息获取并进行相应分析,拓展客户内心潜藏的设计意图,感知客户对产品的最大认可度,需求信息获取的力度、范围越来越大,形式趋于多样化。文献[2]在产品全生命周期和供应链范围内获取、分析各个环节的需求信息,并通过需求建模集成平台及软件工具集对需求信息进行管理和使用;文献[3]给出了面向并行工程的产品需求建模方法并开发了相应的系统和工具。

文献[4]通过面向对象模型基本类型的定义,由实体的对象模型、动态模型、功能模型构成特定产品域的概念模型,使制造商形成一个柔性、动态的环境与客户协作;文献[5]通过构建通用产品簇,以虚拟现实建模语言(VRM L)提供可视化接口,评估产品设计的有效性,提高产品设计、制造中的交互性;文献[6]通过产品过程建模的语义和语法进行需求获取及建模,针对不同商业类型及其信息流模型,提供了一种理论联接来集成过程模型及特殊信息条目集。

1 个性化产品需求敏捷表达

个性化产品需求敏捷表达采用基于组件的动态结构模型,需求表达的数据结构依赖于产品全生命周期数据系统所提供的不同层次上的完备信息及所对应的工程数据信息,需求表达方式是基于工作流技术,并与协同处理环境的知识、规则相配合的协作式模型,如图1所示。

2 基于工作流技术的需求结点描述

2.1 基于工作流的需求结点元模型

图1 个性化产品需求敏捷表达

工作流是一类能够完全或部分自动执行的经营过程,根据一系列过程规则、文挡、信息或任务,能够在不同的执行者之间进行传递与执行[7,8]。

基于工作流的需求结点元模型如图2所示。

(1)需求表达结点状态。根据结点当前所拥有的数据资源、协同结点间的角色关系及所处的任务状态,进行该可个性化结点的需求表达,对相关参数进行设定及配置,并对需求表达过程中结点所处的状态及状态间的相互转换进行控制。

图2 基于工作流的需求结点元模型

(2)组织/角色模型。根据结点在个性化产品模型中所处的位置、协同结点间的关系与特征,合理配置结点间的优先权及组织关系。

(3)工作流数据资源。提供结点需求表达过程所需拥有的各类资源、条件以及内部和外界的参数约束,为可个性化结点需求表达的开始、运行、结束及资源条件的变化提供保证。

(4)任务管理器。为驱动结点需求表达触发各类事件,提供可靠的管理机制作为保障。包括的事件有：结点情节(路径)的选择、关联结点调用、个性结点配置及未选配结点的优化等事件处理类型。

2.2 需求结点的状态转换

客户需求表达时,结点所具有的5种基本状态,如图3所示。

图3 需求表达结点的状态及转换

2.2.1 基本状态

(1)开始。由某一结点的个性配置任务触发需求表达实例,并满足该结点的初始条件后,便进入到结点配置的开始状态。

(2)就绪。结点获得需求表达实例所需的全部数据资源,只需获得客户触发需求表达任务项的条件,便可进入结点就绪状态。在一个需求表达实例中,可以有多个结点处于就绪待配置状态。

(3)运行。结点中一个或多个可个性化参数进行需求表达,执行配置活动。该状态需与协同结点相配合,根据数据资源约束规则进行,并对后序结点配置产生动态影响。

(4)挂起。该结点需求表达实例正在运行,但处于静止状态,除非有一个“激活”命令或者外部事件促使该实例回到就绪或运行状态,否则该结点的所有活动都不会执行。

(5)结束。该结点需求表达实例执行已经完成,且满足结束该实例的条件;或是配置过程中产生非法错误,任务管理器执行该结点的结束操作,并调用下一个符合条件的结点。

2.2.2 转换

(1)开始→就绪。开始状态需确定该结点在整个产品信息结构中所处的位置、与其相关联的协同结点的关系和状态,以及结点配置所应拥有的资源条件和约束关系等。一旦结点获得的全部数据资源,结点就从开始状态接纳为就绪状态。

(2)就绪→运行。客户通过任务管理器触发结点需求表达任务,使该结点由就绪状态执行进入到运行状态。

(3)就绪→挂起/挂起→就绪。父结点为了考查或修改子结点的属性,或对各个子结点进行协调,通过挂起操作进入到挂起状态;当子结点配置完成后,父结点重新被激活进入到就绪状态,并根据子结点的配置对其相关属性进行调节。

(4)运行→挂起/挂起→运行。多个协同结点间相互配合设置时,利用挂起操作使某结点进入到挂起状态;当协同结点配置完成后,激活原先挂起结点,由协同结点的配置进行相应配置。

(5)运行→结束。需求表达实例正常结束,或表达中出现非法错误,结点将由运行状态转变为结束状态。

2.3 需求结点的关联类型

结点间的关系决定需求表达时工作流的方向,这些关系以面向对象的方式构建,是关联类实例,具有继承、组成、集合、使用等特性。表1所列为需求表达结点间的关联类型。

表1 结点间的关联类型

续表

3 需求表达的协作式工作流模型

3.1 需求表达工作流的语义描述

定义1 需求表达工作流是建立在需求结点元模型、结点状态转换及结点间的关联形式基础上的一种工作流方式,它可以表示为三元组W={T,SE,C}。

其中,T为需求表达过程中各项任务组成的集合(分为人工任务集、自动任务集、协同任务集等);SE为构成任务的起止标记集合(起始结点是工作流模型的唯一入口,且仅有1个;终止结点标记需求表达过程的结束,终止结点可能有多个);C为任务间的控制依赖关系,由构成任务的多个活动关联所制约。

