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范玉順 黃學文

1  前言

    經過十幾年的發展，我國企業信息化建設正在進入一個比較成熟的階段，越來越多的企業對信息化有了更為深刻的理解，對信息化系統的功能、性能、靈活性、可重用性和建設周期等方面的要求越來越高，傳統的信息化建設方法已經不能滿足這些要求，所以，在積累并重用信息化實施的知識和經驗基礎上建立企業模型，采用模型驅動策略，已經成為企業信息化建設的重要手段。

    產品基礎數據管理在企業信息化建設過程中起著基礎性、決定性的作用。信息化建設包含企業管理過程中的各種管理系統的設計、實施和應用，各種應用系統有輕重緩急之分，首先應該解決信息化的基礎問題。對于企業信息化而言，其基礎工作一定是建立完善企業產品基礎數據管理系統。只有在建設好企業產品基礎數據管理系統之后，企業的其他應用系統才能夠在統一的規范下設計、開發和實施；同時基于完善和統一來源的產品基礎數據管理系統是企業信息化過程中系統集成的必備條件。基于這個出發點，本文將采用企業建模理論來分析和指導產品基礎數據管理。

2  集成化企業建模

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

    集成化企業建模是一種三維結構的建模理論體系，如圖1所示。三維的含義如下：

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

    (2)  生命周期維。它是伴隨著企業信息系統的建設過程，將企業建模分為系統分析、系統設計、系統實施和系統維護四個階段，不同的階段有不同的模型表達形式和內容。

    (3)  通用性層次維。它是將企業建模分為模型構件層、參考模型層和專用模型層三個層次。模型構件層提供了用于建立企業模型的基本元素、模型構件、規則、約束、服務和協議，該層次的內容具有最強的通用性，能夠廣泛地適用于各類企業；參考模型層是在通用模型層的基礎上，以生產經營方式類似的企業為背景，通過對它們相同或相似的結構、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上，專門為各個具體企業建立模型。

圖1  集成企業建模系統的體系結構

    所謂集成化，是指各個視圖之間存在著一種集成的關系。不同的視圖有不同的側重點，一種企業要素可以根據需要在不同的視圖中以不同的粒度和方式表達出來，六個視圖通過彼此間的集成作用完整地描述企業的行為特征或企業信息系統的體系結構。

3  產品視圖模型

    在集成化企業建模理論的框架中，產品視圖模型主要是用來描述企業的產品構成及其相關信息的一個窗口。從產品的角度看企業，就會發現企業是一系列復雜的產品構成關系，也包括了一系列零部件組合成一個完整產品的步驟，集成化企業建模通過產品模型來表達這些復雜的關系。產品模型以產品要素為主，過程要素等為輔，企業特征以產品為主線表達出來。

3.1  產品視圖模型概念

    這里的產品視圖模型不是指CAD等系統中使用的那些與幾何性質等有關的設計或制造模型，而是對企業中各種產品實體、產品實體間的聯系以及與其它企業要素（比如過程）關系的模型化描述。其中產品實體指的是產品及其零部件。產品模型描述了企業產品的整體構成情況，一方面表達了企業能夠生產哪些產品，這些產品由哪些部分組成；另一方面，從分析企業特征和行為的觀點看，產品及其零部件的背后還隱藏了其它企業要素的豐富信息：

