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范玉顺 黄学文

1  前言

    经过十几年的发展，我国企业信息化建设正在进入一个比较成熟的阶段，越来越多的企业对信息化有了更为深刻的理解，对信息化系统的功能、性能、灵活性、可重用性和建设周期等方面的要求越来越高，传统的信息化建设方法已经不能满足这些要求，所以，在积累并重用信息化实施的知识和经验基础上建立企业模型，采用模型驱动策略，已经成为企业信息化建设的重要手段。

    产品基础数据管理在企业信息化建设过程中起着基础性、决定性的作用。信息化建设包含企业管理过程中的各种管理系统的设计、实施和应用，各种应用系统有轻重缓急之分，首先应该解决信息化的基础问题。对于企业信息化而言，其基础工作一定是建立完善企业产品基础数据管理系统。只有在建设好企业产品基础数据管理系统之后，企业的其他应用系统才能够在统一的规范下设计、开发和实施；同时基于完善和统一来源的产品基础数据管理系统是企业信息化过程中系统集成的必备条件。基于这个出发点，本文将采用企业建模理论来分析和指导产品基础数据管理。

2  集成化企业建模

    由于企业的复杂性，通过多个视图（即不同的角度）来描述企业的行为特征成为企业建模的一个重要方法，很多企业建模理论和方法（如CIMOSA、ARIS、GERAM方法、集成化企业建模等）都是这种思路。

    集成化企业建模是一种三维结构的建模理论体系，如图1所示。三维的含义如下：

    (1)  视图模型维。它是将整个企业划分为过程、功能、信息、组织、资源和产品六大要素。相应地，从这六个不同的角度来描述企业的行为特征，分别建立过程模型、功能模型、信息模型、组织模型、资源模型和产品模型。

    (2)  生命周期维。它是伴随着企业信息系统的建设过程，将企业建模分为系统分析、系统设计、系统实施和系统维护四个阶段，不同的阶段有不同的模型表达形式和内容。

    (3)  通用性层次维。它是将企业建模分为模型构件层、参考模型层和专用模型层三个层次。模型构件层提供了用于建立企业模型的基本元素、模型构件、规则、约束、服务和协议，该层次的内容具有最强的通用性，能够广泛地适用于各类企业；参考模型层是在通用模型层的基础上，以生产经营方式类似的企业为背景，通过对它们相同或相似的结构、行为和特征的分析和提炼，形成各种参考模型；专用模型层则是在参考模型的基础上，专门为各个具体企业建立模型。

图1  集成企业建模系统的体系结构

    所谓集成化，是指各个视图之间存在着一种集成的关系。不同的视图有不同的侧重点，一种企业要素可以根据需要在不同的视图中以不同的粒度和方式表达出来，六个视图通过彼此间的集成作用完整地描述企业的行为特征或企业信息系统的体系结构。

3  产品视图模型

    在集成化企业建模理论的框架中，产品视图模型主要是用来描述企业的产品构成及其相关信息的一个窗口。从产品的角度看企业，就会发现企业是一系列复杂的产品构成关系，也包括了一系列零部件组合成一个完整产品的步骤，集成化企业建模通过产品模型来表达这些复杂的关系。产品模型以产品要素为主，过程要素等为辅，企业特征以产品为主线表达出来。

3.1  产品视图模型概念

    这里的产品视图模型不是指CAD等系统中使用的那些与几何性质等有关的设计或制造模型，而是对企业中各种产品实体、产品实体间的联系以及与其它企业要素（比如过程）关系的模型化描述。其中产品实体指的是产品及其零部件。产品模型描述了企业产品的整体构成情况，一方面表达了企业能够生产哪些产品，这些产品由哪些部分组成；另一方面，从分析企业特征和行为的观点看，产品及其零部件的背后还隐藏了其它企业要素的丰富信息：

