（机械电子工程专业论文）基于petri网理论的pdm工作流程管理系统的研究与开发.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 现代企业经营环境的变化迫切需要把产品数据管理技术与工作流程管理技术结 合起来，特别是把工作流程管理系统运用到p d m 系统中来，取代并改进p d m 系统 中的工作流程管理功能。而工作流程建模方法的选择，则是实现p d m 工作流程管理 系统的关键。 本文分析了工作流程建模的多种方法；提出了- - e o 扩展p e t r i 网一功能网；并建 立了基于功能网的工作流程模型。探讨了这种工作流程模型正确性分析、性能评价及 优化方法。利用面向对象分析技术，构造了工作流程管理模型中的流程类、活动类与 联系类对象。 通过分析p d m 系统与工作流程管理系统的信息交互，初步探讨了工作流程管理 系统在p d m 系统中的实现技术，提出了工作流程管理系统与p d m 系统的集成框架 和体系结构，并应用于所开发的洪都集团6 5 0 研究所的6 5 0 p d m 系统中，实现了工 作流程管理系统与p d m 系统的集成。 关键词：工作流程管理p e t r i 网p 。辫对象 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 a b s t r a c t a sb u s i n e s se n v i r o n m e n t c h a n g e s ，e n t e r p r i s e su r g e n t l y n e e d st oc o m b i n ep d m t e c h n o l o g y w i t hw o r k f l o wm a n a g e m e n t t e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yt oi n t e g r a t e w o r k f l o w m a n a g e m e n ti n t o ap d ms y s t e mt o i m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h ep d mw o r k f l o w m a n a g e m e n tf u n c t i o n a n dt h ek e y t oi m p l e m e n t i n gt h ew o r k f l o w m a n a g e m e n ts y s t e mi na p d m s y s t e mi sw o r k f l o w m o d e l i n gt e c h n o l o g y i nt h i sp a p e r ，s e v e r a lm e t h o d so fw o r k f l o w m a n a g e m e n t a r ea n a l y z e d a ne x p a n d e d p e t r in e t f u n c t i o np e t r in e ta n dt h ew o r k f l o w m a n a g e m e n tm o d e lb a s e do ni t a r e p r e s e n t e d a n d t h ec o r r e c t n e s s a n a l y s e s ，p e r f o r m a n c ea p p r a i s e m e n t a n d o p t i m i z a t i o n m e t h o d so fs u c ham o d e la r ed i s c u s s e d t h ef l o wc l a s s e s ，a c t i v i t yc l a s s e sa n dr e l a t i o n c l a s s e so f s u c ham o d e la r ea l s ob u i l tt h r o u 曲t h e0 0 a t e c h n o l o g y a n dt h e n ，b a s e do nt h e a n a l y s i s f o rt h ei n f o r m a t i o ni n t e r c o m m u n i o nb e t w e e n w o r k f l o wm a n a g e m e n t s y s t e ma n dp d ms y s t e m ，t h es y s t e mi m p l e m e n t a t i o nt e c h n o l o g yi s d i s c u s s e d a n dt h ei n t e g r a t i o nf r a m e w o r ka n dt h es y s t e ma r c h i t e c t u r ea r eb r o u g h t f o r w a r d ， a n da p p l i e dt ot h e6 5 0 