机载电子产品研制过程的复杂工作流研究

袁璐　李源　孙宏强　王文彬

摘要：从分析机载电子产品研制过程的多业务体系参与入手，提出了机载电子产品复杂研制过程的流程特性、复杂流程分解与协同逻辑，以及流程梳理和表达的实施方案。说明了用工作流管理的模型和驱动方式，实现企业复杂产品研制过程的流程梳理和业务运营，是现代企业管理和企业信息化的标志和必由之路。

关键词：复杂工作流；协同设计；不变量

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）13-0251-03

机载电子产品研发过程涉及多个学科、专业领域，有多个体系贯穿其中。以机载计算机研制过程为例，其研制过程涉及的学科包括计算机学科、微电子学科、结构力学、热力学、电磁学等；涉及的设计专业包括机载计算机总体和模块、机载总线与交换网络、机电控制、机载专用软件、机载专用集成电路、PCB、机箱结构等；涉及的体系包括机载计算机设计技术体系、项目管理体系、质量保证体系、适航认证体系等。其中，产品设计的技术体系又可以分出若干分支，除了产品功能设计的技术方法体系外，产品的五性设计、需求管理、配置管理、仿真验证和试验管理等也具有一定的逻辑完整性，构成设计体系的一些分支体系。

多个学科/专业和多重体系的叠加作用，使得机载电子产品研发过程的相对复杂。只有对这个复杂过程进行多体系、多视角的梳理与解构，才能实现机载电子产品研发过程复杂工作流的结构表达。

1 复杂工作流

1.1 机载电子产品研制过程

通用机载电子产品开发过程模型将机载电子产品开发过程要求，包括设计方法和技术体系要求、设计保证技术要求、项目（型号）管理要求、质量保证体系要求、适航支持过程要求等落实在产品开发生命周期活动中。该模型将机载电子产品开发生命周期划分为项目启动、产品需求定义、产品初步设计、产品详细设计、产品实现、产品验证与确认（最终产品验证及确认）和项目结项等若干阶段。

其中，产品开发的计划过程在项目启动阶段和产品需求定义阶段实施；产品的设计、验证和确认过程，以及安全性评估、可靠性/维修性/测试性分析与评估、质量保证过程、适航支持过程等过程在产品需求定义、产品初步设计、产品详细设计、产品实现、产品验证与确认各阶段分布实施；构型管理过程贯穿产品开发生命周期，如图1所示。

1.2 复杂性分析

一个流程的复杂性通常体现在以下三个方面：流程的体量庞大，节点众多；流程节点间的关系复杂；流程的控制类型复杂。由图1的模型可以看出，机载电子产品研制过程的流程复杂性，多体现在流程体量庞大和流程节点间的复杂关系方面。

机载电子产品研制过程组织方式主要是逐层分解、顺序执行、问题返回，工作流形式基本是串行，以及在串行基础上的一些简单条件分支；但由于研制过程的试探性，使得产品研制的工作流节点之间存在反复迭代关系；而除了简单的顺序、分支和迭代关系外，研制过程中还涉及多部门协同和资源约束关系，因此，产品研制的工作流节点之间还存在着并行触发和资源等待关系；此外，产品研制过程中，一部分流程节点会构成相对独立的子流程，如一些辅助任务流程等，这些子流程与主流程之间存在流程嵌套调用关系。上述种种表明，机载电子产品研制流程节点间的关系是复杂的。

1.3 工作流分析

工作流是一种反映业务过程的计算机化模型[1]，是为了在先进计算机支持下实现业务过程集成与过程自动化而建立的可由工作流管理系统执行的业务模型。在复杂性分析中，明确了机载电子产品研制过程主要由一系列的研制活动以及这些活动之间的顺序、分支、递归、协同、排斥和制约等关系组成，因此，使用工作流模型[2]来梳理机载电子产品的开发过程，进而建立该过程的可执行模型是合适的。

机载电子产品的开发过程是一个多体系流程的协同过程，有主任务流程、辅任务流程和临时指派任务；有强制性流程、提示性流程和条件触发性流程。其中，所谓主任务流程，是指能够被严格规范的研发流程，以研制阶段的里程碑和重要结果文件作为规范要点；所谓辅任务流程，是指那些以主流程的节点到达或流出为触发条件的流程，如部分质量监督流程、协同工作流程、试验检验流程、仿真验证流程、适航认证流程等。

因此，分析机载电子产品开发过程的工作流结构，将复杂流程通过结构分解化繁为简，是机载电子产品研制过程的多体系复杂工作流建模与实现的关键所在。

2多体系复杂工作流的分解

机载电子产品的研发流程是复杂的，但是，通过对流程的梳理和分析可以发现，这种复杂性可以被分解，从而被简化。

2.1 复杂流程的结构分解

处理复杂流程的有效方法就是“分解”——对复杂流程进行分层分块分解。将整个流程分解为若干子流程块，这些子流程块之间的关系构成一个层次的流程表述；而每个子流程块，又可分解为若干更低层次的子流程块，最终实现复杂流程的层次分解。

首先，引入流程块的概念，一个流程块可定义为一组流程节点和子流程块的集合，这些流程块之间，以及流程块对流程节点（单向）的流程关系限制为简单的顺序和分支关系。一个流程块，如果仅由流程节点组成，则称该流程块为末级流程块。

这种分层分块、逐层细化的分解方法简化了流程块之间的流程关系，但限制了复杂流程关系的表达。因此，除了简单的顺序、分支关系外，需补充建立流程节点对流程块的调用、触发关系，以及流程节点之间的协同工作机制，如表1所述。