定义2 任务是需求表达工作流中一系列活动步骤的抽象,每个任务t∈T可以表示为一个四元组t={I,O,Ag,A}。

其中,I为该任务的输入数据集,即该任务使用的变量集合;O为该任务结束输出的数据集,即该任务结束后生成的新变量或需要更新的变量集合;Ag为执行该任务智能代理组成的集合;A为构成任务的协同活动集。

定义3 活动是对需求结点进行表达过程中执行的动作,每个活动 a∈A可以表示为a={Ni,if-Event,R,State,Nc,Cn}。

其中,Ni为活动所依附的当前需求结点;if-Event为活动执行中的条件-事件集,即各类条件(如初始、运行、结束等)所触发的相关事件(如Exception-Processing为该活动执行失败时的异常处理,End-Processing为活动结束时的后续处理);R为该结点Ni执行时使用的资源集;State为当前活动结点的状态;Nc为与当前活动相关联的协同结点集;Cn为协同结点对当前活动所构成的协作式需求表达控制集。

定义4 协作式需求表达控制cn∈Cn是协同结点对当前需求表达活动进行控制约束,可表示为cn={Nc,expression,Relation,Result-constrains}。

其中,Nc为与当前活动Ni结点相关联的协同结点;expression为在需求表达活动中所依赖的条件表达式的判断点;Relation为结点间的关联形式(时序、合作、路径、同步等);Result-constrains为根据条件表达式和结点间关联形式构成的对需求表达活动进行控制约束的结果。

3.2 需求表达协作式工作流管理逻辑结构

需求表达工作流实际上是客户对产品的一种描述形式,是输入流到输出流的转化过程。以协同结点的控制约束方式,流能够形成对应特定功能的实体对象和该流所作用的实体对象,这是一个反复试探性过程。

在个性化产品需求表达系统中,建立协作式工作流管理逻辑结构,控制与协调需求表达的各个模块及工作流的方向,确保需求表达过程有效、可靠和一致。

图4所示为需求表达协作式工作流管理逻辑结构。客户层是为个性化产品提供需求表达的平台及工具,是客户与工作流管理系统进行交互的接口,除了具有规范需求任务信息和相关工具资源外,还支持面向任务的多用户协作、评价系统、功能仿真等操作。

中间层为需求表达提供协作式业务逻辑,通过工作流任务管理器触发工作流模板并以约束条件启动应用服务,控制工作流运行状态,把目标对象执行结果返回给客户。

数据资源层是基于产品簇、零部件簇及产品信息模型库,通过约束条件和推理机制,与知识库、专家系统进行交互,完成符合产品内在规律的需求表达信息,并通过中间层反馈回客户。

图4 需求表达协作式工作流管理逻辑结构

4 实 例

客户需求可能非常简单直观,对产品某些功能、性能、使用、外观等方面的要求,需求表达具有一定的相似性和通用性。为提高客户需求表达的效率并正确地引导客户完成符合产品信息的需求,将完备的需求表达工作流模型及相关资源信息作为其它需求的基础。

因此,在实际应用中制定了一系列常规的需求表达方案,让客户按既定的路线迅速、有效、合理地完成需求表达,并在此过程中尽可能地重用已完成的资源与结果。

针对轿车产品,根据客户提出需求的具体内容,将其分为外观结构、安全性、动力性、舒适性、经济性等几大类,每一大类又以树型结构的方式形成若干个需求小项,见表2所列,括号内的 Ni表示需求表达工作流模型中所对应的结点,功能值表示对应的功能项或其子项所拥有的配置参数值。

表2 轿车产品需求项权重映射关系

续表

根据表2所列举的轿车需求项映射关系,所构成的客户需求选项结点工作流关系如图5所示,S为需求表达的入口结点,一般为产品的根结点;Ei为需求表达结束时终止结点标记,根据不同的需求有多个表达结果。在表达过程中以时序关系为主作为需求选项配置的流程,且经济性与安全性、动力性、舒适性等选项还具有反馈关系。

图5 需求选项结点工作流关系模型

图5 所示是一种粗略的表达方式,实际应用中需对具体的功能项细化,构建符合客户心理及产品实际功能的需求表达工作流模型。

5 结束语

本文在分析个性化产品需求特征的基础上,提出客户驱动的个性化产品需求敏捷表达;建立基于工作流的需求结点元模型,提出需求结点状态的基本形式及状态间的转换;对需求表达协作式工作流进行语义描述,并构建了需求表达协作式工作流管理逻辑结构,控制与协调需求表达的结点、数据及工作流的方向;以轿车产品需求表达功能项的映射关系及工作流模型为例,实现符合产品内在规律的需求表达。

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