p d ms y s t e m i nt h i s s y s t e m ，aw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mi s s u c c e s s f u l l yi n t e g r a t e d k e y w o r d s ：w o r k f l o wm a n a g e m e n t ；p e t r i n e t ；p d m ；o b j e c t o r i e n t e d 南京航空航天大学硕士学位论文 1 1 前言 第一章绪论 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，简称p d m ) 技术最早产生于2 0 世纪 8 0 年代初期，主要是各c a d 厂家配合自己c a d 软件而开发的，用来解决大量电子 数据的存储和管理问题，提供了维护“电子绘图仓库”的功能，它在定程度上缓解 了“信息孤岛”问题，但其系统功能较弱、集成能力和开放程度都较低，在其中还没 有涉及到工作流程管理的问题。随着文档存储技术的发展，p d m 管理的对象范围逐 渐扩大，开始模拟企业中频繁进行且易被延误的审批流程和更改流程管理过程，在这 时工作流程管理技术才开始真正引入到产品数据管理技术中来，p d m 技术也才成为 真正意义上的产品数据管理技术。 工作流程管理技术源于生产组织和办公自动化领域，它是针对传统的以纸张为载 体的信息传递与处理方式的低效、费时费力而产生的一种先进管理技术。其目的是创 建一种无纸化的、计算机使能的工作环境，它实现了图像扫描、复合文档、结构化路 由、实例跟踪、数据检索和存储等功能。随着现代制造技术及信息技术的发展，工作 流程管理技术也由最初的创建无纸化办公环境转而成为同化企业复杂信息环境，实现 企业业务流程自动执行的必要工具( 一个典型例子就是其与p d m 系统的结合，实现 了文档审批流程和更改流程的计算机化管理) 。这样一个转变，把工作流程管理技术 带入了一个崭新的发展阶段，使得人们从更深的层次、更广的领域对工作流程管理技 术展开了研究。 1 2 工作流程管理技术研究发展状况 工作流程管理技术在初期主要由工作流产品开发公司推动其发展。在过去很长的 一段时间里，有关工作流程管理方面的研究主要由商品化的工作流程管理系统的开发 商所领导，只是到了后来，许多大学和研究机构才开始参与对工作流程管理技术的研 究，并取得了众多的研究成果。这些研究成果主要围绕三个方面展开的【6 】：第一个方 面是工作流程的理论基础，包括工作流程管理系统的体系、模型与定义语言( 工作流 程的建模方法、工作流程模型的形式化表示、工作流程定义语言) 等的研究。第二个 方面是工作流程的实现技术，包括工作流程的事务特征、各种先进软件技术的应用、 工作流程仿真。在这方面的研究工作的目标是提高工作流程管理系统的性能，尤其是 提高工作流程管理系统的可靠性及其在处理大规模复杂的且具有并行业务的流程方 面的能力。第三个方面是工作流程技术的应用，包括工作流程实施技术在不同应用领 基于p e l r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 域的应用方法、应用软件集成等。在这方面研究的目标是发挥工作流程管理系统的优 势，为解决具体应用领域内的问题提供有效实现手段。 工作流程的研究成果推动了工作流程管理技术的研究、应用和发展。在工作流程 管理体系结构和模型定义上，国际工作流程管理联盟( w o r k f l o wm a n a g e m e n t c o a l i t i o n ，w t m c ) 作了相当的工作【7 1 1 8 1 1 9 1 ，提出了工作流程参考体系结构、工作流程 管理系统的互操作接口、工作流程定义语言等一系列标准。在工作流程技术的实现上， 国际知名研究机构和大学分别作了大量的工作，形成许多比较著名的产品【l ”，如i b m 公司a l m a d e n 研究中一心研究开发的基于持久消息队列的分布式工作流程管理系统一 e x o t i c a f m q m ，佐治亚大学计算机系研究开发的具有自适应能力的工作流程管理系 统一m e t e o r ，由欧洲五国合作开发的基于分布式主动数据库技术的工作流程管理系统 一w i d e 以及德国萨尔兰大学等研究机构开发的基于状态与活动图的工作流程管理 系统一m e n t o r 等。在工作流程建模方面，许多工作流程管理系统开发商和些研究 学者提出了各种建模方法l 】d j ，如基于活动网络的建模方法、基于形式化表示的建模方 法、基于对话模型的建模方法、基于状态与活动图的建模方法、基于事务模型的建模 方法等。 1 3 课题提出 进入2 0 世纪9 0 年代以后，人们开始对工作流程模型进行深入的研究口】。由于工 作流程首先必须描述清楚一个业务过程是怎样进行的，因此，许多工作流程模型都是 从过程的描述入手，如流程图、状态图、活动网络图以及k e l l o r 等人提出的e p c m 模型( 事件过程链模型) 等。这些都是一种基于有向图的工作流程模型，其优点是比 较直观、易懂，但缺点是比较简单，不能处理复杂的过程逻辑，并缺乏有效的验证分 析方法。