（机械电子工程专业论文）基于工作流的机车质量管理系统的设计及实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 我国的信息产业在飞速发展，软件应用水平也在不断提高。机车检修部门 也紧跟时代的步伐，将信息化管理技术引入到了机车检修管理中机车质量管 理系统从机车检修的基本要素入手，依据机车走行公里数自动分配机车检修流 程，实现机车检修任务流程化控制，真实、客观地记录检修生产中产生的各种 数据，对全面实现机车检修科学化、自动化、信息化管理具有十分重要的意义 本系统的前台软件系统的开发工具采用c + + b u i l d e r ，后台数据库管理系统 为s q ls e r v e r2 0 0 0 ，采用适合于中小企业的c s ( 客户端朋r 务器) 架构为开发 模式。系统后台数据库运行在w i n d o w sn ts e r v e r 4 0 平台，前台工作站运行于 w i n d o w s2 0 0 0 x p 系统。通过这种软硬件的选择，节省了开发时间和开发成本。 本文从机务段信息化建设的角度出发，以工作流的思想为基础，结合现代 m i s 技术，根据机务段的机车检修情况并结合当前国内外机车检修的现状，分 析了机务段机车检修的工作流模型及m i s 系统在机务段机车检修中的架构，设 计了以机车检修质量管理为中心的工作流管理系统，实现了机务段对机车检修 质量跟踪管理和部分检修决策自动化。主要研究成果如下： 开发了一套能自动安排机车检修流程( 如出入段、小辅修、分解修等) 的工作流管理系统，该系统能使信息共享，让管理者及时了解机车状态： 根据任务定义表自动安排检修任务处理流程，使检修过程自动有序，处 理进度一目了然； 用i c 卡技术和基于工作流的角色控制实现记名检修，有利于质量问题 的追溯： 用动态链接库技术降低了软件运行对系统硬件的要求，使系统升级维护 方便； 本文还详细介绍了系统的数据库设计、安全性设计及主要功能模块的实现。 目前，本系统已在襄樊北机务段投入使用，运行状况良好，取得了很好的 效益。 关键词：机车检修，工作流，m i s ，e r 模型 武汉理工大学硕士学位论文 o u rc o u n t r y si n f o r m a t i o ni n d u s t r i e sa r ed e v e l o p i n gr a p i d l y , a n dt h es o f t w a r e a p p l i c a t i o nl e v e li sa l s oe n h a n c i n gu n c e a s i n g l y 1 r h cl o c o m o t i v eo v e r h a u ld e p a r t m e n t a l s of o l l o w sd o s eo nt h et i m es t e p ，a n di n t r o d u c c st h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t t e c h n o l o g y i nt h el o c o m o t i v eo v e r h a u lm a n a g e m e n t t h el o c o m o t i v e q u a l i t y m a n a g e m e n ts y s t e mr e a l i z e st h ec o n t r o lo fe n t i r ep r o c e s so ft h el o c o m o t i v eo v e r h a u l w o r kb ya u t o m a t i c a l l ya s s i g n i n gl o c o m o t i v eo v e r h a u lf l o w , b a s i n go nd i s t a n c ew h i c h t h el o c o m o t i v eh a sr u nf r o mt h eb a s i ce s s e n t i a lf a c t o ro ft h el o c o m o t i v eo v e r h a u l , w h i c hr e c o r d se a c hk i n do fd a t aw h i c hc o m ef r o mt h eo v e r h a u lp r o d u c t i o nr e a l l ya n d o b j e c t i v e l y i th a st h ee x t r e m e l yv i t a ls i g n i f i c a n c et ot h ec o m p r e h e n s i v er e a l i z a t i o n w h i c ht h el o c o m o t i v e sa r eo v e r h a u l e db yu s i n gs c i e n t i f i cm a n n e ra n di n f o r m a t i o n m a n a g e m e n tt e c h n o l o g y t h em a n a