機載電子產品研制過程的復雜工作流研究

袁璐　李源　孫宏強　王文彬

摘要：從分析機載電子產品研制過程的多業務體系參與入手，提出了機載電子產品復雜研制過程的流程特性、復雜流程分解與協同邏輯，以及流程梳理和表達的實施方案。說明了用工作流管理的模型和驅動方式，實現企業復雜產品研制過程的流程梳理和業務運營，是現代企業管理和企業信息化的標志和必由之路。

關鍵詞：復雜工作流；協同設計；不變量

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）13-0251-03

機載電子產品研發過程涉及多個學科、專業領域，有多個體系貫穿其中。以機載計算機研制過程為例，其研制過程涉及的學科包括計算機學科、微電子學科、結構力學、熱力學、電磁學等；涉及的設計專業包括機載計算機總體和模塊、機載總線與交換網絡、機電控制、機載專用軟件、機載專用集成電路、PCB、機箱結構等；涉及的體系包括機載計算機設計技術體系、項目管理體系、質量保證體系、適航認證體系等。其中，產品設計的技術體系又可以分出若干分支，除了產品功能設計的技術方法體系外，產品的五性設計、需求管理、配置管理、仿真驗證和試驗管理等也具有一定的邏輯完整性，構成設計體系的一些分支體系。

多個學科/專業和多重體系的疊加作用，使得機載電子產品研發過程的相對復雜。只有對這個復雜過程進行多體系、多視角的梳理與解構，才能實現機載電子產品研發過程復雜工作流的結構表達。

1 復雜工作流

1.1 機載電子產品研制過程

通用機載電子產品開發過程模型將機載電子產品開發過程要求，包括設計方法和技術體系要求、設計保證技術要求、項目（型號）管理要求、質量保證體系要求、適航支持過程要求等落實在產品開發生命周期活動中。該模型將機載電子產品開發生命周期劃分為項目啟動、產品需求定義、產品初步設計、產品詳細設計、產品實現、產品驗證與確認（最終產品驗證及確認）和項目結項等若干階段。

其中，產品開發的計劃過程在項目啟動階段和產品需求定義階段實施；產品的設計、驗證和確認過程，以及安全性評估、可靠性/維修性/測試性分析與評估、質量保證過程、適航支持過程等過程在產品需求定義、產品初步設計、產品詳細設計、產品實現、產品驗證與確認各階段分布實施；構型管理過程貫穿產品開發生命周期，如圖1所示。

1.2 復雜性分析

一個流程的復雜性通常體現在以下三個方面：流程的體量龐大，節點眾多；流程節點間的關系復雜；流程的控制類型復雜。由圖1的模型可以看出，機載電子產品研制過程的流程復雜性，多體現在流程體量龐大和流程節點間的復雜關系方面。

機載電子產品研制過程組織方式主要是逐層分解、順序執行、問題返回，工作流形式基本是串行，以及在串行基礎上的一些簡單條件分支；但由于研制過程的試探性，使得產品研制的工作流節點之間存在反復迭代關系；而除了簡單的順序、分支和迭代關系外，研制過程中還涉及多部門協同和資源約束關系，因此，產品研制的工作流節點之間還存在著并行觸發和資源等待關系；此外，產品研制過程中，一部分流程節點會構成相對獨立的子流程，如一些輔助任務流程等，這些子流程與主流程之間存在流程嵌套調用關系。上述種種表明，機載電子產品研制流程節點間的關系是復雜的。

1.3 工作流分析

工作流是一種反映業務過程的計算機化模型[1]，是為了在先進計算機支持下實現業務過程集成與過程自動化而建立的可由工作流管理系統執行的業務模型。在復雜性分析中，明確了機載電子產品研制過程主要由一系列的研制活動以及這些活動之間的順序、分支、遞歸、協同、排斥和制約等關系組成，因此，使用工作流模型[2]來梳理機載電子產品的開發過程，進而建立該過程的可執行模型是合適的。

機載電子產品的開發過程是一個多體系流程的協同過程，有主任務流程、輔任務流程和臨時指派任務；有強制性流程、提示性流程和條件觸發性流程。其中，所謂主任務流程，是指能夠被嚴格規范的研發流程，以研制階段的里程碑和重要結果文件作為規范要點；所謂輔任務流程，是指那些以主流程的節點到達或流出為觸發條件的流程，如部分質量監督流程、協同工作流程、試驗檢驗流程、仿真驗證流程、適航認證流程等。

因此，分析機載電子產品開發過程的工作流結構，將復雜流程通過結構分解化繁為簡，是機載電子產品研制過程的多體系復雜工作流建模與實現的關鍵所在。

2多體系復雜工作流的分解

機載電子產品的研發流程是復雜的，但是，通過對流程的梳理和分析可以發現，這種復雜性可以被分解，從而被簡化。

2.1 復雜流程的結構分解

處理復雜流程的有效方法就是“分解”——對復雜流程進行分層分塊分解。將整個流程分解為若干子流程塊，這些子流程塊之間的關系構成一個層次的流程表述；而每個子流程塊，又可分解為若干更低層次的子流程塊，最終實現復雜流程的層次分解。

首先，引入流程塊的概念，一個流程塊可定義為一組流程節點和子流程塊的集合，這些流程塊之間，以及流程塊對流程節點（單向）的流程關系限制為簡單的順序和分支關系。一個流程塊，如果僅由流程節點組成，則稱該流程塊為末級流程塊。

這種分層分塊、逐層細化的分解方法簡化了流程塊之間的流程關系，但限制了復雜流程關系的表達。因此，除了簡單的順序、分支關系外，需補充建立流程節點對流程塊的調用、觸發關系，以及流程節點之間的協同工作機制，如表1所述。