i d e f 方法包含一系列的建模方法，被广泛地用于企业建模和过程建模。不 少用户直接把i d e f o 方法用于过程建模，隐含着将i d e f o 功能模型中的输入输出关 系作为活动的先后顺序关系，而将其表示在图中功能的左右排列顺序上，事实上 i d e f o 模型主要描述的是功能的输入和输出、执行控制和机制以及功能的递阶分解， 并没有功能执行顺序的定义，因此，可以把其作为过程单元的接口表示，但用其进行 过程建模从原理上来说并不合适。s t e pp a r t 4 9 ( 过程结构和属性) 是s t e p 的一个组 成部分，利用中性语言e x p r e s s 定义了过程( p r o c e s s ) 和动作( a c t i o n ) 的描述方 法，适用于各种离散过程的定义，描述能力强，但由于s t e p 采用了低层术语的表述 方式，在作为高层系统建模和设计使用时显得比较繁琐。w i n o g r a d 与f l o r e s 在语言 行为理论的基础上提出了一种基于对话的工作流程模型，从客户方和服务方两个角色 的语言行为交互上对工作流程过程进行定义，从提高客户满意程度入手，比较适合于 临时的、以人的交互为特征的业务流程处理。但其支持层次化建模的能力不足，不适 合比较固定的企业业务流程，并且建模人员很难完整明确地列出双方所有可能的语言 2 南京航空航天大学硕士学位论文 行为，因此遭到了批评。此外，从工作流程管理系统的可靠性出发，许多学者提出了 工作流程的事务模型，在数据库事务模型的基础上加以扩展而成高级事务模型，如嵌 套事务模型、多层事务模型、s a g a s 、分支汇合事务模型、柔性事务模型以及a c t a 等，这些基于事务的工作流程模型对于保证工作流程管理系统的可靠性和出错恢复有 着重要的意义，但其目前还处在试验的阶段。 p e t r in e t ( 又称p e t r i 网，简称p n ) 自6 0 年代由德国学者c a p e t r i 提出以 来o “，经过三十多年的发展，已经被广泛应用于各个领域进行系统的建模、分析和控 制。p e t r j 网作为一种基于状态的建模方法，它为描述和研究具有并行、异步、分布 式和随机性等特征的复杂系统提供了强有力的手段。作为一种图形化工具，可以把 p e t r i 网看作与数据流图和网络相似的通信辅助方法；作为一种数学化工具，它可以 用来建立状态方程、代数方程和其它描述系统行为的数学模型。它具有直观的图形表 示、形式化的语义、状态和事件的显示表示以及丰富的数学分析技术等特点，尤其适 合工作流程管理领域的建模需求。本文将结合洪都集团6 5 0 研究所“飞机图纸及更改 信息管理系统”( 6 5 0 p d m ) 的开发过程，把p e t r i 网用于p d m 工作流程管理系统，论 述如何建立基于p n 理论的p d m 工作流程管理系统。 1 4 课题主要研究内容 p d m 工作流程管理系统实现了企业文档审批流程和更改流程的计算机管理，本 文主要研究如何建立一种基于p n 理论及面向对象技术的工作流程管理模型，通过模 型实例的运作对工作流程实例进行管理、控制、监督并对运行结果进行分析，在此基 础上开发一个与航空企业数据和状态管理系统紧密结合的p d m 工作流程管理系统。 本文主要内容及章节安排如下： 第一章介绍了p d m 技术与工作流程管理技术的发展过程，对当前工作流程管理 技术的研究成果作了总结，并在对工作流程建模方法进行分析评价的基础上，提出了 本文的研究内容。 第二章简单介绍了p d m 系统与工作流程管理系统的基本概念。主要内容包括： p d m 系统的概念与主要功能，工作流程与工作流程管理系统的基本概念，工作流程 管理系统的体系结构与主要功能，p d m 系统中的工作流程管理功能。 第三章介绍了p e 仃i 网的基本概念，分析了工作流程建模的基本要素，提出了一 种扩展的p e t r i 网一功能网模型，讨论了如何利用功能网建立工作流程模型的方法， 并对工作流程模型实例的运行控制进行了分析，在对p e t r i 网性能分析方法进行研究 的基础上，进一步探讨了工作流程模型正确性分析、性能评价及优化方法。 第四章本章主要分析了工作流程模型建立过程中面向对象技术的应用。主要内 容包括：面向对象方法的基本概念、一般设计过程和特点，工作流程管理模型中对象 的分析和建立。 3 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 第五章提出了工作流程管理系统与p d m 系统的集成框架，分析了二者之间的信 息交互，并在此基础上，初步研究了工作流程管理系统与p d m 系统集成的实现技术， 同时探讨了基于p n 理论的p d m 工作流程系统的特点。 第六章本章主要讨论了与6 5 0 p d m 系统集成的工作流程管理系统的实现方法。 首先介绍了6 5 0 p d m 系统的总体构架，在此基础上提出了6 5 0 p d m 工作流程管理系 统的实现方案，在本章最后部分，简要介绍了系统主要功能模块和实现功能。 1 5 本章小结 产品数据管理技术与工作流程管理技术经过多年的发展，已经取得了显著的成 绩，但现有的工作流程建模技术，在模型的描述能力及理论分析上总存在这样或那样 的缺陷。本章在对工作流程管理技术进行总结和对工作流程建模方法进行分析评价的 基础上，提出了本文的主要研究内容。 