隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，并行工程CE（concurrent engineering）以其在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本及縮短開(kāi)發(fā)周期等方面的巨大效益引起了眾多企業(yè)的重視。CE作為一種新型的系統(tǒng)化工作模式，其實(shí)施離不開(kāi)相應(yīng)環(huán)境的支持，約束管理正是其中的重要支撐理論和方法之一。

    然而，分析現(xiàn)有的約束管理研究，它們大多存在著一定的局限性，即只側(cè)重于面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的約束。研究者們提出各種約束管理系統(tǒng)，用統(tǒng)一的約束形式表示產(chǎn)品開(kāi)發(fā)下游階段的各種因素，并通過(guò)約束的滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)階段對(duì)下游因素的同時(shí)考慮。約束網(wǎng)在這里的作用只是產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所處理的約束也僅與具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)。而產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中活動(dòng)之間固有的一些約束關(guān)系（如工作流程關(guān)系等）以及活動(dòng)交流和協(xié)商形成的約束在約束網(wǎng)中并未得到考慮和重視，這些約束涉及到并行開(kāi)發(fā)過(guò)程的管理，對(duì)于實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)活動(dòng)的協(xié)調(diào)和控制，保證并行開(kāi)發(fā)的順利進(jìn)行都有著重要的意義。

    針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出一種約束層次劃分結(jié)構(gòu)，旨在集成處理并行開(kāi)發(fā)中的所有約束。在此基礎(chǔ)上，對(duì)約束管理的實(shí)施進(jìn)行了探討。

1 約束的層次劃分體系

    并行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，約束可以明顯地分為兩個(gè)層次，一層是面向活動(dòng)的約束，它們以活動(dòng)為對(duì)象，主要體現(xiàn)活動(dòng)之間的制約關(guān)系；另一層是面向活動(dòng)內(nèi)容的約束，它們以活動(dòng)的具體開(kāi)發(fā)工作為對(duì)象，描述的是不同開(kāi)發(fā)目標(biāo)及技術(shù)規(guī)范下對(duì)所開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的不同要求。面向活動(dòng)內(nèi)容的約束是在面向活動(dòng)約束的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對(duì)活動(dòng)的具體工作而提出，它是面向活動(dòng)約束的深化和展開(kāi)。因此，也可稱(chēng)面向活動(dòng)的約束為淺層約束，而稱(chēng)面向活動(dòng)內(nèi)容的約束為深層約束。

    1.1 面向活動(dòng)的約束

    并行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中包含有許多彼此相關(guān)的活動(dòng)，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制造、裝配、質(zhì)量活動(dòng)等，由于它們協(xié)同、并行地開(kāi)展工作，因此相互間存在有大量的約束關(guān)系，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

    （1）并行開(kāi)發(fā)活動(dòng)間本身存在有一定的工作流程關(guān)系。一方面，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的每一微小階段上，活動(dòng)的實(shí)施都要按照一定的時(shí)間順序串行進(jìn)行；另一方面，活動(dòng)的實(shí)施都有一定的輸入和輸出，遵循一定的工作流程，前面活動(dòng)的輸出是后續(xù)一個(gè)或多個(gè)活動(dòng)的輸入。這些關(guān)系構(gòu)成了活動(dòng)實(shí)施中關(guān)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作流程的約束。

    （2）并行開(kāi)發(fā)中，活動(dòng)的信息交流和協(xié)商也在活動(dòng)間形成相互的制約和依托關(guān)系。為了協(xié)同、一體化地開(kāi)展工作，活動(dòng)必然要進(jìn)行大量的交流和協(xié)商，從而形成并行活動(dòng)間關(guān)于交流和協(xié)商的約束。例如，下游活動(dòng)往往要求上游及時(shí)提交其工作結(jié)果，而上游也會(huì)要求下游盡快對(duì)其工作做出分析和評(píng)價(jià)等。

