（管理科学与工程专业论文）面向网络化制造的敏捷企业动态建模研究.pdf

博士学位论文 面向网络化制造的敏捷企业动态建模研究 摘要 开发一个能适应未来变化、具有敏捷性与柔性、有利于知识管理与创新管理、 支持扩展企业业务协同与企业集成、支持可扩展的信息系统成功建设的制造企业模 型是实现网络化制造的关键。本文通过分析网络化制造的需求，提出了面向网络化制 造的敏捷企业基本框架与模型结构，将子整体( h o l o n ) 与整体结构( h o l a r c h y ) 的概念、 智能代理( a g e n t ) 技术、模型本体论方法、对象建模方法与企业组件建模方法运用于 面向网络化制造的敏捷企业建模，开发了基于u m l 的敏捷企业本体论与项目制造 敏捷企业参考模型。具体内容如下： 1 结合我国国情及两个典型企业的具体情况，在深入调研的基础上给出了网络 化制造的体系结构框架，提出了网络化制造的敏捷性体系与敏捷企业的管理理念， 分析网络化制造的需求，概括了面向网络化制造的敏捷企业的关键特征。扩展了面 向网络化制造的敏捷企业s w o t 战略分析方法，基于典型企业的分析提出了敏捷企 业战略实施原则。 2 运用一般企业结构体系与方法论，建立面向网络化制造的敏捷企业基本框 架；提出了企业通过大规模配置虚拟企业而获得敏捷性的三种可行模式：虚拟企业 驱动价值链、基于虚拟产业群配置虚拟企业、项目驱动虚拟企业。针对典型企业的 现状，结合世界级企业的经验，讨论了专业化虚拟企业驱动的大型敏捷企业的模式 与建立原则，并指出这一模式应成为我国大型企业集团努力的方向。 3 提出了敏捷企业的模型层次结构，对诸模型进行了有重点的讨论。分析了企 业协同业务框架与协同模式，讨论了基于多代理的层次型、分布式整体结构 ( h o l a r c h y ) 的敏捷企业协同机制。 4 讨论了面向网络化制造的敏捷企业建模中使用的予整体( h o l o n ) 与整体结构 ( h o l a r c h y ) 的概念、智能代t 里( a g e n 0 技术、企业本体论方法、u m l 对象建模与企业 组件建模方法。基于典型企业的抽象，将企业组件建模中组件的范围扩展至业务 层，定义了企业组件建模中业务组件的互操作抽象机制，提出了业务组件配置规则。 5 集成多种建模方法，使用统一建模语占( u m l ) 建立了敏捷企业的本体论模型 框架，开发了项目制造敏捷企业参考结构，并以此为例说明了敏捷企业过程视图模 型、信息视图模型、资源视图模型与组织视图模型的建立过程及其关联。 在典型企业的c i m s 工程实施中结合了有关的理论与方法，对整个价值链业务 过程的优化发挥了重要作用。 关键词：网络化制造，敏捷企业，企业建模，企业本体论，统一建模语言，参考模型 a b s t r a c t博士学位论文 a b s t r a c t d e v e l o p p i n g a m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s em o d e l ，w h i c hc a na d a p t t ot h ef u t u r ec h a n g i n g ， h a v ea g i l i t ya n df l e x i b i l i t y , b e n e f i tt ok n o w l e d g em a n a g e m e n ta n de r e a t i v em a n a g e m e n t ， s u p p o r tc o l l a b e r a t i n gb u s i n e s sa n de n t e r p r i s ei n t e g r a t i o nf o rt h ee x p a n d e de n t e r p r i s ea n d s u p p o r ts u c e s s f u lc o n s t r a c t i o no fe x p a n s i v ei n f o r m a t i o ns y s t e r n i sk e yt oi m p l e m e n t a t e n e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n g f i r s t l y , r e g a r d i n gt h ec o n c r e t ec i r c u m s t a n c eo ft h es t a t eo ft h en a t i o na n dt w ot y p i c a l m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s t h en e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gf r a m e w o r ki sd i s c u s s e du n d e r d e e pi n v e s t i g a t i o n a n d a a g i l i t yc o m p o s i t i o nm o d e lf o