南京航空航天大学硕士学位论文 第二章p d m 系统与工作流程管理系统 2 1p d m 系统的概念和主要功能 2 1 1p d m 的基本概念 p d m 是以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资 源体化集成管理的技术。它继承并发展了c i m 等技术的核心思想，在系统工程思 想的指导下，用整体优化的观念对产品设计数据过程进行描述，规范产品生命周期管 理，保持产品数据的一致性和可跟踪性。p d m 明确定位为面向制造企业，以产品为 管理的核一扒以数据( 电子文档、数字化文件、数据库记录等) 、过程( 工作流程和 更改流程) 和资源( 用户与应用工具等) 为管理信息的三大要素，其进行信息管理的 两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，核心思想是设计数据的有序、设 计过程的优化和资源的共享。 2 1 2p d m 系统的主要功能 p d m 系统为企业提供了管理和控制所有与产品相关的信息以及与产品相关过程 的机制和功能，覆盖了产品生命周期内的全部信息。与产品相关的信息包括任何属于 产品的信息，如c a d c a m 文件、材料清单( b o m ) 、产品配置、事务文件、产品定 单、电子表格和供应商清单等。与产品有关的过程包括加工工序、加工指南、相关标 准、工作流程和机构关系等处理程序。 p d m 系统能够实现分布式环境中的产品数据共享，为异构计算机环境提供一种 集成的应用平台，主要包括以下几个功能【2 j ：电子仓库( d a t av a u l t ) 或称电子资料 室、文档管理( d o c u m e n tm a n a g e m e n t ) 、产品配置管理( p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t ) 或称产品结构管理、工作流程管理( w o r k f l o wm a n a g e m e n t ) 、分类与 查询管理和项目管理等。 电子仓库( 电子资料室) ：p d m 系统中最基本、最核心的功能，是实现p d m 系 统中其它相关功能的基础。电子仓库般建立在关系数据库之上，用于保证p d m 系 统中各种数据的安全性和完整性，并支持各种查询和检索功能。 文档管理：提供对p d m 系统中的数据及文档的浏览导航、分类归档、版本管理 和安全控制。 产品配置管理( 产品结构管理) ：产品数据组织与管理的一种主要形式。它以电 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 予仓库为底层支持，以材料明细表为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和 文档联系起来，建立完善的b o m 表，并实现产品版本控制，高效、灵活地检索与查 询最新的产品数据。实现产品数据的安全性和完整性控制，使企业的各个部门在产品 的整个生命周期内共享统一的产品配置，并在一定的目标约束下，向用户或应用系统 提供产品结构的不同视图和描述。 工作流程管理：p d m 系统中重要的基本功能之一。主要实现产品的设计与修改 过程的跟踪与控制，包括工程数据的提交与修改控制或监视审批、文档的分布控制、 自动通知控制等。运用工作流程管理系统提供的工作流程建模工具，还可以对产品开 发过程进行重组，规范开发流程，降低开发成本，提供产品设计开发的效率。 分类与查询管理：将企业的零件按照相似性原则采用成组技术进行分类，最大程 度地支持现有设计的重新利用，以便创建出新的产品，它包括零件数据库的接口、基 于内容的而不是基于分类的检索和构造电子资料室属性编码过虑器的功能。 项目管理：通过一定的方式合理组织人员，使其在确定的时间范围内，完成一个 既定的项目。项目管理围绕项目合理组织人员，有效管理项目中所需的各种资源和数 据，保证项目按计划顺利完成，并跟踪项目进度，掌握其各种工作现状，以便进行适 当地资源分配和进度调整。 2 22 1 2 作流程管理系统 2 2 1 工作流程管理系统的基本概念和定义 2 2 1 1 工作流程的基本概念和定义 工作流程( w o r k f l o w ) 的概念来源于生产组织和办公自动化领域，它是针对日常 工作中具有固定程序的活动而提出的一个概念。目的是通过将工作分解成定义良好的 任务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对他们进行监控，达到提高办 事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理水平和企业竞争力。 按照w f m c 给出的工作流程定义1 7 】，工作流程是一类能够完全或者部分自动执行 的业务过程，它根据一系列的过程规则，使文档、信息或任务能够在不同的执行者之 间进行传递与执行。而i b m a l m a d e n 研究中心给出的工作流程定义为：“工作流程是 业务过程的种计算机化的表示模型，在其中定义了完成整个过程所需要的各种参 数，这些参数包括对过程中每一个步骤( 活动) 的定义、活动的执行顺序、执行条件 以及活动处理的数据信息，每一步骤由谁负责以及每个活动所需要的应用程序”。 