    (1)  过程要素：产品实体都有一系列过程与之相对应，如制造过程等。

    (2)  资源要素：伴随着每一个产品实体的处理过程或步骤，都有资源与之相对应，如制造资源、人力资源和存储资源等。

    (3)  组织要素：每一个产品实体的处理都有一系列执行者，或者是组织或角色与之相对应，如生产部门、计划部门、成本/财务部门、设计师、工艺师等。

    (4)  功能要素：产品实体的每一个变化是通过一定反映某种功能的企业活动完成的。

    (5)  信息要素：在产品实现过程中，要产生和处理大量的信息，产品实体本身也有对应的信息实体表达方式。

    产品实体都是通过一定的过程与资源、组织、功能和信息等企业要素发生联系的。从产品模型的概念上来看，产品模型与ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划）中使用的BOM（Bill Of Material，物料清单）类似，它们都能够表达产品及组成产品的零部件的层次数量关系，在建立产品结构树的时候也可以借用建立BOM的某些方法。但是在深层次的内容和作用上两者有本质的不同，BOM的出发点是把产品生产过程各个环节所需的物料都表达清楚，用以协助计算企业各个生产环节上的物料需求，为企业各个部门具体的业务活动提供支持；而产品模型的出发点是把整个企业的产品构成和产品实体的形态变化特征表达清楚，为整个企业业务流程改进和信息系统规划实施等工作提供支持。

3.2  产品基础数据管理需求分析

    产品基础数据管理主要涉及到产品零部件装配结构、零部件的各种属性以及零部件的生产工艺数据等信息等。

    企业在设计新产品过程中，出于提高零部件的互换性、降低生产成本或者继承过去产品的设计知识的目的，企业的产品中会大量使用标准件和重用已有零部件；另外，随着客户需求个性化程度的提高，大规模定制（Mass Customization，MC）生产技术得到广泛应用，大规模定制的结果是产生大量的原型产品的变形产品。例如，一台机车可能包括许多的部件，如：转向架总成、车体总成、柴油发电机组、传动机构、预热系统、空气系统、油漆及装饰系统、随车工具及备品等。实际情况下可以根据用户的需求，把这些模块进行不同的组合来定制不同型号的机车。以上两种情况均表明一种现象，即企业的一个产品之中或者产品零部件之间存在大量的零部件相互借用现象。

    零部件之间的大量相互借用关系使得产品零部件之间的装配关系成网状结构，在装配关系中上、下层零部件之间存在多对多关系，一个部件可以是由多个不同的零部件组成，一个零部件可以装配在多个不同的产品或部件上，多对多关系使得描述零部件之间装配关系的问题更加复杂。

    产品的装配属性是指产品和零部件的加工装配关系以及相应零部件之间的装配数量关系。产品和零部件的自然属性包括产品尺寸、材料、重量、生产类型、成品率、物料ABC码以及生产提前期等关于产品自然属性的相关数据，由于产品之间或一个产品中零部件的大量相互借用，为保证产品数据一致性，描述产品数据信息应该从两个方面来描述：(1)产品及其零部件之间的装配与被装配和零部件之间的装配数量关系构成产品的装配属性关系；(2)有关产品的毛坯尺寸、材料、重量、生产类型等数据构成产品的自然属性关系。这样处理的结果使得大量相互借用的零部件的自然属性只需描述一次，不仅可以节省大量的存储空间，而且更便于维护和保证产品数据的一致性。

    产品中各种零部件的生产工艺和装配工艺本质上讲，也属于产品的自然属性，但由于零部件的工艺数据在生产管理过程中起着很重要的作用，如工序级生产调度、确定生产提前期等，同时工艺数据本身又是由很多方面的信息如工序名称、工艺规程、刀具、量具以及工时定额等组成，因此产品的生产工艺数据有必要单独描述。

    在传统的产品基础数据管理系统中，通常把产品及其零部件的装配属性关系和自然属性关系描述为BOM，而把产品及其零部件的生产工艺和装配工艺信息描述为工艺BOM。

3.3  产品视图模型的结构

    根据以上的分析，产品视图模型将由产品装配模型、产品自然属性模型和产品工艺过程模型三部分组成。

    (1)  产品装配模型

    产品装配模型描述产品和零部件的加工装配关系以及相应零部件之间的装配数量关系，关于产品及其零部件的装配关系的描述，目前大多采用下列方法：矩阵型、邻接表型、层次型、父子型以及二叉树型等。各种方法各有自己的优点和缺点，如：矩阵型、邻接表型和层次型描述方法在保证产品数据的一致性、重用性方面存在很多问题，搜索性能较好；父子型和二叉树型描述方法在保证产品数据的一致性、重用性方面表现良好，但搜索性能一般。