rn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gi s p r e s e n t e d t h ea g i l i t ys t r a t e g yf o re n t e r p r i s e si ss t u d i e da n ds o m es t r a t e g i ci m p l e m e n t a t i o n p r i n c i p l e sa r es t a t e d s w o t ( s t r e n t h ，w e a k n e s s ，o p p o r t u n i t ya n dt h r e a t ) m e t r i xs t r a t e g i c a n a l y s i sm o d e li su s e da n de x p a n d e di nt h ea n a l y s i so fa g i l ee n t e r p r i s es t r a t e g y a g i l i t y c o n e 印ti sd e v e l o p e df u r t h e ri nas y s t e m i cw a y a c c o r d i n gt oi n d u r s t r i a lr e q u i r e m e n t so f n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，t h e k e y c h a r a c t e r i s t i co f t h ea g i l ee n t e r p r i s ei sg i y e n s e c o n d l y ，b a s e d o nac a s e s t u d y ，ap r o c e s s m o d e lf r a m e w o r kf o rt h en e t w o r k m a n u f a c t u r i n go r i e n t e da g i l ee n t e r p r i s e i se s t a b l i s h e db yu s i n gg e n e r a l i z e d e n t e r p r i s e r e f e r e n c ea r c h i t e c t u r ea n dm e t h o d o l o g i e s t h r e ef e a s i b l em o d e s w h i c hi n c l u d ev i r t u a l e n t e r p r i s e sd r i y e nv a l u e c h a i n v i r t u a li n d u r s t r yc l u s t e rb a s e dv i r t u a le n t e r p r i s ea n dp r o j e c t d r i v e nv i r t u a l e n t e r p r i s e ，f o rc o n s t r u c t i o n o fa g i l e e n t e r p r i s eb yc o n f i g u r i n g v i r t u a l e n t e r p r i s e si nl a r g es c a l ei sp r e s e n t e d a n dt h ep r i n c i p l e so f e s t a b l i s h i n gs p e c i a l i z e dv i r t u a l e n t e r p r i s ed r i v e nl a r g e s c a l ea g i l ee n t e r p r i s ei sd i s c u s s e d v i r t u a le n t e r p r i s ed r i v e na g i l e e n t e r p r i s es h o u l db eap r o m i s i n gm o d e f o rl a r g e - s c a l ee n t e r p r i s eg r o u pt oa c q u i r e a g i l i t yi n o u rc o u n t r y t h i r d l y ，am o d e ls t r u c t u r ef o rt h ea g i l ee n t e r p r i s ei ss t a t e d ac o i l a b e r a t i v eb u s i n e s s m o d e lf r a m e w o r kf o rt h ea g i l ee n t e r p r i s ew i t hn e t w o r k e d m a n u f a c t u r i n gi sp r o p o s e da n d a g e n t b a s e da g i