工作流程中两个最基本的元素是活动和活动之间的连接关系。活动对应于业务过 程中的任务，主要反映业务过程中的执行动作和操作；活动之间的连接关系代表了业 6 南京航空航天大学硕士学位论文 务过程中的规则。一个工作流程就是一个用一组连接关系组合起来的一组活动组成的 一个反映企业业务过程的模型，并通过定义活动的角色( 执行者) 和组织单元( 组织 结构) 来描述企业的业务过程由谁来完成，通过定义工作流程应用程序来说明采用什 么手段来完成业务过程。 2 2 - 1 2 工作流程管理系统的概念和定义 工作流程管理系统为企业的业务系统运行提供一个软件支撑系统，在其支持下， 通过集成具体的业务应用软件和操作人员的界面操作，完成对企业业务过程运行的支 持。 按照w f m c 给出的工作流程管理系统的定义 j ，工作流程管理系统是一个软件系 统，它完成工作流程( 建模) 的定义和管理，并按照在计算机中预先定义好的工作流 程逻辑推进工作流程实例的执行。 工作流程管理系统不仅要提供工作流程定义工具，把企业的业务流程转化为计算 机可以识别的格式，还要提供一套工具对工作流程运行的状态进行监控，对流程运行 中的活动进行管理和调度，同时还要提供人机交互接口，供参与人员执行其中的人工 型任务。 2 2 2 工作流程管理系统的体系结构 一个良好的工作流程管理系统，不仅要实现工作流程的定义、流程实例的执行、 流程实例的控制管理，还要提供一套完善的接口，与其它应用系统( 如p d m 系统) 进行集成，共同完成企业业务处理过程。 w f m c 提出如图2 1 的工作流程管理系统参考体系结构1 8 】。按此参考体系结构， 完整的工作流程管理系统主要包括： 过程建模工具：以计算机能够处理的形式进行过程的定义，输出能够被工作流程 服务器解释并执行的工作流程定义。 工作流程服务器：工作流程管理系统的核心。实现对工作流程模型的实例化并执 行流程实例，为过程和活动的执行进行导航，与外部资源进行交互，维护工作流程控 制数据和工作流程相关数据。 任务表管理器：向用户提供任务项列表，记录监督工作项的完成情况。 用户界面：提供与用户操作进行交互的人机接口，接受用户对工作流程实例的操 作，实现对任务的控制和监督等。 基于p e a r l 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 用尸 图2 1工作流程管理系统的参考体系结构 在工作流程管理系统参考体系结构中，涉及到三种数据，它们是工作流程管理系 统对工作流程进行控制和管理的基础： 工作流程控制数据( c o n t r o ld a t a ) ：工作流程服务器通过内部的工作流程控制数 据来识别每个过程或活动实例的状态。如活动实例当前所处状态。 工作流程相关数据( r e l e v a n td a t a ) ：工作流程管理系统通过工作流程相关数据来 确定过程实例状态转移的条件，并选择下一个将执行的活动。如任务的表决信息。 工作流程应用数据( a p p l i c a t i o nd a t a ) ：指需由外部应用程序操作的数据。如审批 流程中一份技术文档。 2 2 3 工作流程管理系统的主要功能 工作流程管理系统主要包括工作流程建模、流程运行控制、人机交互、工作流程 模型的仿真和分析几大功能。各功能模块之间的关系可以用图2 2 来表示：过程建模 阶段主要完成工作流程的计算机化定义。过程建模的方法很多，上文中己作简单的介 绍。过程运行控制部分用于将过程建模阶段建立的工作流程模型进行实例化并控制其 南京航空航天大学硕士学位论文 执行过程。人机交互部分提供人机操作的接口和界面，供相关人员定义流程、执行任 务及对流程运行状态进行监督和控制。工作流程工作过程的仿真和分析部分利用离散 事件驱动的仿真引擎模拟实际工作流程的各项活动，自动推进工作流程实例，并在仿 真统计数据的基础上分析和评价企业的工作流程。 过程建模 图2 2 工作流程管理系统各模块间的关系 2 2 4p d m 系统中的工作流程管理 在产品的整个生命周期内，无论从整体出发，还是从某一局部环节开始，都需要 经过若干不同的工作过程，每个工作过程都包含着不同的内容、不同性质的工作， 有的工作过程还可以嵌套另一类工作过程。只有经过不同的工作过程，产品数据才能 不断地产生和完善，最终成为有效的、用于指导生产和支持维修服务的产品数据。因 此，在p d m 系统中，必须根据企业的不同实际情况，制定本企业的工作流程管理规则， 这就是工作流程管理。由于在同一个企业中，对于不同部门、不同类型的文档，其工 作流程也可能不同，、因此p d m 系统的工作流程管理要具有很好的灵活性。 p d m 系统中的工作流程管理包括审批流程管理和更改流程管理。 2 2 ，4 1 审批流程管理 传统的文档审批流程是通过手工方式进行的。当设计人员完成了设计任务，填写 相应的申请表和说明书，将产品数据文件递交给校对和审批人员。校对人员完成校对 和签字后，再把该产品数据文件转交给下一阶段的审批人员。当所有的校对和审核人 员审定通过和签字后，该产品数据文件就被批准，送入技术资料室描图、晒蓝、保存 和发放。