綜上所述，我們通過流程塊概念的引入和流程塊之間的流程關系的簡化，建立了復雜流程分層分塊的結構化方法，將“大”流程分解為“小”流程，每層每塊都是“小”流程，但組合起來是“大”流程。同時，通過流程節點的調用、觸發關系的補充定義，以及流程節點之間的協同工作機制建立，使得這種復雜流程的解構不會破壞流程內容的表達。

2.2 機載電子產品研制過程的流程分解

運用多體系復雜工作流的結構化方法分析機載電子產品的研制過程，可以得到支持復雜流程分解的所謂“不變量”。

流程分解中，識別子流程塊的標準是“業務完整性”和“穩定性”。所謂完整性，是指該子流程塊應完成一個有明確意義的業務或業務過程；所謂穩定性，是指該子流程塊所反映的業務或業務過程整體上相對穩定，內容也許會有演變，但整個業務是“不變量”。

以機載計算機研制過程為例，研制階段劃分（產品研發生命周期的各個階段或軍機K/F/C/S/D/P階段）、專業劃分（計算機總體設計、機箱結構設計等）、交付物定義（需求規范、設計說明等）應識別為研制過程的“不變量”。

根據“不變量”的劃分，機載計算機研制過程的分解策略為：

1）根據產品研發生命周期的階段劃分進行流程第1個層次的分解；

2）根據專業劃分進行流程的第2個層次的分解；

3）圍繞項目交付物進行流程第3個層次的分解；

4）經過三個層次分解后，得到的子流程塊在很多情況下已經是可指派任務，此時，應根據具體情況決定一個層次的流程塊是否需要進一步分解（該流程塊的業務是否可由一個角色完成；該流程塊的業務是否產生一個項目交付物或一個明確定義的中間結果；該流程塊的業務是否依賴一個明確定義的信息化支撐環境）。WBS分解的末節點，應該是不可再分的原子任務項，通常對應一個直接的輸出物。

經過上述方法對業務流程進行分解后，就形成了業務流程的WBS分解結果。一般的業務流程經過WBS分解后，會形成3-4級的層次結構，如圖2所示。這只是流程梳理的基礎，流程梳理還包括其他的組成要素。

3機載電子產品研制過程的工作流梳理

機載電子產品研制過程的流程梳理內容包括承擔研制任務的人員組織/角色分工、研制流程、數據流轉、操作規程、設計輔助工具以及設計過程所應遵循的規范、參考的知識、可重用的實例等。所以應基于流程分解產生的WBS分解結構從角色、工具、知識、數據、流程圖五個方面闡述流程梳理方案。

3.1 角色

經過WBS分解后，最低層中的每一個流程塊的業務都應該是可指派給某個角色來完成的，所以梳理角色信息十分重要。內容包括：角色編號、角色名稱、所屬機構代碼、能力要求、工作范圍等。

3.2 工具

機載電子產品研制的管理和設計生產過程已離不開信息化工具的支持。因此，流程梳理的內容也應包括相關工具的梳理。建立工具列表，說明每一項工具的專業屬性、用途、供應商、版本、部署方式、系統集成需求等相關信息。

3.3 知識

流程梳理的內容應包括每個WBS流程節點相關知識[2]的梳理。內容包括：知識名稱、知識來源、被引用工作項（即在WBS中哪一個節點中）等信息。

3.4 數據

數據流[3]是機載電子產品研制過程中的重要內容，需梳理任務流中每一個任務節點的輸入/輸出數據，說明這些數據的類型/格式、數據來源、需要用到的系統或工具。

3.5 流程圖

依據WBS分解結果及角色、工具、知識、數據的梳理結果，可繪制對應的流程圖。

流程圖的組成要素主要包括節點、順序和控制。其中，節點是一個個可執行的、具體的任務單元，若將一個項目的執行過程視為復雜任務[4]，則WBS分解的最低層的任務就是整個項目過程的任務節點；順序，就是節點的執行順序，受一個節點的入口/出口條件、節點任務的觸發條件及任務節點間轉換規則影響；而控制，就是根據控制條件進行的任務節點間的轉移和切換。

除了節點、順序和控制外，添加每個任務節點承擔者的角色、所需的系統或工具、涉及的參考知識以及該節點的輸出輸入數據，即可形成包含每個流程要素的完整流程圖。所以，繪制流程圖時，包含的對象如圖7所示。

經過各要素的梳理，就形成了機載電子產品研制過程的工作流梳理結果。WBS分解將整個研發過程按層次分解，最終分解為若干可執行任務項；角色、工具、知識、數據四個要素的流程描述則說明了任務的責任方/參與角色、所使用的工具名稱、支撐知識/實例和標準/規范、入口/出口條件和輸入/輸出數據；最后，形成各個層次任務的流程圖，將機載電子產品研制過程體現在流程圖中。這樣一來，就完成了機載電子產品研制過程工作流全方位的流程梳理。

4 結束語

一個體量龐大的復雜工作流建模，如果沒有很好地識別其內在結構，通過層次化、結構化將流程化繁為簡，對于工作流模型的表達和測試來說，是災難性的。本文通過復雜流程的結構、不變量、層次分解形式等的討論，建立了復雜流程的結構化方法。進而，探討了機載電子產品研制過程的多體系復雜工作流梳理和表達，為機載電子產品開發過程模型的實現探尋了理論基礎。

參考文獻：

[1] 李海波. 工作流模型復雜控制結構構造方法[J].計算機科學，2012，39（11）.

[2] 張超. 飛機設計中的知識輔助技術研究[J].航空計算技術，2011（4）.

[3] 文峰. 一種面向應用的多層次數據資源描述框架[J].計算機應用與軟件， 2013，30（7）.

[4] 朱滄. 集成研發平臺構建中的任務管理技術[J]. 航空計算技術，2012（5）.