l ee n t e r p r i s ec o l l a b e r a t i v em e c h a n i s ma sah i r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e d h o l a r c h y s t r u c t u r ei sd i s c u s s e d f o u r t h l y ，m o d e l i n gm e t h o df o rn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n go r i e n t e da g i l ee n t e r p r i s ei s s t u d y e d i n t r o d u c i n gh o l o n a n dh o l a r c h yc o n c e p t ，a g e n tt e c h n o l o g y ，e n t e r p r i s eo n t o l o g y m e t h o da n ds o f t w a r ea r c h i t e c t u r ec o m p o n e n t t e c h n o l o g y t ot h ea g i l ee n t e r p r i s em o d e l ，a n o b j e c t o r i e n t e da n dc o m p o n e n t - b a s e de n t e r p r i s eu m l m o d e l i n ga p p r o a c hi s d i s c u s s e d a b s t r a c t i n gm e c h a n i s mf o rb u s i n e s sc o m p o n e n ti n t e r o p e r a b i l i t ya n db u s i n e s sc o m p o n e n t c o n f i g u r a t i o nr u l e sa r es t a t e d f i v t h l y , b yu s i n gt h et h o u g h to fk o n w l e g ee n g i n e e r i n ga n de n t e r p r i s e e n g i n e e r i n g ， i n t e g r a t i n gc u r r e n tm u l t i p l em o d e l i n ga p p r o a c ha n du s i n gu m l ，m e a 百l em a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s eo n t o l o g ym o d e la n dar e f e r e n c ea r c h i t e c t u r ef o ra g i l ee n t e r p r i s e sw i t hp r o j e c t m a n u f a c t u r i n gl sd e v e l o p e d a n dt h eb u i l d i n gp r o c e s sf o ra g i l ee n t e r i s e sm o d e li n c l u d i n g p r o c e s sv i e w ，l n f o r m a t i o nv i e w ，r e s o u r c e sv i e w ，o r g a n i z a t i o nv i e wa n dt h ei n t e g r a t i o no f t h e s e m u l t i p l ev i e w si sd i s c u s s e d s o m et h e o r i e sa n dm e t h o d s a b o v ea r e p u t i n t o p r a c t i c e o f e n t e r p r i s es y s t e m p r o g r a m m i n gi nt h ec i m sp i l o te n g i n e e r i n gp r o j e c t s a n dt h e yp l a yi m p o r t a n tr o l e si nt h e o p t i m i z a t i o nt ob u s i n e s sp r o c e s s e sa c r o s st h ew h o l ev a l u ec h a i n k e yw o r d s ：n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ，a g i l ee n t e r p r i s e ，e n t e r p r i s em o d e l i n g ，e n t e r p r i s e o n t o l o g y ，u n i f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e ( u m l ) ，a n d r e f e r e n c em o d e l 坚! ：兰壁垒苎 墅塑旦垡些塑垄塑墼堡垒些塑墨坚堡塞一 1 概论 1 1 研究背景与意义 1 1 1制造业趋势与挑战 信息通讯技术o c t ) 在世界范围内的迅猛发展，大大加速了世界经济全球化的进 程，带来了开放市场、国际分工的机会，处于政治、经济、社会、技术( p e s t ) 影 响的复杂多变环境中的制造企业正经历着一场深刻的革命。