    顯然，上述兩方面的約束都不涉及所開(kāi)發(fā)的具體產(chǎn)品，它們的作用在于理順和協(xié)調(diào)活動(dòng)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，以保證和促進(jìn)活動(dòng)的順利展開(kāi)，因此是面向活動(dòng)管理的，屬于活動(dòng)之間的制約關(guān)系。

    1.2 面向活動(dòng)內(nèi)容的約束

    產(chǎn)品是并行開(kāi)發(fā)的主體，活動(dòng)的實(shí)施都要完成一項(xiàng)具體的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)任務(wù)，它們最終都面向產(chǎn)品。因此開(kāi)發(fā)過(guò)程中很重要的一部分約束還是直接與產(chǎn)品有關(guān)、面向活動(dòng)具體工作內(nèi)容的。以飛機(jī)機(jī)翼設(shè)計(jì)為例，工藝活動(dòng)針對(duì)設(shè)計(jì)中的某個(gè)深孔，向設(shè)計(jì)提出“孔深／孔徑≤5”的要求就屬于這種約束。這種約束的作用明顯在于優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，它們屬于面向活動(dòng)內(nèi)容的約束。

    1.3 深淺兩層約束的集成

    并行開(kāi)發(fā)過(guò)程中，活動(dòng)間的協(xié)同工作必然形成淺層約束，而針對(duì)活動(dòng)的具體工作還將形成各種深層約束，深淺兩層約束共同作用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。利用淺層約束可以對(duì)并行開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)施管理，而利用深層約束則可優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。淺層約束由于涉及活動(dòng)的協(xié)調(diào)和控制，必須首先將其解除，活動(dòng)的開(kāi)發(fā)工作才可順利向下開(kāi)展，也即任一活動(dòng)的實(shí)施都是在淺層約束的動(dòng)態(tài)控制下利用深層約束優(yōu)化產(chǎn)品的過(guò)程。深淺約束之間存在著必然的聯(lián)系，只有通過(guò)二者的集成，才可為并行的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供更加有力的支持。圖1是深、淺兩層約束的層次關(guān)系圖，圖中有不同層次的約束分別聯(lián)系在一起構(gòu)成約束網(wǎng)。

圖1 深淺約束網(wǎng)的層次關(guān)系

2 約束管理的實(shí)施

    在上述深淺約束集成的基礎(chǔ)上，即可對(duì)其實(shí)施管理。約束的管理包括約束表達(dá)、約束滿(mǎn)足、沖突檢出和仲裁等內(nèi)容，下面分別展開(kāi)討論。

    2.1 約束的表達(dá)

    為了便于約束的計(jì)算機(jī)化管理，使其具有可操作性，對(duì)其進(jìn)行合理的表達(dá)是十分必要的。根據(jù)對(duì)上述兩層約束的分析，可將約束表達(dá)分為限制型、方程型、范圍型、推理法則型、定性關(guān)系型、時(shí)間規(guī)劃型、多媒體型等多種形式。其中的多媒體型是作者提出的一種新型約束表達(dá)方式，它以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)為依托，通過(guò)文本、圖形、圖象、聲音等復(fù)合表示約束，具有信息量大、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)等特點(diǎn)，在實(shí)際中使用頻繁且方便。

    圖2所示是作者為一863／CIMS研究項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的約束生成用戶(hù)界面。在這一界面中，活動(dòng)實(shí)施人員可以輸入約束的各種屬性，包括約束編碼、名稱(chēng)、重要級(jí)別、內(nèi)容等。其中，文本內(nèi)容文本框中輸入約束的文字信息及各種表達(dá)式等；圖號(hào)、圖名文本框輸入約束的圖形信息；而聲音內(nèi)容按紐則記錄約束的聲音信息。所有約束內(nèi)容的描述都可混合采用上述的多種表達(dá)形式，從而保證了約束信息的準(zhǔn)確性、可理解性及可管理性。