g e m e n ts y s t e mw a sd e v e l o p e db yu s i n gt h ed e v e l o p m e n tk i to fc + + b u i l d e r , a n dc h o s es q ls e r v e r2 0 0 0 硒t h ed a t a b a s es y s t e m 1 n h cc s ( c l i e n t s e r v e r ) c o n f i g u r a t i o nw a su s e df o rt h ed e v e l o p m e n tp a t t e r n , w h i c hi ss u i t e df o r t h es m a l la n d m e d i u m s i z e de n t e r p r i s e t h cd a t a b a s es y s t e mr u n so nt h ew i n d o w sn ts e r v e r 4 0 p l a t f o r ma n dt h em a n a g e m e n tr u u s o nt h ew i n d o w s2 0 0 0 x ps y s t e m n c d e v e l o p m e n tt i m ea n dt h ed e v e l o p m e n tc o s th a v eb e e ns a v e dt h r o u g ht h i sk i n do f c h o i c eo fs o f t w a r ea n dh a r d w a t m sa r t i c l ee m b a r k sf r o mt h ei n f o r m a t i o nc o n s t r u c t i o no fl o c o m o t i v ed e p o t , b a s e s o nt h et h o u g h to fw o r k f l o w , a n di n t e g r a t e sm o d e r nm i st e c h n o l o g ya n dt h ep r e s e n t s i t u a t i o ni nd o m e s t i ca n do v e r s e a sa c c o r d i n gt ot h el o c o m o t i v eo v e r h a u ls i t u a t i o no f l o c o m o t i v ed e p o t w h i c ht h ec u r r e n td o m e s t i ca n df o r e i g nl o c o m o t i v e so v e r h a u l ，i t a n a l y z e dt h ew o r k f l o wm o d e lo fl o c o m o t i v eo v e r h a u li nl o c o m o t i v ed e p o ta n dt h e s t r u c t u r eo fm i si nl o c o m o t i v eo v e r h a u l d e s i g n e daw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m w h i c ht o o kt h el o c o m o t i v eo v e r h a u la st h ec e n t r a lw o r ka n dr e a l i z e dt h a tl o c o m o t i v e o v e r h a u lq u a l i t ym a n a g e m e n ta n dt h ep a r to v e r h a u ld e c i s i o n - m a k i n gi ss e td o w n a u t o m a t i c a l l y 1 n h em a i nr e s u l t so fo u rr e s e a r c ha r e 髂f o l l o w s ： 1 as e to fw o r k f l o wm a n a g e m e mh a sb e e nd e v e l o p e dw h i c hc a na l l o c a t eo v e r h a u l f l o wa u t o m a t i c a l l y , m a k ei n f o r m a t i o ns h a r e da n dm a k et h es u p e r i n t e n d e n tk n o w 武汉理工大学硕士学位论文 s t a t e so ft h el o c o m o t i v e ； 2 t 1 l eo v e r h a u lf l o w sw a sa l l o c a t e db a s i n go ht h et a b l ew h i c hh a dd e s i g n e dw o r k s a n dw