基于工作流管理中项目管理的应用

周鑫淼，唐金栓

(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009)

在进行产品研发时，高效地利用有限资源，在规定的时间内，以尽可能高的质量和较低的成本完成产品研发始终是被关注的课题。在对产品研发所涉及领域的理论、技术、工具等手段被充分开发利用后，产品的研发过程管理即从另一个全新的角度来研究项目开发效率问题，形成了项目管理的相关理论和方法。

项目管理是为了在规定的时间范围内，完成一个既定的项目目标，通过一定方式合理地组织有关人员，有效地管理项目中的资源与数据，控制项目进度的方法［1］。工作流管理主要管理当前用户对数据进行操作时的员工之间或活动之间的数据流，并在一个项目的生命周期内跟踪所有事物和活动的数据;结合产品数据管理，工作流管理可对项目开发过程进行有效管理，以最大限度地提升项目开发效率。

产品开发过程是指从新产品的定义到产品的批量生产之间的全部过程，它包括与新产品开发有关的所有信息、技术活动以及管理活动［2］。针对产品开发项目，工作流管理主要包括产品开发全过程的工作流建立与控制、流程更改与审批、过程状态及资源的协调控制［4］。而建立在工作流管理基础之上的项目管理，以任务为研究对象，根据产品开发全过程中各任务之间的逻辑关系进行任务分解［3］;利用资源分配与进度控制功能进行有效的项目计划、组织、协调与控制;并且产品的批量生产过程中出现的问题可以实时追溯到产品开发阶段，在项目管理中寻找偏差、解决问题;最后在项目信息与意见反馈中实现协同环境下的信息共享。

1 项目管理系统模型的建立

1.1 项目分解结构模型

从项目的观点看，新产品开发过程是一个项目的实施过程，新产品开发的每个阶段可分解为该项目的子项目，每个子项目又可按层次进行细分，最后就把复杂的项目分解成若干个可执行的任务，管理系统再将这些任务作为信息输入发送给流程管理模块［4］。任务分解机制(WBS)就是将项目分解为可控制的工作单元，以确定这些工作单元的资源、进度、成本、反馈信息以及定义的质量要求。项目主管在通过项目定义模块新建一个项目后，就要通过项目分解模块来建立项目分解结构树，以此来确定任务之间的树状层次关系;树根节点是项目节点，叶节点即是一级子任务、二级子任务等逐级任务。项目分解结构模型的建立要依据项目各任务之间的相互关系，以任务之间的关系为例，任务分解中各任务之间的相互关系有3种，如图1所示。

(1)串行依赖关系，此关系中B任务在A任务完成后才执行。对任务A与B的关系定义一个3元集(Ta，Tb，S)，Ta与Tb是A与B这两个任务或是它们的任务集，此时Tb必须在Ta完成后才能执行，S表示Ta与Tb执行的时间间隔，当S=0时即Ta执行完，Tb立即执行。

(2)并行依赖关系，此关系表示A、B、C等任务全部执行完才能执行后续任务。对任务A与B的关系定义一个 6 元集(Ta，Tb，Tap，Tbp，Tn，S)，Ta与 Tb是两个任务或是任务集，Tap与Tbp分别表示Ta与Tb的前序任务，Tn表示A、B执行完成后的后续任务，即Ta与Tb必须都完成后才能启动后续任务Tn的执行，S为Ta与Tb中时间较长的那个任务的执行时间期限。另外当并行关系数大于两个时，对任务B与C的关系同样定义一个 6 元集(Tb，Tc，Tbp，Tcp，Tn，S)，后面的并行关系即以此类推。

(3)交互耦合关系，定义一个 6 元集(Ta，Tb，Na，Nb，Da，Db)，Ta与 Tb是两个任务或是任务集，在交互关系中Ta与Tb两任务的信息交流是相互的，即Ta执行时需要Tb的信息，Tb的执行也需要Ta的信息，其动态表现就是要经过Ta与Tb两任务间信息的多次迭代和反复，才能完成这两项任务而进入后续任务。Na与Nb则分别表示两任务间信息的循环交流次数，如Na=3时则表示Ta在执行时需要3次从Tb提取信息。Da=(Da1，Da2，…，Dan)表示 Ta每次从 Tb中提取信息的节点或时间点，Db=(Db1，Db2，…，Dbn)表示 Tb每次从Ta中提取信息的节点或时间点。分解时可尽量从它们信息交流时的节点或时间点处将这种交互关系解耦为串行或并行依赖关系。

图1 任务分解中任务之间的相互关系

根据项目分解结构进行具体任务分解的一般步骤有:

(1)依据各任务的复杂程度以及它们的相关资源判断任务能否分解，分解时就将A任务分解成一系列的子任务即，并将这些子任务加入到整个任务集中，若不可分解则可直接分配于项目人员执行。

(2)当有新加入的子任务ti∈Ta，要分配其相应的资源，再根据其与前序或后续任务之间的串行或并行关系用3元集或6元集表示，当其前序任务完成后执行该任务。

(3)任务分解时检查任务之间有无闭环关系存在，若有，则为交互耦合关系，或是两任务都无法执行的错误。此时应查看分析原因并进行重新分解，若是交互耦合关系则用6元集表示，分配给工作人员任务时注意两任务的同时进行以及节点处及时的信息交流。