圖2 約束生成界面

    2.2 約束的滿(mǎn)足

    由于約束表達(dá)中采用了非形式化的多媒體型表達(dá)方式，約束的滿(mǎn)足求解將不再采用傳統(tǒng)的約束滿(mǎn)足算法，而是基于人的參與為主，通過(guò)開(kāi)放和交互的網(wǎng)上協(xié)商來(lái)進(jìn)行。圖3所示是作者為同一863／CIMS項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的約束協(xié)調(diào)用戶(hù)界面。

圖3 約束協(xié)調(diào)用戶(hù)界面

    約束協(xié)調(diào)滿(mǎn)足過(guò)程主要分為以下三種情況：

    （1）對(duì)其他活動(dòng)提出的約束，活動(dòng)實(shí)施人員經(jīng)過(guò)各種分析計(jì)算，認(rèn)為所提問(wèn)題完全合理，遂作出采納其建議的決定并通知有關(guān)活動(dòng)。

    （2）對(duì)其他活動(dòng)提出的約束，活動(dòng)實(shí)施人員經(jīng)過(guò)各種分析計(jì)算，認(rèn)為所提問(wèn)題不夠合理，無(wú)法采納其建議，同時(shí)闡明具體的拒絕原因。

    （3）對(duì)其他活動(dòng)提出的約束，活動(dòng)實(shí)施人員在決定接受前還須與約束各方做出進(jìn)一步協(xié)商和討論，這時(shí)約束協(xié)調(diào)和滿(mǎn)足將是一個(gè)多次循環(huán)、反復(fù)交互的過(guò)程。約束各方利用上述界面以多種媒體（如文本、圖形、聲音等）的形式提出各自建議及支持理由、對(duì)他人建議的評(píng)價(jià)及接受程度、以及對(duì)建議的修改意見(jiàn)等，所有各方的工作都在建議與反建議、評(píng)價(jià)、決策三個(gè)狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移（其狀態(tài)模型如圖4所示），直至最終達(dá)成一致，其形式完全類(lèi)似于面對(duì)面的直接交談。在這個(gè)過(guò)程中，約束各方的協(xié)商都是在各種支持工具的支持下進(jìn)行，這些工具包括CAD軟件、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)工具、約束滿(mǎn)足算法等，同時(shí)，全部的協(xié)商過(guò)程也都將通過(guò)歷史記錄工具記錄在案。

圖4 協(xié)商過(guò)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)移

2.3 沖突檢出與仲裁

    約束無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)就將產(chǎn)生沖突。并行開(kāi)發(fā)過(guò)程中，沖突的產(chǎn)生是不可避免的。究其原因，主要是由開(kāi)發(fā)人員的技術(shù)詞匯差別、開(kāi)發(fā)目標(biāo)及側(cè)重點(diǎn)的不同，以及各自利益、學(xué)術(shù)觀(guān)點(diǎn)之爭(zhēng)等引起。

    沖突的表現(xiàn)形式可以分為以下兩種：第一，不同領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)人員對(duì)同一對(duì)象提出相互矛盾的約束時(shí)即表現(xiàn)為沖突；第二，約束的協(xié)商無(wú)法達(dá)成一致意見(jiàn)時(shí)也將表現(xiàn)為沖突。兩種形式的沖突都將通過(guò)開(kāi)發(fā)過(guò)程的監(jiān)控來(lái)發(fā)現(xiàn)和檢測(cè)，一旦檢測(cè)到有上述沖突發(fā)生，即及時(shí)通報(bào)有關(guān)人員。

    對(duì)于第一種沖突的仲裁，必須要以協(xié)商的方式來(lái)進(jìn)行。協(xié)商分為四個(gè)階段：即檢測(cè)沖突、提出沖突協(xié)商方案、評(píng)價(jià)沖突協(xié)商方案及根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果作出決策。協(xié)商過(guò)程如圖5所示。