a sc a r r i e do u ta u t o m a t i c a l l ya n d o r d e r l y 1 1 l co v e r h a u l i n gp r o c e s si sc l e a r 3 t h cm e a n so ft h eo v e r h a u lw h i c hr e p a i rm a l l sn a m ei sr e c o r d e di sp r o p i t i o u st o c a s tb a c kq u e s t i o n ，b yu s i n gi ct e c h n o l o g ya n dt h er o l ec o n t r o lb a s e do nw o r k f l o w 4 n cn e e df o rs y s t e mh a r d w a r eo ft h es o f t w a r er u n n i n gi sd r o p p e dd o w na n dt h e d e v e l o p m e n ta n dm a i n t e n a n c eo ft h es o f t w a r ei sv e r yc o n v e n i e n tb yu s i n gd y n a m i c l i n kl i b r a r yt e c h n o l o g y 删sa r t i c l ea l s oi nd e t a i li n t r o d u c e dt h ed a t a b a s ed e s i g n , t h es e c u r i t yd e s i g na n d t h er e a l i z a t i o no ft h em a i nf u n c t i o nm o d u l e a tp r e s e n t , t h i ss o f t w a r es y s t e mi sw e l lm n n i n gi nn o r t hx i a n g f a nl o c o m o t i v e d e p o ta n da c q u i r e sg o o de f f e c t k e y w o r d s ：l o c o m o t i v eo v e r h a u l ，w o r k f l o w , m i s ，e n t i t y - r e l a t i o nm o d e l 武汉理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 1 研究背景 我国的信息产业在飞速发展，软件应用水平也在不断提高。机车运用部门 正面临铁路不断提速带来的对机车维修的要求的提高，对于如何运用好计算机 技术、网络技术和先进的管理思想实现运用检修的信息化管理，做好软件的升 级换代，是摆在我们面前的一项重要工作。而担当着检测和维修重任的铁路机 务段正是这一信息化管理的实施单位，原有的单机模式已无法满足他们对机车 检修工作的需要，原有的那种零碎的数据管理也无法适应他们对现代的管理体 制的要求，他们对机车检修的质量的高低直接影响着机务运用的效率和安全。 铁道部“2 2 0 ”文件对机车检修管理提出了“四按三化、记名检修”( “四按 三化”即按范围、按机统一2 8 及机车状态、按规定的技术要求、按工艺，程序化、 文明化、机械化) 的具体要求，虽然各机务段在规范和提高机车检修质量管理 方面也做了很多努力，也取得了一定的效果，但在生产过程中仍然存在大量问 题。传统的机车检修过程缺乏流程控制的思想，还没有完全摆脱人为因素的影 响，无法准确及时地处理机车检修数据，从而不能提高机车检修质量，也不能 达到保证机车安全的目的。其存在的问题主要是： 没有充分利用计算机信息技术，不能实现信息的共享，工作效率不高。 不能实现完全意义上的“记名检修”，机车检修记录档案不全，不利于 质量问题的追溯。 领导和相关部门不能实现机车信息的及时查询，不利于及时调整部署。 不能实现机车检修内容、质量状况和进度等综合信息的统计分析，不利 于机车检修流程的科学化。 因此，机务段机车检修的流程应该基于先进的管理思想和运用先进的计算 机网络技术进行管理。 1 1 2 研究目的和意义 针对目前机务段在机车质量管理方面存在的诸多问题，我们开发了这一套 机车质量管理系统软件。该系统是基于先进的工作流管理思想来进行组织管理 武汉理工大学硕士学位论文 的，整个检修流程更合理、信息流转更快捷；该系统采用c s ( 客户机服务器) 结构，以机车检修为工作对象，处理机车检修的相关业务，建立良好的机车质 量保障体系；该系统采用了i c 卡技术，通过卡控设备真正实现记名检修；该系 统采用计算机网络控制，能够对整个检修流程进行监控。并且资源能够共享。 机务段的管理层是机务段的神经中枢，需要对检修现场进行远程监控和对 检修的历史信息查询、分析。而计算机网络技术的运用正好可以及时的将检修 现场的信息实时地反馈给管理者，以便管理者可以对现场的突发事件做出及时 反应；可以对历史信息查询、分析，以了解工作中的得失，使管理者及时改变 工作策略，适应瞬息变化的现场要求。通过权限管理、i c 卡登录的记名检修等 控制方法，提高了检修过程中产生的数据的安全性和可靠性，为对信息的处理、 分析和查询提供了保证。 