针对大批量生产和稳定 市场的传统的企业管理原则己不能够适应制造业动态环境。在制造业中存在如下趋 势： ( 1 ) 知识管理“制造世界正从数据驱动的环境向相互合作的信息知识驱 动的环境变化，考虑更多的是企业技能，共识和应用语义”【v e r n a d a t ，1 9 9 6 】。 ( 2 ) 知识、技术更新速度加快。 ( 3 ) 大规模定制为不同的顾客提供不同的产品与服务，以满足顾客对产 品功能、质量、价格、可靠性、交货期等的特定要求；客户参与产品的设计和 建造，生产客户化产品。 ( 4 ) 产品的生命周期缩短制造企业必须时常导入新产品，而且必须缩短 产品进入市场的时间。 ( 5 ) 市场多变，难以预测市场快速出现并快速消失。 ( 6 ) 集中于较小的和明确的细分市场。消费者行为呈现个性化、多样化趋 势，必须不断变化产品配置，以满足特定的客户需求。产品包括实际产品本 身，也包括维护服务、产品的更新或升级以及详细的产品信息等。企业向客户 传递的更像是解决方案，并包括客户和方案提供者之间的长期关系。 ( 7 ) 专注于核心能力。企业可将其大量的活动外包，并同伙伴公司的信息 系统连接。同时公司可获得专业化差异性与集成。 ( 8 ) 建立动态联盟协同工作，协作开发和引入新产品项目，以获得较大 的市场份额与敏捷性。联盟的生命周期往往取决于在联盟中生产的产品，项目的 生命周期。 概论 博士学位论文 ( 9 ) 市场全球化，市场、资源、技术、人员的竞争趋于全球化，越来越多 的公司必须在世界市场中运作。处于不同国家的公司可共同参与新产品的开发 和问世。为了降低成本，产品可在一个国家开发，而在世界上任何多个地方制 造。这也是对核心能力的集成。 ( 1 0 ) 更加扁平的组织结构平坦的管理结构的运作成为现实，在组织的各个 层次上进行数据访问。 ( 1 i ) 供应链管理简化总体后勤流程，供应链上的企业分工合作，协同预 测、协同供应显得特别重要。 ( 1 2 ) 重视绿色制造已不能单纯从经济因素来评估产品和项目，环境保护迫 使企业把重心集中于全球制造。n 一公司不得不用较少污染的组件和流程溶易 下马甚至再循环” v e r n a d a t ，1 9 9 6 j 。这意味着对产品整个生命周期的管理。 v e m a d a t ，1 9 9 6 】强调”产品必须具有一个明确的、可借助于产品模型和过程模型 描述的生命周期。” ( 1 3 ) 市场从产品主导转向顾客主导，如何提高顾客的满意度、获得顾客的 忠诚度是企业获得持续发展的关键所在。 ( 1 4 ) 互联网业务模式互联网为全球企业供应链提高运作效率、扩大商业 机会和加强企业间协作提供了更加强大的手段，利用互联网获取和应用有效信 息的能力成为企业基本的竞争优势，利用互联网驱动全球业务网络成为企业重 要的竞争优势。 制造业面临的主要挑战是： ( 】) 全球化、全球竞争； ( 2 ) 互联网与制造网络； ( 3 虚拟剑造： ( 4 ) 集中于核心能力； ( 5 ) 更加关注产品生命周期； ( 6 ) 保护环境； f 7 ) 客户化产品与服务； ( 8 ) 柔性与敏捷性； ( 9 ) 较短的提前期。 1 1 2 敏捷性成为企业成功的关键因素 传统企业所关注的竞争要素主要是成本、质量、交货期与服务，面对动态多变 的全球竞争环境的挑战，制造企业要想获得持续的利润增长就必须改交策珞，关注 博士学位论文 面向网络化制造的敏捷企业动态建按研究 如下几个方面： f 1 1 网络； f 2 ) 敏捷性或柔性； ( 3 ) 利用1 t 实现企业绩效的改进； ( 4 )加强产品项目全生命周期( p l c ) 的信息管理： ( 5 1 专注于核心能力，并适时调整； ( 6 ) 与供应商建立更加灵活的动态协同关系： ( 7 ) 战略联盟； ( 8 ) 知识的创新与重复使用； ( 9 ) 提高生产率。 敏捷性与柔性已成为企业在全球动态环境中竞争成功的决定因素。 1 1 3制造业须转向网络化制造 g l o b e m a n 2 1 可行性研究报告提出未来制造业的三个特征： ( 1 ) 全球公司和组织的紧密协同，提供特定的产品： ( 2 ) 产品从最初的概念到最终配置，直到完全满足顾客需求的整个生命周 期的集成需求； ( 3 ) 采用h 集成全球企业，在广泛分散的组织和个人间获得真正紧密的 关系。 满足未来的制造环境需求，关键是横跨所有的组织结构，集成全球企业和过程。 “未来将会看到制造业跨时空的全球集成”。 i t 正改变着企业现在及未来的业务方式，制造企业必须转向网络化制造。