在审批过程中任何校对审核人员都可行使否决权，将校对或审核过程挂起， 9 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 工程设计人员则要重新完善其设计工作，然后再次申请审批和发放，直至该数据文件 被批准为止。如图2 3 所示。 忙挲雌卸 il| 【 厂 l 阿研十蕊卜翮_ 1 竺掣l 一= r 恒m 恒 l 一设计修改卜j 图2 - - 3 设计数据审批流程 这样的审批过程效率低，特别是当需要多个人员会签时，数据文件要在每个人员 手中串行传阅。当某审核人员收到要审批的数据文件后，但由于各种原因，如出差、 生病等，不能及时完成审批工作，那么其它人也无法继续审批，使整个审批过程被延 误。为了提高审批流程的效率，实行并行工作，应采用p d m 系统来管理审批流程。 通过p d m 系统企业可以预先指定审批流程，定义工作流程阶段的数量和名称， 依照企业的工作习惯确定各个工作阶段的先后次序及对应的审批人员角色和时间期 限等，还需要规定每级审批通过的规则( 多数同意，一票通过、一票否决等) 。设 计人员在工作区完成文档设计后便可根据需要选择相应的文档审批流程。p d m 系统 自动进入预先指定的审批过程，首先审批流程将该产品数据文件“锁”住，使设计人 员无权对该产品的数据文件进行删改操作：然后通过电子邮件( e m a i l ) 或其它方式 通知有关人员审批，相应的审批人员收到请求审批的信息后，通过任务管理器打开对 应的审批或校对任务，完成自己的审批或校对工作。 过去审批人员都是在设计好的白图上手工签字和填写保留意见，在p d m 系统中 采用的是电子签字，具有权限的审批人员打开审批任务界面后，依据审批界面上的按 钮选择同意、反对或弃权来进行表决，同时填写相应的审批意见。其他人无权，也无 法进入审批界面，更无权去按这个表决按钮。所有的审批签字和审批意见都是产品文 档的一部分，采用电子记录的方式永久保存。审批完成后，此审批文档自动放入正式 库，工作版本就变为发放版本，加以保护，防止被未授权的人访问，对于授权人也只 能查阅，而无权修改。并将审批结果自动通知有关人员。如果在一个工作流程中，需 要多个审批人员会签，同一级的多个审批人员会同时收到审批邮件，可以同时查阅同 一张图样，这样就可以及时地交流审批意见，提高了审批流程的效率。 2 2 4 2 更改流程管理 企业生产中经常会遇到工程更改的情况，已经发布的图纸在使用中存在问题，已 经成型的产品构型发生了更改，这时就需对原有的图纸文档进行更改，对这种更改的 南京航空航天大学硕士学位论文 管理就是更改流程管理。一个完整的更改流程管理涉及更改申请和更改实施两部分。 某航空企业图纸更改流程如图2 - 4 所示： 图2 - 4 某航空企业图纸更改流程 要求更改人员在提出更改请求时，要说明更改原因，指明更改内容，并将更改请 求提交有关人员审批，只有通过审批签发的更改请求才能赋予实施。更改时，只能从 正式库中拷贝( 检出，c h e c ko u t ) 一份原图，更改完毕，必须对原图升版，并同时通 知有关人员。 2 3 本章小结 p d m 技术是一种以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、 过程、资源一体化集成管理的技术。本章介绍了p d m 管理系统与工作流程管理系统 的基本概念和体系结构，并着重介绍了p d m 系统中的工作流程管理的主要内容。本 文的其它章节都是依据本章展开的。 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 第三章基于p e t r i 网的工作流程管理系统 3 1 基于p e t r i 网的工作流程建模 工作流程建模就是利用一种建模工具，采用某种建模方法把工作流程表示成计算 机可以识别的形式。p e t r i 网作为一种图形化、数学化的建模工具，可以用来描述和 研究具有并发、异步、分布和随机等特征的复杂系统。与基于事件的过程模型不同， 用p n 理论作为工作流程建模方法，是一种基于状态的过程建模方法。本章将论述用 一种扩展的p e t r i 网一功能网建立工作流程模型的方法。 3 1 1p e t r i 网的基本理论 经典p e t r i 网是德国科学家c a r la d a mp e t r i 在六十年代提出来的，在其后的几十 年中，p e t r i 网理论得到了极大的丰富，并被广泛地应用于许多研究领域。 3 1 1 1p e t r i 网的定义 【定义1 】三元组n = ( s ，t ：f ) 称为p e t r i 网的充分必要条件是满足 s u t 中 ( 萤s n t = 中 f c _ s t u t s d o r a ( f ) t oc o d ( f ) 2 s u t 其中s 和t 分别称为n 的库所( p l a c e ) 集和变迁( t r a n s i t i o n ) 集。f 是由一个s 元素和一个t 元素组成的有序偶的集合，称为n 的流关系。d o r a ( f ) = x 1 3 y ：( x ， y ) e f ) ，c o d ( f ) = y 1 3 x ：( y ，x ) f ) ，分别为f 所含有序偶的第一个元素和第二个元 素所组成的集合。x = s u t 称为n 的元素集。 