1 2 机车质量管理系统的研究现状 1 2 1 国外研究现状 国外较早的将先进的管理思想和计算机信息技术应用于机车检修之中，例 如欧美等发达国家从上个世纪六十年代起就成功地运用了机车检修信息系统， 达到了高效率、高质量的机车检修效果，也从中积累了宝贵的经验和教训。 美国内燃机车在计划修的框架下，“以可靠性为中心”的维修思想在机车维 修中得到了广泛深入的体现，并取得了显著的经济效益；德国针对i c e 列车设 计了综合信息系统，对列车的故障诊断和检修具有重要的作用愠；日本也较早的 运用了信息的一元化检修方法”1 ，可以将现场的故障信息、不良情况和处理内 容存储到计算机中，利用计算机网络及时共享信息，使现场人员能够及时准确 地了解机车实际检修情况，达到高效良好的检修目的。 1 2 2 国内研究现状 我国虽然现在也在机车检修中运用了计算机信息技术，但还不成熟，再加 上近年来列车的不断提速，对机车的质量提出了更高的要求，这就对各机务段 的检修工作提出了越来越高的要求“。 经过数年的发展，在这方面取得了不少成果。到目前为止，铁道部下属的 几百个机务段都围绕着机车检修及安全问题进行了大量的研究工作，开发了众 多的软硬件系统，如北京佳讯飞鸿信息技术有限公司成功地研制了广泛适用于 铁路部门的m i s 系统平台、兰州交通大学机电技术研究所开发的铁路客车检修 2 武汉理工大学硕士学位论文 综合信息管理系统和石开网络科技公司开发的机车检修过程管理系统等其他 许多科研单位和公司也开发了类似的信息系统这些系统对于提高机车的检修 效率和质量起到了很大的作用。但是也存在很多的问题。例如缺乏一个先进、 可行的总体规划，系统建设带有一定盲目性和重复性，通用性也不强；系统设 计过程只考虑到满足单位的技术要求，没有考虑到系统运用以后的安全性问题； 系统没有直接面向现场操作人员，由于他们操作水平参差不齐，使得系统实用 性不强。 1 3 本文的主要研究内容 本论文的主要任务是： 根据机务段可能的投资状况和现有独立的系统软硬件情况，考虑到软件 功能的集成和扩充，以满足机务段机车质量管理的需要为基础，组建段 内局域网络检修管理系统。 准确及时地收集、存储、处理和机车各个检修环节的检修质量有关的基 础数据与动态数据，实现机务段内所有检修数据入库；提供完善、及时 的统计分析和查询功能，使机务段各层次管理人员随时准确的把握机车 状态信息。 因此，论文主要的研究内容是： 以工作流的管理思想为基础，结合管理信息系统的特点，详细分析软件 系统的开发方法和设计思路。 对机车质量管理系统做详细的需求分析，包括原有独立系统的功能结构 和现在需要的整合项目的功能结构，分析了整合涉及到的目标用户、某 些模块的合并及分解、记名检修的方式和机车质量管理系统的系统功能 及其工作流程等。在此基础上，提出了基于c s 模式的机车质量管理系 统的解决方案。 详细介绍了机车质量管理系统的设计和实现。首先介绍基于角色的工作 流建模，根据工作流模型划分出子系统，确定系统的几大功能模块。然 后进行了数据库的设计，系统安全性的设计。最后介绍了系统的实现， 其中主要介绍了系统的典型模块的实现和数据库管理的实现。 对系统开发过程中所采用的相关技术作了简要的介绍，对其具体的应用 进行了分析。 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 本章小结 本章旨在使读者对本论文有一个大致的了解，简要介绍了课题研究背景， 阐述了课题研究的意义，并对机车质量管理系统的国内外研究现状进行了简要 的分析，最后介绍了论文主要任务及研究内容。 4 武汉理工大学硕士学位论文 第二章工作流理论及模型 2 1 工作流管理系统基本概念 工作流是从英语单词w o r k f l o w 翻译来的。w o r k f l o w 是由单词w o r k 和f l o w 组合得到的词。单词w o r k 表示工作或者任务，单词f l o w 的含义是流动、流程 或者流量等。f l o w 反映了一种变化以及变化的过程，它本身的含义比较抽象， 但是，当它与某个具体的过程相联系时就有了具体的含义，如电流、气流、水 流。在企业的经营管理与生产组织中，f l o w 也有重要的意义，如表示物料传输 过程的物料流、表示资金流动的资金流、反映信息处理和传递过程的信息流， 同样还有价值流、决策流、控制流的概念。依次类推，用活动及活动之间变化 的过程表示的业务流程就是工作流”。 2 1 1 工作流的基本概念和定义 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。通过将 工作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和监控，达到 提高生产组织水平和工作效率的目的。工作流技术为企业更好地实现经营目标 提供了先进的手段m 图2 - 1m 作流相关的基本概念及其联系 1 9 9 3 年，国际工作流管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n tc o a l i t i o n ，霄f m c 的成立标志着工作流技术开始进入相对成熟的阶段。为了实现不同工作流产品 5 武汉理工大学硕士学位论文 之间的互操作，w f m c 在工作流管理系统的相关术语、体系结构及应用编程接口 等方而制定了一系列标准。