建立 业务伙伴关系或加入业务共同体，如一个行业或行业分支、产业群或产业群的一部 分、供应链或供应链中的一部分，利用互联网技术、应用软件体系结构实现与业务 共同体中业务伙伴、顾客及供应商间的协同业务模式，集中于核心能力，依市场需 求与企业能力，快速构建多个虚拟企业，实现网络化协同制造模式，已经成为制造 企业适应全球动态环境的新的业务模式。虚拟企业被认为是企业问建立健壮、柔性 连接的战略方法。 1 1 4 面向网络化制造的敏捷企业建模的研究意义 863 计划计算机集成制造系统( c i m s ) 课题专家组认为1 j ：“企业建模、 系统设计方法、软件工具和规范是系统总体设计的基础。没有企业的模型就很难科 学地分析和综合企业各部分的功能关系、信息关系以至动态关系。企业建模及设计 概论 博士学位论文 方法解决了一个制造企业的物流、信息流、资金流以及过程流的关系。这是企业信 息集成的基础。”可见企业建模在c i m s 工程中的重要地位。 未来的成功企业肯定是敏捷企业。敏捷企业能够快速响应市场需求，快速、 动态、灵活地“大批量定制”相应的虚拟企业。网络化制造是未来制造企业模式。 敏捷制造企业的管理是实现网络化制造的中枢。敏捷制造企业的建模是实现网络化 制造的关键技术之一。 企业建模是企业工程中的一个关键环节，它有利于快速进行企业设计。有利于 企业流程分析及信息化过程，支持企业知识管理方法的重新设计，支持企业过程重 组和资源重组，支持企业变莘管理与战略调整等。企业参考模型可提高企业建模效 率，有助于迅速完成信息系统项目，有效缩短企业信息系统实施周期。 面向网络化制造的敏捷企业建模是支持企业集成i 程、建设具有快速响应能力 的敏捷的柔性信息系统的关键技术，是实现网络化制造模式的基础，是制造企业赢 得全球市场、获得可持续发展、提升竞争优势的关键。 目前我国企业虽已基本按现代企业制度完成改制，但企业信息系统实施滞后、 实施方法落后，对企业建模重视不够，导致企业信息系统缺乏柔性与敏捷性，有的 企业陷入应用系统维护的泥潭，”r r ”黑洞不断出现，企业背上了沉重的包袱。信息 系统成功率不高的一个重要原因就是缺乏可重用的、支持企业工程、有利于企业知 识管理、有利于信息系统快速实现的鲁棒的企业模型，因而企业不能快速响应外部 环境的变化，不能快速形成与协作企业的分布式网络化协同制造模式。因此，根据 我国的基本国情建立面向网络化制造的敏捷企业动态模型及以其为指导建立敏捷的 信息系统，实现制造企业信息化并带动工业化进程是我国企业面临的长期而艰巨的 任务，软件供应商也面临着提供支持业务协同的集成化建模工具与强有力的敏捷的 业务应用平台的挑战。 针对我国国情及企业的具体情况，研究面向网络化制造的敏捷企业模型对作为 国民经济支柱的制造企业的信息化、敏捷化进程及竞争力的提升具有重大的意义， 必将极大地推动我国制造企业快速、低成本进行敏捷化、柔性化、分布式、集成化 的企业信息系统建设，提高信息系统的实施成功率。本文从企业集成与工程方面， 为我国企业实施协同网络化制造战略、发展协同业务模式，实施信息化工程提供理 论、方法、技术的指导和模型框架，必将极大地提高制造企业业务共同体的群体竞 争力，对国民经济的可持续发展产生重要的影响。 1 1 5课题研究的典型支撑实例 本项课题研究主要依托国家8 6 3 c i m s 应用示范工程s h c i m s 和江苏省信息化 4 博士学位论文 面向网络化制遗的敏捷企业动态建模研究 示范工程项目h t c g c i m s 。本项研究充分借鉴国内外已有的企业建模研究成果， 仔细剖析了世界级i t 及制造系统管理软件供应商的解决方案及先进的建模环境，对 多个制造企业进行了调研，特别是在s h c i m s 与h t c g c i m s 工程实施中t 对两个 集团的供应链过程与业务模式进行了深入的调研与分析。 s h c m s 与h t c g - c t m s 是企业实旌的信息化工程项目，旨在实现企业管理现 代化，增强企业柔性与敏捷性，快速响应市场需求变化，提高企业的竞争力。这是 两个不同制造类型的企业集团，前者属于隧道、核电站等大型项目制造型，是按订 单设计方式；后者具有多种产品类型，按订单生产或装配方式，有众多的供应商与 协作伙伴，实施外包制造策略，重视供应链的优化与管理。t t t c g 也有众多的销售 分公司与代表处，有多种类型的客户群，重视需求链的管理，实施大规模拉动式生 产战略。 1 2 研究现状 1 2 1先进制造模式 需求的个性化及制造的全球化、信息化，改变了制造业的传统观念和生产组织 方式，精益生产、敏捷制造、智能制造、虚拟制造、全球制造、网络化制造、虚拟 企业、敏捷企业等新概念相继出现。 1 9 9 0 年美国麻省理工学院总结了以丰田汽车为代表的日本制造企业的经验，发 表了改造世界的机器( “t h em a c h i n et h a tc h a n g e dt h ew o r l d ”) 的著名研究报 告，提出以改革企业生产管理为特点的精益生产( l e a n p r o d u c t i o n ) 模式。1 9 9 6 年 该报告的两位作者又出版了一本新著精益思维，进一步发展了精益生产的思 想。提出要从精益生产过渡到精益企业，从精益企业上升到精益思维。 