    综合上面的知识，在产品装配模型的描述上采用父子型描述方法，如果考虑到产品及零部件的版本问题，则产品装配模型应具有如表1所示的特征属性。

表1  产品装配模型的详细属性

    这种描述装配关系的方法，可以理解为：一个产品或者一个部件在产品装配模型中是作为一个整体来记录和存储的，可以被其他产品整体借用，亦即完全解决了产品数据重用的问题，数据冗余度降到最低，数据的一致性也得到了保证。

    (2)  产品自然属性模型

    产品自然属性模型描述产品和零部件的自然属性，包括产品尺寸、材料、重量、生产类型、成品率、物料ABC码以及生产提前期等关于产品自然属性的相关数据。

    由于产品的自然属性数据很多，为了描述方便，这些自然属性可以从不同的侧面来描述，一方面便于数据管理，另一方面从软件的设计角度来说，每一侧面的自然属性数据管理可以采用单一的类来处理。描述产品的自然属性的侧面以及各个侧面的属性如表2所示。

表2  产品自然属性模型的详细属性

    (3)  产品工艺过程模型

    产品及其零部件的生产工艺和装配工艺实际上反映产品及其零部件生产和流动的过程，产品工艺过程描述一个产品及其零部件在企业中的流动和变化过程。由于工作流是一种描述过程的有力工具，本文以工作流为工具来描述产品工艺过程模型，一方面产品工艺过程模型完全满足产品及其零部件的传统工艺文件的描述，另一方面可以在基于工作流的产品过程模型中的每一个节点（活动）从资源要素、组织要素、功能要素以及信息要素等方面加以描述，从而使产品的工艺信息更加饱满和充实。

    节点（工艺活动）信息的描述也是从多个侧面来描述的，侧面以及各个侧面的属性如表3所示，每个节点（每道工序）的信息是多个侧面的信息综合而成。

    通过上述方法能够描述产品及其零部件的生产工艺中的每道工序的详细信息，工作流则建立了各道工序之间的顺序和流转关系。

表3  产品工艺过程模型的详细属性

4  产品视图模型的应用

    在某铁路机车车辆企业信息化的产品基础数据管理系统中，采用了产品视图模型来指导和建立产品基础数据管理系统，下面介绍实际应用情况。

4.1  产品装配模型和产品自然属性模型的应用

    该企业的主要产品是铁路内燃机车，而且型号众多，每种机车本身又大约由1万个零部件组成，不同的内燃机车有相当一部分零部件是相同的，即不同产品的零部件之间的相互借用现象很多，如该厂的主要产品“东风4D型客运内燃机车”有着很多的变形产品，如“东风4D型货运内燃机车”，“东风4D型客运内燃机车广州型”，“东风4D型客运内燃机车出口型”等。在原型产品的1万多个零部件中，这些变形产品只有很少的零部件与原型产品不同，图2显示了变形产品“东风4D型货运内燃机车”与原型产品“东风4D型客运内燃机车”的产品构成以及两者之间的差别。两者在第一层有13个零部件是相同的，仅有一个部件不同；而第一层的这两个不同的部件在第二层中又有9个零部件是相同的，只有6个零部件是不相同的。假设首先建立“东风4D型客运内燃机车”的产品装配模型，那么在建立变形配模型，仅仅需要添加很少的记录即可实现。比如，在数据库中添加一条“父件标识为109J00000A（东风4D型货运内燃机车），零部件标识为109T000000（车体总图）”记录，就建立了109J00000A与109T000000之间的父子关系，由于部件109T000000本身及其子孙后代的产品数据已经在原型产品中已经作了记录，因此在建立变形产品的产品装配模型，勿需重复描述。

4.2 产品工艺过程模型的应用

    对于图3中的零件，用工作流建立的产品工艺过程模型如图4所示，其工序1的详细属性如表4所示。

5  结论

    采用模型化的方式来描述和建立企业信息化系统是信息化建设的重要手段，通过分析产品基础数据管理系统的需求，建立了完善的产品视图模型，以此为理论方法建设的产品基础数据管理系统必将是为企业信息化建设打下坚实的基础，实际应用表明这种理论和方法也是可行的。