【定义2 】六元组= ( s ，t ；f ，k ，w ；m ) 称为以p e t r i 网n = ( s ，t ；f ) 为基网 的网系统，其中： k ( s ) 称为n 的容量函数，表示库所s 中允许存放令牌( t o k e n ) 的最大数量， 其数值标在表示库所的圆圈旁边，不标明时容量为u ( 即无限制) 。w ( x ，y ) 称为n 的权函数，表示变迁发生时消耗和产生的令牌数量，其数值标在弧( x ，y ) 上，不标 时表示权为1 。m ( m a r k i n g ) 称为n 的标识，是库所到非负整数n 的函数。可以定 义成一个n 维向量，其数值为系统中令牌的分布，表示p e t r i 网每个库所中的令牌数。 系统初始时的令牌分布记作m o 。令牌为库所中的黑点，表示资源。 南京航空航天大学硕士学位论文 3 1 1 2 元素的输入和输出集定义 设x x 为n 的任一元素，称： 。x = y f ( y ，x ) f ) 为x 的前集( p r e s e t ) 或输入集， x o = y l ( x ，y ) f ) 为x 的后集( p o s t s e t ) 或输出集。 3 1 1 3 典型p e t r i 网的表示方法 典型p e t r i 网是一个有向图，由两种类型的节点组成，一种是库所节点s ，用圆圈 来表示，一种是变迁节点t ，用方框或竖线来表示：节点之间用有向弧来连接，有向 弧代表有序偶f ，表示节点之间的关系；p e t r i 网的状态用令牌在库所s 中的分布来标 识。如图3 - 2 所示。 s 4t 3 3 1 1 4 变迁的点火规则 s 2t 2 图3 2 典型p e t r i 网的表示方法 s 3 令牌的数目在p e t r i 网的执行过程中可能会发生改变，库所中令牌数目的变化会 引起相应变迁的点火( f i r e ) ，变迁的点火同时会使库所中的令牌数目发生改变，从而 改变整个p e t r i 网的状态。 变迁的使能：对于vs ，s s ，当s 。t 时有m ( s ) w ( s ，t ) 且s t 。时有 m ( s ) + w ( t ，s ) k ( s ) ，称t 是使能的。 变迁的点火规则： 一个变迁t 是使能的( e n a b l e d ) ； 一个使能变迁可以点火( f i r e ) ； 如果变迁t 点火，那么从t 的每个输入库所消耗w ( s ，t ) 的令牌，同时在t 的每个输出库所中产生w ( t ，s ) 的令牌。 3 1 2 工作流程建模的基本要素分析 工作流程模型是企业业务流程的- - ； e e 形式化表示，包含了描述个能够由工作流 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 程管理系统执行的过程所需要的所有信息。这些信息包括过程的开始和完成条件、构 成过程的活动以及进行活动间导航的规则、用户所需要完成的任务、可能被调用的应 用程序以及所有与工作流程相关数据的定义。其核心是活动。工作流程定义与活动、 工作流程相关数据之间是一对多的关系，活动、角色、工作流程相关数据、需要激活 的应用程序、转换条件之间都是多对多的。如图3 1 所示： 角色卜一日i 用 圈3 1工作流程模型元素之间的关系 工作流程建模的基本要素有： 流程本身的描述信息 包括流程模型的i d 号、流程创建者、创建日期以及对流程的描述等，它作为 流程模型的头信息，与该流程涉及到的所有其它元素都相关。 活动( 任务) 流程模型由一个或多个活动组成，每个活动都包含一个逻辑性的、自包含的 工作单元，工作单元可以由参与者或应用程序执行。一个活动可以是原子性 的( 不可再分解的基本行为步骤) ，也可以是嵌套性的( 含有子过程) 。 路由( r o u t i n g ) 路由是执行业务过程所经过的活动和连接的时序排列描述，各活动之间是通 过路由关联的。工作流程管理系统中有四种基本路由结构：顺序路由，并行 路由，条件路由，循环路由。如图3 3 所示： 南京航空航天大学硕士学位论文 r 一、 并行路由 条件路由 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 厂卜主可 l 一 循环路由 图3 - - 3工作流程管理系统中的四种基本路由 流程参与者( p a r t i c i p a n t ) 参与者是执行活动的资源。参与者并不需要特指某个具体的人，可以是一组 具有某种共性的人或设备资源。 应用程序描述 被工作流程管理系统调用的外部应用描述，它可能是一个通用的应用工具( 如 m i c r o s o r w o r d ) ，也可能指专用的应用系统或接口描述。 工作流程相关数据 在过程执行过程中生成和使用到的数据。活动和工作流程应用程序都可能用 到这些数据，用于在活动中传递持续信息和中间结果，并可用于计算条件表 达式。 系统和环境数据 工作流程管理系统或本地应用环境所支持的数据。 数据类型和表达式 工作流程所使用的数据的数据类型以及相关表达式。 3 1 3 一种扩展的p e t r i 网一功能网 3 1 3 1 功能网的定义 p e t r i 网作为一种基于状态的建模方法，具有直观、形象的特点并具有严格的模型 语义和数学分析方法，但是必须指出，相比其它工作流程建模工具( 如活动网络图) 而言，p e t f i 网只讨论控制转移结构，因此只描述了业务过程的动态特性而未涉及数 据及数据的变换。