1 9 9 1 年美国里海大学在研究和总结美国制造业的现状和潜力后，发表了具有划 时代意义的( 2 1 世纪制造企业发展战略报告，提出了敏捷制造和虚拟企业的新概 念。敏捷制造是将柔性的先进制造技术，熟练掌握生产技能且有知识的劳动力，以 及促进企业内部和企业之间的灵活管理三者集成在起，利用信息技术对干变万化 的市场机遇做出快速响应，最大限度地满足顾客的需求。敏捷制造的提出大大推动 - j n 造哲理和生产模式以及制造系统工程的研究，颠理论不断出现。 在美国国防部、能源部、国家标准和技术研究所以及自然科技基金会共同资助 下1 9 9 5 年由麻省理工学院的“敏捷性论坛”和“制造先驱者”两个部门，以及 l 概论博士学位论文 “实施敏捷制造的技术”项目组共同主持“下一代制造”( n e x tg e n e r a t i o n m a n u f a c t u r i n g ，n g m ) 项刚“。 网络化制造是下一代制造系统的模式，美国国家制造科学研究中心( n c m s ) 提出了美国下一代制造( n g m ) 的定义，启动了相关的研究项目。为了开发下一代 制造与流程技术，由多个国家研究机构与企业参与的i m s ( 智能制造系统) 项目截 止2 0 0 0 年1 1 月2 9 日已经启动了1 8 项课题研究，已有三项完成f m 】，其中来自日 本、澳大利亚、欧盟、加拿大、美国的2 5 家企业和2 l 家科研机构参与的2 1 世纪的 全球制造项目g l o b e m a n 2 l ( 9 9 年3 月完成) 以制造企业应对全球制造环境，建 立扩展企业的方法论、模型与技术、传播全球制造的新进展为主要目标。作为 g l o b e m a n 2 l 的继续，9 9 年1 0 月启动的g l o b e m a n ( 企业网络中的全球制造与 工程) 正在进行中f 1 6 3 。1 7 3 1 。具数字化、敏捷化、柔性化特征的网络化制造是适应全球 动态环境的二十世纪的制造模式。这一模式的建立将是当前乃至今后较长一段时 期内制造业所面临的最紧迫的任务之一，是制造业赢得市场、快速发展、获得竞争 优势的关键【4 】i ”。 我国新一代制造系统的模式的研究己相继展开【1 1 1 【7 】，在国家自然科学基金的资 助下相继对敏捷制造、虚拟制造、快速制造、可重组制造、敏捷供应链、虚拟企业 等进行了研究，探索了制造系统模式1 6 1 1 1 2 】。 近十年来，我国每年都有30 0 0 多名科学工作者涉及c i m s 工程的研究、开发和 实施。开展了一系列关键技术的研究，包括异构环境的信息集成、基于s t e p 的 c a d c a m 集成系统、并行工程构架和应用集成平台，某些研究达到了世界先进水 平 1 2 4 】。c i m s 研究应用的另一重点是帮助企业实施c i m s 工程，迄今实施c i m s 工 程的应用示范企业遍布全国。c i m s 研究推广应用工程得到国际认同，1 9 9 4 年清华 大学的国家c i m s 工程研究中心获得美国制造协会颁发的”大学领先奖”，1 9 9 5 年北 京第一机床厂获得”工业领先奖”。 1 2 2 企业集成与虚拟企业的建模研究 p e t r i e 将企业集成定义为通过管理企业间的交互作用改善大型复杂流程绩效的任 务，他提出企业集成的重点在于专注于改善相互作用的组织、个人和系统间的协同 工作，企业集成可在组织间和组织内进行，组织内部功能或部门的目标和流程必须 得到有效的管理，并在客户一供应商链上同不同的企业流程进行集成。 网络环境下，制造企业的组织形态、经营模式、管理机制需要有全方位的创新， 使之适应网络化制造的要求。制造企业不再是孤立的个体，而是以企业集成的形 式，通过合作与竞争，参与制造系统的动态重组。企业集成的关键是提高柔性与敏 堕主兰垡望壅 耍塑堕丝些型丝塑壑堡垒些垫查垄塑壅一 捷性，需要建立分布式协同网络，其主要组织形式是虚拟企业( 网络企业) p 1 。虚 拟企业将是二十一世纪的管理与组织模式。 虚拟企业、虚拟组织、网络企业、敏捷企业的研究热潮始于十年前。在1 9 9 0 年 哈佛商业评论第6 期发表的文章公司核心能力中，作者建议公司将经营的焦 点放在不易被抄袭的核心能力上。虚拟组织与传统的实体组织不同，它是围绕核心能 力，利用计算机信息技术、网络技术及通信技术与全球企业进行互补、互利的合作，合 作目的达到后，合作关系随即解散，以此种形式能够快速获取处于全球各处的资源为我 所用：敏捷的虚拟组织可避免环境的剧烈变动给组织带来的冲击。1 9 9 4 年出版的由 史蒂文l 戈德曼( s l g l o d m a n ) 、罗杰n 内格尔( r n n a g e l ) 及肯尼斯普瑞斯 ( k p r e i s s ) 合著的敏捷竞争者与虚拟组织是反映虚拟组织理论与实践的较有代表 性的著作。 虚拟工业企业的著名研究有：美国的国家工业信息基础结构协议组织( n a t i o n a l i n d u s t r i a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ep r o t o c o l s ( n i i p lc o n s o r t i u m ) 提出了虚拟企业参 考体系结构，致力于建立基于标准的软件结构协议，能够集成不同的分布式业务系 统、业务流程、数据及计算环境；基于新兴的、现存的及事实上的标准和系统技术 实施n i i i p ，以加强虚拟企业的部署：通过开发虚拟企业的软件、工具及记录虚拟企 业的资源文件提供虚拟企业实施的技术基础。