工作流管理联盟给出工作流定义是：工作流是一类能 够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则、文档、信息或 者任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行。图2 - 1 显示了与工作流相关 的基本概念及其联系” 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ：在功能确定的组织结构中，能够实现业 务目标和策略的相互连接的过程和活动集，例如：公文处理过程、投保过 程及项目开发过程等。 活动( a c t i v i t y ) ：指的是工作流中的一个逻辑步骤或称环节，它包含的信 息有：开始和结束条件、可参与到此环节中的用户、完成此活动所需的应 用程序或数据以及关于此活动应如何完成的一些限制条件( 如时间上的限 制等) 。 过程定义( p r o c e s sd e f i n i t i o n ) ：业务过程的计算机表示形式，它定义 的是过程运行中涉及到的各种参数。如业务过程的开始和终止条件、各 个工作环节及相互之间的控制流动与数据流动关系等。 过程活动实例( p r o c e s s a c t i v i t yi n s t a n c e s ) ：指的是某个工作流过程 的一次执行，在实例的执行过程中，w f m s 将解释相应的过程定义， 生 成有关的活动并根据过程定义中的控制规则协调这些活动实例之间的顺序 关系，同时根据数据流动关系的定义完成活动实例之间的数据传送，一般 情况下每一个活动实例都将表现之一。 工作流模型( w o r k f l o wm o d e l ) ：工作流过程依赖于一个形式化的工作流模 型来描述工作流任务之间的控制流和数据流，工作流模型由4 部分组成， 它们分别是过程模型、组织模型、资源模型以及工作流相关数据。 角色( r o l e ) ：角色是指在过程中对某项任务或相关任务集合具有访问权限 和完成能力的处理实体。在一个业务流程中，角色用来指定代理的职责 代理是扮演一个或多个角色的物理实体，角色表示的是责任的集合。角色 的定义是在过程定义中完成，而代理是在组织模型分析时才定义。针对不 同的工作流系统，同一企业组织结构的划分可能不同，角色与代理实体的 映射关系是由授权完成的。在一个工作流中定义角色具有重要的意义：角色 与代理分离保证了授权的灵活性，使得在组织机构变化时，对工作任务的 分配不会有影响：当一个任务可以被一个以上的代理执行时，角色与代理的 动态映射关系有利于管理，能够帮助动态工作负载平衡。 6 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 2 工作流管理系统 w 伽给出的关于工作流管理系统的定义是：工作流管理系统是一个软件系 统，它完成工作流的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流逻辑 推进工作流实例的执行。 虽然不同的工作流管理系统具有不同的应用范围和不同的实施方式，它们 还是具有许多共同的特性。从比较高的层次上来抽象地考察工作流管理系统。 可以发现所有工作流管理系统都提供了三种功能”： ( 1 ) 建立阶段功能：主要考虑工作流过程和相关活动的定义和建模功能； ( 2 ) 运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，执行工作流过程，并完成每 个过程中活动的排序和调度功能； ( 3 ) 运行阶段的人机交互功能：实现各种活动执行过程中用户于i t 应用工具之 间的交互。 图2 2 给出了工作流管理系统三个主要功能之间的关系。根据图2 2 给出 的工作管理系统的主要特点，下面分别介绍它所提供的3 个主要功能所涉及的 研究工作和实施技术。 图2 - 2 工作流管理系统的特性 过程建模 工作流管理系统建立阶段的功能主要完成经营过程的计算机化的定义。在 这个阶段，利用一个或多个建模技术与工具，完成实际的工作过程到计算机可 处理的形式化定义的转化。所得到的定义通常可称为过程模型、过程模板、过 程元数据或过程定义。因此，在工作流建立阶段主要完成过程建模工作。在w f m c 定义的工作流管理系统中，将过程建模得到的结果统称为过程定义。 7 武汉理工大学硕士学位论文 过程建模是工作过程分析与经营过程重组的重要基础。过程建模主要解决 如何根据过程目标和系统约束条件，将系统内的活动组织为适当的工作过程的 问题。过程建模的作用体现为： ( 1 ) 用于准确描述企业的经营过程，供流程分析和优化( 如工作过程重组) 使 用： ( 2 ) 用于在不同的组织和信息系统间共享经营过程知识，便于实现基准工程 ( b e n c h m a r k i n g ) 以及企业动态联盟； ( 3 ) 用于企业c i m s ( 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 gs y s t e m 计算机集 成制造系统) 实施，根据设计的企业过程模型进行相应的功能构件配置，使得所 建立的系统能够按过程实现横向集成，而不是按传统的部门划分结构实现纵向 集成，从而满足企业核心价值流的要求。