    (1)  過程要素：產品實體都有一系列過程與之相對應，如制造過程等。

    (2)  資源要素：伴隨著每一個產品實體的處理過程或步驟，都有資源與之相對應，如制造資源、人力資源和存儲資源等。

    (3)  組織要素：每一個產品實體的處理都有一系列執行者，或者是組織或角色與之相對應，如生產部門、計劃部門、成本/財務部門、設計師、工藝師等。

    (4)  功能要素：產品實體的每一個變化是通過一定反映某種功能的企業活動完成的。

    (5)  信息要素：在產品實現過程中，要產生和處理大量的信息，產品實體本身也有對應的信息實體表達方式。

    產品實體都是通過一定的過程與資源、組織、功能和信息等企業要素發生聯系的。從產品模型的概念上來看，產品模型與ERP（Enterprise Resource Planning，企業資源計劃）中使用的BOM（Bill Of Material，物料清單）類似，它們都能夠表達產品及組成產品的零部件的層次數量關系，在建立產品結構樹的時候也可以借用建立BOM的某些方法。但是在深層次的內容和作用上兩者有本質的不同，BOM的出發點是把產品生產過程各個環節所需的物料都表達清楚，用以協助計算企業各個生產環節上的物料需求，為企業各個部門具體的業務活動提供支持；而產品模型的出發點是把整個企業的產品構成和產品實體的形態變化特征表達清楚，為整個企業業務流程改進和信息系統規劃實施等工作提供支持。

3.2  產品基礎數據管理需求分析

    產品基礎數據管理主要涉及到產品零部件裝配結構、零部件的各種屬性以及零部件的生產工藝數據等信息等。

    企業在設計新產品過程中，出于提高零部件的互換性、降低生產成本或者繼承過去產品的設計知識的目的，企業的產品中會大量使用標準件和重用已有零部件；另外，隨著客戶需求個性化程度的提高，大規模定制（Mass Customization，MC）生產技術得到廣泛應用，大規模定制的結果是產生大量的原型產品的變形產品。例如，一臺機車可能包括許多的部件，如：轉向架總成、車體總成、柴油發電機組、傳動機構、預熱系統、空氣系統、油漆及裝飾系統、隨車工具及備品等。實際情況下可以根據用戶的需求，把這些模塊進行不同的組合來定制不同型號的機車。以上兩種情況均表明一種現象，即企業的一個產品之中或者產品零部件之間存在大量的零部件相互借用現象。

    零部件之間的大量相互借用關系使得產品零部件之間的裝配關系成網狀結構，在裝配關系中上、下層零部件之間存在多對多關系，一個部件可以是由多個不同的零部件組成，一個零部件可以裝配在多個不同的產品或部件上，多對多關系使得描述零部件之間裝配關系的問題更加復雜。

    產品的裝配屬性是指產品和零部件的加工裝配關系以及相應零部件之間的裝配數量關系。產品和零部件的自然屬性包括產品尺寸、材料、重量、生產類型、成品率、物料ABC碼以及生產提前期等關于產品自然屬性的相關數據，由于產品之間或一個產品中零部件的大量相互借用，為保證產品數據一致性，描述產品數據信息應該從兩個方面來描述：(1)產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量關系構成產品的裝配屬性關系；(2)有關產品的毛坯尺寸、材料、重量、生產類型等數據構成產品的自然屬性關系。這樣處理的結果使得大量相互借用的零部件的自然屬性只需描述一次，不僅可以節省大量的存儲空間，而且更便于維護和保證產品數據的一致性。

    產品中各種零部件的生產工藝和裝配工藝本質上講，也屬于產品的自然屬性，但由于零部件的工藝數據在生產管理過程中起著很重要的作用，如工序級生產調度、確定生產提前期等，同時工藝數據本身又是由很多方面的信息如工序名稱、工藝規程、刀具、量具以及工時定額等組成，因此產品的生產工藝數據有必要單獨描述。

    在傳統的產品基礎數據管理系統中，通常把產品及其零部件的裝配屬性關系和自然屬性關系描述為BOM，而把產品及其零部件的生產工藝和裝配工藝信息描述為工藝BOM。

3.3  產品視圖模型的結構

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

    (1)  產品裝配模型

    產品裝配模型描述產品和零部件的加工裝配關系以及相應零部件之間的裝配數量關系，關于產品及其零部件的裝配關系的描述，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點和缺點，如：矩陣型、鄰接表型和層次型描述方法在保證產品數據的一致性、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品數據的一致性、重用性方面表現良好，但搜索性能一般。