这将对新一代制造产生重大影响 。n i i i ps m a r t 提出了制造执行系统( m e s ) 可适应、可复制技术方案【钔。欧 盟在e s p r i t 计划框架下对虚拟企业展开了一些研究如p r o d n c t f 1 4 8 1 m 】。瑞士技 术与创新联邦委员会与l a u s a n n e 大学等联合进行的v e g a ( v i r t u a le n t e r p r i s e g e n e r i ca p p l i c a t i o n ) 项目开发【9 4 l 等。 企业集成建模【l6 】是建立网络化制造模式的科学基础，又是支持企业工程集成，实 现网络化制造的关键技术。企业集成、虚拟企业的集成与建模引起了国内外众多学 者的广泛关注与研究 5 5 】【4 9 】【9 0 】【3 7 】【3 9 1 1 1 4 ”m 6 卜口3 1 。 1 2 3 企业建模的现有方法 在支持企业集成的建模与方法体系【5 4 j 【5 方面，国内外很多学者与组织提出了多 种系统建模方法与结构体系。如z a c h m a n 企业结构框架【5 1 、c i m o s a 建模框架及 c a s e 工具s e w - o s af 4 2 l f 4 5 l 、i c a m 的i d e f 方法们、g r a u g l m 【| 4 6 1 、p e r a p 2 l l 、 a r i s 、t o v e ”。、g e r a m p “，另外还有过程描述互换的p i f ( p r o c e s si n t e r c h a n z e f o r m a t ) 和p s l ( p r o c e s ss p e c i f i c a t i o nl a n g u a g e ) 、p e t r i 网方法( 9 2 j 、b a a n 的动态 企业建模( d e m ) 1 5 7 1 、s a p 甜3 模型的事件驱动过程链( e p c ) 方法、o r a c b e 的 d e s i g n e r 、w o r k f l o w 方法、基于智能代理的建模方法、面向对象建模方法、语义网 博士学位论文 络方法、企业本体论方法。 ( 1 ) c i m - o s a ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g - o p e n n 粥s y s t e m a r c h i t e c t u r e ) c i m o s a 是由欧盟e s p r i ta m i c e 组织开发的一个c i m 开放体系结构。是一 个面向c i m 系统生命周期的、开放式的c i m 参考体系结构，从多个层次和多个角 度反映了c i m s 的各个阶段，提供了c i m 系统描述、实施方法和支持工具，形成了 一整套形式化体系。与其他c i m 体系结构相比，c i m - o s a 具有全面性、完整性、 开放性、标准化和形式化等优点。 ( 2 ) a r i s ( a r c h i t e c t u r eo f i n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e m ) a r i s 是德国s a a r b r t l c k 大学的a w s c h e e r 教授于1 9 9 2 年提出的一种基于过程 的二维模型结构。a r i s 是一个集成化的信息系统模型框架，用面向对象的方法描述 了企业的组织、数据、流程和资源视图，并通过控制视图来描述组织、数据、过 程、资源四个视图之间的关系。对于企业信息系统的实施，a r i s 定义了需求确定、 设计说明和实施描述的生命周期阶段。a r j s 有一套标准的可以互相集成的软件工具 集来支持a r i s 建模及仿真。如：应用系统a r i se a s yd e s i g n ，a r i st o o l s e t ，a r i s f o r r 3 。 ( 3 ) g r a i ( g r a p h w i t hr e s u l t sa n da c t i v i t i e si n t e r r e l a t e d ) g r a i 是由法国b o r d e a u x 第一大学提出的，是专门为在生产系统制定决策而开 发的。g r a i 用于决策支持系统的建模。g r a i 模型由两个部分组成：g r a i 珊格与 g r a i 网。g r a i 珊格从全局的角度描述了企业生产管理中的两大主要问题：功能与 时间之间的关系。企业生产系统管理中的功能维主要有物料管理、资源管理以及计 划。通过计划，使资源管理与物料管理协调、同步和一致。生产管理中的时间维是 指生产管理过程中所需考虑的时间长度( h o r i z o n ) 及其周期性进行调整的时间间隔 ( p e r i o d ) 。由时间维和功能维相交形成的每个格子为决策中心。