(4)任务Ta分解完成之后，对于每一个任务ti∈Ti(i=a，b，…)，依次对其从步骤(1)开始从头分解，直到项目结构树完成。

项目分解完成后根据项目计划、项目任务之间的关系、人员以及资源分配，采用一定的方法制定任务实施进度计划，常用的方法有横道图法、关键路径法、计划评审方法和平行作业法［5］。横道图即直观地展示进度和完成目标所需要的工作方式，也称为甘特图法。关键路径即项目中最重要活动的集合线，这条集合线的活动持续时间和搭接时间决定着总工期。计划评审方法即任务之间逻辑关系是事先确定的，但任务的持续时间却无经验数据可遵循，只能给出最乐观时间、最可能估计时间和最悲观时间，再对它们进行分析计算。平行作业法在实际中应用最多，即平行地执行各种任务，例如在结构设计项目时就应考虑工艺的问题［8］。

1.2 工作流管理与项目管理的集成模型

在项目任务计划制定工作结束，项目成员及材料资源分配完成后，项目管理工作就进入任务执行阶段。任务执行阶段是以工作流的各流程任务为对象进行实时的控制，项目管理与工作流管理在此时的任务信息管理上应是相互结合。构建工作流管理与项目管理的集成结构模型是设计项目管理功能模块的基础。

在集成方面，可以将项目管理归结于企业管理，而将工作流管理归结于使能技术［6］。集成原则有:(1)项目管理控制全局，站在项目全局来围绕项目目标进行实时监测、控制项目的执行;而工作流管理是以某项具体业务流程为研究对象，缺少纵览全局的视角。(2)项目管理进行较高层次的规划管理。具体有静态和预测式的规划以及资源的分配，这有利于实现企业能力的最优化;而工作流管理进行现场实时的管理与规划。保证在规定的时间、成本、质量等约束下，实现效率的最大化。依据项目管理与工作流管理之间的集成原则，建立项目管理与工作流管理的系统集成实现模型，如图2所示。

图2 工作流管理与项目管理的集成系统实现模型

从图2中可以看出，在工作流管理与项目管理的集成实现模型中，项目的整个组织过程是有先后顺序的，并且每一项工作都与其他工作及数据相关联，每一工作也只有在其前续工作完成后才能激活并执行［7］。为更直观地说明集成系统中每一步工作的状态以及该状态的激活次序，使用UML技术建立集成系统项目组织流程的状态图，如图3所示。

图3 集成系统中项目组织流程的状态图

图中方框表示项目组织过程中每一步的动作，在从一个动作到另一个动作的有向线段上说明了从一个状态到另一个状态的原因和操作，箭头则表示两个状态之间的转换，(1)～(6)即转换条件，用于表示每个动作激活决策点的情况。在状态图中定义状态标志State，并有3个取值为0、1、2。比如当项目信息状态标志iState=0时，指项目信息编辑阶段还未进入工作状态;当iState=1时，说明这个阶段已经进入工作状态了，但还没有得到进入下一步工作状态的激活决策点;当iState=2时，说明此阶段工作已经完成，并有了可进入下一阶段工作的激活决策点。转换条件(1)～(6)的具体定义如下:

(1)表示项目信息状态标志iState=0，且项目成员状态标志pState=0，项目材料状态标志mState=0，此时就可以开始对选中项目的初始化信息进行操作。

(2)表示项目组织成员的状态激活条件，此时若项目信息状态标志iState=2，则激活了项目的成员组织工作。

(3)表示项目成员组织的状态标志pState=1，此时可对已安排好的成员组织进行调整。

(4)表示项目材料的组织状态标志mState=1，此时可对已组织好的材料资源进行更新，在此之前项目材料组织的激活决策条件iState=2已经达到。

(5)此时项目材料组织的状态标志mState=2，即项目的材料组织工作已经完成，进入下一阶段任务分解工作所需的激活条件减少一个。

(6)此时项目组织成员的状态标志pState=2，即项目的成员组织工作已经完成，进入下一阶段所需的激活条件再减少一个，此时便激活了项目的任务分解工作。

用项目组织流程状态图说明的各个状态之间的转换以及激活条件来解释图2所示的项目管理与工作流管理的集成系统实现模型:(1)用户先通过定义工具对项目信息进行初始化，即iState=1。(2)当项目信息状态标志iState=2，便可对项目的成员以及材料进行组织，此时pState=1，mState=1。(3)在项目组织工作完成后即pState=2，mState=2，任务分解工作所需的激活条件减少到零，根据成员以及材料等项目信息用任务分解机制(WBS)完成对项目的任务分解。(4)任务分解做出的计划结果传递到数据库进行维护并为工作流管理服务器提供控制数据，工作流服务器通过这些控制数据来辨别每个时间点上每个过程或活动的状态信息。(5)在项目计划制定后开始具体任务的执行阶段，此时任务的执行需要项目管理的计划控制，以及工作流管理依据计划进行的实时跟踪、流程监控与调度。在流程监控中工作流服务器通过关联数据从数据库获得过程实例的静态信息和用户输入的数据，并通过工作任务表向工作人员派发任务。