另一方面，p e t r i 网控制转移后将无条件地向其后继的所有库所注 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 入令牌( t o k e n ) ，这些与工作流程模型的内涵还是有很大区别的。因此，本文将对经 典p e t r i 网进行扩展，通过构造一种功能网来描述工作流程模型。主要设计思想是： 在采用p e t r i 网对控制转移结构描述的基础上，将p e t r i 网中的库所( p l a c e ) 和变迁 ( t r a n s i t i o n ) 等术语用容易理解和接受的令牌盒和活动等来表述，同时为了描述工作 流程管理系统中的数据流和控制流，引入变量、值域、各活动的约束规则、功能函数 和后置函数及外部事件。 【定义1 】多元组m = ( p a ，c ，x ，v ，e ) 称为一个功能网。其中： p ：令牌盒集合。在流程实例的执行过程中令牌盒的状态( 令牌在令牌盒 的分布) 决定活动实例的控制转移。 a ：活动集合。由组成流程的所有活动构成。其每一个元素a e a 表示一 个活动实体，由名字、i d 、类型、角色信息、功能函数和后置函数等属性组 成。 c ：联系集。定义了令牌盒和活动的连接关系。 c ( a p ) u ( p a ) 。由此联系集可以定义每个活动的输入令牌盒集 和输出令牌盒集。 x ：变量集合。变量是流程中参与处理或控制转移的有关数据，分为全局 变量和局部变量两部分，分别对应流程本身的信息和各个活动的信息。 v ：值域集合。各值域是相关变量的取值范围，反映数据在流程中的初始 状态、中间状态和最终结果。值域可以是普通类型的数据集，也可以指文件 或数据库中的某一项。 e ：外部事件集合。与流程活动相联系外部事件集合，如人员上线、特定 的消息发布等。 【定义2 】对每一个活动a e a ，定义： a 的输入令牌盒集：。a = 涮( p ，a ) e c ，p a p a 的输出令牌盒集：a o = a i ( a ，p ) c ，p c p ) 【定义3 】在功能网中有两个特殊令牌盒：s 和e 。令牌盒s 是一个起始令牌盒 即不存在一个活动a ，使得a o - 一- s ；令牌盒e 是一个终止令牌盒，即不存在一个活动a 使得。a = e 。 【定义4 】功能函数：( x i ，x 2 ，x n ) = y i ，其中x i ，x 2 ，x 。，y i x 。对每个活 动a a 都有一个功能函数与之对应，用来描述工作流程执行过程中由活动引起的 状态变化。此函数可以由系统自动执行，也可以由流程参与人员操作执行。可以在 流程建模时显式定义，也可以非形式描述，如“校对文档”等。 6 南京航空航天大学硕士学位论文 【定义5 】后置函数o 。( x 1 ，x 2 ，x m ) = ( y l ，y 2 ，y t ) ，其中x i ，x 2 ，x m x ，y l ， y 2 ，y t o ，1 ) 。其结果为一向量，向量元素的取值为0 或1 ，分别表示向活动a 的输 出令牌盒中输出令牌与否。与功能函数相似，此函数的语义也可以在流程建模时用非 形式语言描述。后置函数与活动不是一一对应的关系，对于终止节点，其后置函数为 空。 【定义6 】约束规则r ( p l ，p 2 ，p k ，x i ，x 2 ，x n ) ，其中p 1 ，p 2 ，p k p ，x i ，x 2 ， x n x 。约束规则定义了活动使能和执行的约束条件。在工作流程执行的某时刻，当 活动a 的所有k 个输入令牌盒的状态及活动的当前变量取值达到其约束规则规定的条 件时，活动a 是使能的。 【定义7 】一个功能网中的活动a 被执行当且仅当 a 。是使能的： 与a i 相联系的功能函数开始执行。 3 1 3 2 功能网的基本组件 在上述扩展p e t r i 网( 功能网) 定义的基础上，为了描述工作流程模型中的几种 基本路由，在功能网中构造几种结构化的组件与之对应( 在图中用a i 表示第i 个活动， p i 表示令牌盒，用p = m 表示令牌盒中有m 个令牌，用s 表示开始令牌盒，e 表示终止 令牌盒) 。 串行组件：与顺序路由相对应，用来描述一系列按固定顺序串行执行的活动，由 一条不分支的通路组成。如图3 4 ： sa l p 1 = 1 a 2 p 2 a 3e o 瞧口弋口叫3 图3 - - 4 串行组件 并行组件：与并行路由相对应，用来描述没有严格执行顺序的、可同时进行的分 支活动。如图3 5 ： p l = 1 a 2d 2 兰( 篁叫 o 兰 叶s 幢卜尹 p 3 = 1 a 4 p 4 图3 - 5 并行组件 条件选择组件：与条件路由相对应，用来定义彼此之间具有相互约束与排斥关系 1 7 基于p e t r i 网理论的p d m 工作流程管理系统的研究与开发 的分支活动。如图3 - 6 s a l 也p 2 a 3e c m 飞一1x 北 p 3 a 4 图3 - - 6 条件选择组件 循环组件：与循环路由相对应，用来定义需要重复执行多次的活动。如图3 - 7 sa l p 1 = 1 a 2 p 2 a 3e 图3 7 循环组件 3 1 3 3 功能网的触发机制 功能网区分了活动的使能和触发两种状态，当活动的输入令牌集中的令牌分布满 足其约