按过程模型进行系统构建配置还能够 实现柔性更好的过程集成； ( 4 ) 用于研究、开发新的经营过程，以满足不同业务需要和企业动态结构演 化。有很多方法可以用来进行工作流( 过程) 模型的定义与描述。过程建模方法 学研究的主要内容和目的是为企业经营过程建模提供一套完整有效的描述经营 过程的建模语言。对流程的描述需要提供逻辑顺序结构，如顺序、分支、汇合、 条件、循环、并行的描述。使用者可以通过这一套语言来对企业的经营过程进 行形式化描述。目前较为广泛接受的建模语言有c i m o s a 的工作过程描述语言、 工作流管理联盟w f m c 定义的工作流描述语言、k e l l e r 等人提出的e p c m 模型等。 这些工作流描述语言的描述形式与程序设计语言中语义结构的定义方式类似。 其他一些方法是采用传统项目管理中使用的概念和模型来表述工作过程，例如 p e r t 图或其他各种形式的网络图等，后一类方法易于在已有的项目管理软件工 具的基础上扩展得到，所以在实用系统中采用得也比较普遍。当所需建模分析 的工作过程比较复杂，并存在并发、冲突等情况时，采用p e r t 图或网络图等简 单的描述方法就很难将问题描述清楚，这时就需要形式化程度更高、描述能力 更强的方法，如p e r t i 网方法。 工作流运行控制 在完成了过程模型的定义后，所生成的工作流模型将由工作流执行服务件 进行实例创建并控制其执行过程。工作流执行服务对使用工作流模型描述的过 程进行初始化、调度和监控过程中每个活动的执行，在需要人工介入的场合完 成计算机应用软件与操作人员的交互。这样，工作流执行服务实现了在模型中 定义的工作过程与现实世界中实际过程之间的连接。这个连接通过工作流执行 8 武汉理工大学硕士学位论文 服务与应用软件、操作人员的交互来完成。实现这个连接的核心功能是工作流 管理软件，工作流管理软件又称为工作流机。各种不同的工作流管理软件各有 特色，而且许多新的产品还在不断出现，几个典型的工作流管理软件产品如： i b m 公司的m q s s e r i e sw o r k f l o w 、p a v o n e 公司的e s p r e s s o 等等，老的产品也不 在不断更新。这些工作流产品的目前发展状况主要为：以通信为中心的工作流 产品、以文档为中心的工作流产品、以过程为中心的工作流产品。本管理系统 属于以过程为中心的工作流产品 工作流机除了完成过程的创建、删除、活动的执行与控制外，它的另外一 个重要的功能是完成与应用软件及操作人员的交互这是因为在实际企业应用 中，应用软件和操作人员是完成经营业务工作流的主体，而工作流机通过过程 定义和活动之间顺序控制实现这些独立的功能实体间的集成，从而使整个企业 的经营活动成为一个协调运行的整体。 企业工作过程的执行通常需要若干个应用软件和若干人员的参与才能够 完成，但是任何一个企业的实际应用都是在具有分布性和异构性的计算机网络 环境中运行。分布性是指应用软件运行在不同地点的不同计算机系统上，异构 性是指应用软件运行在不同的计算机硬件环境、操作系统、数据库管理系统上 对工作流机的分布性要求客观上是由企业的实际运行环境决定的，工作流 管理系统可以采用不同的方法来满足企业应用对分布性的要求。按照工作流机 管理系统设计开发的难易程度，工作流管理系统的分布性可以分为分布式的工 作流用户与应用接口、分布式工作流机和分布式工作流模型三种主要的分布方 式。分布式工作流用户与应用接口通常是工作流管理系统必须提供的分布处理 功能，因为企业的应用软件和用户本身分布在不同的计算机环境和不同的工作 地点。 工作流管理中的人机交互 在工作流管理系统的运作过程中，人和应用是完成整个业务过程的主体。 工作流定义工具、工作流执行服务和任务表管理器都是为完成业务过程和支持 人员工作提供的运行环境和工具。具体说来，在整个工作流执行中，不同的操 作人员需要完成的工作大约可分为以下几种“”： ( 1 ) 模型定义：创建、修改和发布企业的业务过程模型，这一般是企业的业 务管理部门的人员按照企业业务流程完成： ( 2 ) 人机交互：按照工作流任务管理器提供的任务项，完成具体的业务处理 工作( 如填写表格、启动一个应用来计算生产计划、查询库存情况等) ，这个工 9 武汉理工大学硕士学位论文 作由企业的各个业务部门的人员完成； 一 ( 3 ) 系统运行状态监控：检查、监控系统的执行情况，对系统中出现的意外 情况进行紧急处理，如终止、恢复某个过程实例的执行，改变某个活动的状态 以便整个系统能够继续执行等，这个工作由具有较高职务的系统管理人员来完 成。 2 2 基于工作流的角色访问控制理论 随着计算机技术，特别是计算机网络技术的发展，大型应用系统所面临的 一个难题就是日益复杂的数据资源的安全管理，在机车质量管理系统中，权限 和访问安全就显得更为重要了常用的自主访问控制( d i s c r e t i o n a r ya c c e s s c o n t r o l s ) 和强制访问控制( m a n d a t o r ya c c e s sc o n t r o l s ) 方法都是由主体和访 问权限直接发生关系，根据主体客体的安全级别来决定对客体的访问权限。但 是处于网络环境中的计算机或软件系统的访问用户往往种类多，数量大，并且 动态变化，使得用传统的访问控制方法来进行安全管理变得非常困难。 