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

表1  產品裝配模型的詳細屬性

    這種描述裝配關系的方法，可以理解為：一個產品或者一個部件在產品裝配模型中是作為一個整體來記錄和存儲的，可以被其他產品整體借用，亦即完全解決了產品數據重用的問題，數據冗余度降到最低，數據的一致性也得到了保證。

    (2)  產品自然屬性模型

    產品自然屬性模型描述產品和零部件的自然屬性，包括產品尺寸、材料、重量、生產類型、成品率、物料ABC碼以及生產提前期等關于產品自然屬性的相關數據。

    由于產品的自然屬性數據很多，為了描述方便，這些自然屬性可以從不同的側面來描述，一方面便于數據管理，另一方面從軟件的設計角度來說，每一側面的自然屬性數據管理可以采用單一的類來處理。描述產品的自然屬性的側面以及各個側面的屬性如表2所示。

表2  產品自然屬性模型的詳細屬性

    (3)  產品工藝過程模型

    產品及其零部件的生產工藝和裝配工藝實際上反映產品及其零部件生產和流動的過程，產品工藝過程描述一個產品及其零部件在企業中的流動和變化過程。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品工藝過程模型，一方面產品工藝過程模型完全滿足產品及其零部件的傳統工藝文件的描述，另一方面可以在基于工作流的產品過程模型中的每一個節點（活動）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，從而使產品的工藝信息更加飽滿和充實。

    節點（工藝活動）信息的描述也是從多個側面來描述的，側面以及各個側面的屬性如表3所示，每個節點（每道工序）的信息是多個側面的信息綜合而成。

    通過上述方法能夠描述產品及其零部件的生產工藝中的每道工序的詳細信息，工作流則建立了各道工序之間的順序和流轉關系。

表3  產品工藝過程模型的詳細屬性

4  產品視圖模型的應用

    在某鐵路機車車輛企業信息化的產品基礎數據管理系統中，采用了產品視圖模型來指導和建立產品基礎數據管理系統，下面介紹實際應用情況。

4.1  產品裝配模型和產品自然屬性模型的應用

    該企業的主要產品是鐵路內燃機車，而且型號眾多，每種機車本身又大約由1萬個零部件組成，不同的內燃機車有相當一部分零部件是相同的，即不同產品的零部件之間的相互借用現象很多，如該廠的主要產品“東風4D型客運內燃機車”有著很多的變形產品，如“東風4D型貨運內燃機車”，“東風4D型客運內燃機車廣州型”，“東風4D型客運內燃機車出口型”等。在原型產品的1萬多個零部件中，這些變形產品只有很少的零部件與原型產品不同，圖2顯示了變形產品“東風4D型貨運內燃機車”與原型產品“東風4D型客運內燃機車”的產品構成以及兩者之間的差別。兩者在第一層有13個零部件是相同的，僅有一個部件不同；而第一層的這兩個不同的部件在第二層中又有9個零部件是相同的，只有6個零部件是不相同的。假設首先建立“東風4D型客運內燃機車”的產品裝配模型，那么在建立變形配模型，僅僅需要添加很少的記錄即可實現。比如，在數據庫中添加一條“父件標識為109J00000A（東風4D型貨運內燃機車），零部件標識為109T000000（車體總圖）”記錄，就建立了109J00000A與109T000000之間的父子關系，由于部件109T000000本身及其子孫后代的產品數據已經在原型產品中已經作了記錄，因此在建立變形產品的產品裝配模型，勿需重復描述。

4.2 產品工藝過程模型的應用

    對于圖3中的零件，用工作流建立的產品工藝過程模型如圖4所示，其工序1的詳細屬性如表4所示。

5  結論

    采用模型化的方式來描述和建立企業信息化系統是信息化建設的重要手段，通過分析產品基礎數據管理系統的需求，建立了完善的產品視圖模型，以此為理論方法建設的產品基礎數據管理系統必將是為企業信息化建設打下堅實的基礎，實際應用表明這種理論和方法也是可行的。