2 项目管理系统的功能设计

基于工作流管理的项目管理是以任务为管理对象，管理过程可划分为产品规划、产品设计、任务分解、计划实施、信息反馈等阶段，在每个阶段共享与管理信息。所以项目管理与产品数据管理系统所追求的信息共享的目标是一致的，并且相互依存。图4显示了项目管理系统的功能与产品数据管理系统的其它功能之间的联系。产品数据管理系统中基于工作流的项目管理在具体实施时的功能如下:

(1)在项目定义模块要先创建并定义一个新项目，创建新项目内容包括项目编号、名称、类型、开始及结束时间、项目负责人以及项目的描述等。在查询和调用一个已定义的项目时，可以通过项目编号、项目名称等条件来进行查询工作。

(2)创建项目后在项目分解模块依据项目总目标划分项目任务，并根据项目各任务之间的串行、并行或是交互关系对项目进行任务分解，之后根据项目的任务实施计划设置任务启动与结束时间。

(3)资源分配模块为项目管理分配各任务所需的人员、工具材料、资金、时间等资源，并通过产品管理调用和分配零部件配置信息以及文档图纸，结合系统权限管理对任务成员角色进行权限控制。

(4)任务执行阶段也就是基于工作流的项目管理与流程管理的集成点。在任务执行中系统可显示项目在流程中的具体环节，工作流管理会将任务执行的实际进度时间与任务计划时间相比较，若出现延误就会自动弹出对话框提醒工作人员进行处理。项目负责人要随时记录项目任务的执行进度、成本以及质量系数。根据进度的超前与滞后、成本与预算的对比以及质量的合格度来分析项目实施中产生的问题，找出偏差，分析原因，研究纠正偏差的对策并实施。

(5)在项目信息模块中可以进行员工意见的反馈及建立工作日志，以此作为员工绩效评价的依据。项目信息模块结合协同环境也可以实现项目信息的实时共享与沟通，提高工作效率。

图4 基于工作流管理的项目管理系统功能图

3 项目管理系统的实例应用

在大多数制造企业实际的产品生产项目管理中存在几个问题:(1)产品设计与生产项目缺少系统的规划，导致项目执行的效率低。(2)项目进度缺少系统的监控机制，导致项目经理不能及时了解项目的进度情况。(3)项目组员构成不明确，可能造成内部矛盾，进而降低工作效率。(4)缺乏系统的信息共享与反馈机制，影响项目运行效率。根据以上实际问题设计了基于工作流管理的项目管理系统的各项功能，并在某空调企业的产品设计项目中实施应用，改善了以上问题。

以企业改装项目的新样机产品开发过程为例，如图5所示，在该产品数据管理系统中，基于工作流管理的项目管理可对项目进行定义，对项目进行逐级分解，设置开始时间与任务关系，系统的资源分配模块可对任务所用到的文档、人员、零配件等资源进行分配;在任务运行后，进度控制模块可对项目进度进行监控;系统具有对项目运行过程中产生信息进行查询的功能，如图6所示，以便及时发现问题并记录，作为问题分析及绩效考核的依据。

图5 项目管理系统任务分解示意图

图6 项目管理系统信息反馈界面图

4 结束语

产品数据管理系统提供了产品研发数据集成的平台，基于工作流技术的流程管理是其重要组成部分，工作流管理为项目管理提供了任务处理的运行机制，项目管理也为工作流管理提供了目标方向、任务计划及信息资源上的支持。文中在面向新产品开发过程的数据管理系统应用上，对项目管理与流程管理的集成进行了研究，并设计了项目管理的项目定义、项目分解、资源分配、进度控制和项目信息功能模块，在某空调企业的新产品研发过程中得到了实际应用，使得产品研发过程得到了信息技术的支撑，数据共享程度提高，冗余减少，研发过程更加清晰、直观、可控，从而提高了研发效率。

［1］ CAI C L，BAI Y W，XIA Y C.Application study of product data management practices in medium－sized manufacturing company［J］.Industrial and Information Systems，2010(1):472－475.

［2］ 赵亚利.产品数据管理系统中的工作流技术研究［D］.武汉:武汉理工大学，2006.

［3］ 郑鹏飞.PDM系统在产品开发过程及项目管理中的应用［J］.煤矿机械，2009，30(3):216 －218.

［4］ WU F.The methodology for PDM applications:from manufacturing requirement specification to product database implementation ［J］.Intelligent Control and Automation，2010(8):4503－4507.

［5］ 陈性攀.PDM中面向产品开发过程的项目管理研究［D］.武汉:华中科技大学，2006.

［6］ HEBERT J E，DECKRO R F.Combining contemporary and traditional project management tools to resolve a project scheduling problem［J］.Computers＆ Operations Research，2011(38):21－32.

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