综上所述，我们通过流程块概念的引入和流程块之间的流程关系的简化，建立了复杂流程分层分块的结构化方法，将“大”流程分解为“小”流程，每层每块都是“小”流程，但组合起来是“大”流程。同时，通过流程节点的调用、触发关系的补充定义，以及流程节点之间的协同工作机制建立，使得这种复杂流程的解构不会破坏流程内容的表达。

2.2 机载电子产品研制过程的流程分解

运用多体系复杂工作流的结构化方法分析机载电子产品的研制过程，可以得到支持复杂流程分解的所谓“不变量”。

流程分解中，识别子流程块的标准是“业务完整性”和“稳定性”。所谓完整性，是指该子流程块应完成一个有明确意义的业务或业务过程；所谓稳定性，是指该子流程块所反映的业务或业务过程整体上相对稳定，内容也许会有演变，但整个业务是“不变量”。

以机载计算机研制过程为例，研制阶段划分（产品研发生命周期的各个阶段或军机K/F/C/S/D/P阶段）、专业划分（计算机总体设计、机箱结构设计等）、交付物定义（需求规范、设计说明等）应识别为研制过程的“不变量”。

根据“不变量”的划分，机载计算机研制过程的分解策略为：

1）根据产品研发生命周期的阶段划分进行流程第1个层次的分解；

2）根据专业划分进行流程的第2个层次的分解；

3）围绕项目交付物进行流程第3个层次的分解；

4）经过三个层次分解后，得到的子流程块在很多情况下已经是可指派任务，此时，应根据具体情况决定一个层次的流程块是否需要进一步分解（该流程块的业务是否可由一个角色完成；该流程块的业务是否产生一个项目交付物或一个明确定义的中间结果；该流程块的业务是否依赖一个明确定义的信息化支撑环境）。WBS分解的末节点，应该是不可再分的原子任务项，通常对应一个直接的输出物。

经过上述方法对业务流程进行分解后，就形成了业务流程的WBS分解结果。一般的业务流程经过WBS分解后，会形成3-4级的层次结构，如图2所示。这只是流程梳理的基础，流程梳理还包括其他的组成要素。

3机载电子产品研制过程的工作流梳理

机载电子产品研制过程的流程梳理内容包括承担研制任务的人员组织/角色分工、研制流程、数据流转、操作规程、设计辅助工具以及设计过程所应遵循的规范、参考的知识、可重用的实例等。所以应基于流程分解产生的WBS分解结构从角色、工具、知识、数据、流程图五个方面阐述流程梳理方案。

3.1 角色

经过WBS分解后，最低层中的每一个流程块的业务都应该是可指派给某个角色来完成的，所以梳理角色信息十分重要。内容包括：角色编号、角色名称、所属机构代码、能力要求、工作范围等。

3.2 工具

机载电子产品研制的管理和设计生产过程已离不开信息化工具的支持。因此，流程梳理的内容也应包括相关工具的梳理。建立工具列表，说明每一项工具的专业属性、用途、供应商、版本、部署方式、系统集成需求等相关信息。

3.3 知识

流程梳理的内容应包括每个WBS流程节点相关知识[2]的梳理。内容包括：知识名称、知识来源、被引用工作项（即在WBS中哪一个节点中）等信息。

3.4 数据

数据流[3]是机载电子产品研制过程中的重要内容，需梳理任务流中每一个任务节点的输入/输出数据，说明这些数据的类型/格式、数据来源、需要用到的系统或工具。

3.5 流程图

依据WBS分解结果及角色、工具、知识、数据的梳理结果，可绘制对应的流程图。

流程图的组成要素主要包括节点、顺序和控制。其中，节点是一个个可执行的、具体的任务单元，若将一个项目的执行过程视为复杂任务[4]，则WBS分解的最低层的任务就是整个项目过程的任务节点；顺序，就是节点的执行顺序，受一个节点的入口/出口条件、节点任务的触发条件及任务节点间转换规则影响；而控制，就是根据控制条件进行的任务节点间的转移和切换。

除了节点、顺序和控制外，添加每个任务节点承担者的角色、所需的系统或工具、涉及的参考知识以及该节点的输出输入数据，即可形成包含每个流程要素的完整流程图。所以，绘制流程图时，包含的对象如图7所示。

经过各要素的梳理，就形成了机载电子产品研制过程的工作流梳理结果。WBS分解将整个研发过程按层次分解，最终分解为若干可执行任务项；角色、工具、知识、数据四个要素的流程描述则说明了任务的责任方/参与角色、所使用的工具名称、支撑知识/实例和标准/规范、入口/出口条件和输入/输出数据；最后，形成各个层次任务的流程图，将机载电子产品研制过程体现在流程图中。这样一来，就完成了机载电子产品研制过程工作流全方位的流程梳理。

4 结束语

一个体量庞大的复杂工作流建模，如果没有很好地识别其内在结构，通过层次化、结构化将流程化繁为简，对于工作流模型的表达和测试来说，是灾难性的。本文通过复杂流程的结构、不变量、层次分解形式等的讨论，建立了复杂流程的结构化方法。进而，探讨了机载电子产品研制过程的多体系复杂工作流梳理和表达，为机载电子产品开发过程模型的实现探寻了理论基础。

参考文献：

[1] 李海波. 工作流模型复杂控制结构构造方法[J].计算机科学，2012，39（11）.

[2] 张超. 飞机设计中的知识辅助技术研究[J].航空计算技术，2011（4）.

[3] 文峰. 一种面向应用的多层次数据资源描述框架[J].计算机应用与软件， 2013，30（7）.

[4] 朱沧. 集成研发平台构建中的任务管理技术[J]. 航空计算技术，2012（5）.