圖5 沖突協(xié)商過(guò)程

    首先，對(duì)于檢測(cè)到的沖突，沖突各方人員根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、各自領(lǐng)域的利益提出自己解決方案，并提交給其它有關(guān)人員進(jìn)行討論。由于各領(lǐng)域的利益不同，產(chǎn)生沖突的原因不同，各方人員對(duì)沖突解決方案的接受程度也有所不同。本文將沖突解決方案的接受程度分為三類(lèi)：第一，不可協(xié)商的解決方案，這類(lèi)方案確定程度最高，往往涉及到產(chǎn)品的整體性能；第二，可協(xié)商的方案，這種方案確定程度適中，在協(xié)商時(shí)提出方案的一方可能有多個(gè)預(yù)備方案用于協(xié)商；第三，提議式方案，這類(lèi)方案的協(xié)商程度最大，往往涉及到新的結(jié)構(gòu)、工藝和設(shè)備，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較大，成本較高，各方對(duì)這種方案的支持程度不會(huì)太高。

    在提出沖突解決方案之后，各方人員即對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，做出該方案是否符合本部門(mén)的要求、利益或在多大程度上可以接受的判斷。最后根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果做出部分接受、完全接受、完全拒絕等的決定。其中部分接受需要做出決策的一方提出反建議以進(jìn)一步商討；完全接受則表示沖突已經(jīng)解決；而完全拒絕還要提交上一級(jí)決策機(jī)構(gòu)進(jìn)行裁決。

    對(duì)于第二種沖突的仲裁，前面的協(xié)商方式顯然已不再適用，為此本文提出如下兩種解決方案：

    （1）放松約束：當(dāng)一些重要級(jí)別不高的約束被違反時(shí)，可采用適當(dāng)放松調(diào)整的策略來(lái)解決沖突；（2）上報(bào)沖突：一些確實(shí)無(wú)法以協(xié)商方式甚至放松調(diào)整方式解決的約束，則上報(bào)上級(jí)機(jī)構(gòu)由其直接進(jìn)行裁決。

    由上述分析，沖突的仲裁，特別是沖突的協(xié)商顯然可歸結(jié)為一個(gè)復(fù)雜的無(wú)明確定義的問(wèn)題，其關(guān)鍵是找到一個(gè)折衷的解來(lái)滿(mǎn)足各種相互矛盾的目標(biāo)。而這僅靠單獨(dú)應(yīng)用傳統(tǒng)的人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)是難以較好地解決。因此，建立集成的沖突仲裁支持系統(tǒng)，以提供對(duì)上述沖突協(xié)商過(guò)程各方面的工具支持是非常必要的。沖突仲裁支持系統(tǒng)中包括了基于實(shí)例推理、基于效用理論評(píng)價(jià)、協(xié)商歷史工具、設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)工具等各種支持工具。

    圖6所示是作者開(kāi)發(fā)的沖突協(xié)商用戶(hù)界面。

圖6 沖突協(xié)商用戶(hù)界面

3 結(jié) 論

    并行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，約束的種類(lèi)多種多樣，可將它們劃分為兩個(gè)層次，即面向活動(dòng)的約束和面向活動(dòng)內(nèi)容的約束。面向活動(dòng)的約束以活動(dòng)為對(duì)象，可用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的管理；而面向活動(dòng)內(nèi)容的約束以產(chǎn)品為對(duì)象，可用于產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。兩層約束關(guān)系密切，通過(guò)對(duì)它們的集成，將為并行開(kāi)發(fā)提供更加有力的支持。在約束管理的實(shí)施中，對(duì)于約束的滿(mǎn)足及沖突的檢出和仲裁均采用了一種基于人的參與的方法。

    本文的研究以某863／CIMS項(xiàng)目為背景，相應(yīng)的約束管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)目前已全部完成。該系統(tǒng)曾結(jié)合航空某實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行了模擬運(yùn)行和測(cè)試，結(jié)果表明系統(tǒng)可有效地支持深淺兩層約束的集成和管理，運(yùn)行狀態(tài)良好且實(shí)用性強(qiáng)，有望進(jìn)一步形成商品化的軟件系統(tǒng)。