在访问控制领域，r b a c 模型是一个经常被引用的模型“，它是2 0 世纪9 0 年代迅速发展起来的用于大规模系统中管理和实施安全的一种技术。其中以 r a v is a n d h u 在1 9 9 1 年提出的r b a c 9 6 模型最为经典，后来n i s t 以此为基础对 r b a c 进行了标准化，把r b a c 分为4 个模型：基本r b a c ，带角色层次的r b a c 、约 束r b a c ( 静态职责分离和动态职责分离) 。r b a c 的基本概念就是把权限和角色联 系在一起，然后给用户指派合适的角色，用户通过其指派的角色取得相应的权 限，如图2 - 3 所示。 、 ( 用户h角色h权限 ) - - 、- - 一 图2 - 3r b a c 简图 s a v i t hk a n d a l a 和r a v is a n d h u 在p m a c 9 6 的基础上提出了基于角色的安全 工作流模型，该模型是基于对r b a c 9 6 模型中抽象权限的解释上，它把抽象权限 解释为一个( 操作，任务) 偶对，如图2 - 4 所示。 图2 - 4 基于角色的安全工作流简图 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 由于工作流系统的特殊性，上述两个模型都不完全适合于工作流系统： 首先，上述两个模型都无法直接表达时态约束，即工作流任务必须在特定 的时间段内执行；其次不能保证职责分离，假设某一角色可以完成多项操作， 那么完成多项操作的主体可以是属于该角色的一个主体，也可以是属于该角色 的多个主体，从而不能保证职责分离；第三，不能保证最小特权原则，在工作 流环境中，一个角色可能要执行许多任务，不同的任务可能要对不同的目标资 源实施相同或不同的操作，也可能对相同的目标资源实施不同的操作，而对什 么样的目标资源实施什么样的操作是用权限来表示的，在基于角色的访问控制 模型中，权限是直接和角色联系在一起的，当一个用户激活某一个角色后，他 她就拥有了该角色的所有权限。但在实际应用中，该用户有可能是不允许同时 执行这些任务的，所以他她拥有的权限比他她实际执行任务时所需要的权限 大，并且有可能大许多，因此并没有达到真正的最小特权约束。 为了实现前述3 条重要访问控制策略，该文引用一个基于角色和任务的工 作流访问控制模型，其基本思想是：角色和权限不直接挂钩而是通过任务把角色 和权限联系在一起，然后给用户指派合适的角色，用户通过其指派的角色获得 可以执行的任务，然后在执行某个任务的某个具体实例时获得该任务所允许访 问客体的权限，更方便权限粒度的控制和管理。粒度，就是颗粒，颗粒有大有 小，我们的知识对事物完成的分类也是有粗有细，那么每一个类别中含有的事 物也就会有多有少，粒度就用来描述这样一个多少的抽象概念。在模型的工作 流任务规范中加入了时态约束，表示只能在某个时间段内执行该任务，这样可 以保证授权有效时间与任务执行时间尽可能同步。在工作流的执行过程中，系 统会保存一个授权基，即任务的历史执行信息，根据这些历史执行信息求出有 资格执行任务的用户集，从而实现动态职责分离，其主要组成部件如图2 - 5 所 示。 图2 - 5 基于角色和任务的工作流访问控制模型简图 2 3 基于工作流的系统分析 需求分析是软件开发的第一步，也是非常关键的一步，它直接影响软件的 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 开发质量和开发速度，随着软件规模的扩大和日益复杂化，需求分析越发显得 重要。需求分析的自的是了解和分析用户的各种需求，知道系统必须作什么， 并且用简明、准确和无二义性的方式表达出来。通常以需求规格说明书的形式 来定义待开发系统的所有特征。 需求分析是一项繁杂t 耗时的工作，它是一个循序渐进、不断深入的过程， 其中可能经过许多反复。在需求分析的时候，还应考虑所需功能的实现问题， 在用户提出一项需求时，应首先考虑能否实现，实现的代价有多高，因为用户 很可能会提出一些不切合实际的要求，在现有条件下无法实现或实现起来代价 太高。这就需要分析人员设法劝说用户放弃不切合实际的要求或适当降低要求， 与用户一起商定解决问题的办法。 在本系统的开发中，我们采用了工作流的思想及结构化方法进行了需求分 析。首先进行需求调查，其次进行了分析研究需求调查是了解应用领域的现 状，分析是在需求调查的基础上定义目标系统所需实现的具体功能，并用清晰、 简洁和准确的方式表达出来。 本系统主要应包括三个大块：出入段、分解修和小辅修。 出入段： 机车出入段管理是机务段的主要职能。主要负责安排机车的工作日程( 机车 计划) ，人员的工作日程( 人员计划) ，机车入段登记，包括入段时间、整备股道 等信息，机车的检修安排，机车的合格证签发。 运用机车入段，在整备室进行入段登记，记录机车型号、入段时间及整备 股道等信息，然后由整备室将信息分别反馈到运转室和检测中心，由运转室填 写整备日志，安排后续车次及开车时间，检测中心开展机车的各项周期性检测。 各项检测若均合格，由检测中心发放检测合格证，否则，通知检修部门进行施 修。与此同时，司机如果发现机车有故障，司机可以根据自己的判断报修( 术语： j t 6 报活) ，调度根据司机所填写的j t 6 活票安排班组进行施修，修理完工后进 行复检，复检合格发放检测合格证和j t 6 合格证，两证齐全，整备室才可以根 据整备日志发放机车出段并做相应记录。 