g r a i 珊格中用粗 箭头表示决策控制关系，被指向的决策中心应严格执行或完成发出箭头的决策中心 提出的指标要求，而其中的细箭头指一般的信息联系。g r a i 网用于描述每一个决 策中心活动及其之间的关系。g i l v l ( g r a ii n t e g r a t e dm e t h o d o l o g y ) 方法论是以 g r a i 模型为基础的c i m 集成方法论，是分析设计生产管理系统的方法论。g r a i 方法适合于生产系统分析和对生产系统决策制定过程的描述。 ( 4 ) p e r a 普度企业参考体系结构 p e r a 是p u r d u e 大学应用工业控制酱度实验室t j w i l l i a m s1 9 9 2 提出的企业参 考结构。它将任务视为企业功能分解的最低层，是基于任务建模的参考模型。它包 括对信息系统任务、制造任务和人的任务，以及这三者之间相互关系的建模。p e r _ a 通过两个视图：功能视图和实旌视图来描述企业。功能视图描述企业的任务和功 能，它定义了两个流：信息流和制造流( 顾客服务流) 。其中，信息流包括企业中 所有与功能相关的决策、控制和数据处理，丽制造流则取决于企业的具体生产需 求。实旌视图中，两个功能流被重组成三个实施集：人的活动( 与信息或控制相 关，或者与制造及顾客服务相关) ，信息流活动( 人不参与执行) ，和拳4 造或顾客 服务活动( 人不参与执行) 。p e r a 覆盖了c i m 系统实施的最完整的生命周期，建 模中考虑了人的行为活动。 f 5 ) i d e f ( i c a md e f i n i t i o nm e t h o d ，现为i n t e g r a t e dd e f i n i t i o n ) i d e f 是7 0 年代末8 0 年代初，美国空军i c a m ( i n t e g r a t e dc o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g ) 工程在s a d t ( s t r u c t u r e da n a l y s i sa n dd e s i g n ) 的基础上发展了一套 系统分析和设计方法，其中包括i d e f 0 i d e f l 4 等一系列方法。目前常用的有 i d e f 0 、i d e f l 、i d e f i x 、i d e f 3 、i d e f 4 、i d e f 5 和1 d e f 9 等 ( 6 ) g e r a m g e r a m 是i f i p f a ct a s kf o r c e 在前几个企业参考体系的基础上开发的， g e r a m 是个关于一般企业( 单一企业或虚拟企业敏捷企业或企业的一部分) 的参考体系与方法，作为i s o f d i s1 5 7 0 4 的一部分，对企业工程集成所需的方 法、模型、工具给出了全面的定义，提出了描述所有企业类型的企业集成所需组件 的般框架，提出了最完整的企业工程集成的公共域文件。g e r a m 将企业模型 视作企业集成中不可缺少的组件。g e r a m 的多视图、三维企业模型体系结构定义 了生命周期维、视图模型维及通用层次维。生命周期维按照生命周期活动支持企业 实体的建模过程，不同的生命周期阶段定义了实体生命周期的不同的活动类型，生 命周期活动包括识别、需求、设计、实施、运行与终止。视图模型维支持企业实体 的不同方面的特定的视图可视化 f 7 ) b a a n 动态企业建模( d e m ) ： 适应市场变化、组织变革或技术变革的需求，企业必须重新审视其业务过程， 信息系统必须有足够的灵活性，以支持业务过程的重组与再配置。著名的企业资源 计划( e r p ) 应用系统供应商及咨询服务公司b a a n ，在其b a a ni vo r g w a r e 中 采用了动态企业建模d e m ( d y n a m i ce n t e r p r i s em o d e l i n g ) 的概念，实现了较为灵 活两有效的业务过程的分析与优化、业务流程的再配寅，并将b a a ne r p 应用的 实施直接面向用户，置于流程控制之中。 动态企业建模的业务流程以p e t r i 网为基础。建模系统由五个关键部分构成：包 括企业建模工具、企业实施工具、企业参考模型、企业效能管理工具的系统件、企 业应用环境、桌面系统、与因特网的集成及开放的客户，服务器结构。它为企业提供 了一个企业管理与运行的框架结构，以保证企业的应用系统紧密匹配企业经常改进 的业务流程和业务模型，即它使企业的业务流程同b a a n 的功能范围很宽、且已经 实践检验的应用软件相匹配，进而减少了企业工程的复杂性，增加了应用柔性。 1 概论 博士学位论文 d e m 实现了三个最重要的目标：快速实施周期短、灵活性一b a a n i v 的配置随业 务流程的变化而变化，无需增加成本、集成一集成b a a n i v 应用的建模工具也是生 成系统配置的工具，还可建立生成最终用户访问应用系统的界面。 动态企业建模以参考模型为基础。可建立不同层次的业务管理模型( 如供应链 层、公司层、部门层) ，有企业结构模