小辅修： 进入小修和辅修的机车检修属于本子系统范畴。根据扣修计划规定的时间 对要进入小修和辅修的机车实行扣车，进行小、辅修规定的检修过程。小、辅 修机车入段，假如司机认为机车有故障，可以根据自己的判断报修( 术语：j t 2 8 报活) ，再由技术科带领相关部门人员上车进行检查，确认机车的故障，再将所 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 有故障按专业交由相应的班组维修。同时小、辅修机车按检修工艺还要完成一 系列规定的检修任务，这些旋修活动称为轮检范围活件。无论是j t 2 8 活件还是 轮检范围活件的施修都必须经过“三检一验”过程即活件修完先由旌修人员自 己检查，再由检修工长复查，还必须经过质检人员和验收人员的检查才能算完 成。只有当所有的活件( 包括j t 2 8 和轮检范围活件) 全部完成，才能进行起机实 验，测试机车检修情况。与出入段管理系统一样机车投入运用之前必须经过监 控和检测部门的测试。完成上述的一系列工作以后才能将机车交验。 分解修： 机车分解修管理系统的主要功能是在现行的检修流程和行政管理的机制 下，记录各部门的工作信息，并根据各部门的原始资料进行归纳、整理、分析 出各个工作环节的工作情况以及总结、预测整个机务段的工作发展状况，建立 一个科学、现代化、可实施的管理模式，并用计算机管理网络来实现这一模式。 分解修主要分为日常检修任务和定期检修任务，对每个任务都需要填写处理记 录，然后由相关人员检验是否合格，如果合格就发给分解修合格证。 每辆机车都有定期检修任务和日常检修任务，每个任务的检修都有一定的 流程，为此我们可以通过软件设定来自动生成检修流程，每完成一步就提示下 一步，并且对每一步的执行或未执行的情况显示出来 2 4 工作流模型的建立 根据对客户需求的分析，我们设定如下的工作流模型；作业人通过i c 卡登 录，验证相关权限，通过验证以后他的作业任务就会由软件自动生成。这里包 括了前述的三大流程中的检修任务。每辆机车在某个阶段应进入那个修程由工 作流相关数据表中定义的规章来安排。作业人员只是负责机车的选择，并处理 相关任务。作业人完成作业的信息和作业人的信息一起存入数据库。每完成一 步，软件会调用工作流相关数据来分析流程的进行状态，根据转换条件自动进 入流程的下一环节。整个系统的工作流模型如下图2 - 6 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 2 5 本章小结 图2 - 6 系统工作流模型图 本章主要介绍了工作流的基本概念、基于工作流的角色访问控制理论、管 理信息系统及系统开发用到的相关技术，本文在这些理论及技术的基础上对系 统进行分析和设计。 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 第三章基于工作流的机车质量管理系统 应用管理系统作为一个直接和用户交互的软件系统，其功能性和实用性至 关重要。机车的检修任务分工较多，要设计出符合要求的软件系统，必需对机 务段的检修工作有个全面的了解，为此前期的需求分析必需要认真细致整个 系统的信息量和工作量都很大，我们结合先进的工作流管理思想对系统功能进 行了大量的分析，并提取出工作流模型，本章在前期基础上结合相关技术完成 了应用系统功能的设计。 3 1 管理信息系统 管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称m i s ) i z j 是一个以人 为主导，利用计算机硬件、软件、网络通讯设备以及其它办公设备，进行信息 的收集、传输、加工、储存、更新和维护，以企业战略竞优、提高效益和效率 为目的的，支持企业高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人机系统“”“”。 早在6 0 年代初就在美国首先提出，并确定其为以计算机为主体、信息处理为中 心的综合性系统，其思想受到广泛欢迎。但其后十几年内没有得到所期望的效 果，主要原因之一就是计算机网络技术还不够成熟和普及。8 0 年代以后，由于 计算机局域网和广域网的出现，网络软、硬件产品在质量、品种和数量上的迅 速提高和发展以及数据库技术的成熟和软件工程方法的发展，使管理信息系统 成为计算机系统中应用最普遍的一类系统。进入2 0 世纪8 0 年代末，随着计算 机网络和通信技术的大力发展，管理信息系统进入网络化的发展时期，世界发 达国家已经建立起完善的先进管理信息系统体系，在社会经济发展中发挥了巨 大作用。应用管理信息系统能够实测企业的各种运行情况，并能利用企业的历 史数据来预测未来，从企业全局出发辅助决策者进行战略决策，还可以利用系 统提供的信息控制企业的行为，使企业实现其规划目标。 完善的管理信息系统应该包括两个部分，应用管理系统和数据库管理系统。 应用管理系统是我们根据用户的需要开发的产品，包括和数据库管理系统的连 接。而数据库管理系统是我们选择的一种用来管理我们的应用系统数据的工具。 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 基于工作流的软件系统设计 3 2 1 设计的原则 1 、系统的标准性和先进性 本系统充分体现了技术的先进性并符合发展趋势，采用了目前成熟的、先 进的技术和产品，注重关键技术的标准性，全